DE4123639A1 - Zahngelenk fuer bohrgestaenge - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Zahngelenk für Bohrgestänge ge
mäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein solches Zahngelenk ist aus der DE-PS 11 42 473 bekannt.
In dieser Schrift ist eine Wellenkupplung für achsparallele
und winklige Verlagerungen von Wellen zueinander beschrie
ben, bei welcher zur Führung dienende Kugelflächen einer
Nabe als Ringe ausgebildet sind, die axial auf der Nabe
verschiebbar sind, wobei zwischen jedem Ring und zugehöri
ger Nabe eine Druckfeder angeordnet ist. Dadurch kann die
Wellenkupplung sowohl Zug- als auch Druckkräfte übertragen
und in axialer Richtung wirkende Stöße elastisch abfangen.
Die Wellenkupplung kann als einfaches Gelenk oder als Dop
pelgelenk ausgeführt sein.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, das
Zahngelenk (die Wellenkupplung) für Bohrgestänge auf
Schwimmkörpern, beispielsweise schwimmende oder fest veran
kerte Bohrinseln und Bohrschiffe, und für Bohrtürme an
Land, so auszubilden, daß ein Austreten von Öl einerseits
und ein Eindringen von Wasser, Gestein, und anderen Medien
verhindert und gleichzeitig eine gute Schmierung und Funk
tionsfähigkeit des Zahngelenks aufrechterhalten wird.
Diese Aufgabe wird bei der Erfindung durch die kennzeich
nenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
erhalten.
Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 1 der
Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausfüh
rungsform als Beispiel beschrieben. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1
eine Seitenansicht, zur Hälfte im Axialschnitt, eines Zahn
gelenks nach der Erfindung für Bohrgestänge.
Das in der Zeichnung dargestellte Zahngelenk nach der Erfin
dung für Bohrgestänge besteht im wesentlichen aus folgenden
Elementen.
Gehäuse 2
Nabe 4
O-Ring 6
O-Ring 8
O-Ring 10
O-Ring 12
O-Ring 14
Schutzhülse 16
Kalottenring 18
Stützring 20
Axiallager 22
Spannfeder 24
Seegering 26
Kolben 28
Verschlußschraube 30
Schmiernippel 32
Nabe 4
O-Ring 6
O-Ring 8
O-Ring 10
O-Ring 12
O-Ring 14
Schutzhülse 16
Kalottenring 18
Stützring 20
Axiallager 22
Spannfeder 24
Seegering 26
Kolben 28
Verschlußschraube 30
Schmiernippel 32
Das Axiallager 22 besteht aus einem im Gehäuse 2 ortsfest
angeordneten Kugelkalottenausschnitt-Lagerring 34 und einem
entgegengesetzt dazu in der Nabe 4 ortsfest angeordneten,
bezüglich der Lagerfläche 36 komplementär ausgebildeten
zweiten Lagerring 38. Dieses Axiallager 22 überträgt die
Axialkräfte beim Bohren von der Nabe 4 nach unten auf das
Gehäuse 2.
Der Kalottenring 18 und der Stützring 20 liegen über ring
förmigen Kugelkalottenausschnittsflächen, im wesentlichen in
Axialrichtung Kräfte übertragend, aneinander an. Diese
Kugelkalottenausschnittsflächen haben den gleichen
Krümmungsmittelpunkt wie die ringförmigen Kugelkalottenaus
schnittsflächen 36 des Axiallagers 22 und bilden zusammen
mit diesem den Gelenk-Schwenkmittelpunkt 42. Der Stützring
20 ist in das Gehäuse 2 eingeschraubt. Der Kalottenring 18
ist in der Nabe 4 axial verschiebbar angeordnet und wird
von der Spannfeder 24 axial gegen den Stützring 20 ge
drückt.
