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Dokumentenidentifikation DE102007016824B4 28.04.2011
Titel Eindrehkupplung
Anmelder Tracto-Technik GmbH & Co. KG, 57368 Lennestadt, DE
Erfinder Püttmann, Franz-Josef, 57368 Lennestadt, DE
Vertreter König Szynka Tilmann von Renesse, Patentanwälte, Partnerschaft, 40549 Düsseldorf
DE-Anmeldedatum 05.04.2007
DE-Aktenzeichen 102007016824
Offenlegungstag 16.10.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse E21B 17/046  (2006.01)  A,  F,  I,  20070405,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gestängekupplung, mit der sich insbesondere Gestängeschüsse von Schub- oder Zuggeräten im grabenlosen Leitungsbau miteinander verbinden lassen.

Derartige Geräte dienen zum Herstellen oder auch zum Aufweiten einer Erdbohrung, zum Ersetzen von Rohrleitungen sowie zum Einziehen von Produktrohren; sie arbeiten beispielsweise von Schacht zu Schacht im Erdreich und verwenden ein Gestänge zum Übertragen von Druck- oder Zugkräften und ggf. von Drehmomenten. Der übliche Schachtdurchmesser beträgt 1 m. Die Gestängeschüsse müssen für eine solche Anwendung kürzer als 1 m und die Zahl der Gestängeschüsse für eine Bohrung von Schacht zu Schacht oder auch über größere Distanzen von Grube zu Grube entsprechend hoch sein. Dies erfordert einen hohen Aufwand beim Verbinden und Lösen der Gestängeschüsse. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei den herkömmlichen Bohrgestängen ein Krümmungsradius nicht gegeben oder zumindest begrenzt ist, weil die Gestänge entweder über feste Schraubkupplungen miteinander verbunden sind oder die Gestängeschüsse in einer bestimmten Winkelstellung aneinander gesetzt werden, um dann in eine im wesentlichen gestreckte Betriebslage verschwenkt zu werden, bevor Zug- oder Schubkräfte aufgebracht werden. Die Betriebslage begrenzt naturgemäß auch den Krümmungsradius des Gestänges und begrenzt gleichzeitig auch die Länge der Gestängeschüsse bei einer Verwendung in einem Normschacht, dessen lichte Weite sich praktisch nicht verlängern läßt.

Hinzu kommt der Nachteil, daß die Gestängeschüsse vor Ort, d. h. im Schacht gekuppelt werden müssen, der sich in aller Regel rechtwinklig zu der Kanalachse erstreckt und daher außerhalb des vorerwähnten maximalen Anstellwinkels für eine sichere Verbindung liegt.

Um das zeitaufwendige Ansetzen der Gestängeschüsse zu vermeiden, werden in der Praxis gerne Aufweitköpfe mit einer Zugkette oder einem Zugseil verwendet. Auf diese Weise ist zwar unter Verwendung einer Umlenkrolle für die Kette oder das Seil ein Arbeiten von der Erdoberfläche aus möglich. Während ein Seil keine Schubkräfte übertragen kann, ist dies mit einer Schubkette möglich. Jedoch ist die Verwendung solcher Ketten mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Bei großen Kräften sind entsprechend schwere Ketten erforderlich, die mit großen Schwierigkeiten bei der Montage, beim Abrollen von einer Kettentrommel und insbesondere beim Einbringen in den aufzuweitenden Kanal verbunden sind. Bei Verwendung einer Winde sind die zur Verfügung stehenden Kräfte begrenzt und die Anschaffungspreise hoch.

Gestänge, die sich aus einer Winkellage verbinden lassen sind beispielsweise aus der DE 196 08 980 C2 bekannt. Bei diesem Gestänge werden die Enden zweier Gestängeschüsse unter einem bestimmten Neigungswinkel zunächst zusammengesteckt und sodann in die 180°-Betriebslage verschwenkt. In ähnlicher Weise werden die einzelnen Abschnitte des in der DE 199 18 530 A1 beschriebenen Gestänges miteinander verbunden. Auch bei dieser Gestängeart ist der Arbeitswinkel begrenzt und die Herstellung zudem kostenaufwendig.

