EP1117897A1 - Bohrgestänge zum drehschlagbohren, insbesondere zum überlagerungsbohren - Google Patents

Bohrgestänge zum drehschlagbohren, insbesondere zum überlagerungsbohren

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EP1117897A1
EP1117897A1 EP98954318A EP98954318A EP1117897A1 EP 1117897 A1 EP1117897 A1 EP 1117897A1 EP 98954318 A EP98954318 A EP 98954318A EP 98954318 A EP98954318 A EP 98954318A EP 1117897 A1 EP1117897 A1 EP 1117897A1
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EP
European Patent Office
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thread
drill pipe
pipe according
external
drill
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EP98954318A
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English (en)
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EP1117897B1 (de
Inventor
Friedrich Flemming
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Boart Longyear GmbH and Co KG
Original Assignee
Boart Longyear GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik
Boart HWF GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik
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Publication date
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Publication of EP1117897A1 publication Critical patent/EP1117897A1/de
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Publication of EP1117897B1 publication Critical patent/EP1117897B1/de
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded
    • E21B17/0426—Threaded with a threaded cylindrical portion, e.g. for percussion rods

Definitions

  • Drill rods for rotary impact drilling especially for
  • the present invention relates to a drill string for rotary impact drilling, in particular for overlay drilling, the individual drill rods of which have one end with an external thread and one end with an internal thread, both threads each having a larger, load-bearing flank and a smaller, non-load-bearing flank.
  • the "overburden drilling” is usually carried out rotary-percussive, in which a head hammer (hammer) and a Doppelbohrgestfite be used.
  • the boring bars must therefore be able to transfer impacts and torque from the hammer to the drill bit. They must also be able to be pushed together.
  • Boring bars designed for overlay drilling are connected by cylindrical or conical threads. Although they have been specially developed for this application, they have numerous weak points. The most important are:
  • the present invention is therefore based on the object of improving a drill pipe of the type mentioned in such a way that the aforementioned disadvantages are largely eliminated.
  • the rod ends each have an unthreaded insertion section to which the external or internal thread connects, the profile of the external thread having a flattened thread tip and an arcuate thread base, while the profile of the internal thread has an arcuate thread tip and has a flat thread base, and a circumferential shoulder is formed on the rod end having the external thread, via which the impact effect can be transferred to a subsequent boring bar.
  • the drill pipe according to the invention is characterized by a long service life, in particular minimal thread wear when connecting the drill rods.
  • the Design of its thread ensures that self-locking is prevented even with larger thread diameters.
  • An advantageous embodiment of the drill pipe according to the invention consists in that the non-load-bearing flank is each designed in the shape of a circular arc and has the same radius as the circular-arc-shaped thread tip of the internal thread or as the circular-arc-shaped root of the external thread. This helps to reduce stress peaks on the thread flanks.
  • the length of the insertion section upstream of the external thread is at least 0.3 to 0.35 times the external diameter of the respective boring bar, the insertion section upstream of the external thread preferably being at least twice as long as the insertion section upstream of the internal thread.
  • the circumferential shoulder on the rod end having the external thread is inclined conically in the direction of the other rod end and the other rod end has a complementarily designed end face. This increases the contact area of the shoulder, so that good impact transmission from the hammer drill to the drill bit is ensured.
  • the angle of inclination of the shoulder is preferably between 10 ° and 20 ° with respect to the radial plane there the respective boring bar.
  • the boring bars of the drill pipe according to the invention can be connected and released quickly and easily without self-locking if the pitch angle of the external or internal thread over the entire size range of the bars is between 12 ° and 16 °, preferably between 12.3 ° and 15.8 ° .
  • load-bearing flank of the thread is inclined by 25 ° to 35 ° with respect to the central axis of the boring bar. This not only creates a relatively large contact area for the load-bearing flank, but also supports the alignment of the threads when inserting the end of the drill rod with the external thread into the end of a subsequent drill rod with the corresponding internal thread. This further minimizes wear.
