DE2200514A1

DE2200514A1 - Bohrstangenkupplung

Info

Publication number: DE2200514A1
Application number: DE19722200514
Authority: DE
Inventors: Lumen Karl Lennart Goesta; Johansson Ernst Lennart
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1971-01-07
Filing date: 1972-01-05
Publication date: 1972-07-20
Also published as: BR7200085D0; SE388240B; FR2121657B1; GB1367711A; AT313828B; FR2121657A1; DE2200514B2; AU3757072A; DE2200514C3; FI59848C; CA938118A; ZA718696B; AU467200B2; IT944656B; ES398631A1; CH533758A; NO134763B; FI59848B; NO134763C; JPS554912B1

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER fc ifc U 0 5 1 ^

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE β TEL. (Q811) 22 2530-295192

5. Januar I972 A 429/430 71 Pi/ib

Firma SANDVIKENS JERNVERKS AKTXEBOLAG, Pack, 811 01 Sandviken 1, Schweden

Bohrstangenkupplung

Die Erfindung betrifft Bohr-stangenkupplungen, durch die zwei Sektionen der Bohrstange koaxial miteinander gekuppelt sind und die so ausgebildet sind, daß alle Schlagkräfte durch die Stangen allein und nicht durch das Kupplungselement übertragen werden. Die vorliegende Bohrstangen-Kupplungseinrichtung ist auch derart gestaltet, daß ein Zurückbewegen von verschli-ssenen oder gebrochenen Gewinden und ein erneutes Kuppeln der Stangen möglich ist durch Anordnung von zusätzlichen Gewindesätzen, die axial und aufeinanderfolgend längs jeder Stange angeordnet und durch Teile von reduziertem Quersehnittsbereich getrennt sind. Weiter-

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Merck, Finck & Co. München, Nr 20 434 I Bankhaue H- Aufhttuoor. München. Nr 261300 Poetacheck. München 20Θ04

FoleorarnrnacirissSH Mrftwrit^onior

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hin ist die Kupplungsmuffe mit einem inneren Anschlag für die Stangen versehen, wenn sie darin eingesetzt sind, und die Enden der Muffe sind entlastet, so daß sie nicht an die Stange anstoßen oder dieselbe festlegen und damit Ermüdungsbeanspruchungen vermeiden können.

Es ist von dem US-Patent 5 211 484 (Karlsson und andere) vorbekannt, eine Bohrstange mit zwei aufeinanderfolgenden Sätzen von Gewinden an jedem Ende zu versehen, und wenn die äußeren Sätze der Gewinde verschlissen sind, können sie abgeschnitten werden, um den Gebrauch der inneren Gewindesätze zu ermöglichen. In diesem Patent ist ein Anschlag an der Bohrstange vorgesehen, um zu verhindern, daß die Kupplungsmuffe zu weit auf sie aufgeschraubt werden kann. Der Anschlag stößt gegen das Ende der Kupplungsmuffe an. Das hat den Nachteil, daß die Basis des Gewindes in Berührung mit der Muffe ist, was die Neigung zu Ermüdungsbeanspruchungen vergrößert.

Es ist auch bekannt, ein durchgehendes Gewinde über die ganze Länge einer Bohrstange vorzusehen. In diesem Fall befindet sich ein Anschlag in der Mitte der Muffe, um zu verhindern, daß die Bohrstange über den Anschlag hinaus mit der Muffe verschraubt wird. Das hat den Nachteil, daß, wenn das äußere Ende verschlissen und abgeschnitten ist, das neue Ende_ndem ,Anschlag in der Muffe angepaßt werden muß.

OFUGlNAL INSPECTED - 5 -

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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind zwei oder mehr aufeinanderfolgende Gewindesätze an den Stangen angeordnet, die miteinander gekuppelt werden sollen, wobei die Enden jeder Stange derart ausgebildet sind, daß sie durch einen Anschlag in der Muffe abgestoppt werden, und die Gewindesätze sind durch einen Teil verminderten QuerSchnittsbereichs voneinander getrennt, der nach dem Abschneiden des äußeren Gewindes eine dem ursprünglichen Ende der Stange gleiche Form hat zum Zusammenwirken mit dem Anschlag der Muffe. Es ist daher nicht nötig, das neue Ende nach dem Abschneiden des äusseren Gewindes nachzuarbeiten.

Die Erfindung ist anschließend im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, auf denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile betreffen.

