DE3105565C1

DE3105565C1 - "Klemmvorrichtung für Bohrgestänge, Rohre oder ähnliche Gegenstände"

Info

Publication number: DE3105565C1
Application number: DE3105565A
Authority: DE
Inventors: Albrecht 5140 Erkelenz Heinrichs; Jakob 5144 Wegberg Wolters
Original assignee: Wirth Maschinen und Bohrgeraete Fabrik GmbH
Current assignee: Mhwirth GmbH
Priority date: 1981-02-16
Filing date: 1981-02-16
Publication date: 1982-09-30

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Unzulänglichkeiten und Schwierigkeiten der erläuterten Art zu beheben und eine Vorrichtung zu schaffen, die bei nicht mehr voll-wirksamer oder nicht ausreichender Klemmung ein vollständiges Herausrutschen des betreffenden Teiles sicher verhindert. Die Vorrichtung soll dabei für alle solche Gegenstände geeignet sein, bei denen außer einem den Angriff von Klemmbacken zulassenden Endbereich wenigstens ein diesem im wesentlichen benachbarter Bereich mit geringerem Durchmesser als der Endbereich vorhanden ist Dies gilt u. a. für alle Gestänge, die ein nach außen verdicktes Verbindungsende haben, z. B. für sog. API-Gestänge, weiterhin aber auch für Gestänge oder ähnliche Gegenstände, die kein verdicktes Ende haben, aber z. B. eine Eindrehung, Nut od. dgl. in gewissem Abstand vom Ende aufweisen. Die Erfindung strebt dabei auch eine vorteilhafte Ausbildung einer solchen Vorrichtung im einzelnen an. Mit alledem zusammenhängende weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befaßt, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösung.
Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art sieht die Erfindung vor, daß wenigstens an einer Klemmbacke unterhalb ihres Klemmbereiches ein bewegliches Sperrstück angeordnet ist, das in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen Klemmbakke und Widerlager radial einwärts bewegbar ist und sich in der Klemmposition der Klemmbacke in radialer Richtung weiter nach innen erstreckt als der Klemmbereich der Klemmbacke.
Wenn bei einer solchen Vorrichtung die Klemmkraft nicht mehr ausreicht, sei es durch Verschleißerscheinungen am Gestängeteil bei plötzlicher hoher Belastung, sei es aus anderen Gründen, und der betreffende Gegenstand an den Klemmbacken entlangzurutschen beginnt, wird ein völliges Herausfallen und damit ggfs. auch die Gefahr des Verlorengehens dadurch sicher vermieden, daß die in den Weg des Endteiles mit dem größeren Durchmesser hineinragenden Sperrstücke den Gestängeteil festhalten. Mit anderen Worten, die Sperrstücke haben den Durchlaßquerschnitt so verengt, daß das dickere Ende des Gestängeteiles diese Stelle nicht passieren kann.
Das jeweilige Sperrstück läßt sich in verschiedener Weise ausbilden. Besonders zweckmäßig hat es die Form einer auf einer Achse gelagerten Klinke od. dgl., insbesondere mit einer an beiden Enden von der Klemmbacke gehaltenen Achse und einer entsprechenden Ausnehmung in der Klemmbacke zur Unterbringung des betreffenden Teiles der Klinke.
Bei einer vorteilhaften Ausbildung weist das Sperrstück einen in radialer Richtung verdickten unteren Teil auf, derart, daß schon bei der ersten radialen Einwärtsbewegung eine sperrende Position gegeben ist.
Das Sperrstück kann einen oder mehrere Absätze aufweisen. Zweckmäßig ist es auf seiner nach innen weisenden Seite von einer Kurve begrenzt.
Es bestehen mehrere Möglichkeiten, um die radiale Einwärtsbewegung des Sperrstückes zu bewirken, z. B.
über einen Hebel, durch Freigeben einer Belastungsfeder oder in ähnlicher Weise. Besonders vorteilhaft ist für die Einwärtsbewegung eine Zwangsführung vorgesehen. Damit ergibt sich eine unkomplizierte und betriebssichere Ausführung. Eine solche Zwangsführung kann bei einer sehr günstigen Ausbildung der Vorrichtung zumindest teilweise von einer der Keilfläche der Klemmbacke zugeordneten Gegenkeilfläche des Widerlagers gebildet sein. Des weiteren ist es besonders zweckmäßig, im Widerlager im Anschluß an die Gegenkeilfläche eine Führungsfläche für das Sperrstück vorzusehen, deren Neigung größer als die der Gegenkeilfläche ist. Hierdurch läßt sich bei verhältnismäßig geringem axialen Verschiebeweg eine schnelle Radialverstellung des Sperrstückes erreichen.
Eine solche dem Sperrstück zugeordnete Führungsfläche kann eine ebene Keilfläche sein, sie kann insbesondere aber auch eine zu ihrem Ende hin größer werdende Neigung haben, also durch eine gekrümmte Fläche gebildet sein. Ungeachtet von der Ausbildung im einzelnen kann sich die Führungsfläche am Widerlager selbst oder aber wenigstens teilweise an einem Durchtrittsöffnungen für Teile der Klemmbacken aufweisenden Bauteil, etwa einer Hohlspindel od. dgl., vorgesehen ist.
Beim Lösen der Klemmung kann eine radiale Auswärtsbewegung des betreffenden Sperrstückes ggfs.
auch durch eine Zwangsführung oder durch Federkraft bewirkt werden. Bei einer sehr einfachen und zweck mäßigen Ausführung sieht die Erfindung vor, das betreffende Sperrstück so auszubilden, daß es bei gelöster Klemmbacke ohne Zuhilfenahme sonstiger Mittel einen Zustand einnimmt, der ein Hindurchschieben des Gestängeteiles sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung ermöglicht. Dies läßt sich durch eine solche Beweglichkeit des Sperrstückes erreichen, daß es von dem Gestängeteil selbst zur Seite gedrückt werden kann. Auch lassen sich die Gewichtsverhältnisse und der Schwerpunkt des Sperrstückes so wählen, daß es infolge der dadurch bedingten Kraftwirkungen während der Lösebewegung der Klemmbacke unter ständiger Anlage an der Gegenkeilfläche des Widerlagers bzw. der Führungsfläche die jeweils mögliche radiale Bewegung nach außen ausführt.