Aus der DE 196 08 980 C2 ist eine Gestängekupplung bekannt, bei der die zwei miteinander zu verbindenden Gestängeschüsse gekoppelt werden, indem eine Kupplungsnase, die einen quer zur Längsrichtung eines ersten Gestängeschusses ausgerichteten Hinterschnitt ausbildet, in eine quer zu einem zweiten Gestängeschuss ausgerichtete Queröffnung eingesetzt und daraufhin in die koaxiale Betriebslage rotiert wird. Dabei umgreift der Hinterschnitt ein entsprechendes Querelement des ersten Gestängeschusses. Eine funktional entsprechende Gestängekupplung ist zudem in der DE 83 21 096 U1 offenbart.

Aus der DE–PS 369 691 und der DE-PS 312 215 sind weiterhin Gestängekupplungen bekannt, bei denen ein erstes Verbindungselement, das eine längliche Öffnung aufweist, um einen Stift des anderen Verbindungselements rotiert wird und die Gestängekupplung dann durch ein axiales Verschieben der zwei Verbindungselemente zueinander gesichert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Gestängekupplung zu schaffen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde eine Gestängekupplung zu schaffen, bei der ein Gestängeschuß axial rotiert wird, um ein Querelement an dessen Ende mit einer korrespondierenden Aufnahme in Eingriff zu bringen und dann erst in den Betriebsbereich verschwenkt wird.

Dies ermöglicht beispielsweise eine Kupplung mit einem Querzapfen, der durch axiale Rotation des Gestängeschusses in ein korrespondierendes Kupplungsmaul eingesetzt wird. Das Kupplungsmaul weist eine Längsöffnung auf, in die der Querzapfen vor der Rotation um die Gestängeschußachse eingesetzt wird. Der Gestängeschuß wird dann in seinen endgültigen Betriebsbereich verschwenkt. Die erfindungsgemäße Gestängekupplung erlaubt es, daß sich der Betriebsbereich eines damit verbundenen Gestänges über ein großes Kreissegment erstreckt.

Der Querzapfen weist bevorzugt eine Abflachung auf, die stirnseitig angeordnet sein kann. Aufgrund der Geometrie des Kupplungsmauls erlaubt die Abflachung dann das Rotieren in der Längsöffnung und das Verschieben in die Querausnehmung. So läßt sich der Querzapfen beispielsweise bei rechtwinkliger Stellung der Gestängeschüsse in die Längsöffnung einsetzen, auf der Abflachung in der Gestängeschußachse rotieren und in die Querausnehmung verschieben, um erst dann in den Betriebsbereich verschwenkt zu werden. Der Zapfen kann aber auch anders ausgestaltet sein, z. B. so, daß er in einer überstreckten Lage in die Querausnehmung eingeschoben wird und dadurch in einem 90°-Winkel bereits in der Querausnehmung fixiert ist. Weil der Zapfen dann in der Querausnehmung über einen weiten Winkelbereich axial fixiert bleibt, ist eine sichere Längsarretierung bzw. Kraftübertragung in diesem weiten Arbeitsbereich gewährleistet.

Die Fixierung kann auch spielfrei sein. Eine spielfreie Verbindung läßt sich bei Verwendung eines im Querschnitt kreisförmigen Zapfens mit entsprechend korrespondierender Ausnehmung besonders gut verwirklichen.

Der Querzapfen ist bevorzugt als in etwa T-förmiges Querelement ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform läßt sich das T-förmige Querelement rechtwinklig zur Gestängeachse in die Längsöffnung des korrespondierenden Kupplungsmauls einschieben, um 90° rotieren und sodann in der Gestängeschußachse verschieben und schließlich in den Betriebsbereich verschwenken. Das Kupplungsmaul kann dazu stirnseitig offen, beispielsweise L-förmig ausgebildet sein.

Der Querzapfen kann aber auch L-förmig ausgebildet sein. Er kann eine oder mehrere Abflachungen aufweisen, die zu einer oder mehreren Abflachungen in der Längsöffnung korrespondieren.

