DE3521923C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorzange gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie sie übli­ cherweise bei Bohrlocharbeiten für das Zusammen- und Auseinanderschrauben von Rohrelementen benutzt wird.

Motorzangen lassen sich allgemein in solche mit seitli­ cher Mündung oder offenem Hals und solche mit geschlos­ senem Hals einteilen. Beispiele für die letztere Art sind in den US-PSen 33 71 562, 34 83 774, 35 50 485 und 35 89 742 beschrieben. Da die starre Motorzange das jeweilige Rohr umschließt, wirkt die Motorzange mit geschlossenem Hals einem Aufspreizen entgegen, so daß mit ihr allgemein hohe Zusammenschraub- und Auseinander­ schraubdrehmomente erzielbar sind. Nachteilig an einer solchen Motorzange ist aber, daß der Zangenkörper nicht seitlich auf ein Rohr aufgeschoben oder von ihm zurück­ gezogen werden kann. Offenhals-Motorzangen, wie sie in den US-PSen 30 21 739, 31 80 186, 31 96 717 und 40 84 453 beschrieben sind, ermöglichen ihre seitliche Bewegung relativ zu einer Rohrverbindung und enthalten normalerweise einen Klappen- oder Verschluß-Sperrmechanismus zur Verbindung des Zangenkörpers im Offenhalsbereich. Eine Abwandlung einer Motorzange mit geschlossenem Hals bzw. ohne offene Mündung ist in der US-PS 43 34 444 beschrieben. Dabei weisen sowohl der Zangenkörper als auch der dreh­ bare Kurvenring schwenkbare Abschnitte auf, die geöffnet werden können, und die Motorzange seitlich am Rohr anset­ zen zu können, und die arretiert oder gesperrt werden können, um eine Steifheit nahezu entsprechend derjenigen einer Motorzange mit geschlossenem Hals zu erzielen.

Es ist allgemein wünschenswert, daß eine Motorzange in verschiedenen Drehzahl/Drehmomentbereichen oder -stufen und sowohl in Vorwärts- bzw. Zusammenschraub- als auch Rückwärts- bzw. Auseinanderschraub-Richtung betätigbar ist. Es sind bereits verschiedene Anordnungen entwickelt worden, um eine Motorzange beim routinemäßigen Zusammen­ schrauben von Rohrverbindungen mit hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment und auch mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment zur Erzielung des Drehmoments für das endgültige Zusammenschrauben von Rohren betreiben zu können. Die US-PS 43 46 629 beschreibt ein Verfahren zum manuellen Umschalten eines Getriebes einer Motorzange für die Erzielung entweder eines Niederdrehzahl- oder eines Hochdrehzahl-Antriebs. Die US-PS 36 35 105 be­ schreibt eine Motorzange mit zwei getrennten Motoren für den Antrieb des Ringzahnrads, wobei ein getriebener Kupplungsteil entweder mit dem ersten Motor leer mitläuft oder durch den zweiten Motor angetrieben wird. Die US-PS 43 33 365 beschreibt eine Hydraulikanlage zum Betreiben eines Antriebsmotors in zwei verschiedenen Drehzahl/ Drehmomentbereichen in Abhängigkeit von der Aktivierung einer Druckverstärkungseinrichtung für die selektive Erhöhung des Drucks des dem Motor zugeführten Hydraulik­ druckmediums. Schließlich beschreibt die CA-PS 10 88 918 eine Motorzange, die einen Hydraulikmotor mit zwei verschiedenen Drehzahlen verwendet.

Die in den genannten Patentschriften beschriebenen An­ ordnungen erlauben sowohl eine Vorwärts- als auch eine Rückwärts(dreh)-Betätigung einer Motorzange in verschie­ denen Drehzahl/Drehmomentstufen, doch lehnen die Bedie­ nungspersonen von Motorzangen allgemein Anordnungen ab, bei denen zahlreiche Steuer- oder Bedienungselemente betätigt werden müssen. Eine einfach zu bedienende Zwei­ drehzahl-Motorzange würde also von einer Bedienungs­ person einer Motorzange vorgezogen werden, die ein kom­ pliziertes Antriebssystem zur Ermöglichung eines Betriebs der Motorzange mit verschiedenen Drehzahlen durch Be­ dienung zahlreicher Hebel und Meßgeräte aufweist. Zudem erfordern Antriebssysteme unter Verwendung einer mecha­ nischen Getriebe-Umschaltvorrichtung allgemein eine Ver­ langsamung der Motorzange vor dem Umschalten, wodurch sich die für die Herstellung der Rohrverbindungen nötige Zeit verlängert. Schließlich sind viele der in den ge­ nannten Patentschriften beschriebenen Antriebssysteme mechanisch und/oder hydraulisch kompliziert aufgebaut und kostenaufwendig, wobei die Vorteile einer hochent­ wickelten Motorzangen-Hydraulikanlage im allgemeinen nicht die Nachteile aufzuwiegen vermögen, die sich durch häufigen Ausfall der Motorzange am Einsatzort ergeben.

Die meisten Offenhals-Motorzangen verwenden eine Klappe oder einen Verschluß, die bzw. der vorzugsweise vor dem Betrieb der Motorzange mit hohem Drehmoment sowohl geschlossen als auch verriegelt (oder gesperrt) ist. Gemäß der US-PS 40 84 453 können solche Motorzangen einen Verschluß-Betätigungsmechanismus zum hydraulischen Schließen des Verschlusses aufweisen. Die Probleme, die dann auftreten, wenn ein solcher Verschluß im Betrieb mit hohem Drehmoment nicht einwandfrei verriegelt ist, sind in der US-PS 41 70 907 geschildert, die auch einen Verschluß-Kopplungsmechanismus zur Verhinderung eines Betriebs der Motorzange, wenn der Verschluß nicht voll geschlossen und gesichert ist, beschreibt. Die US-PS 43 34 444 beschreibt ebenfalls eine Verschluß-Kopplungs­ anlage und veranschaulicht zudem eine hydraulische Zylinder- und Riegelanordnung zur Gewährleistung eines vollständigen Schließens des Verschlusses.

