APPARATUS FOR SCREWING TUBES AND SLEEVES

Abstract: With this apparatus, fully automatic screwing of tubes and sleeves in a horizontal screwing position is possible. The apparatus consists of a pair of tube grippers and a pair of screwing grippers. Both pairs of grippers are installed on a common base frame, one pair of grippers being arranged in a fixed position and the other pair of grippers being arranged so as to be movable in a compensating manner horizontally at right angles to the tube axis and vertically and so as to be traversable on the base frame in order to change the distance between the pairs of grippers. <IMAGE>

Description: Muffenverschraubungsmaschine für Rohre Die Erfindung betrifft eine Muffenverschraubungsmaschine für Rohre mit auf einem gemeinsamen Grund rahmen befestigter Verschraubungszange und einer Rohrzange (Kontervorrichtung). In das Erdreich niedergebrachte Bohrungen, beispielsweise in Öl- und Gasfeldern, werden zum Fördern der flüssigen oder gasförmigen Energieträger verrohrt. Dabei werden einzelne Rohre zur Bildung langer ununterbrQchener Rohr Stränge miteinander verschraubt. Als Verbindungselemente dienen Rohrmuffen, die vor dem Einbringen in die Bohrung fest mit den Rohren verschraubt werden. Bekannt ist das verschrauben in vertikaler Rohrposition und das anschlie ssende Einziehen in die Bohrung. Eine hierfür geeignete vorrictun ist beispielsweise in der DE-PS 31 38 870 beschrieben. Ferner sind horizontal arbeitende Verschraubungsmaschi nen bekannt, die auch bei Rohrproduzenten verwendet werden konnten. Ebenso wie bei den Verti kalverschraubmaschinen wird nur das Schraubmoment durch Motorkraft aufgebracht. Das Drehmoment und der Drehweg werden von Hand gesteuert. Vorraussetzung hierbei ist ferner, dass vor der Durchführung des eigentlichen Verschraubungsvorgangs die Rohrmuffe von Hand angesetzt und, soweit es die Handkraft erlaubt, angezogen wird. Diese Verschraubungsart eignet sich nicht für die Serienfertigung, was insbesondere von Rohrherstellern verlangt wird. Hierfür sind Muffenvorverschraubmaschinen entwickelt worden, die den gesamten Verschraubungsvorgang in zwei nacheinander ablaufende Arbeitsvorgänge unterteilen. Zunächst wird die Muffe mit der Muffenvorverschraubmaschine am Rohrende angesetzt und angeschraubt und anschliessend durch die eigentliche Verschraubmaschine festgeschraubt. Alle bekannten Maschinen haben den Nachteil, dass sie einen hohen Durchsatz, das heisst, einen kurzen Takt-Zyklus nicht ermöglichen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Muffenverschraubungsmaschine zu schaffen, die den Verschraubungsvorgang ohne Unterbrechung beginnend mit dem Ansetzen der Muffe bis zum festen Verschrauben in einem Arbeitsgang automatisch durchführt und dadurch die Taktzeiten erheblich senkt. Die erfindungsgemässe Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass eine der Zangen auf dem gemeinsamen Grundrahmen ortsfest und die andere horizontal quer zur Rohrachse und vertikal ausgleichsbeweglich sowie zur Änderung des Abstandes zwischen den Zangen auf dem Grund rahmen verfahrbar angeordnet ist. Vorzugsweise ist hierbei die Rohrzange beweglich und die Verschraubungszange ortsfest. Besonders vorteilhaft ist es, die Rohrzange in einem Führungsrahmen vertikal verschiebbar zu lagern und mit diesem quer zur Rohrachse bewegbar auszufüllen. Die horizontale Querbeweglichkeit des Führungsrahmens kann durch seitlich vorkragende Haltearme erreicht werden, die drehbeweglich auf Führungsbuchsen einer in Richtung der Rohrachse weisenden Gleitführung abgestützt