Ein derartiges Gestänge eignet sich naturgemäß für Erdbohrungen, Leitungserneurungen oder das Bersten von Schacht zu Schacht und insbesondere für ein Bedienen aus einer Lage außerhalb der Kanalachse. Dabei kann nicht nur das Verbinden von der Erdoberfläche aus erfolgen, sondern auch das Aufbringen der Zug- oder Schubkräfte. So können die Gestängeschüsse auch in vertikaler Ebene miteinander verbunden werden. Bei Verwendung spielfreier Gestängeschüsse führt die Längenkonstanz des Gestänges dazu, daß nahezu kein Wegstreckenverlust des Gestänges beim Leerhub des Zug-/Schubgerätes auftritt.

Die Querausnehmung kann auch eine gesonderte Längsarretierung für den Quersteg des T-förmigen Kupplungsstücks, beispielsweise eine Querschulter aufweisen, die eine Kraftübertragung vom Zapfen in den korrespondierenden Gestängeschuß erlaubt. Die Kraftübertragung kann aber auch über andere Elemente der Gestängeschußenden erfolgen.

Um den Eingriff des Antriebs in das Gestänge zu ermöglichen und/oder das Gewicht des Gestänges zu verringern, können die Gestängeschüsse mit Öffnungen oder Vorsprüngen versehen sein.

Mit dem erfindungsgemäßen Gestänge läßt sich sowohl eine Schub- als auch eine Zugkraft auf das im Erdkanal befindliche Werkzeug ausüben. Die Erfindung erlaubt es somit, daß diese Kräfte außerhalb der Gestängeachse in das Gestänge eingeleitet werden. Ein Kanal läßt sich somit von der Erdoberfläche aus aufweiten oder ein Rohr erneuern, ohne daß das Bedienpersonal Gerüchen oder Gefahren ausgesetzt wird, wobei sowohl am Ende eines Gestängestrangs Gestängeschüsse von der Erdoberfläche aus angesetzt als auch von einem solchen Strang abgenommen werden können.

Die erfindungsgemäße Kupplung kann mit verschiedenen Gestängearten verwendet werden und auch mit einer Stützeinrichtung zur Umleitung der Schub- oder Zugkräfte von der Antriebsachse in die Kanalachse.

Das Gestänge kann als Kreisbogensegment beidseitig, d. h. konkav/konkav oder konkav/konvex, ausgebildet sein, um die Form verschiedener Stützeinrichtungen abzubilden bzw. in verschiedenen Kurvenrichtungen betrieben zu werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 das vordere Ende eines erfindungsgemäßen Gestängeschusses mit einer Kupplungshälfte,

2 das rückwärtige Ende des Gestängeschusses nach 1 mit der anderen Kupplungshälfte,

3 eine Draufsicht auf das rückwärtige Ende des Gestängeschusses der 1, 2,

4 die Anfangsphase beim Verbinden zweier Gestängeschüsse,

5 eine Zwischenphase,

6 die Zuordnung beider Gestängeschüsse vor der endgültigen Verbindung,

7 die betriebsbereite Lage der Kupplung,

8 die Kupplung bei einer Winkellage der beiden Gestängeschüsse und

9 die Betriebslage der beiden Gestängeschüsse mit der erfindungsgemäßen Kupplung.

Die erfindungsgemäße Gestängekupplung besteht aus einem T-förmigen Kupplungsstück mit einem Quersteg 1 mit einer Abflachung 2 und einem Längssteg 3 am Ende eines Gestängeschusses 4 mit Öffnungen 5 einerseits und einem Gegenstück 6 am anderen Ende eines vorlaufenden Gestängeschusses 7 bzw. am nicht dargestellten rückwärtigen Ende des Gestängeschusses 4.

