Bohrrohr mit ein- oder beidendig angebrachten Verbindungsmuffen

Die Erfindung betrifft ein Bohrrohr mit ein- oder beiden¬ dig, angebrachten Verbindungsmuffen zum Ankuppeln weiterer Bohrrohre zu einem Bohrrohrstrang, bei dem sich überlappend ineinandergreifenden Muffen- und Zapfen-Kuppelteile umfangs- 5 verteilt angeordnete radiale Bohrungen aufweisen, in welche in diesen gelagerte Kupplungsglieder lösbar eingesetzt sind.

Derartige mit Muffen- und Zapfen-Kuppelteilen an den Bohr-

10 rohrenden versehene Verbindungen von Bohrrohrschüssen sind bekannt, die als sogenannter Muffenstoss ineinander gescho¬ ben werden. Als Blockierelement und gleichzeitig als Siche¬ rung gegen Herausziehen sind unterschiedliche formschlüssig wirkende Elemente im Gebrauch.

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Durch die G 90 14 396.5 und die DE 40 32 928 AI ist es be¬ kannt, mit einer konischen Hülse, die mittels eines Gewinde¬ bolzens mit Bund in den Konussitze eingezogen wird, die formschlüssige Verbindung des Rohrmuffenstosses herzustel-

20 len. Auch mit der DE 39 42 030 AI wird ein konischer Gewin¬ deschraubbolzen vorgeschlagen, der im Konusteil einen festen Sitz hat, wobei der Gewindeteil minimal horizontal verschiebbar gelagert ist. Auch sind solche Bolzenverbin¬ dungen mit starrem Gewindesitz bekannt. Bei den Rohrstrang

25 beanspruchenden Biegemomenten können Zwängungen mit der Folge von Verformungen, vor allem im Gewindebereich auf¬ treten, wodurch das Lösen der Kupplungen erschwert oder un¬ möglich wird.

30 Ferner ist durch die DE 35 19 773 AI eine Steckverbindung bekanntgeworden, bei der zur Verriegelung eine Art Kette

in den Ringraum der beiden gegenüberliegenden Ringnuten von Zapfen- und Muffenteil geschoben wird. Auch werden Verriege¬ lungen benutzt, bei denen an Stelle der Ketten, Flachkeile oder Flachriegel eingesetzt werden.

Ausserdem wird in der DE 22 11 041 CI eine Bohrrohr-Verbin¬ dung vorgeschlagen, bei der die radial gerichteten Verbin¬ dungselemente als Klemmhülse mit in diese eintreibbarem Spannelement zum Aufweiten der Klemmhülse ausgebildet sind. Die Klemmhülse ist sowohl nach der Rohrinnen- als auch nach der Rohraussenseite konisch zu erweitern und verhakt sich somit in den beiden Gegenkonen-Sitzen.

Derartige Verbindungsvorrichtungen weisen teilweise den Nachteil auf, dass die Spreizhülsen häufig den grossen Be¬ lastungen nicht standhalten; sie lockern sich auch. Von den Verrohrungsmaschinen werden sehr grosse Drehmomente und Zugkräfte auf die Bohrrohre übertragen. Die Drehbewegung der Rohre kann bekanntlich überwiegend oszillierend aber auch rotierend sein, d. h., dass mit extremen Wechselbela¬ stungen zu rechnen ist.

Inwieweit die Kräfte bei derartigen Kupplungen auf die un¬ terschiedlichen Elemente gleichmässig verteilt sind und die Lastübertragung annähernd homogen erfolgt, hängt sehr von der Fertigungsgenauigkeit, den eingehaltenen Toleranzen wie auch von der Formgestalt und Art der lösbaren und der festen Verbindungselementes ab.

Nach der erwähnten DE 39 42 030 AI ist es möglich, die Kraftübertragung aufzuteilen in Drehmoment und Zugkraft. Die festen Anschläge übernehmen die Umfangskräfte aus dem Drehmoment und die lösbaren Elemente nur die Zugkräfte. Deratige Verbindungen mit starren konischen Gewindebolzen erfordern aufgrund der feinen Sitztoleranz der Konen und der Vielzahl der auf dem Umfang angeordneten Bolzen eine

Grobtoleranz (Spielsitz) im Gewinde. Dadurch bedingt, kann auf den Gewinde-Konusbolzen ein Biegemoment übertragen wer¬ den. Die Einspannung liegt im Gewinde, d.h. , dass die Biege¬ momente aus den Rohr-Umfangskräften multipliziert mit etwa der halben Bolzenlänge, vom Gewinde aufgenommen werden muss. Dadurch können so grosse und totale Verklemmungen im Gewinde auftreten, so dass es nicht mehr gelöst und nur durch die Zerstörung des Bolzens entspannt werden kann.