ist. Um sicherzustellen, dass keine nachteiligen Querkräfte, die das Gewinde belasten könnten, entstehen, ist vorgesehen, die Achsen der drehbeweglichen Stützpunkte der Haltearme in der Horizontalebene der Rohrachse anzuordnen. Die äusseren Enden der Haltearme sind durch Stäbe miteinander verbunden, die ihrerseits in schwingeförmigen Verbindungsstegen der Führungsbuchsen gelagert sind. Von diesen Verbindungsstegen ausgehend greifen die Haltearme unter das zu verschraubende Rohr hindurch. Im tiefsten Punkt stossen sie aneinander und erhalten dadurch gemeinsam eine V-förmige Gestalt. Weitere vorteilhafte, den Erfindungsgegenstand weiterbildende Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die erfindungsgemäss gestaltete Muffenverschraubungsmaschine erübrigt den Einsatz der sonst üblichen Muffenvorschraubmaschine. Der Takt-Zyklus wird auf ein Minimum reduziert, so dass aussergewöhnlich hohe Leistungen, zum Beispiel bei kleineren Einheiten über zweihundert vollständige Verschraubungen pro Stunde ermöglicht werden. Die Maschine erlaubt einen vollautomatischen Verschraubungsvorgang mit gesteuerter Gewindeeinfädelung, stufenloser Drehzahiregelung, Drehmomentbegrenzung und einer Reproduzierbar keit der Verbindungen, sowohl für Verschraubungen mit einer Wegvorgabe und Drehmomentkontrolle als auch mit einer Drehmomentvorgabe ud Wegkontrolle. Rohr/Muffen Toleranzen werden durch die wegabhängige Steuerung und der ausgleichsfähigen Aufhängung der Rohrzange kompensiert. Die Maschine ist sowohl für Rohrproduzenten als auch zum Einsatz bei Rohrüberholungen geeignet. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und nachstehend erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schaubildliche Gesamtdarstellung der Muf fenverschraubungsmaschine, Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, Fig. 3 die Stirnansicht der Rohrzangenseite der Dar stellung gemäss Figur 2, Fig. 4 die Stirnansicht der Verschraubungszangenseite der Maschine gemäss Figur 2, Fig. 5 eine weitere Seitenansicht zum Teil im Schnitt, Fig. 6 eine weitere Stirnansicht der Rohrzangenseite und Fig. 7 eine Draufsicht. In den Figuren der Zeichnung bedeuten die Bezugsziffern im einzelnen: 1 Grund rahmen 2 Maschinengehäuse für Rohrzange 3 Maschinengehäuse für Verschraubungszange 4 Rohrzange (Kontervorrichtung) 5 Verschraubungszange 6 Rohrachse 7 Führungsrahmen 8 Haltearme 9 Führungsbuchsen 10 Gleitführung 11 Stützachsen der Haltearme 12 Horizontalebene 13 Verbindungs- und Stützstäbe 14 schwingenförmige Verbindungsstege 15 Führungsrollen der Rohrzange 16 Führungsstücke am Führungsrahmen 17 Führungsnuten 18 Führungsplatten 19 Führungsbolzen 20 Vorschubzylinder 21 Hubzylinder 22 Kugeldrehkranz 23 Zugmessdose 24 hydrostatisches Getriebe 25 Rohr 26 Rohrmuffe 27 Spannbacken 28 Spannhebel 29 Muffenachse 30 Kompensationselemente (Federn) für das Rohrzangengewicht 31 Bremsvorrichtung für Verschraubzange Zum Verschrauben eines Rohres 25 mit einer Muffe 26 werden die Verschraubungszange 5 und die Rohrzange 4 (Kontervorrichtung) hydraulisch in ihre Ausgangsstellungen gefahren und mit den entsprechenden Spannbacken bestückt. Ein nicht dargestellter Hubrechen führt ein Rohr 25 in die Rohrzange 4, wobei die Rohrvorderkante genau positioniert wird. Dann wird das Rohr hydraulisch auf den voreingestellten Wert (Druck) gespannt. Ein ebenfalls nicht dargestelltes Zufuhrsystem an der Rückseite der Verschraubungszange 5 fördert eine gefet tete Muffe 26 in die Verschraubungszange 5, die mit Einleitung des Spannvorgangs zu rotieren beginnt. Zum Einfädeln des Rohrendes