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen; in der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung ist die Erfindung erläutert Es zeigt F i g. 1 eine Hälfte einer Ausführung der Vorrichtung, teils im Längsschnitt, im gelösten Zustand, F i g. 2 in Zuordnung zu Fig. 1 die andere Hälfte der Vorrichtung, teils im Längsschnitt, im Spannzustand und F i g. 3 eine Klemmbacke mit Sperrstück mit Blick auf die Innenseite, teils im Schnitt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung an einem nur mit seinem unteren Teil wiedergegebenen Kraftdrehkopf K üblicher Ausführung angebracht. Eine durch einen drehbaren Teil des letzteren antreibbare Hohlspindel 1 weist in ihrem unteren Bereich mehrere, z.B. vier oder sechs, regelmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 2 auf. Das sich daran noch anschließende untere Ende der Hohlspindel ist mit der Ziff. la bezeichnet. Auf ein Außengewinde 4 des letzteren ist ein Ring 3 aufgeschraubt und mittels Klemmschraube od. dgl. gesichert. Der Ring 3 weist auf einem großen Teil seiner Höhe innen eine Konusfläche 8 auf und bildet ein Widerlager für Klemmbacken 5.
Jede derselben greift mit einem Mittelteil 5a in eine der Öffnungen 2 ein und weist auf der Innenseite einen aufgerauhten oder mit einer Zahnung 7a (F i g. 3) od. dgl.
versehenen Klemmbereich 7 auf. Auf der Außenseite ist jede Klemmbacke 5 mit einer Keilfläche 6 (ggfs. Teil einer Konusfläche) versehen, welche die gleiche Neigung wie die durch den Innenkonus des Ringes 3 gebildete Gegenkeilfläche 8 hat. Jede Klemmbacke 5 hat ein abgewinkeltes oberes Ende 5h, das in die Ausnehmung 9 eines Hülsenteiles 10 eingreift, der auf einer zylindrischen Außenfläche der Hohlspindel 1 in axialer Richtung verschiebbar ist. Hierzu dienen zwei oder mehr Druckmittelzylinder 11, die mit seitlichen Tragzapfen 12 in Konsolen 13 gehalten sind und deren Kolbenstangen 14 an festen Bolzen 15 angelenkt sind.
Letztere befinden sich an einem sich nicht drehenden Teil G des Kraftdrehkopfes K oder einem anderen festen Gestellteil od. dgl. Der Hülsenteil 1 ist über Wälzlager 16 in Armen der Konsolen 13 oder einem mit den Konsolen verbundenen Ring drehbar gelagert, wobei mit der Ziff. 17 eine Verschlußmutter an der Lagerung bezeichnet ist.
Die innere Weite der Hohlspindel 1 ist so bemessen, daß darin ein Gestängeteil 18 bzw. ein verdicktes Ende 19 eines solchen Gestängeteiles Aufnahme finden kann.
Es handelt sich z. B. um ein übliches Schraubgestänge, bei dem in dem muffenartigen Endteil 19 ein Innengewinde 19a zum Verschrauben mit einem anderen Gestängeteil oder mit einer Innenspindel Sder Vorrichtung bzw. des Kraftdrehkopfes K vorgesehen ist.
In der gelösten Stellung, wie sie F i g. 1 zeigt, sind die Kolbenstangen 14 in den Zylindern 11 eingeschoben, so daß der Hülsenteil 10 und die von ihm gehaltenen Klemmbacken 5 die obersten Position eingenommen haben. Dies entspricht zugleich einer äußeren Lage in radialer Richtung, derart, daß dabei die Klemmbereiche 7 der Klemmbacken 5 nicht über die lichte Weite der Hohlspindel 1 nach innen vorstehen.
Die radiale Auswärtsbewegung der Klemmbacken 5 beim Überführen in die Lösestellung beim Hochschieben des Hülsenteiles 10 kann auf verschiedene Weise geschehen, z. B. mittels einer oder mehrerer Federn od. dgl. Bei der dargestellten einfachen und zweckmäßigen Ausführung ist jede Klemmbacke 5 in ihrem oberen Teil auch innenseitig mit einer Keilfläche 20 versehen, die auf einer entsprechenden Gegenkeilfläche 21 bzw.
einem Außenkonus in dem unmittelbar oberhalb der Öffnungen 2 gelegenen Bereich der Hohlspindel 1 gleiten kann.
In dem gelösten Zustand nach F i g. 1 kann der Gestängeteil 18 mit seinem verdickten Muffenende 19 ungehindert von unten her in die Hohlspindel 1 eingeführt werden. Werden nun die Zylinder 11 betätigt, verschiebt der Hülsenteil 10 die Klemmbacken 5 nach unten, wobei diese infolge der Anlage ihrer äußeren Keilflächen 6 an der von der konischen Innenseite des Ringes 3 gebildeten Gegenkeilfläche 8 radial nach innen gedrückt und zum klemmenden Angriff an dem Endteil 19 des Gestängeteiles 18 gebracht werden, so daß dieser fest eingespannt wird. Diesen Zustand zeigt F i g. 2.
Am unteren Ende jeder Klemmbacke 5 und somit unterhalb des Klemmbereiches 7 ist ein bewegliches Sperrstück 22 angeordnet, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ähnlich einer Klinke ausgebildet ist und schwenkbar von einer Achse 23 gehalten wird, die sich an der Klemmbacke 5 befindet. Dabei kann sich das obere Ende jedes Sperrstückes 22 in einer entsprechend großen Ausnehmung 24 der Klemmbacke schwenkend bewegen. In seinem übrigen Teil weist das Sperrstück 22 auf seiner nach innen gerichteten Seite eine von einer gekrümmten Fläche 25 begrenzte Verdickung 26 auf, während es außenseitig mit einer Schrägfläche 27 versehen ist, die auf der Innenfläche 8 des Ringes 3 sowie auf einer geneigten Führungsfläche 28 des Endteiles 1a der Hohlspindel 1 gleiten kann. Bei der dargestellten zweckmäßigen Ausführung hat jede Führungsfläche 28 eine größere Neigung als die von der Innenseite des Ringes 3 gebildete Gegenkeilfäche 8 für die Klemmbacken 5.
Die Anordnung der Ausbildung ist so getroffen, daß in der gelösten Position der Vorrichtung gemäß Fig. 1 auch die Sperrstücke 22 sich so weit radial nach außen bewegt haben, daß das Muffenende 19 des Gestängeteiles 18 frei einschiebbar ist. Es kann beispielsweise so sein, daß jedes Sperrstück 22 unter dem Einfluß der Schwerkraft in Anlage mit der Gegenkeilfläche 8 verbleibt, wenn die Vorrichtung in die Lösestellung überführt wird. Auch wenn dies nicht oder nicht vollständig der Fall wäre, würde dies das Einführen des Gestängeteiles 18 in die Hohlspindel 1 nicht hindern, weil dann das betreffende Sperrstück 22 infolge der gewählten Form durch das Gestängeteil bzw. sein Ende 19 selbst zur Seite geschoben bzw. geschwenkt wird.
Beim Überführen der Vorrichtung aus der Lösestellung in den Spannzustand werden die Spannstücke 22 unter der Wirkung der Gegenkeilfläche 8 bzw. der Führungsfläche 28 am Teil la zunehmend radial einwärts bewegt, bis sich z. B. die Position nach F i g. 2 ergibt. Wie ohne weiteres erkennbar ist, ragt hier der vorstehende Teil des jeweiligen Sperrstückes 22 in den Raum unterhalb des verdickten Endes 19 des Gestängeteiles 18 hinein, so daß der Gestängeteil 18 nicht aus der Vorrichtung herausrutschen kann, falls die Einspannung durch die Klemmbacken 5 infolge irgendwelcher Umstände nicht mehr in ausreichendem Maße gegeben sein sollte.
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Claims