Ausgehend von der eingangs angegebenen gattungsgemässen Bau¬ weise liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine form¬ schlüssige Bohrrohrverbindung zu schaffen, welche auch die bei extrem hohen Belastungen auftretenden Kräfte sicher überträgt und dabei auf das Gewinde wirkende Biegemomenten und damit auftretende Zwängungen vermeidet, so dass stets ein sicheres Lösen der Schraubverbindung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch eine Rohrverbindung gelöst, deren Kupplungsglieder als beidseitige Abflachungen aufweisende Kugelabschnitte ausgebildet und in kugelkonkaven Lagerflä¬ chen des inneren Zapfen-Kuppelteils und in kugelkonkaven Ge- gen-Lagerflachen von Gewinde-Sicherungsringen gelagert sind, welche in Gewindebohrungen der äusseren Flanschringe eingeschraubt sind. In dieser Anordnung ist das Kupplungs- glied vom Gewindeteil getrennt. Die Lagerung der beidseiti- gen Kugelabschnitte in kugelkonkaven Lagerflächen ermög¬ licht geringfügige Bewegungen des das Kupplungsglied bilden¬ den Kugelabschnitts, ohne zu verkanten. Eine direkte Kraft¬ übertragung auf das Gewinde wird vermieden, da der äussere Kugelabschnitt im Gewinde-Sicherungsring gelagert ist. Wei¬ terhin wird eine geringfügige Bewegungstoleranz ermöglicht, so dass die auftretenden U fangskräfte auf die fest gelager¬ ten Elemente des Kupplungsgliedes übertragen werden können.

Eine vorteilhafte Kraftaufnahme und -Übertragung wird da¬ durch erreicht, dass der Radius der im inneren Flansch ge¬ lagerten Kugelabschnitt-Hälfte grösser ist als der Radius

der in dem im Flansch eingeschraubten Gewinde-Sicherungs¬ ringes gelagerten Kugelabschnitt-Hälfte. Dabei können ent¬ sprechend den auftretenden Kraftverhältnissen die Radien der Kugelabschnitt-Hälften denselben Mittelpunkt oder be- abstandete Mittelpunkte haben.

Nach einem weiteren Vorschlag weist das Kupplungsglied zwi¬ schen zwei Kugelabschnitt-Hälften einen Übergangsbund auf, der in eine ringförmige Ausnehmung des Gewinde-Sicherungs- ringes mit geringem Spiel eingreift. Durch die nichtkraft- schlüssige Auflagerung des Übergangsbundes wird zusätzlich eine direkte Kraftübertragung auf das Gewinde verhindert.

Zur Verstärkung des festen Sitzes kann die im inneren Zap- fen-Kuppelteil gelagerte Kugelabschnitt-Hälfte eine umlauf¬ ende Dichtungsnut mit einsetzbarer Ring-Dichtung aufweisen.

Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass der Kugelabschnitt zum Einführen eines Zieh-Werkzeuges eine zentrische, hinter- schnittene Bohrung aufweist, deren Einführ-Bohrungsdurchmes- ser mit gegenüberliegenden Aussparungen versehen ist.

Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass der Gewinde-Siche¬ rungsring an seiner Aussenfläche einen Öffnungsdurchmesser aufweist, der etwa dem Durchmesser der Abflachung der Kugel¬ abschnitt-Hälfte mit dem kleinen Radius entspricht. Nach dieser Ausführung ist der Gewinde-Sicherungsring als of¬ fener Ring gestaltet. Soll die Verbindung der Rohre weit¬ gehend vor Verschmutzung oder Erd- bzw. Gesteinsteilen ge- schützt bleiben, kann der Gewinde-Sicherungsring an seiner Aussenfläche einen Öffnungsdurchmesser aufweisen, der etwa dem den Aussparungen entsprechenden Mass entspricht. Auf diese Weise ist der Gewinde-Sicherungsring als geschlossene Ringkappe ausgebildet.

Vorteilhaft erweist es sich, wenn der Gewinde-Sicherungs¬ ring in seiner Aussenfläche koaxiale Bohrungen oder

Schlitze zum Eingriff eines Werkzeugs aufweist.

Weiterhin ist vorgesehen, dass das Schraubgewinde zum Ein¬ schrauben des Gewinde-Sicherungsrings ein Rundgewinde ist, um ein Verklemmen zu vermeiden.

