Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für eine Schlag-Dreh-Bohrmaschine für die Verbindung der Bohrmaschine mit dem Bohrstrang, der aus einem Drehkraft übertragenden, mit dem Bohrkopf verbundenen Rohrstrang und wenigstens einer Schlagkräfte übertragenden Stange innerhalb des Rohrstranges besteht.
Bekannte Bohreinrichtungen für Schlag-Dreh-Bohrmaschinen für Erdbohrungen weisen im allgemeinen ein Anschlussstück für den Rohrstrang, Kupplungshülsen, ausziehbare Stangen und einen Bohreinsatz auf. Diese Bestandteile werden miteinander verschraubt. Allerdings weisen solche zur Übertra.
gung von Dreh- und Schlagkräften dienende Einrichtungen verschiedene Nachteile auf. Beispielsweise ist - wie in Versuchen ermittelt wurde - die Übertragung der Schlagkräfte mit beträchtlichen Energieverlusten verbunden. Der Durchmesser der Bohreinrichtung ändert sich, der Kupplungshülsen wegen, über ihre Länge; dadurch verschlechtert sich ihre Fähigkeit zur Übertragung von Schlägen.
Ein solcher Aufbau der Bohreinrichtung ist auch für ein wirksames Herausbefördern des ausgebohrten Materials, entlang dem Rohrstrang nach aussen, nachteilig. Da die erwähnten Verschraubungen (Gewinde) die Schläge von der Stange zum Bohrstahl übertragen müssen, sind sie einer grosser Beanspruchung unterworfen, so dass an ihre Festigkeit, an ihre Widerstandsfähigkeit und an ihre Übertragungseigenschaften hohe Anforderungen gestellt werden.
Es wird die Schaffung einer verbesserten Kupplungsvorrichtung bezweckt, die es ermöglicht, einen Bohrstrang mit einer Bohrmaschine besser zu verbinden.
Die erfindungsgemässe Kupplungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Rohrstrang verbindbares Anschlussstück vorhanden ist, das dazu bestimmt ist einen mit der Schlagvorrichtung der Bohrmaschine in Verbindung zu bringenden oberen Stangenteil aufzunehmen, dass ein vom Bohrmotor antreibbarer, nur Drehkraft auf den Rohrstrang übertragender Kupplungsteil vorhanden ist und dass das Anschlussstück und der Kupplungsteil mit sich in Längsrichtung erstreckenden, über den Umfang verteilten, ineinandergreifenden Verbindungselementen versehen sind.
Solche Verbindungselemente können z.B. als Keil- und Nutverbindung oder auch als ineinanderliegende Vielecke ausgebildet werden. Hierdurch wird eine etwas nachgiebige Verbindung erzielt, die besonders für Bohrungen in grossen Tiefen vorteilhaft ist. Solche Verbindungselemente lassen ein gewisses Spiel zu, so dass die diese Verbindungselemente tragenden Bauteile eine gewisse Winkellage zueinander einnehmen können.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt: Es zeigen:
Fig. 1 eine erste montierte Kupplungsvorrichtung im Längsschnitt,
Fig. 2 & 3 zwei weitere Kupplungsvorrichtungen ebenfalls im Längsschnitt,
Fig. 4 & 5 zwei Ausführungsbeispiele der Verbindungselemente im Querschnitt.
Gemäss Fig. 1 weist die Kupplungsvorrichtung ein rohrförmiges Anschlussstück 31 auf, dessen unterer Endteil mit einem Aussengewinde 58 versehen ist, über welches das Anschlussstück 31 mit einer Bohrhülse 11 eines zur Verlängerung dienenen Rohrstranges verbunden ist.
Innerhalb des Rohrstranges liegt eine Schlagkräfte übertragende Stange 10.
Das Anschlussstück 31 ist an seinem oberen Ende mit sich i Längsrichtung erstreckenden Verbindungselementen 32 versehen. Das Anschlussstück 31 ist von einer Gewindebüchse 57 umgeben, die auf ihrer Innenwand ebenfalls mit Verbindungselementen 32 versehen ist. Die Büchse 57 ist mit ihrem Gewinde 59 in einen Kupplungsteil 33 eingeschraubt. Letzterer ist mit einem Zahnrad 60 versehen, das von einer Bohrmaschine antreibbar ist.
