DE7739844U1 - Bohrgestaenge - Google Patents

Description

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Ing. Günter Klemm SpezialUnternehmen für Bohrtechnik, 5961 Wenkhausen

Die Erfindung betrifft ein Bohrgestänge mit mindestens zwei durch Verschraubung miteinander verbundenen Rohren, von denen jedes an seinen Rohrenden einen konischen Gewindeabschnitt mit Rundgewinde aufweist, dessen Wandstärke sich zur Rohrmitte hin vergrößert.

Beim Bohren im Erdreich und im Gestein ist es bekannt, Bohrgestänge zu verwenden, die aus zahlreichen hintereinander-geschraubten Rohren bestehen und an deren unterem Ende ein Bohrer angebracht ist. Durch die Rohre hindurch kann ein Spülmedium an die Bohrsohle gebracht werden, um das Bohrmaterial zwischen dem Bohrgestänge und der Bohrlochwand hochzuspülen. Ferner kann das Innere des Bohrgestänges benutzt werden, um einen Tieflochhammer, der eventuell am unteren Ende des Bohrgestänges angebracht ist, mit Druckluft zu versorgen. Es ist bekannt, an den Enden der Rohre, aus denen das Bohrgestänge besteht, Innengewinde anzubringen und zum Verbinden zweier Rohre eine Verbindungsmuffe zu verwenden, die zwei nach entgegengesetzten Richtungen abstehende Abschnitte mit Außengewinde aufweist. Jedes der Außengewinde wird in ein Innengewinde der zu verbindenden Rohre eingeschraubt. Bevor das Gewinde in die Rohre eingeschnitten werden kann, muß die Gewindebohrung an jedem Rohrende vorgedreht werden, weil die Rohre mit nur begrenzter Maßhaltigkeit gefertigt werden können. Das Rohrende wird daher zunächst mit einer Drehmaschine zylindrisch ausgedreht und anschließend wird in den zylindrischen Teil das Gewinde eingeschnitten. Aufgrund der ferti-

gungsbedingten Toleranzen des Rohrdurchmessers sind die beim Ausdrehen des Rohrendes in diesem Bereich stehenbleibenden Wandstärken unterschiedlich groß. Das Gewinde erstreckt sich in Längsrichtung des Rohres nicht über die gesamte Länge des bearbeiteten Bereiches der Rohrinnenfläche, so daß im Anschluß an den Gewindeabschnitt noch ein Bereich vorhanden ist, in dem die Rohrwand geschwächt ist. Beispielsweise hat bei einem Rohraußendurchmesser von 101 mm der Gewindeabschnitt eine Länge von ca. 105 mm. An ihn schließt sich eine freigedrehte Länge von 25 mm an, in der der Innendurchmesser des Rohres 84,7 mm beträgt, und erst anschließend hat das Rohr den bei der Rohrherstellung vorgesehenen Innendurchmesser von ca. 74 mm.

Wenn das Rohrgestänge außer der Drehbewegung noch Schläge von seinem oberen Ende zum Bohrmeißel übertragen muß, wird es einer erheblichen kombinierten Staucu- und Torsionsbeanspruchung ausgesetzt. Im Bereich des Gewindeauslaufs ist das einzelne Rohr durch die eingeschraubte Verbindungsmuffe verstärkt und in seinem Hauptabschnitt hat es die vorgesehene volle Wandstärke. Dazwischen liegt aber der freigedrehte Bereich, in dem die Rohrinnenwand bearbeitet worden ist, und in den das Gewinde nicht eingreift. Dieser Bereich am Gewindeauslauf kann eine empfindliche Schwächungszone bilden, an der infolge der Schlagbeanspruchung eine Auftulpung des Rohres stattfindet. Wie die Praxis zeigt, finden Rohrbrüche regelmäßig in dieser Zone zwischen dem Gewindeauslauf und dem Hauptteil des Rohres statt.

Bei einem bekannten Bohrgestänge (US-PS 2 681 815) sind an den Rohrenden kombinierte Gewindeabschnitte aus einem Rundgewinde und einem Spitzgewinde angebracht. Die Gewindegänge des Rundgewindes sind einander dicht benachbart. Die-

se Ausbildung der Rohrenden hat den Zweck, eine erhöhte Festigkeit der Rohrverbindung und VJiderstandsfähigkeit gegen Stoßbelastung, hohe Zugkräfte und Biegekräfte zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bohrgestänge der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Gefahr von Rohrbrüchen dadurch herabgesetzt ist, daß eine Schwächungszone am Gewindeauslauf vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der 3ogen des Gangprofiles des Rundgewindes ca. 110° beträgt, daß die Gewindegänge mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind und daß das Gewinde in die zylindrische Innenfläche des Rohres hinein ausläuft und die Gewindehöhe sich im Auslaufbereich kontinuierlich verringert.