Die Motorzangen-Bedienungspersonen benutzen dennoch häufig den Verschluß-Arretiermechanismus an einer Motor­ zange nicht, da das Verriegeln eines Motorzangen-Ver­ schlusses einen zusätzlichen Arbeitsgang in einer Reihe von Arbeitsgängen darstellt, die bei der Herstellung oder Trennung einer Rohrverbindung schnell und reibungs­ los durchgeführt werden müssen. Weiterhin wissen diese Bedienungspersonen normalerweise, daß sich eine Offen­ hals-Motorzange unter dem für viele Arbeiten erforder­ lichen niedrigen Drehmoment nicht übermäßig aufspreizt. Aus diesem Grund wird der Verschluß bei mit niedrigem Drehmoment ausgeführten Arbeiten häufig nicht geschlos­ sen, sofern die Bedienungspersonen die im Betrieb der Motorzange mit offenem Verschluß auftretenden Sicher­ heitsmängel gebührend berücksichtigen. Bestimmte Motor­ zangen können mit einem kraftbetätigten-Verschluß-Schließer ausgestattet sein, doch können solche Vorrichtungen ebenfalls ein Sicherheitsrisiko für die im Bereich neben dem Verschluß stehende Bedienungsperson darstellen. Bei Verwendung von Verschluß-Kopplungsanordnungen der ange­ gebenen Art können die Bedienungspersonen diese Anord­ nungen zur Erzielung eines schnelleren, wirkungsvolleren Einsatzes der Motorzange umgehen. Je höher entwickelt diese Anordnung in der Motorzange ist, um so größer ist darüber hinaus die Gefahr für einen Ausfall der Motor­ zange am Einsatzort und um so größer ist die Wahrschein­ lichkeit dafür, daß die Bedienungspersonen Techniken zur Vermeidung oder Umgehung dieser Anordnung ent­ wickeln.

Ein weiterer Nachteil bisheriger Motorzangen besteht da­ rin, daß diese Motorzangen das zu verdrehende Rohr im allgemeinen nur in einem ziemlich begrenzten Kontaktbe­ reich erfassen. Wie z. B. in der US-PS 43 34 444 be­ schrieben, verwenden viele Motorzangen zwei schwenkbar gelagerte oder verschiebbare Köpfe mit zwei langge­ streckten Spann-Backen an jedem Kopf. Die US-PS 43 46 629 beschreibt die Anwendung von Backen etwas größerer Fläche in den Köpfen, wobei jedoch diese Backen möglicherweise das Rohr zu seiner Drehung nicht wirksam zu erfassen vermögen, ohne es zu zerquetschen oder anderweitig zu beschädigen.

Aus der US-PS 42 15 602 ist eine gattungsgemäße Motorzange zum Zusammen- und Auseinanderschrauben von Rohrabschnitten bekannt, die ein mittels einer Antriebskette relativ zu einem Gehäuse drehbares Ringsegment und eine Druckmittelquelle zum Betätigen eines Druckmittelmotors und diverser Schließzylinder aufweist. Das Ringsegment ist an seiner Innenseite mit Steuerkurvenflächen versehen, die bei einer Drehung des Ringsegments zwei Backenelemente gegen das zu verschraubende Rohr drücken. Ein Einführen des zu verschraubenden Rohres erfolgt durch ein Entriegeln und Aufschwenken eines schwenkbaren Zangenverschlusses, wodurch die Rohrverbindung in den dadurch geöffneten Halsmündungsabschnitt seitlich eingeführt werden kann.

Die in der Druckschrift offenbarte Motorzange besitzt jedoch keine Kupplung oder schaltbare Getriebevorrich­ tung, mit der unterschiedliche Drehzahl- bzw. Drehmo­ mentstufen eingestellt werden können. Lediglich die Drehrichtung kann mittels eines Ventilblocks gesteuert werden. Dennoch weist die dort offenbarte Motorzange eine Vielzahl von Steuerorganen auf, mit denen haupt­ sächlich Druckmittelzylinder zum Schließen und Verrie­ geln des Schließmechanismus gesteuert werden.

Die Mängel des Standes der Technik sollen nun durch die Erfindung ausgeschaltet werden, wobei zu diesem Zweck im folgenden bevorzugte Konstruktionen zum Herstellen und Lösen von Rohrverbindungen beschrieben sind.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Motorzange mit einer zuverlässigen und verbesserten Steuer- und Antriebseinrichtung, die in einer von min­ destens drei gewählten oder wählbaren Drehzahl/Drehmo­ mentstufen zu arbeiten vermag und die einfach und schnell durch Betätigung einer Mindestzahl von Steuer­ organen sicher in Betrieb nehmbar und zwischen den Betriebsbereichen umschaltbar ist.

Die Lösung der genannten Aufgabe ergibt sich mit einer erfindungsgemäßen Motorzange mit den Merkmalen des Pa­ tentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Er­ findung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gegenstand der Erfindung ist eine Motorzange mit einem verbesserten Hydraulikkreis zur Betätigung (Ansteue­ rung) eines mit drei Drehzahlen arbeitenden Tandem- Druckmittelmotors um eine hydraulische Betätigung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung in einer beliebigen von drei wählbaren Drehzahl/Drehmomentstufen zu erreichen. Dabei ist ein Ventilblock mit zwei Vierwege/Dreistel­ lungs-Ventilen vorgesehen, so daß eine von drei selekti­ ven Motorzangen-Drehzahlen sowie Vorwärts- oder Rück­ wärtsdrehung der Motorzange durch Betätigung von ledig­ lich zwei dem Ventilblock zugeordneten Hebeln einge­ stellt werden können.