Das Anschlussstück 31 weist eine Ringnut 34 auf, in der sich ein Dichtring 35 befindet, der eine konzentrisch zum Anschlussstück 31 angeordnete Schlagübertragungsstange 36 umgibt. Der Dichtring 35 verhindert, dass Spülmittel ins Innere der Bohrmaschine eindringen kann und ergibt gleichzeitig eine axiale Führung für die Stange 36. Eine Hülse 37 ist mit dem Kupplungsteil 33 drehfest verbunden. Das vom Bohrmotor angetriebene Zahnrad 60 treibt das Anschlussstück 31, die Bohrhülse 11 des Rohrstranges und damit den nicht dargestellten Bohrstahl zur Drehung an. Ein Halsteil 38 der Stange 36 liegt innerhalb einer Büchse 41, die innerhalb der Hülse 37 liegt. Die Stange 36 weist ferner einen Kragen 39 auf, der sich mit einer Schulter 40 an der Büchse 41 abstützt. Diese Anordnung dient zur Übertragung von axialem Druck von der Bohrmaschine auf den Bohrstahl.
Die Übertragung der Schlagkraft auf die Stange 36 erfolgt durch einen Bärkolben 42.
Büchsenförmige Einsätze 43 und 44 aus Gummi oder gummi ähnlichem Material liegen in axialer Richtung beidseitig der Verbindungselemente 32, wodurch die Verbindung zwischen dem Rohrstrang und der Bohrmaschine nachgiebiger wird.
Ausserdem hat der Einbau dieser Gummibüchsen 43, 44 eine gewisse schalldämpfende Wirkung zur Folge. Es ist noch ein Spülkopf 45 für die Spülmittelzufuhr vorhanden. Der Spülkopf 45 weist eine ringförmige Kammer 46 auf, die bei einem im Anschlussstück 31 vorhandenen Kanal 47 liegt, der die ringförmige Kammer 46 mit einem zwischen Bohrhülse 11 und Stange 10 vorhandenen Ringraum 25 verbindet.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführung der Kupplungsvorrichtung. Diejenigen Teile, die gleich sind wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Kupplungsvorrichtung nach Fig. 2 sind die Verbindungselemente 32 als Keil- und Nutenverbindung ausgebildet, die in Fig. 5 gezeigt ist. Das Anschlussstück 31' trägt hierbei die Elemente 32c und der Kupplungsteil 33' trägt die Elemente 32d, ist also als Keilwelle ausgebildet. Die Zufuhr des Spülmittels erfolgt über einen Stutzen 48. Um zu verhindern, dass das Anschlussstück 31' seine Stellung verlässt, ist es mit einer Schulter 49 versehen, die an einer ihr gegenüberliegenden Schulter eines Gehäuseteils 50 der Bohrmaschine anliegt. Im übrigen entspricht diese Konstruktion weitgehend derjenigen, die in Fig. 1 beschrieben worden ist.
Eine weitere Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist das Anschlussstück 31" in einer etwas anderen Art mit der Bohrmaschine verbunden. Das Anschlussstück kann als aus zwei Teilen 51, 52 bestehend betrachtet werden, wobei der untere Teil 51 ein Aussengewinde 58 aufweist und mit der Bohrhülse 11 verbunden ist. An diesem unteren Teil 51 ist mittels einer Gewindeverbindung 61 der obere Teil 52 des Anschlussstückes 31" befestigt. Der obere Teil 52 wiederum steht über die in Fig. 5 gezeigte Keil- und
Nutenverbindung 32 mit einem Innenteil 53 in Verbindung.
