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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgestänge aus über Steckkupplungen miteinander
verbundenen Rohrabschnitten, wie es beispielsweise zum Herstellen
von Erdbohrungen und/oder zum Einziehen von Rohrleitungen ins Erdreich
verwendet wird.
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Derartige
Gestänge
sind in großer
Zahl bekannt. So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift 199
38 577 A1 ein Gestänge
aus einzelnen über
Steckkupplungen miteinander verbundenen Rohrabschnitten. Bei diesen
Steckkupplungen greift in üblicher
Weise das vordere Ende eines Rohrabschnitts verriegelt in das rückwärtige Ende
eines anderen Rohrabschnitts. Die Rohre bedürfen einer Verdrehsicherung
und einer Ausziehsicherung. Die Verdrehsicherung besteht dabei aus
einer Mehrkanthülse
mit Sicherungsflächen,
in die ein Mehrkantzapfen mit korrespondierenden Sicherungsflächen eingreift; sie
ist daher verdeckt eingebaut. Hingegen besteht die Ausziehsicherung
aus einer Wandungsbohrung quer zur Gestängeachse, in der ein Querriegel
angeordnet ist. Der Querriegel endet einerseits in einer nach außen offenen
Ausnehmung des aufnehmendem Rohrabschnitts und ist in einer gegenüberliegenden
Ausnehmung mit einem Querhebel versehen, der zur Sicherung der Verbindung
beim Bohren um mehr als 90° in
eine nach außen
offene Tasche des aufnehmendem Rohrabschnitts verschwenkt wird.
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Bohrgestänge dieser
Art sind mit dem Nachteil behaftet, daß nach außen weisende Gestängeöffnungen
beim Bohren zwangsläufig
verschmutzen und demgemäß vor einem
Lösen der
Rohr- bzw. Gestängeabschnitte
zunächst
einer Reinigung bedürfen.
Ein weiterer Nachteil derartiger Gestänge besteht darin, daß jede nach
außen
weisende Öffnung mit
einem zusätzlichen
Aufwand an Antriebskraft verbunden ist und daher nicht unerhebliche
Betriebskosten verursacht.
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Um
diese Nachteile zu vermeiden, sind auch zahlreiche außen glatte
Rohrverbindungen bekannt, bei denen wie im Falle der PCT-Offenlegungsschrift WO
00/20720 jeder Gestängeabschnitt
einerseits mit einem Außengewinde
und andererseits mit einem Innengewinde versehen ist. Auf diese
Weise lassen sich die einzelnen Gestängeabschnitte mühsam miteinander
verschrauben. Dieses Verschrauben ist jedoch nur dann möglich, wenn
die korrespondierenden Gewinde sauber sind. Unabhängig davon
ist das Verschrauben jedoch auch außerordentlich zeitaufwendig
und erfordert je nach dem Gewicht der Gestängeabschnitte erhebliche, zumeist
nur maschinell erreichbare Kräfte.
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Ein
weiterer besonders schwerwiegender Nachteil der geschraubten Rohrverbindungen
besteht darin, daß diese
naturgemäß nur eine
Drehrichtung als Arbeitsrichtung kennen, weil sich in der anderen
Drehrichtung die Verbindung der Gestängeabschnitte lösen würde.
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Um
diese Nachteile zu vermeiden, beschreibt die deutsche Patentschrift
101 10 399 ein glattes Gestänge
für einen
Dreh- und Schubantrieb aus mehreren über Steckverbindungen in beiden Richtungen
drehfest miteinander verbundenen Rohrabschnitten. Dieses Gestänge besitzt
zwar eine durchgehend glatte Außenfläche, erfordert
aber zu jedem Gestängeabschnitt
einen Innenrohrabschnitt und Kupplungen zum Verbinden der Außenrohr-
und der Innenrohrabschnitte. Die Innenrohrabschnitte besitzen mehrere
Mitnehmeranschläge, über die
sie einerseits miteinander und andererseits mit jeweils einem Außenrohrabschnitt
verbunden sind. Diese dreh- sowie schub- und zugfeste Verbindung
jeweils zweier Gestängeabschnitte
ist jedoch konstruktiv sehr aufwendig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgestänge aus
einzelnen Rohrabschnitten zu schaffen, das ebenfalls eine glatte
Außenfläche besitzt,
bei dem jedoch die einzelnen Gestängeabschnitte weniger aufwendig
miteinander verbunden sind.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit völlig
im Innern der Gestängeabschnitte
angeordneten Kupplungen, die auch von innen betätigt werden. Die Kupplungen
werden vorzugsweise mit einer Betätigungsstange verriegelt oder
entriegelt. Die Betätigungsstange
kann an mindestens einem Drehriegel der Kupplung angreifen, der
sich mit Hilfe der Stange beispielsweise in eine Ausnehmung des
benachbarten Gestängeabschnitts
hineindrehen oder herausdrehen läßt. Demgemäß werden
die beiden Gestängeabschnitte
ineinander gesteckt und sodann durch ein Verdrehen der Betätigungsstange
um beispielsweise 90° in
der Längsrichtung
verriegelt, während ein
mit der Stange verbundenes Profil des Gestängeabschnitts in ein entsprechendes
Innenprofil des benachbarten Gestängeabschnitts eingreifen kann. Das
Profil ist drehfest bzw. einteilig mit seinem Gestängeabschnitt
verbunden und kann dort in einer Kulisse des benachbarten Gestängeabschnitts
angeordnet sein.
