DE60108949T2

DE60108949T2 - Ermüdungsbeständiges rohrförmiges gewindeelement mit rille

Info

Publication number: DE60108949T2
Application number: DE60108949T
Authority: DE
Inventors: Lionel Verdillon
Original assignee: Vallourec Mannesmann Oil and Gas France SA; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Vallourec Oil and Gas France SAS; Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: BR0109604B1; JP4746246B2; CN1420974A; DE60108949D1; EP1269059A1; MXPA02009388A; ATE289397T1; DZ3270A1; EP1269059B1; JP2003529733A; CA2400820A1; PL357948A1; CA2400820C; UA73983C2; PL197968B1; CZ301599B6; ES2236207T3; AU4664301A; EA200201043A1; AR027665A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein rohrförmiges Außen- oder Innengewindeelement einer rohrförmigen Gewindeverbindung, das besonders geeignet ist, sowohl den statischen als auch den zyklischen Beanspruchungen standzuhalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine rohrförmige Gewindeverbindung, die besonders geeignet ist, sowohl den statischen als auch den zyklischen Beanspruchungen standzuhalten.
Rohrförmige Gewindeverbindungen weisen ein Außengewindeelement am Ende eines ersten Rohrs und ein Innengewindeelement am Ende eines zweiten Rohrs auf, das ein Rohr großer Länge oder eine Muffe sein kann. Diese Gewindeverbindungen werden insbesondere verwendet, um Säulen von Futterrohren oder Steigrohren, oder Bohrstangenzüge für Kohlenwasserstoffbohrbrunnen oder ähnliche Bohrbrunnen, wie zum Beispiel Bohrbrunnen für die Geothermie zu bilden.
Das American Petroleum Institute (API) definiert in seiner Spezifikationen API 5B Gewindeverbindungen zwischen Futterrohren oder zwischen Steigrohren mit insbesondere kegeligen Gewinden mit abgerundeten dreieckigen oder trapezförmigen Gewindegängen.
Es sind auch andere Typen von Gewindeverbindungen bekannt, die zweistufige zylindrische oder kegelige Gewinde verwenden: Siehe zum Beispiel die Patente US 4 521 042 und US 5 687 999 .
Bis vor kurzem mussten die Futterrohre oder Steigrohre trotz ihrer begrenzten Wandstärke, die aus der Notwendigkeit entsteht, für den Betrieb eines tiefen Brunnens die verschiedenen Säulen unterschiedlicher Durchmesser ineinander stecken zu können, hauptsächlich in der Lage sein, den verschiedenen Kombinationen von statischen Beanspruchungen standzuhalten (axiale Zugkraft, axiale Druckbelastung, Biegung in einer Ebene, Innen- oder Außendruck).
Dagegen sind die Bohrstangen, die nur verwendet werden, um die Brunnen zu bohren, großen zyklischen (dynamischen) Beanspruchungen ausgesetzt, unterliegen aber keinen Platzzwängen, da nur ein Stangenzug mit einem gegebenen Durchmesser zu einem gegebenen Zeitpunkt abgesenkt wird.
Wenn die zyklischen Beanspruchungen nicht streng eingeschränkt werden, führen sie im Betrieb zu Ermüdungsbrüchen, die an der Wurzel der Gewindegänge im Allgemeinen auf der Seite der Trägerflanken entstehen, die im Betrieb unter Last sind, genauer in Höhe der letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge jedes der Gewindeelemente der Bohrstangen.
In der nachfolgenden Beschreibung werden als erste Gewindegänge diejenigen Gewindegänge bezeichnet, die sich in einem durch die Achse des Gewindeelements verlaufenden Längsschnitt auf der Seite des freien Endes des Gewindeelements befinden. Die letzten Gewindegänge sind folglich diejenigen, die sich am anderen Ende des Gewindes befinden.
Unter in Eingriff stehenden Gewindegängen werden zunächst die Gewindegänge einer rohrförmigen Gewindeverbindung verstanden, die die Last eines rohrförmigen Gewindeelements zum ihm zugehörigen rohrförmigen Gewindeelement übertragen.
Wenn die Gewindeverbindung Zugkräften ausgesetzt ist, sind die in Eingriff stehenden Gewindegänge diejenigen, deren Trägerflanken in Kontakt stehen und die Last von einem Gewindeelement zum ihm zugehörigen Gewindeelement übertragen.
Im weiteren Sinne werden unter in Eingriff stehenden Gewindegängen eines rohrförmigen Gewindeelements in der vorliegenden Schrift die Gewindegänge verstanden, die dazu bestimmt sind, die Last auf die entsprechenden Gewindegänge eines zugehörigen rohrförmigen Elements zu übertragen, wenn diese beiden rohrförmigen Gewindeelemente zusammengebaut werden, um eine rohrförmige Gewindeverbindung zu bilden.
Die Position der in Eingriff stehenden Gewindegänge eines rohrförmigen Gewindeelements ist aus dem Plan des Gewindeelements bekannt. Es ist eine theoretische Angabe, die von den nominalen Abmessungen der Gewindeelemente vor dem Zusammenbau definiert wird.
Die Position der letzten oder der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge kann also bei einem für eine Gewindeverbindung bestimmten rohrförmigen Gewindeelement perfekt definiert werden.
Das Problem der Ermüdungsfestigkeit stellt sich aber nun nicht mehr nur für die Bohrstangen, sondern auch für die Säulen von Steigrohren mancher Kohlenwasserstoffbohrbrunnen.
Die rohrförmigen Gewindeverbindungen, die es ermöglichen, solche Säulen zu bilden, müssen dann in der Lage sein, sowohl hohe statische Beanspruchungen als auch zyklische Beanspruchungen auszuhalten.
Nun trifft man auf solche Forderungen der Festigkeit gegenüber Beanspruchungen in den Unterwassersäulen, die den Meeresboden mit den Kohlenwasserstoff-Bohrplattformen im Meer verbinden.
Solche Rohrsäulen, die der Fachmann im Englischen mit "Riser" bezeichnet, sind tatsächlich zyklischen Beanspruchungen ausgesetzt, die insbesondere durch die Strömungen, die die Säule in Schwingung versetzen, durch die Dünung, die Gezeiten und die mögliche Verschiebung der Plattformen selbst verursacht werden, alles Beanspruchungen, die im Wesentlichen zyklische Biege- und/oder Zug-Druck-Beanspruchungen bewirken.
Auf solche Anforderungen der Festigkeit gegenüber Beanspruchungen trifft man auch bei Bohrbrunnen auf dem Festland, insbesondere beim drehenden Absenken von Rohren, um die Bohrbrunnen im sehr häufigen Fall der von der Senkrechten abweichenden, Knicke aufweisenden Bohrbrunnen zu zementieren, ein drehendes Absenken, das dann die Drehbiegung verursacht.