  • all boring bars have the same thread depth, which is between 1.5 mm and 2.5 mm, preferably approximately 2 mm. This minimizes tool costs.
  • Another preferred embodiment consists in that the boring bars are graduated with respect to their outer and inner diameters such that a boring bar of a predetermined size can be inserted into the inside of a boring bar that is two sizes larger. In this way, with the drill pipe according to the invention, two or three telescopically arranged one inside the other Boring bars are drilled.
  • the maximum outside diameter is preferably 1.15 to 1.55 times, preferably 1.25 to 1.45 times, the minimum inside diameter.
  • the flank diameter of the external or internal thread preferably has a value in the range between 1 / 1.25 x AD and 1 / 1.05 x AD, where AD stands for the outside diameter of the boring bar. This ensures that boring bars can be inserted into boring bars of the next larger size and nevertheless have sufficient strength, because the cross-sectional area of the boring bars becomes larger at the inner end of the internal thread with increasing outside diameter of the boring bars.
  • the cross-sectional area at the inner end of the internal thread is larger than the cross-sectional area at the inner end of the external thread, since in the case of boring bars in which the impact effect is transmitted via the external shoulder, the end having the internal thread is subjected to a higher bending stress than that the externally threaded end.
  • the non-load-bearing flank is each designed in the shape of a circular arc, the radius of the circular arc having a value in the range between 3.2 mm and 4.5 mm, preferably approximately 3. 8 mm.
  • the radius of the circular arc is for the entire size range of the boring bars maintained.
  • Tapping tool can be used for the entire size range of boring bars.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the number of threads increases with increasing outside diameter of the boring bar, preferably boring bars with an outside diameter less than 75 mm one turn, boring bars with an outside diameter between 75 mm and 105 mm two turns, boring bars with an outside diameter have three threads between 105 mm and 140 mm and boring bars with an outer diameter greater than 140 mm have four threads.
  • This also increases the load-bearing area of the thread flanks as the outside diameter of the boring bars increases. This ensures that when using the same thread profile for the entire size range of the boring bars, the pitch angle does not change excessively as the outside diameter (AD) increases.
  • both the external and internal threads have transition radii of approximately 1 mm at all transitions.
  • 2a is a profile representation of the external thread on an enlarged scale
  • 2b is a profile representation of the internal thread on an enlarged scale
  • Fig. 3a shows a portion of an external thread of a boring bar according to the invention with a single-start thread with a different diameter compared to Fig. 2a in side view, and
  • Fig. 3b shows a portion of an external thread of a boring bar according to the invention with a two-start thread with a different diameter compared to Fig. 2a in side view.
  • FIGS. 1 a and 1b show the ends of a boring bar with a cylindrical external thread 1 and a corresponding internal thread 2 in a longitudinal section.
  • the boring bar ends each have a threadless insertion section 3 or 4, to which the respective one
  • a circumferential outer shoulder 5 is formed at the end of the drill rod intended for rotary impact drilling, which serves to transmit the impact effect to a subsequent drill rod or the drill bit.
  • the shoulder 5 is conical, specifically with an inclination angle of approximately 15 ° with respect to the radial plane, the other end of the boring bar having a complementarily beveled end face 6.
  • the boring bars are graduated in terms of their outer and inner diameter in such a way that a boring bar of a predetermined size can be inserted into the interior of a boring bar which is two sizes larger.
  • the maximum outside diameter AD of a boring bar is about 1.15 to 1.55 times its minimum inside diameter ID.
  • the flank diameter FD of the external or internal thread is between 1 / 1.25 x AD and 1 / 1.05 x AD.
  • the cross-sectional area at the inner end of the internal thread 2 thus increases with an increasing boring bar outer diameter AD.
  • the cross-sectional area at the inner end of the internal thread 2 is larger than the cross-sectional area at the inner end of the external thread 1.