Die Offenhals-Motorzange enthält eine Antriebseinheit zum automatischen Verriegeln des angelenkten Motorzan­ gen-Verschlusses in seiner Schließstellung zwecks Ver­ meidung eines Aufspreizens der Motorzange. Ein neben dem Verschluß angeordneter hydraulischer Verschluß-Ver­ riegelungsmotor wird zum automatischen Verriegeln des Verschlusses bei Betätigung der Motorzange und zum automa­ tischen Entriegeln des Verschlusses, wenn die Motorzange nicht in Betrieb steht, angesteuert. Der Verschluß kann entweder von Hand oder automatisch geöffnet und geschlos­ sen werden; im Schließzustand wird er jedoch durch den hydraulischen Verriegelungsmotor automatisch verriegelt.

Die Offenhals-Motorzange kann auch mehrere schwenkbare oder verschiebbare Backen-Köpfe mit vergrößertem Gesamtwinkel des Backen­ angriffs am Rohr aufweisen. Vorzugsweise erfassen zwei Backen das Rohr über einen Gesamtwinkel von mindestens 230°, um die Wahrscheinlichkeit für ein Festfressen oder Verquetschen des Rohrs zu vermindern.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung einer Offenhals-Motorzange gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Hydraulikanlage gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab und im Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 4 gehaltene Seiten­ ansicht eines schwenkbaren Motorzangen-Verschlus­ ses und eines Verriegelungsmechanismus bei der erfindungsgemäßen Motorzange,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3 und

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 zur Darstellung der an einem Rohr angreifenden Backen.

Fig. 1 veranschaulicht eine Motorzange 10 zum Zusammen- und Auseinanderschrauben von mit Gewinde versehenen Rohrelementen oder -stücken, wie Bohrrohr-, Futter- oder Steigrohrstücken. Die Motorzange 10 ist vom sog. Offen­ halstyp, wobei ein Ringsegment 12 und eine Käfigplatte 14 jeweils offene Mündungs- oder Einlaufabschnitte aufweisen, so daß die Motorzange in seitlicher Richtung auf einen Rohrstrang aufschiebbar und von ihm zurückziehbar ist. Vorliegend sei darauf hingewiesen, daß die Antriebseinheit der Motorzange dazu dient, den Ring 12 relativ zur Käfigplatte 14 zu drehen, so daß zwei Backen 16 in Spanneingriff mit einem Rohr gelangen, worauf der offene oder Teil-Ring (Ringsegment) 12 und die Käfigplatte 14 gemeinsam angetrieben werden können, um ein oberes Rohrstück relativ zu einem unteren Rohrstück in Schraubdrehung zu versetzen.

Die Antriebseinheit der erfindungsgemäßen Motorzange umfaßt einen hydraulischen Flügelzellen-Tandemdruck­ mittelmotor (im folgenden einfach als "Hydraulik-Motor" bezeichnet). Obgleich dieser als einzige Einheit ausge­ bildet ist, kann er aufbau- und wirkungsmäßig als aus einem Mitteldrehzahl- und einem Hochdrehzahl-Hydrau­ likmotor 18 bzw. 20, die durch eine gemeinsame Antriebs­ welle zur gemeinsamen Drehung miteinander verbunden sind, bestehend verstanden werden. Die Motoren 18, 20 können durch eine nicht dargestellte, kufenmontierte Hydraulikeinheit gespeist werden, die über eine Leitung 28 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit der Motor­ zange zuführt. Der Hydraulikflüssigkeitsrücklauf erfolgt über eine Leitung 29 zu einem nicht dargestellten, der Hydraulikeinheit zugeordneten Behälter.

Die Hydraulikflüssigkeit kann zu den Motoren über einen Ventilblock 22 geleitet werden, der eine Ventilanordnung 24 zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zum Mitteldreh­ zahl-Motor 18 und eine zur Ventilanordnung 24 hydrau­ lisch parallelgeschaltete Ventilanordnung 26 zur Steue­ rung des Druckmittelflusses zum Hochdrehzahl-Motor 20 enthält. Die Ventilanordnung 24 ist durch einen waage­ rechten Steuerhebel 34, die Ventilanordnung 26 durch einen lotrechten Steuerhebel 36 betätigbar. In Fig. 1 sind weiterhin biegsame Schlauch-Leitungen 30 und 32, die von den Ventilen zu den betreffenden Motoren führen, und ein Meßgerät 38 zur Überwachung des Druckmittel­ drucks zu jedem Motor oder beiden Motoren beispielhaft dargestellt.

Die Offenhals-Motorzange ist in Fig. 1 mit teilweise geöffnetem Verschluß 40 dargestellt. Der Verschluß 40 ist bei 42 am starren Körper der Motorzange angelenkt; wenn er einwandfrei verriegelt ist, verhindert er ein "Aufspreizen" der Motorzange im Bereich des offenen Halses bzw. der Mündung unter den großen Zusammenschraub- und Auseinanderschraub-Drehmomenten. Vielfach wird be­ vorzugt, daß sich der Verschluß von Hand öffnen und schließen läßt, weil sich die Bedienungsperson im allge­ meinen in der Nähe des Verschlusses aufhält, wenn die Motorzange an einem Rohr angesetzt oder von ihm getrennt wird, und weil eine kraft- oder motorgetriebene Ver­ schluß-Schließeinrichtung ein Sicherheitsrisiko dar­ stellen kann. Wenn der Verschluß manuell schließbar ist, kann zudem die Motorzange bei niedrigem Drehmoment mit offenem Verschluß benutzt werden, so daß der Verschluß nur dann geschlossen zu werden braucht, wenn ein hohes Drehmoment erforderlich ist. Wenn dagegen ein kraft­ betätigtes Schließen des Verschlusses gewünscht wird, kann ein Hydraulikzylinder 44 zwischen Motorzangenkörper und Verschluß eingeschaltet werden.