Daher hat man danach getrachtet, die rohrförmigen Gewindeverbindungen für Futterrohre, Steigrohre oder "Riser" so zu verbessern, dass ihre Ermüdungsfestigkeit erhöht wird.
Der Stand der Technik der rohrförmigen oder nicht rohrförmigen Gewindezusammenbauten (zum Beispiel von der Art Schraube-Mutter) schlägt Mittel vor, um die Ermüdungsfestigkeit der axialen Zugkräften, die zyklisch variieren können, ausgesetzten Gewindezusammenbauten zu verbessern.
Die Patentanmeldung WO 00/06936 beschreibt ein Innengewindeelement für eine rohrförmige Gewindeverbindung, dessen Außenumfangsfläche kegelförmig mit einem Durchmesser ist, der abnimmt, je weiter man sich dem freien Innengewindeende nähert, so dass die Materialstärke unter dem Gewinde in Höhe der ersten Gewindegänge reduziert ist. Daraus folgt auch eine große Stoßempfindlichkeit des freien, sehr dünnen Innengewindeendes.
Diese Druckschrift WO 00/06936 beschreibt auch eine Verdünnung an der inneren Umfangsfläche des Außengewindeelements in der Nähe seines freien Endes. Diese wenig tiefe Verdünnung erstreckt sich gemäß 2 dieser Druckschrift vom freien Ende des Außengewindeelements über einen zylindrischen Bereich unter der Außengewindeelementlippe und endet in einer kegelförmigen Abschrägung unter dem zweiten Außengewindegang, so dass die Wandstärke des Elements in Höhe der Lippe außerhalb der in Eingriff stehenden Gewindegänge minimal ist.
Keine besondere Funktion wird als dieser Verdünnung zugeordnet offenbart, man stellt aber fest, dass sie es ermöglicht, die Kontinuität des Innendurchmessers an der Verbindungsstelle zwischen Außengewindeelement und Innengewindeelement zu gewährleisten und somit die Turbulenzen in der Strömung des inneren Fluids trotz der Unterschiede der Innendurchmesser der Rohre aufgrund der Herstellungstoleranzen zu verringern.
Viele Druckschriften, darunter das Patent US 5 779 416 und die Patentanmeldungen JP 04.157.280 und JP 04.157.283 , verwenden eine U-förmige Kehle jenseits der letzten in Eingriff stehenden Außengewindegänge im zugbeanspruchten gewindelosen Bereich des Außengewindeelements. Eine solche Kehle hat insbesondere den Nachteil, den kritischen Querschnitt der Gewindeverbindung zu reduzieren, der der am stärksten axial zugbeanspruchte Wandquerschnitt ist, und somit die statischen Leistungen der Gewindeverbindung unter Zug zu reduzieren.
Das Patent US 3 933 074 beschreibt eine Mutter für eine Schraubenverbindung, deren Innengewinde in Höhe der ersten in Eingriff ste henden Gewindegänge durch mehrere axiale Hohlkehlen unterbrochen wird, die regelmäßig auf dem Umfang des Gewindes angeordnet sind, um die maximale Übertragungszone der axialen Zugbeanspruchung zwischen Schraube und Mutter vom ersten in Eingriff stehenden Innengewindegang zur Mitte der axialen Länge der Mutter zu verschieben.
Diese Hohlkehlen, deren Länge die Hälfte der Länge des Gewindes erreichen kann und deren Tiefe bis zu 80% der Gewindeganghöhe gehen kann, erhöhen die Biegsamkeit der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge, verringern aber die tragende Fläche der Gewindegänge in der Zone, in der sie ausgebildet sind, um etwa 20%, was ein Nachteil ist, wenn man eine erhöhte Festigkeit gegenüber statischen Beanspruchungen und eine rohrförmige Gewindeverbindung erhalten möchte, die zwischen der Innenseite und der Außenseite der Rohre dicht ist.
Die Lösungen für die Schraubenverbindungen, bei denen die Muttern auf der Seite der ersten Gewindegänge auf dem Schraubenkopf aufliegen (auf der Seite der letzten Gewindegänge der Schraube), sind außerdem nicht unbedingt direkt auf rohrförmige Gewindeverbindungen anwendbar.
Das Patent FR 1 317 815 beschreibt eine ringförmige Kehle mit einem Profil einer relativ flachen Schale, die an der Außenumfangsfläche eines Innengewindeelements einer Bohrstange ausgebildet ist.
Gemäß den Figuren dieses Patents befindet sich die Kehle in der Mitte des Gewindes und beeinflusst die Wand in Höhe der ersten oder letzten Gewindegänge nicht. Sie ermöglicht es, die Beanspruchungskonzentrationen auf die Gesamtheit des Außengewindes zu verteilen, indem sie die Beanspruchungen in Höhe der Gewindegänge erhöht, die sich unter der Kehle zur Mitte des Gewindes hin befinden.
Dieses Patent sagt aber nicht, welchen Beanspruchungen die in diesen Figuren dargestellten Beanspruchungsfelder entsprechen (Verwindung, Zug, Druck, Biegung); es scheint, dass es sich um Beanspruchungen handelt, die einfach aus dem Schraubzustand der Gewindeelemente der Bohrstangen resultieren.
Man stellt auch fest, nach wie vor gemäß den Figuren dieses Patents, dass die Kehle einen flachen Boden parallel zur Achse der Gewindeverbindung und steile Flanken hat, die im Wesentlichen zum Kehlengrund und zur Außenumfangsfläche senkrecht sind.
Die Patentanmeldungen JP 58-187684 und EP 0 032 265 beschreiben ein Außengewindeelement, das mit einer ringförmigen Kehle mit schalenförmigem Profil versehen ist, die auf der Innenumfangsfläche des Gewindeelements in Höhe der gewindelosen Lippe am freien Ende oder im Wesentlichen in Höhe dieser Lippe hergestellt ist.
In diesen beiden Druckschriften ist eine Lippe vorgesehen, um andere Eigenschaften einer rohrförmigen Gewindeverbindung zu verbessern, wie zum Beispiel die Ermüdungsfestigkeit (Festigkeit gegenüber Festfressen, Korrosion unter Beanspruchung, Positionsverriegelung der Gewindeelemente), und nichts deutet in diesen beiden Druckschriften darauf hin, dass eine unter der Außengewindelippe (und ggf. leicht vorstehend unter den beiden ersten Außengewindegängen im Fall der japanischen Druckschrift) hergestellte Kehle die Ermüdungsfestigkeit einer rohrförmigen Gewindeverbindung verbessern kann.