  • the section 8 adjacent to the inner end of the internal thread 2 and the corresponding section 7 of the external thread 1 have essentially the same Wall thickness WA or WI, the inside diameter ID the boring bar widens conically in the direction of the internal thread 2.
  • Figures 2a and 2b show an enlarged view of the thread profile of the drill pipe according to the invention.
  • the external thread 1 and the internal thread 2 each have a load-bearing outer flank 9 and a non-load-bearing inner flank 10.
  • the external thread 1 pin thread
  • the internal thread 2 socketet thread
  • the external thread 1 has a flattened thread tip 11 and an arc-shaped thread root 12
  • the internal thread 2 socketet thread
  • the external thread 1 has a flattened thread tip 11 and an arc-shaped thread root 12
  • the internal thread 2 has an arc-shaped thread tip 13 and a flat thread root 14.
  • the load-bearing outer flank 9 is in each case inclined by an angle ( ⁇ F of approximately 30 ° with respect to the center axis of the boring bar M.
  • the non-load-bearing inner flank 10 is designed in the shape of a circular arc and has the same radius R as the circular arc-shaped thread tip 13 of the internal thread 2 or as that circular arc-shaped thread base 12 of the external thread 1.
  • the radius R of the circular arc is between 3.2 mm and 4.5 mm, preferably approximately 3.8 mm.
  • the transitions from the flat thread base 14 to the thread flanks 9, 10 are formed as fillet curves 15.
  • the radius of these fillets 15 is approximately 1 mm. Accordingly, the transitions 16 on the external thread 1 from the flattened thread tip 11 to the thread flanks 9, 10 Rounded in a circular arc shape, the radius of the circular arc corresponding to that of the fillet curves.
  • the thread depth of a thread is between 8.5 mm and 10.5 mm, preferably approximately 9.5 mm.
  • FIG. 3a an external thread is shown schematically in a side view, the pitch angle ( ⁇ 1 being plotted for a single-start thread.
  • Fig. 3b a side thread is schematically shown in a side view, the pitch angle ( ⁇ 2 being plotted for a two-start thread.
  • the number of threads depends on the outside diameter of the boring bar. For example, boring bars with an outside diameter AD ⁇ 75 mm have one thread, while boring bars with an outside diameter AD> 75 mm and AD ⁇ 105 mm have two threads, boring bars with an outside diameter AD> 105 and AD ⁇ 140 mm have three threads and boring bars with an outside diameter AD > 140 mm have four threads.
  • the thread profile of the boring bars can be not only cylindrical, but also conical.

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Description

Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum
Überlagerungsbohren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen ein Ende mit einem Außengewinde und ein Ende mit einem Innengewinde aufweisen, wobei beide Gewinde jeweils eine größere, lastauf ehmende Flanke und eine kleinere, nicht- lastaufnehmende Flanke aufweisen.
Große Bauwerke erfordern eine gute Gründung, jedoch ist der Untergrund oftmals nicht fest genug, um eine sichere Gründung herzustellen. In diesen Fällen muß der Untergrund durch das Einbringen von Ankern in in den Untergrund gebohrte Löcher verfestigt werden. Das Bohren dieser Löcher wird als Überlagerungsbohren bezeichnet.