Letzterer weist eine zentrale Bohrung 54 auf, die dazu dient, eine Schlagkräfte übertragende Stange 55 teilweise aufzuneh men. Letztere stützt sich axial an der Stange 10 ab. Der Innen teil 53 weist einen verjüngten Hals 56 auf, der mit der Bohr maschine verbunden ist. Dieser Hals 56 liegt mit seiner Stirn seite gegen die Stirnseite eines Bärkolbens an. Einsätze 43 aus vulkanisiertem Gummi sind wie bei Fig. 1 beidseitig der Keil und Nutenverbindung 32 angeordnet.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 3 hat den Vorteil, dass sie bei bekannten Bohrmaschinen verwendet werden kann, ohne dass diese verändert werden müssten, mit Ausnahme des die Schläge übertragenden Bauteiles 53, dessen oberster Teil von der Bohr maschine aufgenommen wird, während sein unterster Teil vom Anschlussstück aufgenommen werden muss, welches zur Übertragung der Schlagkräfte und der Drehbewegung dient.
Bei allen beschriebenen Vorrichtungen ist die Verbindung des Bohrstranges mit der Bohrmaschine infolge der Verbindungselemente 32 etwas nachgiebig. Der Bohrstrang kann dabei eine gegenüber der Bohrmaschine etwas abgewinkelte Stellung einnehmen. Die Einsätze aus Gummi oder gummiähn- lichem Material, welche beidseitig der Verbindungselemente 3; in Fig. 1 und 3 angeordnet sind, tragen ebenfalls zu dieser Nachgiebigkeit bei. Nachgiebige Verbindungen dieser Art sind vorteilhaft beim Bohren von langen Bohrlöchern und bei Verwendung von Bohreinrichtungen grosser Abmessungen, da sonst infolge der Steifigkeit die Abnützung an den Verbindungsteilen zwischen dem Bohrstrang und der Bohrmaschine gross ist.
Ferner wird dadurch eine gewisse Schalldämpfung erreicht, da in der Keil- und Nutenverbindung vermehrt Reibungskräfte und damit Energievernichtung auftreten.
The invention relates to a coupling device for an impact-rotary drilling machine for connecting the drilling machine to the drill string, which consists of a pipe string which transmits rotational force and is connected to the drill head, and at least one rod within the pipe string which transmits impact forces.
Known drilling devices for hammer and rotary drilling machines for earth drilling generally have a connection piece for the pipe string, coupling sleeves, extendable rods and a drilling insert. These components are screwed together. However, such point to the transfer.
supply of rotary and impact forces serving devices on various disadvantages. For example, as has been determined in tests, the transmission of the impact forces is associated with considerable energy losses. The diameter of the drilling device changes, because of the coupling sleeves, over its length; this reduces their ability to transmit blows.
Such a construction of the drilling device is also disadvantageous for an effective conveying out of the drilled material along the pipe string to the outside. Since the screw connections (threads) mentioned have to transmit the blows from the rod to the drill steel, they are subject to great stress, so that high demands are made on their strength, resistance and transmission properties.
The aim is to provide an improved coupling device which enables a drill string to be better connected to a drilling machine.
The coupling device according to the invention of the type mentioned at the beginning is characterized in that there is a connection piece which can be connected to the pipe string and which is intended to accommodate an upper rod part to be brought into connection with the impact device of the drilling machine, so that a rotary force that can only be driven by the drill motor is applied to the pipe string transmitting coupling part is present and that the connection piece and the coupling part are provided with interlocking connecting elements which extend in the longitudinal direction and are distributed over the circumference.
Such connecting elements can e.g. be designed as a wedge and groove connection or as nested polygons. In this way, a somewhat flexible connection is achieved, which is particularly advantageous for drilling at great depths. Such connecting elements allow a certain amount of play, so that the components carrying these connecting elements can assume a certain angular position with respect to one another.
Several exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing:
1 shows a first assembled coupling device in longitudinal section,
Fig. 2 & 3 two further coupling devices also in longitudinal section,
4 & 5 two exemplary embodiments of the connecting elements in cross section.
According to FIG. 1, the coupling device has a tubular connection piece 31, the lower end part of which is provided with an external thread 58, via which the connection piece 31 is connected to a drill sleeve 11 of a pipe string used for extension.
A rod 10 which transmits impact forces is located within the pipe string.