In einer abgewandelten Ausbildungsweise kann vorgesehen sein, dass der Kugelabschnitt im Bereich seiner Kugelab¬ schnitt-Hälfte mit dem kleineren Radius eine zentrische zylindrische oder leicht konische Vertiefung aufweist, deren Tiefe etwa die Hälfte bis zwei Drittel der des Dicken- masses zwischen den beidseitigen Abflachungen ausmacht. Die¬ se Vertiefung kann auch als Ganzes leicht konisch oder aus einem zylindrischen und einem konischen Abschnitt zusammen- gesetzt sein.

Diese Vertiefung dient vorzugsweise dazu, Raum zu schaffen, damit gemäss einem weiteren Vorschlag der Gewinde-Siche¬ rungsring, der im zentrischen Bereich einen zur Vertiefung in der aussenliegenden Kugelabschnitt-Hälfte mit dem kleine¬ ren Radius einen nach innen gerichtete zylindrische oder leicht konischen Ansatz aufweist, eingeschraubt werden kann, welcher zentrisch mit einer durchgehenden Bohrung von polygonalem Querschnitt versehen ist. Dabei kann diese poly- gionale Bohrung ein Drei-, Vier-, Sechs- oder Achtkant sein.

Nach einem anderen Vorschlag kann vorgesehen sein, dass die kugelkonkaven Lagerflächen des inneren Zapfen-Kuppelteilε und die Gewindebohrung zum Einschrauben des Gewinde-Siche¬ rungsringes in Flanschringen angebracht sind, welche in den ineinandergreifenden Muffen- und Zapfen-Kuppelteilen be¬ festigt sind. Dabei können die Flanschringe jeweils mittels eines ringförmigen Bundes formschlüssig in den Muffen- und Zapfen-Kupplungsteilen eingesetzt sein, um einen auch wäh¬ rend des Bohrbetriebes festhaftenden Sitz der verbundenen Bauelemente zu gewährleisten. Dieser feste Sitz wird weiter¬ hin dadurch gesichert, dass jedes der Muffen- und Zapfen-

Kupplungsteile mit den jeweiligen Enden der Bohrrohre fest verbunden ist. Eine sehr vorteilhafte Verbindung wird bei doppelwandigen Bohrrohren dadurch erreicht, dass jedes Muf¬ fen- und Zapfenkupplungsteil mit einem Ringbund versehen ist, der zur Fixierung und Zentrierung der Kupplungsteile in den Ringspalt zwischen den Bohrrohr-Wandungen eingreift.

Um eine längere Einsatzzeit des Kugelabschnitts zu errei¬ chen, kann die Oberfläche desselben gehärtet sein.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Rohrverbindung im Teilschnitt,

Fig. 2 einen vergrosserten Ausschnitt "A" nach Fig. 1 als Schnittdarstellung,

Fig. 3 eine Darstellung des Kugelabschnitts in Seitenan¬ sicht,

Fig. 4 eine Darstellung des Gewinde-Sicherungsringes im Schnitt als offener Ring,

Fig. 5 eine Einzelheit bei "B" nach Fig. 3 und 6 (Bohrung im Kugelabschnitt),

Fig. 6 eine Darstellung des Kugelabschnitts in Seitenan¬ sicht mit Halbschnitt,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung des Gewinde-Sicherungsrin¬ ges als geschlossene Ringkappe.

Fig. 8 eine Schnittdarstellung gemäss Fig. 2 einer abgewan¬ delten Ausbildung,

Fig. 9 eine Ansicht in Richtung "A" gemäss Fig. 8,

Das Kupplungsglied ist gemäss Fig. 2, 3 und 6 als Kugelab¬ schnitt 1 ausgebildet und besteht aus den Kugelabschnitt- Hälften 2 und 3 mit beidseitigen Abflachungen 4 und 5. Die Kugelabschnitt-Hälften 2 und 3 haben unterschiedliche Radi¬ en Rl und R2, wobei - siehe Fig. 1 - die Kugelabschnitt- Hälfte 2 mit dem grösseren Radius Rl in der inneren kugel¬ konkaven Lagerfläche 18 des Flanschringes 16 des Zapfen-Kup¬ pelteils 22 gelagert ist, während die Kugelabschnitt-Hälf e 3 mit dem kleineren Radius R2 in der kugelkonkaven Gegen-La- gerfläche 17 gelagert ist. Diese ist im Gewinde-Sicherungs¬ ring 9 angebracht, welcher mittels eines Rundgewindes in die Gewindebohrung 19 eingeschraubt und dadurch mit Flansch¬ ring 15 des Zapfen-Kupplungsteils 21 verbunden ist.