In der vorliegenden Erfindung wird danach getrachtet, ein rohrförmiges Außen- oder Innengewindeelement für rohrförmige Gewindever bindungen herzustellen, das besonders fest ist gegenüber:

a) statischen Beanspruchungen, insbesondere axialen Zugkräften, axialen Druckbelastungen, Biegebeanspruchungen, Verwindungsbeanspruchungen, Innen- oder Außendruck, Ausschwenken beim Schraubvorgang, einfach oder kombiniert (zum Beispiel Zug + Innendruck);
b) zyklischen Beanspruchungen, insbesondere Biege- und Zug-Druck-Beanspruchungen.

Ein solches Gewindeelement wird in der vorliegenden Druckschrift als ein ermüdungsfestes Profil aufweisend bezeichnet.
Es wurde auch danach getrachtet, dass das erfindungsgemäße rohrförmige Gewindeelement mit allen Arten von Gewinden hergestellt werden kann, d.h. kegeligen, zylindrischen, kombiniert zylindrischkegeligen, mit einer oder mehreren Stufen, mit trapezförmigen oder dreieckigen, interferierenden oder nicht interferierenden Gewindegängen; die nicht interferierenden Gewindegänge können zum Beispiel von der in der Anmeldung EP 454 147 beschriebenen Art mit gleichzeitigem Kontakt der beiden Flanken mit denjenigen des zugehörigen Gewindegangs (auch "rugged thread" genannt), mit axialer gegenseitiger Einspannung von der in der Druckschrift WO 00/14441 beschrieben Art oder von der Art Keil mit variabler Breite, wie zum Beispiel im US-Patent Re 30 647 beschrieben, sein.
Es wurde außerdem danach getrachtet, dass das Gewindeelement leicht hergestellt und leicht geprüft werden kann.
Das erfindungsgemäße Gewindeelement muss verwendet werden können, um Gewindeverbindungen zu bilden, die für Säulen von Kohlenwasserstoff-Steigrohren, von Brunnen-Futterrohren oder für den Unterwasserbetrieb ("Risers") oder für ähnliche Nutzungen bestimmt sind.
Es wurde auch danach getrachtet, selbst unter zyklischen Beanspruchungen dichte, insbesondere gasdichte rohrförmige Gewindeverbindungen herzustellen.
Das erfindungsgemäße Gewindeelement muss in einer Variante nutzbar sein, um Bohrstangenzüge zu bilden.
Es wurde auch danach getrachtet, eine rohrförmige Gewindeverbindung herzustellen, bei der nur eines der Gewindeelemente, zum Beispiel das Innengewindeelement, verändert wurde, um gegenüber zyklischen Beanspruchungen fest zu sein, das aber ein nicht verändertes zugehöriges Gewindeelement aufnimmt.
In einer Variante wurde auch danach getrachtet, eine rohrförmige Gewindeverbindung herzustellen, bei der die beiden Gewindeelemente verändert wurden, um gegenüber zyklischen Beanspruchungen fest zu sein.
Das rohrförmige Außen- oder Innengewindeelement mit ermüdungsfestem Profil ist am Ende eines Rohrs ausgebildet und weist ein Außengewinde auf seiner Außenumfangsfläche oder ein Innengewinde auf seiner Innenumfangsfläche auf, je nachdem, ob das rohrförmige Gewindeelement vom Außengewindetyp oder vom Innengewindetyp ist.
Dieses rohrförmige Gewindeelement ist dazu bestimmt, durch Schraubverbindung mit einem rohrförmigen Gewindeelement des zugehörigen Typs zusammengesetzt zu werden (d.h. Innengewinde, wenn das betrachtete Gewindeelement ein Außengewinde ist und umgekehrt), um eine rohrförmige Gewindeverbindung zu bilden, die sowohl gegenüber statischen als auch gegenüber zyklischen Beanspruchungen fest ist.
Dieses rohrförmige Gewindeelement weist ein Mittel auf, das die Biegsamkeit der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge erhöht und das dadurch darauf abzielt, die Lastübertragung zwischen den ersten in Eingriff stehenden Gewindegängen des rohrförmigen Gewindeelements und den letzten in Eingriff stehenden Gewindegängen eines zugehörigen Gewindeelements zu verringern, wenn diese beiden Elemente eine rohrförmige Gewindeverbindung bilden, die Zugkräften ausgesetzt ist.
Dieses Mittel weist eine kehlenförmige Verdünnung der Wand des Gewindeelements ausgehend von der Umfangsfläche entgegengesetzt zu derjenigen auf, wo das Gewinde ausgebildet ist. Die Kehle beeinflusst nicht die Geometrie der Gewindegänge, da sie zwischen der Hüllkurve der Gewindegangböden und der Umfangsfläche ausgebildet ist, die derjenigen des Gewindes entgegengesetzt liegt.
Sie ist gegenüber dem Gewinde ausgebildet.
Gemäß der Erfindung, die im Anspruch 1 definiert ist, ist die Kehle derart, dass in Höhe der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge die Wandstärke unter dem Gewinde, d.h. die ausgehend vom Gewindegangboden gemessene Wandstärke, von der Kehle reduziert wird.
Die Funktion dieser Kehle ist es, die Steifheit der Wand unter dem Gewinde in Höhe der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge zu verringern, wobei die Steifheit der Wand mit deren Stärke unter dem Gewinde variiert.
Eine solche Verringerung der Steifheit der Wand reduziert die Steifheit der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge oder erhöht ihre Biegsamkeit und verringert also auf ihrer Höhe die Zuglastübertragung, und daraus folgt eine Verringerung der Beanspruchungsspitze in Höhe der letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge auf einem dem betrachteten Gewindeelement zugehörigen Gewindeelement, das an diesem in Stellung verschraubt ist, um eine rohrförmige Gewindeverbindung zu bilden.
Bei gleicher Kehlenabmessung hat der Erfinder festgestellt, dass die erfindungsgemäße Anordnung der Kehle es ermöglicht, sowohl die statischen als auch die dynamischen (Ermüdung) Betriebseigenschaften des betrachteten Gewindeelements zu optimieren und zu garantieren, das in einer rohrförmigen Gewindeverbindung in ein zugehöriges Gewindeelement geschraubt ist.
Vorzugsweise beginnt die Kehle unter dem ersten in Eingriff stehenden Gewindegang des Gewindes.
Vorzugsweise endet die Kehle in einem axialen Zwischenraum zwischen einem Mittelquerschnitt des Gewindes und einem Querschnitt, der sich in Höhe der letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge befindet.