Die automatische Verschluß-Verriegelungseinheit gemäß der Erfindung umfaßt einen Bolzen (oder Achse) 46, der am Motorzangenkörper in einer Stellung zum Verriegeln oder Sperren des Verschlusses in seiner Schließstellung drehbar gelagert ist und der mit einem in seiner Nähe angeordneten Hydraulikmotor 48 über Zahnräder 50 und 52 verbunden sein kann, so daß der Verschluß mittels des Motors 48 in der Schließstellung verriegelbar oder sperrbar und bei Bedarf entriegelbar ist, damit der Verschluß dann zum seitlichen Wegbewegen der Motorzange vom Rohr geöffnet werden kann. Das Ausgangsdrehmoment des Motors 48 erfährt eine mechanische Übersetzung (Verstärkung) über die Zahnräder 50 und 52, weil das Zahnrad 52 einen etwa doppelt so großen Durchmesser wie das Zahnrad 50 besitzt.

Fig. 2 veranschaulicht in vereinfachter Darstellung einen Hydraulikkreis für die erfindungsgemäße Motorzange, wobei den vorher beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie zuvor bezeichnet sind. Eine Hydraulikeinheit oder Druckmittelquelle 60 liefert über eine Leitung 64 Hydraulikflüssigkeit oder Druckmittel zur Motorzange, wobei der maximale Druck­ mitteldruck in der Leitung 64 normalerweise im Bereich von 127-211 bar liegt. Drosseln im Ventilblock 22 halten in der Leitung 64 einen Gegendruck von z. B. 19,7 bar aufrecht, auch wenn sich der Ventilblock im "Gleich­ gewichts"-Zustand oder in einer Mittel­ stellung befindet. Der Ventilblock 22 kann eine einzige Einheit mit einer einzigen Eingangs- und einer einzigen Ausgangsleitung sein, besteht jedoch funktionsmäßig aus parallelen Ventilschiebern 70 und 72, die über Druck­ mittel-Leitungen 66 bzw. 68 mit Strömungsmitteldruck beaufschlagt werden. Vom Ventilblock abgehende Ablaß­ leitungen 67 und 69 gehen in eine gemeinsame, zum Be­ hälter 76 führende Ablaßleitung 75 über.

Jeder Ventilschieber 70 und 72 ist mittels seines zuge­ ordneten Steuerhebels 34 bzw. 36 von Hand steuerbar und vorzugsweise durch eine Feder in die Mittelstellung vor­ belastet, so daß die Arbeits-Zulässe des Ventils durch die Feder in einer Mittelstellung gehalten werden, bis der Ventilschieber durch eine Bedienungsperson verscho­ ben wird. Die Ventileinheit gemäß Fig. 1 bzw. 2 umfaßt Vierwege-Dreistellungsventile. Wenn einer der Ventil- oder Steuerschieber 70, 72 in die Vorwärts- oder die Rückwärts-Antriebsstellung verschoben wird (wobei die Vorwärtsstellung vorzugsweise von der Bedienungsperson hinweg und die Rückwärtsstellung zu ihr hin gerichtet ist), wird das gesamte Druckmittel zum einen Arbeits- Zulaß und somit zum betreffenden Motor geleitet, während der andere Zulaß zur Rückführung des Druckmittels zum Behälter 76 geöffnet ist. In der Mittelstellung (Neutral- oder Gleichgewichtsstellung) ist der Arbeits-Zulaß jedes Ventils offen, so daß das Druckmittel unter Umgehung der Motoren 18 und 20 unmittelbar zum Behälter 76 strömt.

Der Ventilblock 22 und die Steuerhebel 34, 36 können somit dazu benutzt werden, jeden Druckmittel- oder Hydraulik-Motor 18 und 20 getrennt anzufahren, umzu­ steuern oder "leer laufen" zu lassen. Der Ventilblock ist über Druckmittel-Leitungen 30, 31, 32 und 33 mit jedem Motor verbunden. Die Leitungen 30 und 32 beschicken die Motoren 18 bzw. 20 mit Druckmittel, wenn die Motoren in Vorwärtsrichtung betätigt oder angesteuert sind, während die Leitungen 31 und 33 als Rücklauflei­ tungen zum Ventilblock dienen. Wenn die Motoren (in Rückwärtsrichtung) umgesteuert sind, dienen die Leitun­ gen 31 und 33 als Speiseleitungen und die Leitungen 30 und 32 als Rücklaufleitungen.

Wie erwähnt, sind der Hochdrehzahl-Motor 20 und der Mitteldrehzahl-Motor 18 mechanisch in Tandem (hinter­ einander) miteinander verbunden, so daß beide Motoren gleichzeitig laufen. Die beiden Motoren weisen mithin eine gemeinsame Antriebswelle 19 auf, welche die Läufer beider Motoren sich gleichzeitig drehen läßt. Ein geeignetes Motorzangengetriebe ist in Fig. 2 beispielhaft als Zahnrad 74 für den Antrieb des Rings 12 dargestellt.

Fig. 3 veranschaulicht im Teilschnitt einen Verschluß 40 und einen zweckmäßigen Ventil- oder Verschluß-Verrie­ gelungsmechanismus gemäß der Erfindung. Der Verschluß 40 umfaßt eine obere und eine untere Verschluß-Platte 114 bzw. 116, die mit Abstand über bzw. unter Motorzangen­ körper-Platten 102 bzw. 104 angeordnet sind. Der Ver­ schluß 40 ist um einen Bolzen 42 drehbar, der in den Platten 102, 104 drehbar gelagert ist. Eine obere Büchse ist mittels einer auf den Bolzen 42 aufgeschraubten Mutter 108 festgelegt, während eine untere Büchse 110 auf ähnliche Weise mittels einer Mutter 112 festgelegt ist. Zwischen den Muttern und den Platten 114, 116 können zweckmäßige Abstandstücke oder -scheiben 107 angeordnet sein.