Zwischen den beiden Kugelabschnitt-Hälften 2 und 3 ist der Übergangsbund 7 zu erkennen, der nicht formschlüssig von der Ausnehmung 10 des Gewinde-Sicherungsringes 9 umschlos¬ sen ist, sondern ein geringes Spiel hat. Der Kugelabschnitt 2 ist in der kugelkonkaven Lagerfläche 18 des inneren Flan¬ schringes 16 gelagert und ermöglicht dadurch eine gewisse Nachgiebigkeit der Verbindung beim Auftreten von Biegemo¬ menten. Der Kugelabschnitt 3 ist in der kugelkonkaven Ge- gen-Lagerflache 17 des lösbaren Gewinde-Sicherungsringes 9 gelagert, welcher durch Verschrauben mit dem äusseren Flan¬ schring 15 mit dem Zapfen-Kupplungsteil 21 in Verbindung steht. Dadurch wird eine direkte Übertragung von Biege- und U fangskräften auf das Gewinde vermieden. Durch den Über¬ gangsbund 7 wird ferner vermieden, dass sich der Kugelab- schnitt 1 bei sehr starken einseitigen Krafteinwirkungen in den konkaven Lagerflächen schrägstellen kann.

Die Flanschringe 15 und 16 sind mit je einem ringförmigen Bund 23 versehen und dadurch in ihrer Lage in entsprechen¬ den Nuten der Zapfen- und Muffenkuppelteil 21 und 22 fi¬ xiert. Die letzteren sind jeweils mit einem Ringbund 27 ver- sehen, mittels welchem sind im Bohrrohr - bei doppelwandi- gen Bohrrohren im Ringspalt zwischen den Wandungen festge¬ legt .sind, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist.

Fig. 4 zeigt den Gewinde-Sicherungsring 9 als offenen Ring mit der zur Aufnahme des Übergangsbundes 7 vorgesehenen Aus¬ nehmung 10 und den zum Werkzeugeingriff zwecks Ein- und Aus¬ schrauben vorgesehenen Bohrungen 11. Fig. 7 zeigt den Gewin¬ de-Sicherungsring 9 als geschlossene Ringkappe ausgebildet mit zur Werkzeugeingriff vorgesehenen Schlitzen 12.

Wie aus den Fig. 1. 3 und 6 ersichtlich ist, befindet sich hinter dem Übergangsbund 7 eine Dichtungsnut 6 von halbrun¬ dem Querschnitt zur Aufnahme einer Ringdichtung.

In Fig. 6 ist das Kupplungsglied 1 mit auf dem vorderen

Teil des Kugelabschnittes 2 umlaufender Dichtungsnut 6 so¬ wie der im äusseren Bereich des Kugelabschnittes 3 zum Ein¬ setzen von Ziehwerkzeugen vorgesehenen hinterschnittenen Bohrung 8 dargestellt. Letztere dient zum Einsetzen, Lok- kern. Korrigieren oder Herausziehen des Kugelabschnitts 1 aus seinem Lagersitz.

In Fig. 5 ist diese Bohrung 8 als Einzelheit bei "B" in An¬ sicht vorn dargestellt.

Die Fig. 8 und 9 veranschaulichen eine abgewandelte Ausbil¬ dungsweise des Gewinde-Sicherungsrings 9, der in Fig. 2, 4 und 7 dargestellt ist. Durch diese abgewandelte Ausbildung werden die dort vorhandenen Bohrungen 11 oder Schlitze 12 zum Ansetzen eines Spezial erkzeugs, um den Gewinde-Siche¬ rungsring 9 in den Flanschring 15 ein- oder aus diesem her¬ auszudrehen, durch eine Einsatzmöglichkeit für einen sog.

Inbus-Schlüssel ersetzt.

Wie Fig. 8 und 9 erkennen lassen, ist in den Gewinde-Siche¬ rungsring 9 eine Sechskant-Öffnung 31 zum Ansetzen eines Inbus-Schlüssels eingelassen, die in eine zylindrische Ver¬ tiefung 30 mündet, welche in der Kugelabschnitt-Hälfte 3 mit dem kleineren Radius vorhanden ist. Zur Verstärkung der Wandung des Gewinde-Sicherungsringes 9 ist dieser mit einem in die Richtung zur Kugelabschnitt-Hälfte 3 weisenden koni- sehen Ansatz 29 versehen, in welchen die Sechskant-öffnung 31 eingeschnitten ist. Dieser Ansatz 29 ragt in eine Vertie¬ fung 30, welche einen inneren zylindischen und äusseren konischen Abschnitt aufweist.