Vorzugsweise besitzt die erfindungsgemäße Kehle eine drehsymmetrische Form bezüglich der Achse des rohrförmigen Gewindeelements in einem gleichen Querschnitt. Sie verringert also die Steifheit in gleicher Weise in Umfangsrichtung um das rohrförmige Gewindeelement herum.
Weiter vorzugsweise verringert die erfindungsgemäße Kehle senkrecht ihr gegenüber die Steifheit der die Gewindegänge tragenden Wand in variabler aber progressiver Weise in einer axialen Richtung des rohrförmigen Gewindeelements.
Eine solche Anordnung vermeidet die Bildung einer lokalen Beanspruchungskonzentration, die die günstige Wirkung der Verringerung der Steifheit der Struktur bei der Lastübertragung zerstören oder sogar Ermüdungsbruchansätze erzeugen kann.
In Höhe der erfindungsgemäßen Kehle ist die Wandstärke unter dem Gewinde minimal in einer Querebene, die sich vorzugsweise in einem Zwischenraum zwischen den ersten und sechsten in Eingriff stehenden Gewindegängen befindet.
Sehr vorzugsweise ist diese minimale Wandstärke unter dem Gewinde größer als die oder gleich der Gewindeganghöhe, und vorteilhafterweise im Wesentlichen doppelt so groß wie die Gewindeganghöhe.
Die Idee einer derart tiefen Kehle steht der üblichen Meinung entgegen, die darauf abzielt, unter Berücksichtigung ihres häufig unter schwierigen Bedingungen stattfindenden Einsatzes am Bohreinsatzort und der Belastungen, die sie trotz einer begrenzten Dicke im Betrieb aushalten müssen, die Robustheit der Gewindeelemente zu verstärken.
Auch sehr vorzugsweise ist die Wandstärke unter dem Gewinde in Höhe der Kehle minimal und über eine axiale Länge ungleich Null konstant.
Auch sehr vorzugsweise beträgt aufgrund der Kehle die Wandstärke unter dem Gewinde zwischen 100 und 120% der minimalen Wandstärke unter dem Gewinde in einer so genannten "Zone geringer Steif heit".
Diese Zone geringer Steifheit befindet sich um die Querebene minimaler Wandstärke unter dem Gewinde herum und erstreckt sich über eine axiale Länge, die größer als oder gleich drei Gewindegangsteigungen ist.
Dies ermöglicht eine im Wesentlichen maximale Verringerung der Steifheit in einem ausreichenden Zwischenraum, um sich vor Variationen der tatsächlichen Positionierung der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge bezüglich des Plans aufgrund der Herstellungstoleranzen beim rohrförmigen Gewindeelement zu schützen.
Vorzugsweise ist das Profil der Kehle so, dass der insbesondere für die axialen Zugkräfte kritische Querschnitt des Gewindeelements außerhalb der Verdünnung liegt, vorzugsweise liegt aufgrund der Kehle auch die Wandstärke unter dem Gewinde in Höhe der drei letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge zwischen 80% und 100% der Wandstärke außerhalb der Verdünnungszone. Die Gesamtheit der Zuglast muss nämlich vom kritischen Querschnitt der Wand in Höhe des letzten Gewindegangs des Gewindes absorbiert werden.
Vorzugsweise besitzt die Kehle Flanken, deren Neigung bezüglich der Achse des rohrförmigen Gewindeelements höchsten 45° beträgt.
Vorzugsweise ist die die Kehlenflanke, die sich auf der Seite des freien Endes des Gewindeelements befindet, bezüglich der Achse des Gewindeelements global stärker geneigt als die andere Kehlenflanke.
Auch vorzugsweise ist das Profil der Kehle eine Kurve, die aus einer Reihe von endlichen oder unendlichen Kreisbögen besteht, die tangential aneinander anschließen, wobei die Kreisbögen mit unendlichem Radius Geradenabschnitten entsprechen.
Auch vorzugsweise schließt die Kehle an den laufenden, nicht vertieften Teil der Umfangsfläche an, wo sie durch eine tangentiale torische Anschlusszone hergestellt wird.
In einer Variante kann die Kehle teilweise oder vollständig mit einem Material gefüllt sein, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des rohrförmigen Gewindeelements.
Auch vorzugsweise sind die Gewindegänge trapezförmig, unabhängig von der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kehle.
Die Erfindung betrifft auch eine rohrförmige Gewindeverbindung, die sowohl gegenüber statischen als auch gegenüber zyklischen Beanspruchungen eine hohe Festigkeit aufweist, mit einem rohrförmigen Außengewindeelement am Ende eines ersten Rohrs, das durch Schraubbefestigung mit einem rohrförmigen Innengewindeelement am Ende eines zweiten Rohrs mittels eines Außengewindes auf dem rohrförmigen Außengewindeelement und eines Innengewindes auf dem rohrförmigen Innengewindeelement zusammengesetzt wird.
Unter einem Rohr wird sowohl ein Rohr großer Länge als auch ein Rohr geringer Länge, wie zum Beispiel eine Muffe, verstanden.
Die erfindungsgemäße rohrförmige Gewindeverbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden rohrförmigen Gewindeelemente, das Außengewinde oder das Innengewinde, von der Art mit Verdünnung gemäß der oben erläuterten Erfindung ist.
Aus der Sicht der Leistungen bei zyklischen Beanspruchungen sind die beiden Außen- und Innengewindeelemente vorzugsweise vom Typ mit Verdünnung gemäß der Erfindung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor. Die ausführliche Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen können also nicht nur zum besseren Verständnis der Erfindung dienen, sondern auch ggf. auch zu ihrer Definition beitragen.
Die nachfolgenden Figuren beschreiben in nicht einschränkender Weise eine Ausführungs- und Nutzungsform von rohrförmigen Gewindeelementen und von rohrförmigen Gewindeverbindungen gemäß der Erfindung.
Die 1 bis 7 sind Halblängsschnitte, die durch die Achse des rohrförmigen Gewindeelements oder der betrachteten rohrförmigen Gewindeverbindung verlaufen.
1 stellt ein rohrförmiges Innengewindeelement gemäß der Erfindung dar.
2 stellt ein rohrförmiges Außengewindeelement des Stands der Technik dar.
3 stelle eine rohrförmige Gewindeverbindung gemäß der Erfindung dar, die durch Zusammenbau der Gewindeelemente der 1 und 2 erhalten wird.
4 stellt ein rohrförmiges Außengewindeelement gemäß der Erfindung dar.
5 stellt eine weitere erfindungsgemäße rohrförmige Gewindeverbindung dar, die durch Zusammenbau der Gewindeelemente der 1 und 4 erhalten wird.