Gemäß Fig. 3 ist ein am Verschluß 40 montierter Block 128 mit Abstand zu den Motorzangen-Platten 102, 104 zwi­ schen diese einführbar und zur Aufnahme des Bolzens 46 bzw. zum Einrasten desselben ausgerichtet. Der Bolzen 46 ist auf der dem Bolzen 42 gegenüberliegenden Seite der Motorzangen-Halsöffnung im Motorzangenkörper drehbar gelagert. Zwischen der oberen Platte 102 (der Motor­ zange) und dem Bolzen 46 ist eine Büchse 120 angeordnet. Auf den Bolzen 46 kann eine Mutter 122 aufgeschraubt und mittels eines herausnehmbaren Niets 121 o. dgl. drehfest mit dem Bolzen 46 verbunden sein, so daß letzterer mittels eines an der Mutter 122 angesetzten Schrauben­ schlüssels von Hand drehbar ist. Zwischen der unteren Platte 104 (der Motorzange) und einem Bolzen-Zahnrad 52, das mit dem Bolzen keilverzahnt und mittels eines Spreng­ rings 126 festgelegt ist, ist eine vergleichsweise dünne Büchse 124 vorgesehen. Der zwischen den Motorzangen- Platten in der Nähe des Bolzens 46 montierte Hydraulik- Motor 48 ist mit einer Welle verbunden, die sich nach unten durch die untere Platte 104 erstreckt und ein an ihr befestigtes Zahnrad 50 aufweist. Der Motor 48 setzt somit das Zahnrad 50 in Drehung, das seinerseits durch Eingriff mit dem Zahnrad 52 den Bolzen 46 (als Welle oder Achse) in Drehung versetzt.

Fig. 4 zeigt in Teilschnittdarstellung den Motorzangen- Verschluß und den Verriegelungsmechanismus nach Fig. 3. Die obere Platte 114 und die zusammengesetzten unteren Platten 116, 118 können die in Fig. 4 gezeigte allgemei­ ne Form besitzen. Da sich die untere Platte 118 unter den Zahnrädern 50, 52 befindet, kann sie wahlweise nach außen verlängert sein und somit als Schutz unter den Zahnrädern 50, 52 dienen.

Die Beziehung des geschlossenen Verschlusses zur offenen Halsöffnung oder Mündung der Motorzange und zu ihrer unteren Platte 104 ist auch in Fig. 3 veranschau­ licht. Der Verschluß weist eine bogenförmig gekrümmte lotrechte Platte 132 auf, die sich zwischen den waage­ rechten Platten 114, 116 erstreckt und an welcher der Block 128 angeschweißt ist. Der Bolzen 46 ist mit Plan­ flächen 138 und 140 versehen; der Bolzen 46 wird um 90° aus der Stellung gemäß Fig. 3 verdreht, damit er in einen Schlitzteil 130 des Blocks 128 einzutreten vermag. Daraufhin wird der Bolzen 46 in die Stellung gemäß Fig. 4 verdreht, so daß sich seine gekrümmten (teil­ zylindrischen) Außenflächen an die Innenflächen des Schlitzteils 130 anlegen. Wenn sich der Bolzen 46 in der Stellung gemäß Fig. 4 befindet, ist der Verschluß in seiner Schließstellung verriegelt oder gesperrt. Der Abstand zwischen den Bolzen 42 und 46 ist somit durch den starren Verschluß festgelegt, so daß sich der offene Halsteil der Motorzange nicht wesentlich "aufspreizen" kann. Obgleich nicht unbedingt erforderlich, kann der Schlitzteil 130 des Verschlusses einen noch zu beschrei­ benden Anschlag 142 aufweisen.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Motorzange anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Durch Bewegen eines der Steuerhebel 34, 36 oder beider Hebel aus ihrer Mittel­ stellung wird Druckmittel zu einem oder beiden der Moto­ ren 18, 20 zugeleitet und damit der Tandemmotor in einem (einer) von drei gewählten oder wählbaren Drehzahl/Dreh­ momentbereichen (oder -stufen) in Vorwärts- oder Rück­ wärtsrichtung in Drehung versetzt. Der Tandemmotor treibt dabei ein Vorgelege (beispielhaft als Zahnrad 74 dargestellt) an, das seinerseits den Teil-Ring (Ring­ segment) 12 antreibt. Die Ventilanordnungen 70, 72 sind jeweils durch Federn in die Mittel- oder Neutralstellung vorbelastet, in welcher das den Ventilen zugeführte Druckmittel zur Rücklaufleitung zurückgeführt wird. Die Bedienungsperson braucht somit nur den einen Steuerhebel 34, 36 oder beide Hebel zu betätigen, um eine Drehung des Teil-Rings 12 mit der gewünschten Drehzahl und in der richtigen Richtung zu erreichen.

Nachstehend ist anhand der Fig. 2 und 4 die Wirkungs­ weise des Verschluß-Verriegelungsmechanismus gemäß der Erfindung beschrieben. Der Verschluß 40 sollte normaler­ weise von der Inbetriebnahme der Motorzange geschlossen werden; zur Bewegung in seine Schließstellung wird nor­ malerweise der Bolzen 46 so verdreht, daß er in den Schlitzteil 130 im Block 128 eintreten kann. Vor diesem Schließen befinden sich die Steuerhebel 34, 36 normaler­ weise in ihrer Mittel- oder Neutralstellung, wobei sich der (Zahnrad-)Ring 12 nicht dreht. Dabei kann in der Leitung 78 ein gewisser Nenn-Gegendruck von z. B. 19,7 bar herrschen. Ein auf z. B. 21,1 bar eingestelltes Über­ druckventil 94 ist dabei geschlossen, so daß der Motor 48 nicht mit Druckmittel gespeist wird.