Patentansprüche: 1. Klemmvorrichtung mit an einem Widerlager abstützbaren, beweglichen Klemmbacken für Gegenstände in Form von Bohrgestängeteilen, Rohren od. dgl., die jeweils wenigstens einen den Angriff von Klemmbacken zulassenden Endbereich und wenigstens einen diesem im wesentlichen benachbarten Bereich mit geringerem Durchmesser als der Endbereich aufweisen, wobei die Klemmbacken mit Keilflächen versehen sind und durch axiale Relativbewegung zwischen ihnen und dem mit Gegenkeilflächen ausgestatteten Widerlager mit ihren Klemmbereichen an den zu klemmenden Gegenstand anstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens an einer Klemmbacke (5) unterhalb ihres Klemmbereiches (7) ein bewegliches Sperrstück (22) angeordnet ist, das in Abhängigkeit von der Relativbewegung zwischen Klemmbacke (5) und Widerlager (3) radial einwärts bewegbar ist und sich in der Klemmposition der Klemmbacke (5) in radialer Richtung weiter nach innen erstreckt als der Klemmbereich (7) der Klemmbacke (5).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrstück (22) eine auf einer Achse (23) in bzw. an der Klemmbacke (5) gelagerte Klinke od. dgl. ist
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrstück (22) einen in radialer Richtung verdickten unteren Teil (26) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrstück (22) auf seiner radial innenliegenden Seite wenigstens teilweise von einer gekrümmten Fläche (25) begrenzt ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die radiale Einwärtsbewegung des Sperrstückes (22) eine Zwangsführung (8,28) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung zumindest teilweise von einer der Keilfläche (6) der Klemmbacke (5) zugeordneten Gegenkeilfläche (8) des Widerlagers (3) gebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Gegenkeilfläche (8) eine Führungsfläche (28) für das Sperrstück (22) vorgesehen ist, deren Neigung größer als die der Gegenkeilfläche (8) ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (28) eine zu ihrem Ende hin zunehmende Neigung hat.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (28) wenigstens teilweise an einem Durchtrittsöffnungen (2) für Teile der Klemmbacken (5) aufweisenden Bauteil (1) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil eines Kraftdrehkopfes (K)ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrstück (22) mit Ausnahme einer radial äußeren Wegbegrenzung (8,28) frei beweglich ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrstück (22) mit einer es radial auswärts zu bewegen suchenden Kraft belastet bzw. belastbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Klemmvorrichtung mit an einem Widerlager abstützbaren, beweglichen Klemmbacken für Gegenstände in Form von Borgestängeteilen, Rohren od. dgl., die jeweils wenigstens einen den Angriff von Klemmbacken zulassenden Endbereich und wenigstens einen diesem in wesentlichen benachbarten Bereich mit geringerem Durchmesser als der Endbereich aufweisen, wobei die Klemmbakken mit Keilflächen versehen sind und durch axiale Relativbewegung zwischen ihnen und dem mit Gegenkeilflächen ausgestatteten Widerlager mit ihren Klemmbereichen an den zu klemmenden Gegenstand anstellbar sind.