6 stellt einen gemufften rohrförmigen Gewindezusammenbau dar, der zwei rohrförmige Gewindeverbindungen gemäß der Erfindung vom Typ der 3 aufweist.
7 stellt eine Variante eines erfindungsgemäßen rohrförmigen Innengewindeelements der 1 dar.
2 stellt ein rohrförmiges Außengewindeelement 1 des Stands der Technik dar.
Dieses Außengewindeelement 1 ist am Ende eines Rohrs 101 hergestellt.
Es weist ein Außengewinde 3 auf, das aus einem kegeligen Gewindebereich der Länge L_FM besteht, der an der Außenumfangsfläche 105 des Rohrs 101 ausgearbeitet ist.
Die Gewindegänge 11 des Gewindes 3 sind trapezförmig. Sie besitzen auf der dem freien Ende 7 des Gewindeelements 1 entgegengesetzten Seite eine Trägerflanke 13, die es ermöglicht, die Last von einem Gewindeelement 3 auf das zugehörige Gewindeelement 4 zu übertragen, wenn diese beiden Gewindeelemente zusammengebaut werden, um eine rohrförmige Gewindeverbindung zu bilden, und einer axialen Zugkraft ausgesetzt sind.
Der erste Gewindegang 21 ist derjenige, der auf der Seite des freien Endes 7 des Gewindeelements 1 angeordnet ist.
Der Gewindegang 23 ist der letzte Gewindegang des Gewindes und ist ein Gewindegang mit abnehmender Höhe, d.h. ein Gewindegang, dessen Scheitel von der Außenumfangsfläche 105 des Rohrs 101 gekürzt wird.
Die Gewindegänge 21 und 23 sind die ersten bzw. letzten Gewindegänge, die ausgebildet sind, um mit den entsprechenden Gewindegängen eines rohrförmigen Innengewindeelements in der zusammengebauten Gewindeverbindung in Eingriff zu stehen (siehe weiter unten 3).
Die Innenumfangsfläche 103 des Gewindeelements 1, die derjenigen 104 entgegengesetzt liegt, auf der das Gewinde hergestellt ist, erstreckt sich gleichmäßig vom Körper des Rohrs 101 bis zum freien Ende 7 des Gewindeelements.
2 zeigt auch eine optionale gewindelose Lippe, die zwischen dem ersten Gewindegang 21 und dem freien Ende 7 angeordnet ist. Diese Lippe besitzt auf ihrer Außenumfangsfläche eine Auflagefläche 5.
Die Wand unter dem Gewinde besteht aus dem Material der Wand zwischen dem Gewindeganggrund 19 und der inneren Umfangsfläche 103.
Diese Wand ist nicht unendlich steif, sondern besitzt eine Steifheit, insbesondere eine axiale Steifheit, die zur Wandstärke unter dem Gewinde proportional ist.
Diese Steifheit variiert sehr geringfügig von einem Ende des Gewindes zum anderen aufgrund der Kegelform des Gewindes, aber diese Vari ation ist beschränkt, da die Kegelform des Gewindes schwach ist (6,25% im Fall der "Buttress"-Gewinde gemäß der Spezifikation API 5B).
1 stellt ein rohrförmiges Innengewindeelement 2 gemäß der Erfindung dar.
Das Innengewindeelement 2 ist am Ende eines Rohrs 102 ausgebildet.
Es weist ein Innengewinde 4 auf, das aus einem kegeligen Gewindebereich der Länge L_FF besteht, der an der Innenumfangsfläche des Rohrs 102 ausgearbeitet ist.
Dieses Innengewinde 4 ist dem Außengewinde 3 des Außengewindeelements 1 zugeordnet, d.h. dass sie die gleichen Gewindesteigung, die gleiche Kegelform, den gleichen Teilkreisdurchmesser und die gleiche Gewindegangform haben.
Die Gewindegänge 12 des Innengewindes 4 sind auch trapezförmig. Sie weisen eine Trägerflanke 4 auf, die der Trägerflanke 13 der Außengewindegänge 3 zugeordnet ist.
Der erste Gewindegang ist derjenige 22, der auf der Seite des freien Endes 10 des Gewindeelements 2 angeordnet ist, und der letzte Gewindegang ist derjenige 24, der am anderen Ende des Gewindes angeordnet ist. Es sind auch die ersten und letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge, wie man weiter unten sehen wird.
Die Außenumfangsfläche 104 ist diejenige, die der Fläche entgegengesetzt liegt, auf der das Gewinde 4 ausgebildet ist.
Diese Fläche ist gegenüber dem Gewinde 4 durch eine Kehle 30 mit ganz leicht schrägen Flanken ausgehöhlt oder verdünnt: Die Flanke 36 auf der Seite des freien Endes ist um 15°, und die Flanke 38 ist um 9° bezüglich der Achse XX des Gewindeelements 2 geneigt; die Flanke 36 ist also bezüglich dieser Achse global schräger als die Flanke 38.
Die Kehle 30 reduziert die Materialstärke unter dem Gewinde und somit die Steifheit der Wand unter dem Gewinde beträchtlich.
Die von der Kehle verursachte Stärkenreduzierung erreicht im vorliegenden Fall mehr als 80% der Wandstärke unter dem Gewinde, gemessen am Punkt B in der nicht verdünnten Zone.
Die Kehle beginnt in A in Höhe des ersten in Eingriff stehenden Gewindegangs 22.
Aufgrund der Position der Kehle wird die Steifheit der Wand des Gewindes in Höhe der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge (Gewindegang 22 und die drei rechts von diesem in 1) verringert, was folglich die Biegsamkeit der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge erhöht.
Eine Kehle, die außerhalb des Gewindes auf der Seite des freien Endes 10 beginnen würde, wäre nicht wirksamer oder wäre kaum wirksamer bezüglich der Ermüdungsfestigkeit und würde die Robustheit des freien Endes 10 verringern.
Eine Kehle, die weiter weg unter dem Gewinde beginnen würde, könnte zu einem für die statischen axialen Zugbeanspruchungen kritischen Wandquerschnitt unter dem Gewinde in Höhe des Kehlengrunds D oder ein wenig darüber hinaus führen, während der norma le kritische Querschnitt derjenige unter dem letzten Gewindegang ist; daraus entstünde eine Verschlechterung der statischen Leistungen der Gewindeverbindung, insbesondere bei axialen Zugbeanspruchungen.
Die Kehle 30 hat eine um die Achse des rohrförmigen Gewindeelements 12 drehsymmetrische Form.
Das Profil der Kehle 30 im Längsschnitt besteht aus einer Reihe von Kreisbögen oder einander tangierenden Geradenabschnitten, so dass die Steifheit der Struktur in axialer Richtung sehr progressiv variiert.