Fig. 1 stellt zwei Bohrstangen dar, die gemäß

der Erfindung miteinander durch ein Kupplungselement gekuppelt sind, von dem ein Teil weggeschnitten ist;

Fig. 2 zeigt einen Längs-Mittelschnitt des Kupplungselements j

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht einer Bohrstange gemäß der Erfindung.

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Gemäß Fig. 1 sind die Bohrstangen 10 und 11 miteinander koaxial durch das Kupplungselement 12 gekuppelt. Das Kupplungselement oder die Muffe 12 ist mit Gewinden 15 und 14 versehen, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Die Gewindegänge 13 wirken mit den Gewindegängen 20 der Stange 10 zusammen. Gleiche Gewindegänge 20a der Stange 11 greifen in die Gewindegänge 14 der Muffe 12 ein. Die Enden der Stangen 10 und 11 stoßen bei 23 aneinander, und ein Anschlag 15 ist in dem inneren Teil der Muffe 12 vorgesehen.

In Fig. 2 sind Einzelheiten der Muffe dargestellt einschließlich des zurückgesetzten (entlasteten) Endteils 12a. Die einander gegenüberliegenden konischen Flächen 16 und 17 des Anschlags 15 sind dargestellt und haben bei der veranschaulichten Ausführungsform einen Winkel von etwa 30° zu der Achse der Muffe.

Fig. 3 zeigt eine Stange, die eine Stirn-^Anstoßfläche bzw. Anlagefläche 23* einen konischen Ubergangsabschnitt 21 und einen zylindrischen Abschnitt 22 aufweist, _wie weiter unten näher beschrieben ist. Zwischen den Gewindegängen 20 und dem zweiten Satz von Gewindegängen 25 befindet

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sich ein Abschnitt 24, der einen kleineren Querschnittsbereich hat und konische oder abgeschrägte Übergänge 27 und 29 umfaßt. An dem hinteren oder entfernt liegenden Ende des zweiten Satzes von Gewindegängen 25 ist ein anderer Abschnitt 26 angeordnet, der einen reduzierten Querschnittsbereich von einer Form hat, der gleich oder ähnlich der des Abschnitts 24 ist. Es wird insbesondere bemerkt, daß die Form des Abschnitts 24 eine solche ist, daß, wenn die Gewindegänge 20 verschlissen oder gebrochen sind und durch Abschneiden durch den Teil 24 hindurch entfernt werden, der an der Stange benachbart den Gewindegängen 25 zurückbleibende . Teil eine Form haben wird, die der Form. 21 und 22 an dem Ende der Stange entspricht, und da= her das gleichgefopmte Ende bei der verkürzten Stange vorhanden ist. Der Durchmesser des Abschnitts 24 sollte im wesentlichen gleich sein dem Kerndurchmesser des Stangengewindes und vorzugsweise etwas kleiner. Entsprechend sollte der Anschlag in der Muffe einen inneren Durchmesser haben, der gleich oder etwas kleiner ist dem Innendurchmesser (Kerndurchmesser) des Muffengewindes.

Der Anschlag 15 der Muffe bildet einen ringförmigen Rücken an eier Innenseite der Muffe, die tonischen Flächen,

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-οίο und 17 des betreffenden Rückens bilden Anschlagflächen, die mit den Gegen-Anschlagflächen 21 zusammenwirken oder, wenn das Gewinde 20 abgeschnitten 1st, mit den Anschlagflächen 29 an den miteinander gekuppelten Stangen.

Die Anschlagflächen 16 und I7 der Muffe sind im wesentlichen konisch mit einer geraden oder leicht kon- ^vexen Erzeugenden. Die Anschlagflächen 21 und 29 der Stange sollten den Flächen 16 und I7 angepaßt sein, so daß eine Flächenberührung erfolgt. Das ist wichtig, weil der Druck auf diesen Flächen ziemlich hoch wird, wenn die hin- und hergehende Bewegung der Stange auf die Muffe übertragen wird.

Es wird bemerkt, daß, während die Flächen 16 und ununterbrochene ringförmige Rotationsflächen um den ganzen Umfang bilden, die Fläche 21 (und 29) sich nur längs dem halben Umfang erstreckt, weil die Fläche 21 eine Rotationsfläche und das Gewinde schraubenförmig ist, so daß sie miteinander interferieren. Weil der Umfang der Fläche 21 (und 29) derart reduziert ist, ist es besonders wichtig, ein gutes Zusammenpassen zwischen den Anschlagflächen zu erreichen. Die Rotationsflächen 16, 17* 21 und 29 lie-

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gen aizmittig zur Bohrerachse.