Durch die genannten Gewindeform wird erreicht, daß die zum Lösen der Schraubverbindung erforderliche Kraft relativ gering ist und daß sich bei einem derartigen Gangprofil eine günstige Schmiermittelverteilung im Innern der Gewindeverbindung ergibt. Dadurch, daß das Gewinde unmittel-0 bar in die Rohrinnenwand hinein ausläuft, verringert sich im Auslaufbereich die Gewindehöhe kontinuierlich, so daß keine sprunghafte Änderung des Rohrinnendurchmessers eintritt. Im Auslaufbereich ergeben sich daher keine Spannungsspitzen, die eine besondere Gefährdung des Rohres 5 darstellen würden.

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Die Rohrenden können Innengewinde tragen und in eine Verbindungsmuffe eingeschraubt sein, die an beiden Enden Außengewinde aufweist. Alternativ können auch zwei Rohrenden, von denen das eine ein Innengewinde und das andere ein entsprechendes Außengewinde aufweist, ohne Verbindungsmuffe direkt ineinandergeschraubt werden.

Der Konuswinkel der Gewindeabschnitte beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 4°. Die üblichen konischen Gewinde haben in der Regel einen wesentlich größeren Konuswinkel in der Größenordnung von etwa 15°. Vorzugsweise wird bei der Erfindung ein Konuswinkel von ca. 2° bis 2,5° angewandt. Im einzelnen richtet sich die Größe des Konuswinkels des Gewindes nach der Rohrstärke und den Fertigungstoleranzen des Rohres.

Die Verbindrngsmuffe zwischen zwei Außengewinden kann eine umlaufende Verdickung aufweisen, deren Seitenwände hinterschnitten sind. Zur Anpassung hieran können die Stirnseiten der Rohre in einem Winkel, der demjenigen der Hinterschneidung entspricht, abgefast sein. Die Stirnseiten der Rohre 0 legen sich in die hinterschnittenen Seitenwände der Verbindungsmuffe ein,- so daß eine feste Anlage in axialer Richtung erfolgt und beim Schlagbohren die übertragung von Längskräften über die Stirnseiten der Rohre möglich ist. Außerdem wird durch die gegeneinanderstoßenden Anlageflächen einerseits und den Gewindeeingriff andererseits eine feste Klemmung an der Verschraubungsstelle erreicht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Verbindungsmuffe bei einem Bohrgestänge,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Ende eines mit der Verbindungsmuffe nach Fig. 1 zu verschraubenden Rohres,

Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Profilquerschnitt durch das Außengewinde der Verbindungsmuffe nach Fig. 1, und

Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Profilquerschnitt durch das Innengewinde des Rohres nach Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Verbindungsmuiie 10 hat eine zylindrische Innenwand 11, während die Außenwand 12 jeweils nach den Enden hin unter einem Winkel a von ca. 2° konvergiert. Dies bedeutet, daß die Wandstärke der Verbindungsmuffe 10 sich zu den Enden hin kontinuierlich verringert. Im Mittelbereich der Verbindungsmuffe ist eine nach außen abstehende Verdickung 14 mit zylindrischer Außenfläche vorgesehen. Die Seitenwänden 15 der Verdickung 14 sind hinterschnitten und gehen in die Konusflächen 12 und 13 über.

In die Konusflächen 12 und 13 ist jeweils ein Gewinde 15 eingeschnitten, wie es in Fig. 3 vergrößert im Querschnitt dargestellt ist. Die einzelnen Gewindegänge 16 sind in Form von Ausnehmungen in die Flächen 12, 13 eingeschnitten. Die Querschnittslinie einer jeden Ausnehmung liegt auf einem Kreisbogen von ca. 110° mit dem Radius r- Der gegenseitige Abstand der Ausnehmungen 16 beträgt zwischen 0,2 r und 0,4 r.

An den Enden der Verbindungsmuffe 10 läuft das Gewinde 15 jeweils in einer konischen Fläche 17 aus, die eine Fortsetzung des Innenmaßes des Gewindes darstellt. An den inneren Enden hören die Gewinde 15 in der jeweiligen Konusfläche 12 bzw. 13 ein kurzes Stück vor den Seitenwänden 15 der Verdickung 14 einfach auf.