Das Profil des Kehlengrunds besteht insbesondere aus Bögen mit großem Radius, der sogar unendlich sein kann, was dann Geradensegmenten entspricht, die zum Beispiel zur Kegelform des Gewindes parallel sind.
Die Wandstärke unter dem Gewinde ist minimal (e_min) im Punkt D, der sich zwischen den 4ten und 5ten in Eingriff stehenden Gewindegängen befindet. Im Punkt D in der Querschnittsebene 40 ist die Steifheit der Wand unter dem Gewinde daher minimal.
Wie weiter oben angegeben, kann der Kehlengrund vorteilhafterweise über eine geringe axiale Länge in der Größenordnung von zwei Gewindegangsteigungen einer Geraden mit der gleichen Schräge wie die Kegelform des Gewindes folgen, so dass die Wandstärke unter dem Gewinde, also die Wandsteifheit, über diese axiale Länge minimal und konstant ist.
Die Stärke e_min2 gemessen senkrecht zur Kegelform ist gleich der Gewindeganghöhe h_f.
Die Steifheit der Wand unter dem Gewinde ist praktisch minimal in einer Zone geringer Steifheit, die sich unter den Punkten E und F befindet, wo die Stärke nicht viel größer ist als die Stärke e_min2: Die Stärke liegt hier zum Beispiel zwischen 100% und 120% der minimalen Stärke; die Steifheit variiert hier in den gleichen Anteilen bezüglich des minimalen Werts der Steifheit.
Der axiale Abstand zwischen den Punkten E und F liegt zwischen 3 und 4 Gewindegangsteigungen, wobei die Punkte E und F den Punkt D der Ebene 40 umgeben, wo die Stärke und die Steifheit minimal sind.
Die Kehle 30 endet in 34 auf der dem freien Ende 10 entgegengesetzten Seite in Höhe der letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge. In B, kurz hinter dem letzten in Eingriff stehenden Gewindegang, gibt es keine Kehle mehr.
Die Steifheit der Wand unter dem Gewinde in Höhe der letzten drei in Eingriff stehenden Gewindegänge ist also praktisch nicht verringert im Vergleich mit derjenigen der nicht verdünnten Wand, da die Stärke der Wand unter dem Gewinde in Höhe der letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge zwischen 80% und 100% der Wandstärke unter dem Gewinde e_T2 in der nicht verdünnten Zone (in B zum Beispiel) beträgt. Daraus folgt, dass der kritische Querschnitt des Gewindeelements 2 für die axialen Zugbeanspruchungen der Querschnitt in B ist, der im Vergleich mit demjenigen eines ähnlichen Gewindeelements, aber ohne Kehle, nicht verringert ist.
Die Kehle 30 schließt in 32 an die nicht ausgehöhlte Außenumfangsfläche 104 des Rohrs 102 über eine torische Fläche an, deren Profil im Längsschnitt ein Kreisbogen ist.
Sie schließt auch in 34 auf der Seite des freien Endes über eine torische Fläche an eine zylindrische Fläche 106 mit einem geringeren Durchmesser als derjenige der Fläche 104 an, so dass die Wandstärke in A im Vergleich mit der Wandstärke in B reduziert ist.
Es wird auf das optionale Vorhandensein einer Queranschlagfläche 8 und einer Auflagefläche 6 jenseits des Gewindes 4 in Richtung des Rohrkörpers hingewiesen.
3 stellt den Zusammenbau der Gewindeelemente der 1 und 2 zur Bildung einer rohrförmigen Gewindeverbindung 100 dar. Bei dieser Gewindeverbindung 100 sind die Außen- und Innengewinde 3, 4 der Gewindeelemente 1 und 2 zum Beispiel zusammengeschraubt, bis die optionalen Querflächen 7 und 8 der Gewindeelemente 1 und 2 in Anschlag liegen.
Die optionalen Auflageflächen 5 und 6 sind in Druckkontakt und bilden ein Paar von Metall-Metall-Dichtungsauflageflächen.
Die rohrförmige Gewindeverbindung 100 ist zum Beispiel aufgrund des Gewichts der Rohre, die senkrecht in einer Säule in einem Bohrbrunnen montiert sind, axialen Zugkräften unterworfen.
Die Gewindeverbindung 100 ist im in 3 dargestellten Fall außerdem aufgrund der Reaktion der Querflächen 7, 8, die mit einem hohen Moment von mehreren KN·m in Anschlag gebracht sind, das die Trägerflanken 13, 14 unter Zug setzt, axialen Zugkräften ausgesetzt.
Da der kritische Querschnitt des Gewindeelements 2 für die axialen Zugbeanspruchungen im Vergleich mit demjenigen eines ähnlichen Gewindeelements, aber ohne Kehle, nicht verringert ist, sind die sta tischen Leistungen der Gewindeverbindung 100 für die axialen Zugbeanspruchungen im Vergleich mit denjenigen einer Gewindeverbindung gemäß dem Stand der Technik unverändert.
Diese statischen Kräfte können von zyklischen Kräften überlagert werden.
Jeder Gewindegang eines Gewindes muss auf den entsprechenden Gewindegang des zugehörigen Gewindes einen Teil der Zuglast übertragen.
Dieser Teil ist nicht von einem Gewindegang zum anderen eines gleichen Gewindes konstant, und die Aufgabe der Kehle 30 auf dem Innengewindeelement ist es, die Lastübertragung zwischen den verschiedenen Gewindegängen zumindest auf der Seite der ersten in Eingriff stehenden Innengewindegänge und der letzten in Eingriff stehenden Außengewindegänge im Fall der 3 auszugleichen.
Ohne diese Kehle wäre die Lastübertragung in Höhe dieser Gewindegänge sehr viel größer. Die letzten Außengewindegänge wären dann starken Beanspruchungen ausgesetzt, die noch von einer geometrischen Wirkung der Konzentration der Beanspruchungen an der Wurzel dieser Gewindegänge im Anschlussradius zwischen Trägerflanke und Gewindeganggrund verstärkt würden. Die Anschlussradien wären dann durch die kombinierte Wirkung einer übermäßigen Lastübertragung und einer Konzentration von Beanspruchungen die Stelle der Entstehung von Ermüdungsrissen bei den Gewindeverbindungen, die zyklischen Lasten ausgesetzt sind, während ein solches Übermaß an Beanspruchungen im Fall von statischen Lasten nicht zu Rissen führen kann.