Obwohl verschiedene Verfahren existieren, wird das 'Überlagerungsbohren üblicherweise drehschlagend ausgeführt, wobei ein Kopfhammer (Bohrhammer) und ein Doppelbohrgestänge verwendet werden. Die Bohrstangen müssen somit imstande sein, Schläge (Stöße) und das Drehmoment vom Hammer auf den Bohrmeißel zu übertragen. Auch müssen sie imstande sein, ineinandergeschoben zu werden. Für das Überlagerungsbohren ausgebildete Bohrstangen werden durch zylindrische oder konische Gewinde miteinander verbunden. Obwohl sie für diese Anwendung speziell entwickelt worden sind, weisen sie zahlreiche Schwachpunkte auf. Die wichtigsten sind:
a) Gewindeverschleiß während der Kopplung; b) Selbsthemmung bei größeren Gewindedurchmessern; c) Materialbrüche bei kleineren Gewindedurchmessern nahe dem innenliegenden Ende des Innengewindes.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Bohrgestänge der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die vorgenannten Nachteile weitestgehend beseitigt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stangenenden jeweils einen gewindelosen Einführabschnitt aufweisen, an den sich das Außen- bzw. Innengewinde anschließt, wobei das Profil des Außengewindes eine abgeflachte Gewindespitze und einen kreisbogenförmigen Gewindegrund aufweist, während das Profil des Innengewindes eine kreisbogenförmige Gewindespitze und einen flachen Gewindegrund aufweist, und wobei an dem das Außengewinde aufweisenden Stangenende eine umlaufende Schulter ausgebildet ist, über die die Schlagwirkung auf eine nachfolgende Bohrstange übertragbar ist.
Das erfindungsgemäße Bohrgestänge zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer, insbesondere einen minimalen Gewindeverschleiß beim Verbinden der Bohrstangen aus. Die Ausgestaltung seines Gewindes stellt sicher, daß eine Selbsthemmung auch bei größeren Gewindedurchmessern verhindert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bohrgestänges besteht darin, daß die nicht- lastaufnehmende Flanke jeweils kreisbogenförmig ausgebildet ist und den gleichen Radius wie die kreisbogenförmige Gewindespitze des Innengewindes bzw. wie der kreisbogenförmige Gewindegrund des Außengewindes aufweist . Dies trägt zu einer Verringerung von Spannungsspitzen an den Gewindeflanken bei.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Länge des dem Außengewinde vorgeordneten Einführabschnitts mindestens das 0,3 bis 0,35 -fache des Außendurchmessers der jeweiligen Bohrstange, wobei der dem Außengewinde vorgeordnete Einführabschnitt vorzugsweise mindestens doppelt so lang wie der dem Innengewinde vorgeordnete Einführabschnitt ist. Diese relativ langen Einführabschnitte tragen dazu bei, den Verschleiß an den Außenflanken der Gewinde zu minimieren.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die umlaufende Schulter an dem das Außengewinde aufweisenden Stangenende konisch in Richtung des anderen Stangenendes geneigt ist und das andere Stangenende eine komplementär gestaltete Stirnseite aufweist. Hierdurch wird die Kontaktfläche der Schulter vergrößert, so daß eine gute Schlagübertragung vom Bohrhammer auf den Bohrmeißel sichergestellt wird. Der Neigungswinkel der Schulter liegt dabei vorzugsweise zwischen 10° und 20° bezogen auf die dortige Radialebene der jeweiligen Bohrstange.
Die Bohrstangen des erfindungsgemäßen Bohrgestänges lassen sich schnell und einfach ohne Selbsthemmung verbinden sowie lösen, wenn der Steigungswinkel des Außen- bzw. Innengewindes über den gesamten Größenbereich der Stangen zwischen 12° und 16°, vorzugsweise zwischen 12,3° und 15,8° liegt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die lastaufnehmende Flanke der Gewinde um 25° bis 35° gegenüber der Bohrstangenmittelachse geneigt ist . Dies schafft nicht nur eine relativ große Berührungsfläche für die lastaufnehmende Flanke, sondern unterstützt auch die Ausrichtung der Gewinde beim Einführen des das Außengewinde aufweisenden BohrStangenendes in das das entsprechende Innengewinde aufweisende Ende einer nachfolgenden Bohrstange. Auf diese Weise wird der Verschleiß weiter minimiert .
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung weisen alle Bohrstangen die gleiche Gewindetiefe auf, die zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, vorzugsweise ungefähr 2 mm, beträgt. Dadurch werden die Werkzeugkosten minimiert .