Sobald der Steuerhebel 34 und/oder der Steuerhebel 36 aus der Mittelstellung bewegt wird bzw. werden und damit Druckmittel zum Tandemmotor geliefert wird, steigt der in der Leitung 78 herrschende Druck auf über 21,1 bar an, so daß das Überdruckventil 94 öffnet und weiterhin Steuer-Strömungsmitteldruck in Leitung 77 zugelassen wird, um ein normalerweise offenes Rückschlagventil 80 zu schließen und ein normalerweise geschlossenes Rück­ schlagventil 82 zu öffnen. (Ein Rückschlagventil 84 verhindert lediglich eine folgende Rückströmung von Steuerdruckmittel zum Überdruckventil 94). Der Druck in der Leitung 78 steigt schnell an, so daß ein auf z. B. 21,1 bar eingestelltes Überdruckventil 96 öffnet und das Druckmittel über das Rückschlagventil 86 in die Leitung 85 zuläßt. Da das Rückschlagventil 80 noch geschlossen ist, erhöht der über die Leitung 87 angelegte Druck den in einem Druckspeicher 90 herrschenden Druck, während der Motor 48 mit Druckmittel beaufschlagt wird, um den Bolzen 46 zu drehen. Das Rück­ schlagventil 92 wird durch den Steuerdruck weiter offen gehalten, so daß das Druckmittel über eine Leitung 91 in den Behälter 76 abfließen kann.

Der Motor 48 kann auf diese Weise zum Drehen des Bolzens 46 zwecks Verriegelung des geschlossenen Verschlusses 40 mit dem Strömungsmitteldruck beaufschlagt werden. Für das Verdrehen des Bolzens 46 zum Verriegeln des Ver­ schlusses 40 benötigt der Motor 48 nur einen Druck von z. B. 24,6 bar, obgleich er auch mit demselben Strömungs­ mitteldruck beaufschlagt werden kann, der an dem (den) Tandemmotor(en) anliegt und der eine Größe von 141 oder 211 bar besitzen kann. Nach einer Drehung des Bolzens über 90° wird seine Weiterdrehung durch den Anschlag 127 (oder den Anschlag 142) verhindert, wobei der Motor 48 angehalten wird und sich der Druck im Druckspeicher 90 etwa auf den an dem (den) Tandemmotor(en) anliegenden Leitungsdruck erhöht.

Wenn die beiden Steuerhebel 34, 36 in ihre Mittelstel­ lung zurückgeführt werden, wird der Verschluß 40 auf die im folgenden beschriebene Weise automatisch entriegelt. Der in der Leitung 78 herrschende Druck fällt unter den Einstelldruck des Überdruckventils 94 ab, so daß wieder­ um das Rückschlagventil 80 öffnet und das Rückschlag­ ventil 92 schließt. Durch das Rückschlagventil 88 wird eine Rückströmung des Druckmittels zur Leitung 85 ver­ hindert; eine Druckmittelrückströmung zum Behälter 76 wird ebenfalls verhindert, weil das Rückschlagventil 92 nicht mehr offen ist. Vom Druckspeicher 90 her wird mithin der Motor 48 mit einem Druck von etwa 141-211 bar beaufschlagt, um den Bolzen 46 in die Stellung gemäß Fig. 3 zurückzustellen. Das normalerweise geschlossene Rückschlagventil 82 wird durch den Druck von der Steuer­ leitung 83 offengehalten, so daß das Druckmittel vom Motor 48 über die Leitung 81 zum Behälter 76 abgelassen wird.

Nach der Drehung des Bolzens 46 über 90° wird der Motor 48 angehalten, wenn ein am Zahnrad 52 angebrachter Finger 125 am Anschlag 127 anstößt. Wahlweise kann der Verschluß mit dem Anschlag 142 versehen sein, so daß der Bolzen 46 nach seiner 90°-Drehung sich an den Anschlag 142 anlegt und damit den Motor 48 anhält ("abwürgt"). Der Motor 48 braucht nur eine niedrige Leistung zu be­ sitzen und ein geringes Drehmoment zu entwickeln. Wahlweise kann ein schwenkbarer (angelenkter) Hydraulik­ zylinder, ein Druckluftmotor oder eine andere Antriebs­ einheit zum Drehen des Verriegelungs-Bolzens benutzt werden. Ein Merkmal der Erfindung besteht jedoch darin, daß eine Antriebseinheit und ein Hydraulikkreis in der Motorzange enthalten sind, um den geschlossenen Ver­ schluß zur Verhinderung eines Aufspreizens der Motor­ zange automatisch zu verriegeln, indem einfach entspre­ chende Steuerorgane zur Herbeifünrung der gewünschten Drehung des Rings 12 betätigt werden.

Der Verschluß 40 wird mithin automatisch verriegelt und entriegelt, ohne daß von der Bedienungsperson mehr als nur die normale Betätigung der Steuerhebel 34 und 36 verlangt wird. Wenn der Verschluß 40 vor der Betätigung der Motorzange nicht geschlossen ist, findet dieselbe hydraulische Arbeitsfolge statt, bei welcher der Bolzen 46 verdreht wird, obgleich sich dabei der Block 128 nicht in der Stellung zum Verriegeln des geschlossenen Verschlusses befindet.