Axial zwischen dem Axiallager 22 und dem Kugelkalottenlager
44, das durch die Schutzhülse 16 und den Stützring 20 ge
bildet ist, befindet sich eine Zahnkupplung 46. Die
Zahnkupplung 46 besteht aus einem inneren Kranz von Zähnen
48 des Gehäuses 2 und einem äußeren Kranz von Zähnen 50 der
Nabe 4, welche zwischen die Zähne 48 des Gehäuses 2
eingreifen. Die Zähne 50 der Nabe 4 sind in bekannter Weise
bogenförmig und ballig ausgebildet, so daß der Zahnkranz 50
der Nabe 4 innerhalb des Zahnkranzes 48 des Gehäuses 2
winkelbewegliche Schwenkbewegungen um den Gelenk-Schwenk
mittelpunkt 42 ausführen kann. Die Zähne 50 sind
zwischen den Zähnen 48 axial verschiebbar und kommen axial
an den Stützring 20 zur Anlage, wenn die Nabe 4 axial nach
oben zurückgezogen wird, um das Bohrgestänge aus dem
Bohrloch herauszuziehen. Dabei nimmt die Nabe 4 über die
Zähne 50 des äußeren Zahnkranzes den Stützring 20 und das
mit ihm verschraubte Gehäuse 2 axial nach oben mit. Ein
konischer unterer Abschnitt 52 des Gehäuses 2 ist mit einem
Gewinde zum Anschluß eines Bohrkopfes versehen. Ein
konischer oberer Abschnitt 54 der Nabe 4 ist mit einem
Gewinde zum Anschluß an ein Bohrgestänge versehen.
Über Kanäle 60, 62, 64, 66 und 68 können sämtliche elektiv
zueinander bewegbaren Innenflächen mit Öl versorgt werden,
insbesondere die Lagerflächen 36 und 40, sowie die Zähne 48
und 50 der Zahnkupplung 46.
In der oberen Stirnseite 70 des konischen Abschnittes 54
der Nabe 4 ist ein in der Stirnfläche ausmündender Zylin
derraum 72 gebildet, in welchen der Kolben 28 stirnseitig
eingesetzt ist. Der Ölkanal 60 im oberen Abschnitt der Nabe
4 ist mit den Zylindern 72 in Strömungsverbindung. Durch
den Kolben 28 führt eine Axialbohrung 61, die durch den
herausnehmbaren Schmiernippel 32 verschlossen ist. Am ent
gegengesetzten Ende der Zahnkupplung führt der Ölkanal 68
axial durch den Endabschnitt 52 des Gehäuses 2. Der Ölkanal
68 ist durch die herausnehmbare Verschlußschraube 30 ver
schlossen. Durch den Schmiernippel 32 kann die gesamte
Zahnkupplung vollständig mit Öl gefüllt werden, wobei in
der Zahnkupplung enthaltene Luft durch den Ölkanal 68 ent
weichen kann, wenn die Verschlußschraube 30 herausgenommen
ist. Die Verschlußschraube 30 wird nach dem Füllen des
Zahngelenks mit Öl wieder in den Ölkanal 68 geschraubt.
Das mit dem Kolben 28 und dem Schmiernippel 32 versehene
Ende des Zahngelenks ist oben, und das mit der Verschluß
schraube 30 versehene Ende des Zahngelenks ist unten.
Das Zahngelenk befindet sich axial zwischen einem nicht
dargestellten Bohrkopf und einem ebenfalls nicht darge
stellten Gestänge, so daß das Zahngelenk beim Bohren sowohl
von Kühlwasser als auch Gesteinsmaterial umgeben ist. Je
nach Bohrtiefe ist der Kühlwasserdruck bzw. Spülwasserdruck
unterschiedlich groß. Um ein Eindringen von Wasser, Gestein
usw. in das Zahngelenk zu verhindern, wird dieses in der
genannten Weise vollständig mit Öl gefüllt. Durch den Kol
ben 28 ergibt sich ein Druckausgleich, durch welchen der
Druck des Öls im Zahngelenk stets auf gleichen Druck wie
der Druck des Mediums der Zahngelenkumgebung gehalten wird.