In den Fig. 2 und 4 ist das Ende des zugehörigen Rohres 20 dargestellt, das mit dem einen Ende der Verbindungsmuffe 1G verschraubt wird. An dem Rohrende ist zunächst die Innenseite 21 konisch bearbeitet worden, wobei der Konuswinkel a demjenigen der zuvor beschriebenen Verbindungsmuffe entspricht. Die Außenseite 22 des Rohres ist bis zum Ende hin zylindrisch. Infolge der konischen Aufweitung der Innenseite 21 verringert sich die Wandstärke des Rohres 2 0 zum Ende hin. In die konische Fläche 21 ist das Gewinde 2 3 eingeschnitten, das in Fig. 4 vergrößert dargestellt ist. Dieses konische Gewinde 23 hat ein Gangprofil aus kreisbogenförmigen Vorsprüngen 24, deren Radius r demjenigen des Gegengewindes nach Fig. 3 entspricht. Am Gewindegrund 25 haben die Gewindegänge einen Abstand zwischen 0,2 r und 0,4 r.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, läuft das konische Gewinde 23 von dem Punkt 26, an der die konische Fläche 21 den

Innendurchmesser des Rohres erreicht hat, zur Rohrmitte hin frei aus, wobei die Ganghöhe sich stetig verringert. Man erkennt, daß in diesem Bereich, in dem keine volle Überlappung mit dem Gewinde 15 der Verbindungsmuffe mehr stattfindet, keine wesentliche Schwächung der Wandstärke des Rohres eintritt, und daß insbesondere keine Spannungspitzen verursachenden Kanten oder Übergänge vorhanden sind.

Nach außen hin, also zum Rohrende, endet das Gewinde 23 in einer Abschrägung 28, an die sich ein konischer Abschnitt 27, der die Verlängerung des Gewindegrundes 25 darstellt, anschließt. Die Stirnseite 2 9 des Rohres ist nach außen abgeschrägt, so daß sie in die hinterschnittenen Seitenflächen 15 der Verdickung 14 der Verbindungsmuffe hineinpassen.

Das erfindungsgemäße Bohrgestänge bietet sowohl bei reinen Drehbohrungen als auch bei Schlagdrehbohrungen eine erhöhte Sicherheit gegen Rohrbrüche. Insbesondere bei langen Bohrgestängen, bei denen erhebliche Biegekräfte auftreten können, ist die beschriebene Verschraubungsart von Vorteil.

Die Gewinde 15 bzw. 23 können ein- oder mehrgängig ausgeführt werden. Insbesondere bei großen Rohrdurchmessern empfiehlt sich die Anwendung mehrgängiger Gewinde, um ein schnelleres Festziehen und Lösen zu ermöglichen.

Claims (5)

• t t · • · M VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER PATENTANWÄLTE Anmelder in Dr.-Ing. von Kreisler 11973 Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln „.. i_ „. Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Ing- Gunter Klemm Dr. J,F. Fues, Köln SpezialUnternehmen Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln für Bohrtechnik Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln ι- r\r λ *-, li- Dipl.-Ing. G. Selling, Köln 961 Wenkhausen Dr H,K Werner, Köln DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF D-5000 KOLN 1 18. Juni 1979 Sg/En Ansprüche

1. Bohrgestänge mit mindestens zwei durch Verschraubung miteinander verbundenen Rohren, von denen jedes an seinen Rohrenden einen konischen Gewindeabschnitt mit Rundgewinde aufweist, dessen Wandstärke sich zur Rohrmitte hin vergrößert, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogen des Gangprofiles des Rundgewindes ca. 110° beträgt, daß die Gewindegänge (16, 24) mit gegenseitigen Abständen angeordnet sind und daß das Gewinde (23) in die zylindrische Innenfläche des Rohres (20) hinein ausläuft und die Gewindehöhe sich im Auslaufbereich kontinuierlich verringert.

2. Bohrgestänge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrenden Innengewinde (23) tragen und in eine Verbindungsmuffe (10) eingeschraubt sind, die an beiden Enden Außengewinde (15) aufweist.

Telefon: (9221) 1? 104f > .Telen: BBB230?'dopa d · Telegramm: Dompotent Köln

3. Bohrgestänge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel der Gewindeabschnitte zwischen 0,5° und 4° beträgt.

4. Bohrgestänge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuffe (10) zwischen zwei Außengewinden eine umlaufende Verdickung (14) aufweist, deren Seitenwände (19) hinterschnitten sind.

5. Bohrgestänge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten (29) der Rohr (20) in einem Winkel, der demjenigen der Hinterschneidung (19) entspricht, abgefaßt sind.