in die Muffe 26 wird die gesamte Rohrzange im Führungsrahmen 7 durch den Hubzylinder 21 angehoben bis die Rohrachse 6 und die Muffenachse 29 miteinander fluchten. Die Rohrzange 4 mit dem Rohr bewegt sich dann durch die Betätigung der Vorschubzylinder 20, versehen mit einer Proportionalgeschwindigkeitssteuerung, auf die Muffe 26 zu. Während des Vorschubs wird beispielsweise eine Lichtschranke durchfahren, die den Referenzpunkt für die elektronische Wegmessung vorgibt. Hierdurch können Toleranzen aus der Positionierung kompensiert werden. Unmittelbar bevor sich die Gewindespitzen von Rohr und Muffe berühren wird durch Einfahren des Zylinders 21 die Rohrzange 4 abgesenkt. Dadurch kommen die Gewinde von Rohr und Rohrmuffe einseitig in Kontakt, d. h. die untere Partie des Rohrgewindes greift in das Muffengewinde. Durch die Verschraubungsdrehungen wird das Rohr weiter in die Muffe hineingezogen.Dabei hebt sich zwangsläufig das Rohr über die Gewindekegel der Verbindungsverschraubung an bis abermals die Achsen der beiden zu verschraubenden Teile miteinander in einer Linie liegen. Bei geeigneten Gewinden ist auch ein direktes Verschrauben ohne vorheriges Absenken der Rohrzange möglich. Die weitere Verschraubung wird durch die elektronische Wegmessung gesteuert und bis zum Ende der definierten Wegvorgabe durchgeführt. Es ist ebenso eine kinematische Umkehr der Anordnung möglich, d. h. die Rohrzange 4 kann ortsfest und die Verschraubungszange 5 verfahrbar und so aufgehängt sein, dass sie Ausgleichsbewegungen durchführen kann. Die Haltearme 8 des Führungsrahmens 7 sind durch Verbindungsstäbe 13 miteinander verbunden und gleichzeitig über diese auf den schwingenförmigen Verbindungsstegen 14 abgestützt. Durch eine entsprechende Lagerung sind sie drehbeweglich und erlauben eine seitliche Verschiebung der Führungsarme. Die Achsen 11 der Verbindungs- und Stützstäbe liegen in der Horizontalebene 12 der Rohrachse 6. Durch diese Lage werden das Gewinde belastende Querkräfte während des Verschraubungsvorgangs vermieden, da auf den einen Anlenkungspunkt reiner Zug und auf den gegenüberliegenden eine reine Druckkraft wirkt. Die Verschraubungszange 5 ist über einen Kugeldrehkranz 22 pendelnd am Maschinengehäuse 3 aufgehängt, so dass am unteren Ende der Verschraubungszange das Drehmoment über die Zugmessdose 23 gemessen werden kann. Die Verschraubungszange 5 kann jedoch auch in das Maschinengehäuse 3 integriert werden. In diesem Fall wird das Drehmoment über eine Messwelle gemessen. Mit Hilfe von Proportionalventilen sind die Verschraubgeschwindigkeit und die Haltezeit frei programmierbar. Nach Durchfahren der vorgegebenen Wegstrecke oder alternativ nach Erreichen des voreingestellten Drehmoments schaltet der hydraulische Motor ab und die Muffenspannung wird im Gegenlauf gelöst. Die Rohrzange fährt in die Ausgangsstellung zurück, gleichzeitig werden die Spannbacken gelöst und das Rohr mit der daran befestigten Muffe freigegeben. In dem dargestellten Beispiel ist ein Radialkolbenmotor mit verstellbarer Exzentrizität, Untersetzungsgetriebe sowie Steuerorgane für den Verschraubungsantrieb vorgesehen. Es besteht jedoch ebenso die Möglichkeit, den elektrohydraulischen Antrieb durch einen regelbaren Gleichstrommotor zu ersetzen Die Verschraubungsmaschine ermöglicht einen vollautomatischen Arbeitsablauf, beginnend mit der Zuführung von Rohren und Muffen über die nicht dargestellten Zuführungs- bzw. Handingssysteme. Sie bringt eine ganz erhebliche Senkung der Taktzeiten und ist dadurch für die Serienfertigung von ganz besonderer Bedeutung.