Fig. 5 veranschaulicht in vereinfachter Aufsicht einen Teil der Motorzange gemäß Fig. 1 mit zur besseren Ver­ anschaulichung entfernter oberer Käfig-Platte. Erfin­ dungsgemäß kann die Motorzange entweder mit schwenkbaren Backen-Köpfen 158, die um Schwenkbolzen 160 drehbar sind, oder mit den Gleit- oder Schiebeköpfen versehen sein. Der Teil-Ring 12 enthält Neu­ tral-Steuerkurvenflächen 152, Vorwärts-Steuerkurven­ flächen 154 und Rückwärts-Steuerkurvenflächen 156. Für die dargestellte Ausführungsform ist darauf hinzuweisen, daß mit jedem Backen-Kopf eine Rolle 162 verbunden ist, die bei der Drehung des Rings 12 relativ zur Käfig-Platte an den jeweiligen Kurvenflächen angreift bzw. auf ihnen abläuft und die Backen 16 in Spanneingriff mit dem Rohr bringt.

Die Backen erfassen oder verspannen das Rohr vorzugs­ weise unter einem hohen Drehmoment, ohne jedoch das Rohr einzudrücken oder (sonstwie) zu beschädigen. Ein mangel­ hafter Spannangriff der Backen am Rohr kann dazu führen, daß die Backen das Rohr übermäßig zerkratzen und damit beschädigen, weil sich die Backen relativ zu einem schlecht verspannten Rohr zu drehen vermögen. Anderer­ seits kann unter einer übermäßig großen, durch die Backen auf das Rohr übertragenen Verspannungskraft das Rohr zerquetscht oder eingedrückt werden, speziell dann, wenn die Kraft konzentriert auf einzelne Stellen ein­ wirkt oder eine im wesentlichen nicht-radiale Kraft auf das Rohr ausgeübt wird.

Die Offenhals-Motorzange ist mit mehre­ ren Backen 16 versehen, die am Rohr bogenförmig über einen zusammengesetzten oder Gesamt-Winkel angreifen, der größer ist als bei den bisherigen Konstruktionen, und die deshalb das Rohr gleichmäßiger erfassen bzw. verspannen. Die Tiefe jeder Backe 16 wird allgemein durch den Abstand zwischen den Käfig-Platten bestimmt und liegt im allgemeinen bei etwa 63,5-152,4 mm. Jede Backe 16 greift am Rohr vorzugsweise über einen Winkel 166 von mindestens 115° und bevorzugt 120° an, so daß ein Gesamt-Anlagewinkel zwischen 240° und 250° erreicht werden kann. Wenn die Backen mit einem Gesamt-Winkel von 245° angreifen, ist der Abstand 168 zwischen ihren Rück­ seiten ziemlich klein, d. h. er beträgt etwa 19 mm oder weniger. Gemäß Fig. 5 ist jede Backe 16 mit einem Schwal­ benschwanzabschnitt 164 versehen, so daß sie einfach am zugeordneten Kopf anbringbar ist.

Im Betrieb der Motorzange gemäß Fig. 1 hängen die für sie gewählten Drehzahl/Drehmomentbereiche oder -stufen im allgemeinen vom größten Rohr-Durchmesser ab, für den die Motorzange ausgelegt ist. Vorzugsweise besteht jedoch ein Verhältnis von mindestens 2:1 zwischen Hoch­ drehzahl- und Mitteldrehzahlbetrieb der Motorzange. Bei einer Motorzange gemäß Fig. 1, die für den Einsatz bei Rohren eines größten Durchmessers von 114 mm ausgelegt ist, versetzt der Hochdrehzahlmotor den Zahnrad-Ring 12 und damit auch das Rohr mit einer Drehzahl von 80-120/min in Drehung. In der Mitteldrehzahlstufe kann das Rohr mit einer Drehzahl von 40-50/min, in der Niedrig­ drehzahlstufe mit einer solchen von 30-40/min gedreht werden. Wenn beispielsweise mittels einer 151 l/min (40 gpm) liefernden Zahnradpumpe der Tandemmotor mit einem Druck von 141 bar beaufschlagt wird, kann die beschrie­ bene Motorzange effektiv bei hoher Drehzahl bei etwa 454 kg (1000 pounds), bei Mitteldrehzahl bei etwa 1360 kg (3000 pounds) und bei niedriger Drehzahl bei etwa 2270 kg (5000 pounds) zum Stillstand kommen bzw. festlaufen. Der Verbundmotor ermöglicht somit ersichtlicher­ weise bei niedriger Drehzahl eine erhebliche Vergröße­ rung des Drehmoments gegenüber dem Drehmoment bei hoher oder mittlerer Drehzahl, so daß das gewünschte hohe Spanndrehmoment zum Zusammenschrauben und Auseinander­ schrauben der Rohrverbindung ohne weiteres gewährleistet wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Angaben "hohe, mittlere, niedrige Drehzahl; niedriges, mittleres, hohes Drehmoment", jeweils relativ zu verstehen sind. Diesbe­ züglich ist unter einem Mitteldrehzahl/Mitteldrehmoment- Motor ein solcher zu verstehen, der eine niedrigere Drehzahl und ein höheres Drehmoment liefert als ein Hochdrehzahl/Niedrigdrehmoment-Motor, während unter einem Niedrigdrehzahl/Hochdrehmoment-Motor ein solcher zu verstehen ist, der eine niedrigere Drehzahl und ein höheres Drehmoment liefert als ein Mitteldrehzahl/Mit teldrehmoment-Motor.

Der beschriebene Tandemantriebs­ motor kann auch pneumatisch und nicht hydraulisch angetrieben sein. Ebenso könnnen mehr als zwei Druckmittelmotoren zur Bildung eines Mehrstufen-Druckmittelmotors mit gemein­ samer Antriebswelle miteinander verbunden werden, um mehr als drei mögliche Motordrehzahlen zu liefern, obgleich in diesem Falle auch zusätzliche Steuerhebel erforderlich werden. Weiterhin kann der beschriebene automatische Verschluß-Verriegelungsmechanismus bei einer beliebigen anderen Offenhals-Motorzange mit ange­ lenktem Verschlußstück verwendet werden.