Klemmvorrichtung dieser Art sind bekannt (vgl. z. B.

DE-PS 12 19 885) und werden in großem Maße in der Praxis eingesetzt. Die Relativbewegung zwischen dem Widerlager und den Klemmbacken beim radialen Anstellen der letzteren für den Klemmvorgang kann sowohl bei axial weitgehend unverschiebbar gehaltenen Klemmbacken durch axiale Verschiebung des Widerlagers geschehen als auch durch axiale Verschiebung der Klemmbacken relativ zu einem axial feststehenden Widerlager bewirkt werden. Das Zurückführen der Klemmbacken in die gelöste Stellung kann z. B. durch Federkraft oder aber auch durch eine Keilführung od. dgl. erfolgen.

Beim Arbeiten mit den bekannten Klemmvorrichtungen wird der betreffende Gestängeteil immer nur durch kraftschlüssigen Angriff der Klemmbacken an einer zylindrischen Außenfläche gehalten. Sind diese Flächen, z. B. an den das Innengewinde zum Verschrauben enthaltenden verdickten Verbindungsenden, stark verschlissen, so kann es vorkommen, daß bei plötzlicher Belastung ein Herausrutschen des betreffenden Teiles aus den Klemmbacken eintritt. Wenn in einem solchen Fall ein Gestängestrang nicht bereits an anderer Stelle abgefangen ist, kann das gesamte Gestänge verlorengehen. Der Verlust eines Gestängeteiles oder eines ganzen Stranges kann z. B. auch dadurch verursacht werden, daß ein Steuerventil od. dgl. unachtsam betätigt wird und das Gestänge bei nicht mehr vorhandener Abfangwirkung nun übermäßig belastet wird und von der Klemmung nicht mehr gehalten werden kann.