Während des Bohrvorganges wird der Axialdruck von der ring
förmigen Kugelkalottenfläche 36 des Axiallagers 22 aufge
nommen, während die ringförmigen Kugelkalottenflächen 40
lediglich als federnde Dichtung sowie beim Herausziehen des
Gestänges als Begrenzungsvorrichtung dienen. Das Zahngelenk
hat neben der Übertragung von Drehmoment, Axialdruck, Win
kel- und Parallelverlagerungen zwischen dem Bohrkopf und
dem Bohrgestänge auch die Aufgabe, in Achsrichtung als
druckregulierbares Dämpfungselement unter Verwendung von
Schmieröl zum Schmieren der Verzahnung 48, 50 sowie der ka
lottenförmigen Lagerflächen 36 und 40 zu wirken.
Hierzu ist es erforderlich, vor dem Einbau das komplette
Zahngelenk mit der herausgenommenen Verschlußschraube 30 in
eine vertikale Position nach oben zu bringen, um danach
durch den Schmiernippel 32 von unten, also bei auf den Kopf
gestelltem Zahngelenk, so lange Öl einzupressen, bis sämtli
che Luft aus dem Inneren entwichen und der Kolben 28 am
Seegering 26 zum Anschlag gekommen ist. Anschließend ist
die Verschlußschraube 30 stirnseitig in den konischen
Endabschnitt oder Gewindezapfen 52 des Gehäuses 2 einzudre
hen, so daß dieser dann entweder direkt mit dem Bohrkopf
oder einem Zwischengestänge verschraubt werden kann. Auf
das Gewinde des konischen oberen Abschnittes 54 der Nabe 4
wird eine Muffe des Antriebs- oder Zwischengestänges befe
stigt, wodurch das Drehmoment und der Axialdruck über das
Zahngelenk auf den Bohrkopf übertragen werden.
Sowohl das gesamte Gestänge ist außen und innen als auch
das Zahngelenk außen von einem relativ hohen Wasserdruck
umgeben, weshalb sicherzustellen ist, daß dieser Wasser
druck dem Öldruck im Zahngelenk entspricht, um einerseits
das Eindringen von Wasser in das Zahngelenk und anderer
seits ein Austreten von Öl aus dem Zahngelenk zu vermeiden.
Dadurch, daß der Wasserdruck außerhalb und innerhalb des
Gestänges gleich ist, sorgt der Kolben 28 für einen dem
Wasserdruck gleichen Öldruck innerhalb des Zahngelenks. Da
mit ist gewährleistet, daß kein Wasser, Gestein usw. in das
Zahngelenk eindringen und dessen Funktion beeinträchtigen
kann. Die Dichtung 10 verhindert ein Eindringen von Wasser
oder eines anderen Mediums entlang des Kolbens 28.
Ein Herausnehmen des Schmiernippels 32 ist dann zweckmäßig,
wenn bei Inspektion des Zahngelenks in Folge natürlichen
Verschleißes von Dichtungen der betriebsbedingte Ölstand
sich zu weit reduziert hat und die fehlende Ölmenge durch
Öl aus einem Handkännchen ergänzt oder das Zahngelenk über
holt und gereinigt werden muß.
Beim Bohren übernimmt nur das Axiallager 22 den zum Bohren
erforderlichen Axialdruck. Der Stützring 20 ist durch ein
Gewinde 80 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden, so daß der Ka
lottenring 18 sich in der Schutzhülle 16, die mit der Nabe
4 fest verbunden ist, durch die Spannfeder 24 in Achsrich
tung bewegen kann und ständig gegen die Kalottenfläche 40
drückt. Diese federnde Kalottenausführung dient ausschließ
lich zur Abdichtung des Zahngelenks und als Begrenzung oder
Anschlag beim Herausziehen des kompletten Gestänges. Beim
Herausziehen des Gestänges wandert nämlich die Nabe 4 mit
der Außenverzahnung 50 gegen die Stirnfläche 82 des Stütz
ringes 20.
Das Zahngelenk ist in der Zeichnung nur als einfaches Zahn
gelenk dargestellt. Je nach Ausführung und Länge des Bohr
gestänges sowie der Bohrtiefe können jedoch auch mehrere
solcher Zahngelenke axial hintereinander angeordnet werden.