Claims (10)

1. Motorzange (10) zum Zusammen- und Auseinanderschrau­ ben einer Rohrverbindung,
mit einem relativ zu einem Motorzangenkörper dreh­ baren und eine Anzahl innerer Abwälz- oder Steuer­ kurvenflächen aufweisenden Ringsegment (12)
mit einer Käfig-Plattenanordnung (14), die mehrere Backenelemente (16) trägt, die bei der Drehung des Ringsegmentes (12) in Spanneingriff mit der Rohrver­ bindung gebracht werden können, und
mit einer Druckmittelquelle (60), gekennzeichnet dadurch,
daß ein auf das Druckmittel ansprechender Hochdreh­ zahl/Niedrigdrehmoment-Motor (20) zum Drehen des Ringsegments (12) vorgesehen ist,
daß ein auf das Druckmittel ansprechender Mittel­ drehzahl/Mitteldrehmoment-Motor (18) zum Drehen des Ringsegments (12) vorgesehen ist,
daß der Nachdrehzahl/Niedrigdrehmoment-Motor (20) und der Mitteldrehzahl/Mitteldrehmoment-Motor (18) mechanisch in Tandemanordnung so verbunden sind,
daß beide Motoren im Gleichsinn drehen,
daß ein Ventilblock (22) in eine erste Betriebsstel­ lung schaltbar ist, in der praktisch der gesamte Druckmittelstrom zu dem Hochdrehzahl/Niedrigdrehmo­ ment-Motor (20) geleitet wird, in eine zweite Be­ triebsstellung schaltbar ist, in der praktisch der gesamte Druckmittelstrom zu dem Mitteldrehzahl/Mit­ teldrehmoment-Motor (18) geleitet wird und in eine dritte Betriebsstellung schaltbar ist, in der der Druckmittelstrom gleichzeitig durch beide Motore (18, 20) geleitet wird, um das Ringsegment (12) mit einer im Vergleich zum Mitteldrehzahl/Mitteldreh­ moment-Motor (18) niedrigeren Drehzahl und einem größeren Drehmoment zu drehen.

2. Motorzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilblock (22) so schaltbar ist, daß jeder der Motoren so betrieben wird, daß das Ring­ segment (12) sowohl vorwärts als auch rückwärts gedreht wird.

3. Motorzange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ventilblock (22) durch Bedienung von zwei Bedienhebeln so eingestellt werden kann, daß das Ringsegment (12) in einem von mindestens drei Drehzahlbereichen und entweder vorwärts oder rückwärts gedreht wird.

4. Motorzange nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Motore jeweils Hydraulikmotore sind.

5. Motorzange nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringsegment (12) und die Käfig- Plattenanordnung (14) offene Halsmündungsabschnitte zur seitlichen Einführung der Rohrverbindung aufweisen.

6. Motorzange nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen schwenkbaren Motorzangen-Verschluß (40), einen Verschluß-Verriegelungsmechanismus zum Ver­ riegeln des Verschlusses zwecks weitgehender Vermin­ derung eines Aufspreizens des Offenhals-Motorzangen­ körpers und zum Entriegeln des Verschlusses für das Öffnen desselben, eine auf das Druckmittel anspre­ chende Verriegelungs-Antriebseinrichtung zum Akti­ vieren des Verschluß-Verriegelungsmechanismus und eine Steuereinrichtung zur automatischen Steuerung der Druckmittelzufuhr zur Verriegelungs-Antriebs­ einrichtung in Abhängigkeit von der Betätigung des Ventilblocks (22).

7. Motorzange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß-Verriegelungsmechanismus eine drehbar am Motorzangenkörper gelagerte und eine nicht-zylindrische Verriegelungsfläche aufweisende Verschluß-Verriegelungsachse (46) aufweist, daß der schwenkbare Verschluß (40) mit einem Schlitzteil zur Aufnahme der Verriegelungsachse versehen ist und daß der Verschluß durch Drehung der Verriege­ lungsachse relativ zum Schlitzteil in der Schließ­ stellung verriegelbar ist.

8. Motorzange nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verriegelungs-Antriebseinrichtung ein am Motorzangenkörper neben dem Verschluß-Verrie­ gelungsmechanismus angebrachter Hydraulikmotor (48) ist.

9. Motorzange nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verriegelungs-An­ triebseinrichtung hydraulisch parallel zu den Drehmoment-Motoren in Tandemanordnung angeordnet ist, um die Verriegelungs-Antriebseinrichtung auto­ matisch den Verschluß-Verriegelungsmechanismus verriegeln zu lassen, wenn einer oder beide der Motoren zum Drehen des Ringsegments (12) aktiviert werden, und daß ein Druckspeicher (90) zur Liefe­ rung von Druckmittel zur Verriegelungs-Antriebsein­ richtung, um diese den Verschluß-Verriegelungsmecha­ nismus bei Deaktivierung des oder der Motoren auto­ matisch entriegeln zu lassen, vorgesehen ist.

10. Motorzange nach Anspruch 9 in Abhängigkeit von An­ spruch 8, gekennzeichnet durch ein mit dem Verrie­ gelungs-Hydraulikmotor (48) verbundenes Motoran­ triebszahnrad (52) und ein mit dem Verschluß-Verrie­ gelungsmechanismus verbundenes Verschluß-Verriege­ lungs-Antriebszahnrad (50), das zur Betätigung des Verschluß-Verriegelungsmechanismus mit dem Motor- Antriebszahnrad (52) kämmt.