Das Gegenstück 6 besitzt eine im wesentlichen L-förmiges Längsöffnung 8 sowie eine Querausnehmung 9, mit einem Boden 10 und einer Lagermulde 11, die zusammen mit den Seitenwandflächen 12, 13 beiderseits der Lagermulde 11 als Lager für den Quersteg 1 des T-förmigen Kupplungsstücks dient. Die Längsöffnung 8 ist in Bezug auf die Querausnehmung 9 bzw. deren Boden 10 so angeordnet, daß der Quersteg noch in die Arbeitsposition verschoben werden muß, nachdem er wie folgt einrotiert wurde: Sobald der Quersteg 1 seine tiefste Eintauchstellung erreicht hat und demgemäß mit der Abflachung 2 den Boden 10 berührt, wird der Gestängeschuß 4 aus der Position gemäß 5 in die Zwischenposition der 6 um 90° axial rotiert und sodann entlang der Achse des Gestängeschusses 7 in die Endlage nach 7 geschoben, was aufgrund der Abflachung 2 möglich ist. In dieser Lage sind die beiden Gestängeschüsse 4, 7 miteinander verbunden, sobald sie die 90°-Winkelstellung verlassen, da die Geometrie des Querstegs 1 ein Verlassen der Querausnehmung 9 nur zuläßt, wenn sich die Abflachung 2 in der Ebene des Bodens 10 befindet. Sie lassen sich gegeneinander verschwenken, beispielsweise aus der Winkellage nach 7, 8 in eine gestreckte Betriebslage nach 9, in der die Stirnfläche 14 an der Vorderseite des Gestängeschusses 4 im wesentlichen spielfrei an den ihr gegenüberliegenden U-förmigen Stirnflächen 15, 16 des vorderen Gestängeschusses 7 anliegen. Auf diese Weise ergibt sich zusammen mit der Lagermulde 11 in dem vorderen Gestängeschuß 7 eine insgesamt spielfreie Verbindung zwischen den beiden Gestängeschüssen 4, 7 über einen weiten Bereich von Winkelstellungen.

Die erfindungsgemäße Kupplung ist außerordentlich robust und erlaubt daher eine hohe Zugbelastung ebenso wie eine hohe Druckbelastung und die Übertragung eines großen Drehmoments. Hinzu kommt ihre einfache und bedienungsfreundliche Montage und Demontage sowie ihr großer Arbeitsbereich der, je nach Orientierung der Abflachung, auf 90° und mehr ausgedehnt werden kann.


Anspruch[de]
Gestängekupplung, insbesondere für Erdbohrgestänge (7), mit einem Querelement (1) an einem Ende eines ersten Gestängeschusses (4) und einer Längsöffnung (8) und einer Querausnehmung (9) am Ende eines korrespondierenden zweiten Gestängeschusses (7), wobei die Längsöffnung (8) in Längsrichtung in Bezug auf diesen Gestängeschuß (7) angeordnet ist und die Gestängekupplung verbindbar ist, indem das Querelement (1) des ersten Gestängeschusses (4) zunächst in die Längsöffnung (8) des zweiten Gestängeschusses (7) eingesetzt, dann axial in die Querausnehmung (9) des zweiten Gestängeschusses einrotiert und der erste Gestängeschuß (4) anschließend in den Betriebsbereich verschwenkt wird. Gestängekupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Querelement (1) als Quersteg T- oder L-förmig ausgebildet ist. Gestängekupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsöffnung (8) L-förmig ausgebildet ist. Gestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Quersteg (1) eine geometrische Form besitzt, die nach dem Verschwenken in den Betriebsbereich in der Querausnehmung (9) eine Längsarretierung des Querstegs (1) bewirkt. Gestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierung aus einer Lagermulde (11) besteht. Gestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Quersteg (1) spielfrei in der Querausnehmung (9) angeordnet ist. Gestängekupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Quersteg (1) und die Längsöffnung (8) einander gegenüberliegend an einem Gestängeschuß (4; 7) angeordnet sind. Gestängekupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Quersteg (1) Abflachungen (2) aufweist. Gestängekupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gestängeschuß (4; 7) leiterartig ausgebildet ist. Gestängekupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gestängeschuß in der Längsöffnung (8) in eine axiale Endlage verschoben wird, bevor er in den Betriebsbereich verschwenkt wird.






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