Der Ausgleich der Lastübertragung, der gemäß der vorliegenden Er findung durch Verringerung der Steifheit der Wand unter den ersten Innengewindegängen erhalten wird, sowie die an sich bekannte Wahl von großen Anschlussradien zwischen Trägerflanken 13, 14 und Gewindeganggründen 19, 18 ermöglichen es, die Beanspruchungen in den kritischen Zonen weit genug zu reduzieren, um Gefahren von Ermüdungsbrüchen im Betrieb in Höhe der letzten in Eingriff stehenden Außengewindegänge entsprechend den ersten in Eingriff stehenden Innengewindegängen zu vermeiden.
Man stellt fest, dass aufgrund der nicht vorhandenen Kehle auf dem Außengewindeelement die Lastübertragung in Höhe der ersten in Eingriff stehenden Außengewindegänge und der letzten in Eingriff stehenden Innengewindegänge unausgeglichen bleibt, aber man findet weniger häufig Ermüdungsrisse, die bei den Gewindeverbindungen des Stands der Technik in diesen Zonen beginnen.
Man stellt schließlich fest, dass die Wahl von trapezförmigen Gewindegängen vorteilhaft ist, um die Gefahr des radialen Aufdehnens des Aufnahmeelements in Höhe der Zone EF geringer Steifheit am Ende des Schraubvorgangs zu vermeiden; ein solches Aufdehnen könnte das katastrophale Ausschwenken der Gewindeelemente 1, 2 und den Fall der Säule in den Brunnen verursachen.
5 stellt eine Variante 200 der erfindungsgemäßen rohrförmigen Gewindeverbindung dar, bei der jedes der beiden Gewindeelemente, Außengewindeelement und Innengewindeelement, mit einer Kehle versehen ist.
Das Innengewindeelement 2 ist dann gleich demjenigen der 1.
Das Außengewindeelement 51 ist in 4 dargestellt.
Das Außengewindeelement 51 dieser Figur ist vom Außengewindeelement 1 der 2 abgeleitet, indem eine Kehle 31 in der Innenumfangsfläche 103 dieses Gewindeelements ausgehöhlt wird, wobei diese Umfangsfläche 103 die der Fläche gegenüberliegende Fläche ist, in der das Außengewinde 3 hergestellt ist.
Die Kehle 31 beginnt unter dem ersten Gewindegang 21, der der erste in Eingriff stehende Gewindegang ist (siehe 5) und endet zur Mitte des Gewindes hin.
Sie verringert die Steifheit der Wand unter dem Gewinde in Höhe der ersten Außengewindegänge.
Diese Verringerung ist maximal in G, das sich zwischen dem 2ten und dem 3ten in Eingriff stehenden Außengewindegang befindet, in der Ebene 41, in der die Wandstärke unter dem Gewinde minimal ist. Diese minimale Stärke e_min2 ist etwa gleich der doppelten Gewindeganghöhe.
Die Verringerung der Steifheit ist im Wesentlichen maximal in einer Zone schwacher Steifheit zwischen H und I, wobei der axiale Abstand zwischen diesen beiden Punkten etwas größer ist als drei Gewindegangsteigungen.
Die Flanken 37, 39 der Kehle 31 sind sehr wenig schräg; sie schließen an die Innenumfangsfläche 103 des Außengewindeelements 51 über torische Flächen 33, 35 an.
Die Kehle 31 selbst besitzt ein Profil, das aus einer Reihe von einander tangierenden Kreisbögen besteht. Die Radien dieser Kreisbögen sind groß, insbesondere am Kehlengrund.
Unter Berücksichtigung des Profils und der Anordnung der Kehle 31 ist der kritische Querschnitt des Gewindeelements 51 für die axialen Zugbeanspruchungen derjenige in Höhe des letzten in Eingriff stehenden Gewindegangs 23, wobei dieser kritische Querschnitt im Vergleich mit demjenigen eines gleichen Gewindeelements, aber ohne Kehle, nicht verringert ist.
Die Gewindeverbindung 200 der 5 nach dem Einschrauben des Außengewindeelements 51 in das Innengewindeelement 2 ermöglicht noch bessere Ermüdungsleistungen als diejenige 100 der 3, da auf jedem der beiden Elemente eine Kehle hergestellt wurde und da die Lastübertragung an den beiden Enden jedes Elements vergleichmäßigt wurde.
Ihre statischen Leistungen für die axialen Zugbeanspruchungen sind im Vergleich mit denjenigen der Gewindeverbindungen des Stands der Technik unverändert, da der kritische Querschnitt der Gewindeelemente 2 und 51 im Vergleich mit demjenigen gleicher Gewindeelemente, aber ohne Kehle, nicht verringert wurde.
6 stellt einen gemufften Gewindezusammenbau dar, der aus zwei rohrförmigen Gewindeverbindungen 100, 100' besteht.
Die Außengewindeelemente 1, 1' sind am Ende von Rohren großer Länge ausgebildet.
Die Innengewindeelemente 2, 2' sind Kopf bei Fuß in einer rohrförmigen Muffe 202 ausgebildet, die als ein sehr kurzes Rohr angesehen werden kann.
Jede Gewindeverbindung 100, 100' ist gleich derjenigen der 3.
Diese bekannte Art von Zusammenbau erfordert keinen weiteren Kommentar.
Die Funktion der Kehlen 30, 30' auf der Muffe 202 ist gleich derjenigen der Kehle 30 des Innengewindeelements 2 der 1 und 3.
Es wurde versucht, die Verstärkung beim maximalen Beanspruchungswert σ_max im Anschlussradius zwischen Trägerflanke 13 und Gewindeganggrund 19 der am meisten belasteten letzten in Eingriff stehenden Außengewindegänge einer rohrförmigen Gewindeverbindung des Typs der 3 im Vergleich mit den gleichen Gewindegängen einer kehlenlosen Gewindeverbindung des Stands der Technik zu schätzen.
Aufgrund der Ergebnisse der Ermüdungsfestigkeit schätzt man, dass die Verstärkung bei der Beanspruchung σ_max bei diesen Gewindegängen aufgrund der Kehle in der Größenordnung von 20% liegt, was einen sehr starken Anstieg der Ermüdungslebensdauer ergibt.
Die vorliegende Erfindung deckt auch in Übereinstimmung mit Anspruch 1 Ausführungsformen ab, die es ermöglichen, die Steifheit der Wand unter dem Gewinde in Höhe der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge in gleicher Weise bezüglich der im Einzelnen beschriebenen Kehle zu verringern.
Die vorliegende Erfindung deckt auch in Übereinstimmung mit Anspruch 1 Ausführungsformen ab, bei denen das Mittel zur Verringerung der Steifheit der Wand unter dem Gewinde in Höhe der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge nicht nur von der Kehle gebildet wird.