Claims: A horizontal socket screw-coupling machine for the screw coupling and release of socket/pipe connections, having screw-coupling tongs and pipe tongs (checking device) attached to a common base frame, one of the pairs of tongs being disposed fast on the base frame, the other pair being disposed to move longitudinally thereon, characterized in that the longitudinally movable tongs, either in the form of the pipe tongs (4) or the screw-coupling tongs (5), are disposed to additionally make compensating movements on the base frame (1) horizontally transversely of the longitudinal axis (6) of the tongs and also vertically, to which end said tongs are mounted for vertical displacement in a guide frame (7) and can be moved together therewith transversely of the pipe axis (6), the guide frame (7) bearing rotatably via laterally cantilevered retaining arms (8) on guide bushes (9) of a slideway (10) pointing in the direction of the guide axis. A socket screw-coupling machine according to Claim 1, characterized in that the pipe tongs (4) are disposed movably and the screw-coupling tongs (5) are fixed. A socket screw-coupling machine according to Claim 2, characterized in that the pipe tongs (4) have elements for compensating the weight of the tongs during vertical lowering. A socket screw-coupling machine according to Claim 3, characterized in that springs (30) or hydraulic elements are used to compensate the weight of the pipe tongs. A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the axes (11) of the rotatable bearing elements of the retaining arms (8) are disposed in the horizontal plane (12) of the pipe axis (6). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the outer ends of the retaining arms (8) are inter-connected via rods (13) mounted in rocker-shaped connecting webs (14) of the guide bushes (9). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the retaining arms (8) are constructed in V-shape and engage below the pipe to be screw-coupled. A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the pipe tongs (4) have a solid steel casing which receives the clamping jaws, clamping levers and clamping cylinders. A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the pipe tongs (4) have guide rollers (15) which engage in guide members (16) with vertical guide grooves (17) disposed on the guide frame (7). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the pipe tongs (4) have guide plates (18) which are disposed on their sides pointing in the direction of displacement and via which they bear against guide pins (19) of the guide frame (7). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the guide frame (7) can be displaced on the slideway (10) by hydraulic feed cylinders (20). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 11, characterized in that disposed below the pipe tongs (4) is a hydraulic lifting cylinder (21) for their vertical adjustment inside the guide frame (7). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the screw-coupling tongs are attached swinging via a live ring (23) to a machine casing (3) rigidly disposed on the base frame (1). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the lower end of the screw-coupling tongs (5) has a tensiometer (23) for measuring torque. A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the screw-coupling tongs (5) can be driven by a hydrostatic transmission (24). A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the screw-coupling tongs (5) can be driven by a variable d.c. motor. A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the level of the screw-coupling tongs (5) can be adjusted by means of an electrically actuable adjusting drive. A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 17, characterized in that signal transmitters are provided to determine a give screw-coupling path. A socket screw-coupling machine according to Claim 18, characterized in that the signal transmitter used is a photoelectric barrier device. A socket screw-coupling machine according to Claim 18, characterized in that the signal transmitter used is an end position switch. A socket screw-coupling machine according to one of Claims 1 to 20, characterized in that the screw-coupling tongs have a motor-driven braking device (31) for initiating socket clamping via the clamping system disposed in the screw-coupling tongs, the braking device being switched off when the initiation of socket clamping has been completed. A socket screw-coupling machine according to Claim 21, characterized in that the driving force can be generated by a hydraulic motor. A socket screw-coupling machine according to Claim 21, characterized in that the driving force can be generated by an electric motor.

Inventors: HELLWIG, SIEGFRIED, REINHOLDT, BERND, SCHULZE-BECKINGHAUSEN, JOERG E., Schulze-Beckinghausen, Jörg E.
Applicants: WEATHERFORD OIL TOOL GMBH
Application year: 1985
Main classification: B23P19
IPC codes: E21B19, B23P19, B23P21