Beim Einbau nur eines Zahngelenkes ist das Gestänge ein
fach-gelenkig, bei Verwendung von zwei oder mehreren Zahn
gelenken ist das Gestänge zweifach- oder mehrfach-karda
nisch wirksam, wodurch relativ große Fluchtabweichungen des
Gestänges oder des Bohrloches aufgenommen werden können.
Claims (6)
1. Zahngelenk für Bohrgestänge, mit zwei axiale Kräfte
aufnehmenden Kugelkalottenlagern (22, 44), die entge
gengesetzt zueinander, mit axialem Abstand voneinander
angeordnet sind, und einen gemeinsamen, axial zwischen
ihnen gelegenen Gelenk-Schwenkmittelpunkt (42) bilden,
mit einer Zahnkupplung (46), die axial zwischen den
beiden Kugelkalottenlagern (22, 44) angeordnet ist und
deren Kupplungszähne ein Gehäuse (2) und eine Ge
lenknabe (4), drehfest jedoch relativ zueinander um
den Gelenk-Schwenkmittelpunkt (42) schwenkbar mitein
ander verbinden, mit Ölkanälen (60, 61, 62, 64, 66,
68), durch welche Öl zwischen die Lagerflächen (36,
40) der beiden Kugelkalottenlager (22, 44) und in die
Zahnkupplung (46) gelangt,
dadurch gekennzeichnet,
das alle Ölkanäle (60, 61, 62, 64, 66, 68) vollständig
mit Öl gefüllt sind und mit einem Zylinderraum (72) in
Strömungsverbindung stehen, der in einem der beiden
Kupplungskörper (Gehäuse 2, Nabe 4) gebildet ist, daß
im Zylinderraum (72) ein Kolben (28) untergebracht
ist, der das Öl von der Zahngelenk-Außenumgebung
trennt und von den entgegengesetzt zueinander auf den
Kolben (28) wirkenden Drücken des Öls einerseits und
des Mediums der Außenumgebung (Flüssigkeit und/oder
Gas) andererseits beaufschlagt wird und dadurch den
Druck des Öls dem jeweiligen Druck des Mediums der
Zahngelenk-Außenumgebung anpaßt.
2. Zahngelenk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem der beiden Kugelkalottenlager (44) die
beiden Lagerflächen (40) durch Federmittel (24) ela
stisch gegeneinander gedrückt werden, und daß beim an
deren Kugelkalottenlager (22) die beiden Lagerflächen
(36) je im wesentlichen starr angeordnet sind.
3. Zahngelenk nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kolben (28) in die Stirnseite (70) des einen
Kupplungskörpers (Gehäuse 2 oder vorzugsweise Nabe 4)
in den dort gebildeten Zylinderraum (72) eingesetzt
ist.
4. Zahngelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß an entgegengesetzten Enden (52, 54) des durch die
Ölkanäle (61, 60, 62, 64, 66, 68) gegebenen Ölweges je
eine verschließbare Öffnung (30, 32) derart vorgesehen
ist, daß beim Füllen der Ölkanäle durch die eine Öff
nung Luft durch die andere Öffnung entweichen kann und
dadurch alle Ölkanäle vollständig mit Öl gefüllt wer
den.
5. Zahngelenk nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine der verschließbaren Öffnungen (32) im Kolben
(28) gebildet ist.
6. Zahngelenk nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Öffnungen (30, 32) an voneinander abge
wandten äußeren Stirnseiten des Zahngelenks vorgesehen
sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4123639A DE4123639C2 (de) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | Zahngelenk für Bohrgestänge |
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---|---|---|---|
DE4123639A DE4123639C2 (de) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | Zahngelenk für Bohrgestänge |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4123639A1 true DE4123639A1 (de) | 1993-01-21 |
DE4123639C2 DE4123639C2 (de) | 1998-01-29 |
Family
ID=6436333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4123639A Expired - Fee Related DE4123639C2 (de) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | Zahngelenk für Bohrgestänge |
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