Die Anschlagflächen 16,17,21 und 29 sollten 20° bis 45 * vorzugsweise 25 bis 55 geneigt sein. Der optimale Wert ist 50°, der einen guten Anlagekontakt sicherstellt ohne Keilwirkung und eine sanfte Kurve ergibt, um Ermüdungsbrüche zu verhindern. Wenn die Schrägfläche kurvenförmig ist, beziehen sich diese Winkel auf eine durchschnittliche Schräge.

Der Übergangsradius JO zwischen den Teilen 21 und 22 kann ziemlich klein sein, z.B. 2,5 mm, weil das Ende der Stange nicht Ermudungsbeanspruchungen unterworfen ist. Der Ubergangsradius J1 zwischen den Teilen 28 und 29 muß größer sein, z.B. 10 mm, um· Ermüdungsrisse zu reduzieren, und der Übergang 52 am hinteren Ende des Gewindes ist zweckmäßig von der gleichen Größenordnung. Die Schräge 27 des hinteren Endes des Stangengewindes ist mit Rücksicht auf die Ermüdungsbeanspruchung ausgebildet und soltte einen Winkel von 20° bis 45° aufweisen. In der Praxis hat sich ein Winkel von 25° als geeignet erwiesen.

Bezüglich des Abschnitts 24 von reduziertem Querschnitt ist festgestellt worden, daß solche Abschnitte

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einer höheren Ermüdungsbeanspruchung unterliegen als der Gewindeteil selbst.

In Fig. 5 sind die Ubergangsabschnitte 21 und 22 als konisch bzw. zylindrisch dargestellt, Jedoch, wenn gewünscht, kann der Ubergangsabschnitt auch als durchgehend gekurvte Schräge ausgebildet werden. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist der mittlere Teil des Abschnitts 24 mit einem kurzen geraden Abschnitt 28 versehen, der nach dem Abschneiden des verschlissenen Gewindeabschnitts anstelle des zylindrischen Teils 22 tritt, der am Stangenende dargestellt ist.

Wenn die Bohrstangenkupplung zusammengebaut wird, wird ein Abschnitt der Stange in die Muffe eingeschraubt, bis er an den Anschlag 15 anstößt, und dann der zweite Abschnitt der Stange in das andere Ende der Muffe eingeschraubt. Die axialen Abmessungen der Ubergangsabschnitte 21 und 22 sind solche, daß die Stirnflächen 23 der angrenzenden Stangen sich treffen, kurz bevor die zweite Stange an den Anschlag 15 anstößt, wodurch Schlagkräfte über die Stirnflächen 21 und nicht durch die Muffe übertragen werden. Wenn gewünscht, kann der erste Stangenab-

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schnitt soweit eingeschraubt werden, wie es möglich ist, und dann durch einen kleine Teildrehung zurückgedreht werden, so daß der Abschnitt 21 sich in sehr kleinem Abstand von der Seitenfläche 16 des Anschlags 15 befindet, und wenn die zweite Stange eingeführt wird, die Stirnfläche derselben gegen die Stirnfläche der ersten Stange anstößt, kurz bevor ihr dem Abschnitt 21 entsprechende? Übergangsabschnitt an die gegenüberliegende Seitenflache 17 des Anschlags 15 anstößt. In diesem Fall wird ebenfalls die ganze Schlagkraft über die Stirnflächen der Stangen übertragen, da keine der Stangen direkt an den Anschlag 15 anstößt. In jedem Fall ist zu erkennen, daß ein kleiner Abstand zwischen einer oder beiden Seitenflächen 16 und 17 des Anschlags 15 und den konischen Flächen, wie etwa 21, der beiden Stangenenden vorhanden ist, wenn die Stirnflächen 2^ aneinander anstoßen.

Die Länge der Muffe und die Länge der Gewindesätze sind so bemessen, daß nach dem Zusammenbau die äußeren Enden der Muffe 12, die zurückgesetzt bzw. entlastet sind (wie bei 12a), den Abschnitten 24 von reduziertem Querschnittsbereich gegenüberliegen, wodurch kein gegenseitiges Angreifen zwischen den Enden der Muffe und den Stangen erfolgt. Diese Gestaltung vermindert die Gefahr des Bruches

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an den Enden der Gewindesätze. Wie bekannt, werden die Stangen während des Arbeitens einer gewissen Biegung unterworfen, und der zurückgesetzte Teil 12a ermöglicht, daß das Biegen ohne Ausübung einer übermäßigen Beanspruchung an den Stangen oder den Enden der Muffe erfolgt.