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Vorzugsweise
ist zwischen der Betätigungsstange
und dem Gestängeabschnitt
eine Haltefeder angeordnet, die dafür sorgt, daß sich der Drehriegel bzw.
die Betätigungsstange
stets in ihrer Verriegelungsposition befindet, solange die Betätigungsstange
nicht von Hand um beispielsweise 90° in eine Entriegelungsposition
gedreht wird.
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Zum
Zwecke der Drehmomentübertragung können die
korrespondierenden bzw. ineinandergreifenden Enden der Gestängeabschnitte
Kupplungsflächen
aufweisen. So können
derartige Kupplungsflächen
einander gegenüberliegend
mit axialem Abstand voneinander im Gestängeinnern angeordnet sein.
Auf diese Weise ergeben sich zwi schen je zwei Kupplungsflächen Ausnehmungen,
in die Drehriegel der Kupplung eingreifen. Diese Drehriegel dienen
der axialen Verriegelung jeweils zweier Gestängeabschnitte und lassen sich
durch Drehen der Betätigungsstange
lösen.
Dieses Lösen
geschieht in der Weise, daß der
Drehriegel durch ein Drehen der Betätigungsstange um 90° gegen den
Druck der Haltefeder aus der Ausnehmung im rückwärtigen Ende des benachbarten
Gestängeabschnitts
herausgedreht wird. Sobald dies geschehen ist, lassen sich zwei
benachbarte Gestängeabschnitte
durch bloßes Ziehen
beispielsweise an der Betätigungsstange oder
auch an einem der Gestängeabschnitt
voneinander trennen.
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Besonders
günstige
Verhältnisse
ergeben sich bei einer Kupplung aus mindestens einem verschwenkbaren
Verriegelungsstück
im einen Ende des Gestängeabschnitts
und vorzugsweise einer Zugkante am Verriegelungsstück und am
benachbarten Gestängeabschnitt
sowie je einer Druckkante an den benachbarten Gestängeabschnitten.
Das Verriegelungsstück
kann mittels einer Feder in seiner Verriegelungsstellung gehalten
werden.
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Die
Kupplungen der Gestängeabschnitte können mit
einer axialen Bohrung versehen sein, um beispielsweise den Bohrkopf
mit einem Spülmittel
zu versorgen.
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Insgesamt
gesehen schafft die Erfindung somit eine völlig gekapselte und demgemäß auch nur von
innen zu betätigende
Kupplung für
Gestängeabschnitte,
die von außen
im wesentlichen völlig
glatt ausgebildet sein können.
Darüber
hinaus sind die einzelnen Gestängeabschnitte
genau positioniert miteinander verbunden, so daß die Drehlage des Bohrkopfs,
beispielsweise eines Bohrkopfs mit einer Lenkfläche, am anderen Gestängeende
bzw. am Bohrantrieb stets ohne weiteres erkennbar ist. Dies vereinfacht
die Überwachung
der Drehlage eines solchen Bohrkopfs außerordentlich.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
des näheren
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1 die
Außenansicht
der Stoßstelle
zweier erfindungsgemäßer Gestängeabschnitte,
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2 einen
Längsschnitt
nach der Linie II-II in 1,
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3 einen
Querschnitt nach der Linie III-III in 1,
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4 eine
perspektivische Darstellung der beiden benachbarten Gestängeabschnitte,
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5 eine
der 2 entsprechende Darstellung der Gestängekupplung,
jedoch im entriegelten Zustand,
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6 einen
axialen Längsschnitt
durch ein anderes Ausführungsbeispiel
mit der Kupplung in der Arbeitsstellung,
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7 einen
Querschnitt nach der Linie VII-VII in 6 und
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8 einen 6 entsprechenden
Längsschnitt
mit der gelösten
Kupplung.
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Das
erfindungsgemäße Gestänge besteht aus
rohrförmigen
Abschnitten 1, 2, die eine glatte Oberfläche, d.h.
eine Oberfläche
ohne Ausnehmungen und Erhöhungen
besitzen und an der Stoßstelle 3 ohne
Absatz ineinander übergehen.
Beide Abschnitte besitzen an ihren ineinandergreifenden Enden korrespondierende
Flächen
und greifen so drehfest ineinander.
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Der
Gestängeabschnitt 1 ist
im vorderen Teil 4 U-förmig
ausgespart und dient dort als Lager für eine drehbare Betätigungsstange 5.