The connecting piece 31 is provided at its upper end with connecting elements 32 extending in the longitudinal direction. The connection piece 31 is surrounded by a threaded bushing 57, which is also provided with connecting elements 32 on its inner wall. The bushing 57 is screwed into a coupling part 33 with its thread 59. The latter is provided with a gear 60 which can be driven by a drill.
The connection piece 31 has an annular groove 34 in which a sealing ring 35 is located, which surrounds an impact transmission rod 36 arranged concentrically to the connection piece 31. The sealing ring 35 prevents flushing agent from penetrating into the interior of the drill and at the same time provides an axial guide for the rod 36. A sleeve 37 is connected to the coupling part 33 in a rotationally fixed manner. The gear 60 driven by the drill motor drives the connection piece 31, the drill sleeve 11 of the pipe string and thus the drill steel (not shown) to rotate. A neck portion 38 of the rod 36 lies within a sleeve 41 which lies within the sleeve 37. The rod 36 also has a collar 39 which is supported by a shoulder 40 on the sleeve 41. This arrangement is used to transmit axial pressure from the drilling machine to the drill steel.
The impact force is transmitted to the rod 36 by a bar piston 42.
Sleeve-shaped inserts 43 and 44 made of rubber or rubber-like material are located in the axial direction on both sides of the connecting elements 32, whereby the connection between the pipe string and the drill is more flexible.
In addition, the installation of these rubber bushings 43, 44 results in a certain sound-absorbing effect. There is also a flushing head 45 for the detergent supply. The flushing head 45 has an annular chamber 46 which is located next to a channel 47 which is present in the connection piece 31 and which connects the annular chamber 46 with an annular space 25 which is present between the drill sleeve 11 and the rod 10.
Fig. 2 shows a second embodiment of the coupling device. Those parts which are the same as in the device according to FIG. 1 are provided with the same reference numerals. In the coupling device according to FIG. 2, the connecting elements 32 are designed as a key and groove connection, which is shown in FIG. 5. The connection piece 31 'here carries the elements 32c and the coupling part 33' carries the elements 32d, that is, it is designed as a splined shaft. The flushing agent is supplied via a connection piece 48. In order to prevent the connection piece 31 'from leaving its position, it is provided with a shoulder 49 which rests against a shoulder of a housing part 50 of the drilling machine opposite it. Otherwise, this construction largely corresponds to that which has been described in FIG.
Another embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. The connection piece 31 ″ is connected to the drilling machine in a somewhat different way. The connection piece can be regarded as consisting of two parts 51, 52, the lower part 51 having an external thread 58 and being connected to the drill sleeve 11 Part 51 is attached to the upper part 52 of the connection piece 31 ″ by means of a threaded connection 61. The upper part 52 in turn stands over the wedge and shown in FIG
Groove connection 32 with an inner part 53 in connection.
The latter has a central bore 54, which serves to partially aufzuneh a rod 55 transmitting impact forces. The latter is supported axially on the rod 10. The inner part 53 has a tapered neck 56 which is connected to the drilling machine. This neck 56 rests with its front side against the front side of a bear piston. Inserts 43 made of vulcanized rubber are arranged on both sides of the wedge and groove connection 32, as in FIG.
The device according to FIG. 3 has the advantage that it can be used in known drilling machines without these having to be changed, with the exception of the impact-transmitting component 53, the uppermost part of which is received by the drilling machine, while its lowest part is from Connection piece must be included, which serves to transmit the impact forces and the rotary movement.
In all of the devices described, the connection of the drill string to the drill is somewhat flexible due to the connecting elements 32. The drill string can assume a somewhat angled position with respect to the drill. The inserts made of rubber or rubber-like material, which on both sides of the connecting elements 3; 1 and 3 also add to this compliance. Resilient connections of this type are advantageous when drilling long boreholes and when using large-sized drilling devices, since otherwise the wear on the connecting parts between the drill string and the drilling machine is great due to the rigidity.
Furthermore, a certain amount of sound attenuation is achieved as a result, since more frictional forces and thus energy dissipation occur in the wedge and groove connection.