Obwohl die Erfindung mit besonderer Bezugnahme auf die Zeichungen beschrieben worden ist, ist es klar, daß zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können. Z.B. können drei oder mehr Sätze von Gewinden anstatt der dargestellten zwei an jeder Stange vorhanden sein, und wenn gewünscht, können die Gewinde von einem anderen Typ sein als der dargestellte, soweit sie für ein Schlagbohren geeignet sind. Anstatt des dargestellten eingängigen Gewindes kann auch ein mehrgängiges Gewinde benutzt werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

.1. Bohrstangen-Kupplungseinrichtung mit zwei Bohrstangen und einer Kupplungsmuffe für diese, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Jede Bohrstange ist mit wenigstens zwei Sätzen von Gewinde (20,25) versehen, die in Abstand von einander achsmittig zur Bohrstangenachse angeordnet sind;

b) das Ende jeder Stange ist mit einer konischen Berührungsfläche (21) zum Anstoßen an einem Anschlag (15,16, 17) in der Muffe (12) und einer quer zur Achse liegenden Stirnfläche (25) versehen zur Anlage an der Quer-Stirnfläche der zweiten Bohrstange, wenn sie durch die Muffe (12) gekuppelt sind;

c) die Muffe (12) ist mit zwei Sätzen (13,14) von Innengewinde versehen zum Zusammenwirken mit dem äußeren Satz der Gewinde jeder Stange und einem Anschlag (15*16,17) zwischen den beiden Sätzen (13,14) von Innengewinde zum Begrenzen der Bewegung einer Stange in der Muffe (12), der einen Rücken (I5) mit an beiden Seiten abgeschrägten

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Berührungsflächen (16,17) bildet, die mit der abgeschrägten Berührungsfläche (21) an den beiden miteinander gekuppelten Stangen zusammenwirken;

d) der Abstand zwischen den wenigstens zwei Sätzen von Gewinde jeder Stange besteht aus einem nicht mit Gewinde versehenen, an seinen Enden mit insbesondere konischen Übergängen (27,29) versehenen, im Querschnitt reduzierten Teil (24), der ermöglicht, wenn er quer durchgeschnitten ist, verschlissenes Gewinde an dem äußeren Ende der Stange zu entfernen;

e) eine konisch verlaufende Kontaktfläche (21 bzw. 29), die mit der Kontaktfläche (16 bzw. 17) der Muffe (12) zusammenwirkt, wobei alle erwähnten Kontaktflächen Rotationsflächen sind, die koaxial zu der Bohrstange verlaufen.

2. Bohrstangenkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der Muffe (12), wenn die Kupplung zusammengebaut ist, in einem Zwischenraum (24) von reduziertem Querschnitt zwischen den beiden äußeren Gewindesätzen jeder Stange liegen.

5. Bohrstangenkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nicht mehr als einer der abgeschrägten

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Endteile (5I bzw. 29) der Stangen, wenn die Quer-Stirnflachen (25) sich in Anlage miteinander befinden, gleichzeitig in Berührung mit dem Anschlag (15*16,17) der Muffe (12) ist.

4. Bohrstangenkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Berührungsflächen eine Neigung oder eine durchschnittliche Neigung von 20° bis 45° gegenüber der Bohrstangenachse haben.

5· Bohrstangenkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der konischen Berührungsflächen 25° bis 50° ist.

6. Bohrstangenkupplung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der konischen Berührungsflächen 50° ist.

7. Bohrstangenkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schrägen Kontaktflächen eine gerade Erzeugende haben.

8. Bohrstangenkupplung nach einem der vorangehenden

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Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere dünnere Ende der abgeschrägten Kontaktfläche der Stangen mit einem kurzen, zylindrischen Absatz (22) versehen ist.

9. Bohrstangenkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (24) zwischen den Bohrstangen-Gewindesätzen einen kleineren Durchmesser hat als der Kerndurchmesser des Stangengewindes.

10. Bohrstangenkupplung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (15* 16,17)in der Muffe einen ein wenig kleineren Durehmesser als der Kerndurchmesser des Muffengewindes hat.

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