Eine Schenkelfeder 6 erstreckt sich zwischen dem Hauptteil
des Gestängeabschnitts 1 und
dessen vorderem Teil 4. Die Betätigungsstange 5 ist
drehfest mit einem Drehriegel 7 verbunden, der ständig unter
dem Einfluß der
Schenkelfeder 6 in eine zweiteilige Ausnehmung 8 in
dem Gestängeabschnitt 2 eingreift,
sich jedoch durch eine Drehung der Betätigungsstange 5 um
90° aus
ihrer Arbeitsposition (2) in eine Demontageposition
(5) drehen läßt.
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In
der Arbeitsposition liegt der Drehriegel 7 in der Ausnehmung 8 an
einer Zugkante 9 des Gestängeabschnitts 2 an,
während
Druckkanten 10 der Gestängeabschnitte 1, 2 aneinanderliegen.
Auf diese Weise sind die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 im Betriebszustand
(1, 2) zug- und druckfest miteinander
verbunden.
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Der
Drehriegel 7 liegt im gekuppelten Zustand der Gestängeabschnitte 1, 2 mit
einander gegenüberliegend
angeordneten Kupplungsflächen 11 an
Kupplungsflächen 12, 13 des
Gestängeabschnitts 2 an,
zwischen denen sich die zweiteilige radiale Ausnehmung 8 befindet,
während
der vordere Teil 4 des Gestängeabschnitts 1 in
eine Kulisse 14 des Gestängeabschnitts 2 eingreift;
er ist zudem mit einer Längsbohrung 15 ausgestattet, über die
der Bohrkopf beispielsweise mit einer Spülflüssigkeit versorgt werden kann.
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Die
Zugkräfte
werden mit Hilfe des Drehschiebers bzw. des Querriegels 7 und
die Schub- und Druckkräfte
mit Hilfe der Druckkanten 10 übertragen, während die
Kupplungsflächen 11, 12, 13 der
Drehmomentübertragung
dienen.
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Um
die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 voneinander
zu trennen, braucht lediglich die Betätigungsstange 5 um
90° gedreht
zu werden, um den Drehriegel 7 aus der in 2 dargestellten
Verriegelungslage in die in 5 dargestellte
Entriegelungslage zu bringen und die beiden Rohrabschnitte durch Ziehen
mühelos
voneinander trennen zu können.
Dabei bewegt sich der Querriegel 7 mit der Betätigungsstange 5 zwischen
den Kupplungsflächen 12, 13 hindurch,
wie das 4 veranschaulicht.
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Auf
diese Weise bildet das Gestänge
im gekuppelten Zustand praktisch ein Glattrohr aus mehreren Gestängeabschnitten 1, 2 mit
einer innen angeordneten Gestängekupplung.
Diese Kupplung erlaubt einen Druck- oder Zugbetrieb sowie einen Drehbetrieb
des Gestänges
in beiden Richtungen und läßt sich
mit Hilfe des Drehriegels 7 ebenso leicht lösen wie
auch wiederum schließen.
Dabei sichert die Schenkelfeder 6 den Drehriegel 7 in
seiner Betriebs- bzw. Arbeitslage. Durch ein bloßes Drehen der Verrieglungsstange 5 um
90° gegen
die Wirkdung der Schenkelfeder 6 gelangt der Drehriegel 7 aus
der Lage nach 2 in die Lage nach 5,
in der sich die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 mühelos auseinander
ziehen lassen.
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Bei
dem in den 6 bis 8 dargestellten Ausführungsbeispiel
greifen die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 ebenfalls
mit Zugkanten 9 und Druckkanten 10 ineinander.
Dabei sind in der Wandung eines innenliegenden Fortsatzes 15 winkelförmige Verriegelungsstücke 16, 17; 18, 19 verschwenkbar
gelagert, deren Schenkel 17, 19 in Taschen 20, 21 einer Betätigungsstange 22 eingreifen.
Die Betätigungsstange 22 kann
auch zweiteilig ausgebildet sein, um nicht die ganze Stange in dem
Gestängeabschnitt 2 belassen
zu müssen.
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Die
Betätigungsstange 22 steht
unter dem Einfluß einer
Druckfeder 23, die sich an einem Innenkragen 24 des
Fortsatzes 15 abstützt
oder auch direkt an den Verriegelungsstücken 16, 17; 18, 19 angreift.
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Der
Fortsatz 15 und der Gestängeabschnitt 1 sind
mit korrespondierenden Kupplungsflächen 25, 26 zur
Drehmomentübertragung
versehen (7). Die Zugkanten 9 der
Verriegelungsstücke 16, 17; 18, 19 des
Gestängeabschnitts 2 lassen
sich mit Hilfe der Betätigungsstange 22 lösen; sie
bewegen sich zentripetal nach innen, wenn auf die Betätigungsstange 22 ein
Druck ausgeübt
wird von der Position in 6 in die Position der 8,
in der sich die beiden Gestängeabschnitte 1, 2 auseinander
ziehen lassen.