So kann die Kehle 30 zum Beispiel, wie in 7 dargestellt, teilwei se oder vollständig mit einem Material 50 gefüllt sein, dessen Elastizitätsmodul unter demjenigen des rohrförmigen Gewindeelements 62 liegt. Dieses Material 50 kann insbesondere an der Fläche der Kehle haften und zum Beispiel ein Synthetikmaterial sein.
Die vorliegende Erfindung deckt auch in Übereinstimmung mit Anspruch 1 Ausführungsformen von Gewindeelementen ab, bei denen das Gewinde mehrere unterschiedliche Gewindebereiche aufweist.

Claims

Rohrförmiges Außen- oder Innengewindeelement (2, 51, 62) mit ermüdungsfestem Profil für eine rohrförmige Gewindeverbindung (100, 200), das sowohl gegenüber statischen als auch zyklischen Beanspruchungen fest ist, am Ende eines Rohrs (101, 102, 202) hergestellt ist, ein Außengewinde (3) an seiner äußeren Umfangsfläche oder ein Innengewinde (4) an seiner inneren Umfangsfläche aufweist, je nachdem, ob das Gewindeelement ein Außen- oder ein Innengewindeelement ist, wobei das rohrförmige Gewindeelement eine Verdünnung der Wand des Gewindeelements in Form einer drehsymmetrischen Kehle (30, 31) aufweist, die ausgehend von der Umfangsfläche (103, 104) des rohrförmigen Gewindeelements, die entgegengesetzt zu derjenigen liegt, in der das Gewinde ausgearbeitet ist, gegenüber dem Gewinde (3, 4) hergestellt ist, ohne die Geometrie der Gewindegänge (11, 12) des Gewindes zu beeinträchtigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Wand, ausgehend vom Gewindeganggrund gemessen, durch die Kehle (30, 31) zumindest in Höhe der ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge reduziert wird, um deren Steifheit zu verringern, wobei die ersten in Eingriff stehenden Gewindegänge den ersten in Eingriff stehenden Gewindegang und die folgenden enthalten, und dass in Höhe der Kehle die Stärke der Wand, ausgehend vom Gewindeganggrund gemessen, in einer Querebene (40, 41), Querebene minimaler Wandstärke genannt, minimal ist, die sich in einem Zwischenraum zwischen dem ersten in Eingriff stehenden Gewindegang (21, 22) und dem sechsten in Eingriff stehenden Gewindegang (28, 29) befindet.
Rohrförmiges Gewindeelement nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass in Höhe der Kehle die Querebene minimaler Wandstärke (40, 41) sich in einem Zwischenraum zwischen dem zweiten in Eingriff stehenden Gewindegang und dem sechsten in Eingriff stehenden Gewindegang befindet.
Rohrförmiges Gewindeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehle unter dem ersten in Eingriff stehenden Gewindegang (21, 22) beginnt.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehle in einem axialen Zwischenraum zwischen einem Mittelquerschnitt des Gewindes und einem Querschnitt endet, der sich in Höhe der letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge befindet.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Höhe der Kehle die minimale Wandstärke, gemessen ausgehend vom Gewindeganggrund (e_min1, e_min2), mindestens gleich der Gewindeganghöhe (h₁) ist.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Wandstärke, gemessen ausgehend vom Gewindeganggrund (e_min1, e_min2), im wesentlichen doppelt so groß wie die Gewindeganghöhe (h₁) ist.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Wandstärke, gemessen ausgehend vom Gewindeganggrund, über eine axiale Länge ungleich Null konstant ist.
Rohrförmiges Gewindeelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zone minimaler Wandstärke der Keh lengrund über eine axiale Länge in der Größenordnung von zwei Gewindegangsteigungen der gleichen Neigung folgt wie das Gewinde.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Kehle die Wandstärke, gemessen ausgehend vom Gewindeganggrund, in einer Zone (EF, HI), genannt Zone geringer Steifheit, die um die Querebene minimaler Wandstärke (40, 41) herum angeordnet ist, zwischen 100% und 120% der minimalen Wandstärke (e_min1, e_min2) beträgt, wobei diese Zone geringer Steifheit sich über eine axiale Länge von mindestens drei Gewindegangsteigungen erstreckt.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Kehle so ist, dass der für die Zugkräfte kritische Querschnitt des Gewindeelements außerhalb der Verdünnung liegt.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Kehle die Wandstärke, gemessen ausgehend vom Gewindeganggrund, in Höhe der drei letzten in Eingriff stehenden Gewindegänge zwischen 80% und 100% der Wandstärke, gemessen ausgehend vom Gewindeganggrund außerhalb der Verdünnung (e_T1, e_T2), beträgt.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehle Flanken (36, 37, 38, 39) besitzt, deren Neigung bezüglich der Achse des rohrförmigen Gewindeelements höchsten 45° beträgt.
Rohrförmiges Gewindeelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehlenflanke (36, 37), die sich auf der Seite des freien Endes des rohrförmigen Gewindeelements befindet, bezüglich der Achse (XX) des rohrförmigen Gewindeelements geneigt ist.
Rohrförmiges Gewindeelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehlenflanke (36, 37), die sich auf der Seite des freien Endes des Gewindeelements befindet, bezüglich der Achse des Gewindeelements global stärker geneigt ist als die Kehlenflanke, die sich auf der gegenüberliegenden Seite (38, 39) befindet.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Kehle eine regelmäßige Kurve ist, die aus einer Reihe von endlichen oder unendlichen Kreisbögen besteht, die tangential aneinander anschließen.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehle an den laufenden, nicht vertieften Teil der Umfangsfläche anschließt, wo die Kehle durch eine tangentiale torusförmige Anschlusszone (32, 33, 35) hergestellt wird.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehle teilweise oder vollständig mit einem Material (50) gefüllt ist, dessen Elastizitätsmodul niedriger ist als der des rohrförmigen Gewindeelements.
Rohrförmiges Gewindeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde trapezförmige Gewindegänge (11, 12) aufweist.
Rohrförmige Gewindeverbindung (100, 200), die gegenüber sowohl statischen als auch zyklischen Beanspruchungen fest sein soll, mit einem rohrförmigen Außengewindeelement am Ende eines ersten Rohrs (10), das durch Schraubbefestigung mit einem rohrförmigen Innengewindeelement, das am Ende eines zweiten Rohrs (102, 202) angeordnet ist, mittels eines Außengewindes (3) auf dem rohrförmigen Außengewindeelement und eines Innengewindes (4) auf dem rohrförmigen Innengewindeelement zusammengesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der rohrförmigen Gewindeelemente, das Außen- oder das Innengewindeelement, von der Art (2, 51, 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ist.
Rohrförmige Gewindeverbindung (100, 200) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Außen- und Innenelemente von der Art (2, 51, 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 sind.