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung besteht ferner darin, daß die Bohrstangen bezüglich ihres Außen- und Innendurchmessers derart abgestuft sind, daß eine Bohrstange vorgegebener Größe in das Innere einer um zwei Größen größeren Bohrstange einführbar ist. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Bohrgestänge mit zwei oder drei teleskopartig ineinander angeordneten Bohrstangen gebohrt werden.
Vorzugsweise beträgt für Bohrstangen mit einem Außendurchmesser zwischen 75 und 180 mm der maximale Außendurchmesser das 1,15 bis 1,55-fache, vorzugsweise das 1,25 bis 1,45-fache, des minimalen Innendurchmessers. Der Flankendurchmesser des Außen- bzw. Innengewindes hat dabei vorzugsweise einen Wert im Bereich zwischen 1/1,25 x AD und 1/1,05 x AD, wobei AD für den Außendurchmesser der Bohrstange steht. Dadurch ist sichergestellt, daß Bohrstangen in Bohrstangen der nächst größeren Größe eingeführt werden können und gleichwohl eine ausreichende Festigkeit aufweisen, denn die Querschnittsfläche der Bohrstangen wird am innenliegenden Ende des Innengewindes mit zunehmendem Außendurchmesser der Bohrstangen größer.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes größer ist als die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Außengewindes, da bei Bohrstangen, bei denen die Schlagwirkung über die Außenschulter übertragen wird, das das Innengewinde aufweisende Ende einer höheren Biegespannung unterworfen ist als das das Außengewinde aufweisende Ende.
Um eine Selbstreinigung des Gewindes zu erzielen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß die nicht-lastaufnehmende Flanke jeweils kreisbogenförmig ausgebildet ist, wobei der Radius des Kreisbogens einen Wert im Bereich zwischen 3,2 mm und 4,5 mm, vorzugsweise ungefähr 3,8 mm, aufweist. Der Radius des Kreisbogens wird für den gesamten Größenbereich der Bohrstangen beibehalten. Diese Ausgestaltung, zusammen mit dem unveränderlichen Flankenwinkel und der unveränderlichen Gewindetiefe gewährleistet, daß dasselbe
Gewindeschneidwerkzeug für den gesamten Größenbereich der Bohrstangen verwendet werden kann.
Eine andere bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Gewindegänge mit zunehmendem Außendurchmesser der Bohrstange zunimmt, wobei vorzugsweise Bohrstangen mit einem Außendurchmesser kleiner als 75 mm einen Gewindegang, Bohrstangen mit einem Außendurchmesser zwischen 75 mm und 105 mm zwei Gewindegänge, Bohrstangen mit einem Außendurchmesser zwischen 105 mm und 140 mm drei Gewindegänge und Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer als 140 mm vier Gewindegänge aufweisen. Auch hierdurch wird bei zunehmendem Außendurchmesser der Bohrstangen eine Vergrößerung der lastaufnehmenden Fläche der Gewindeflanken erzielt. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei der Anwendung desselben Gewindeprofils für den gesamten Größenbereich der Bohrstangen sich der Steigungswinkel nicht übermäßig mit größer werdendem Außendurchmesser (AD) ändert .
Um die Gefahr von Materialbrüchen aufgrund von Spannungs- konzentrationen zu minimieren, wird ferner vorgeschlagen, daß sowohl das Außen- als auch das Innengewinde Übergangsradien von ungefähr 1 mm bei allen Übergängen aufweisen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. la ein erfindungsgemäßes Bohrstangenende mit Außengewinde im Längsschnitt,
Fig. lb ein erfindungsgemäßes Bohrstangenende mit Innengewinde im Längsschnitt,
Fig. 2a eine Profildarstellung des Außengewindes in vergrößertem Maßstab,
Fig. 2b eine Profildarstellung des Innengewindes in vergrößertem Maßstab,
Fig. 3a einen Abschnitt eines Außengewindes einer erfindungsgemäßen Bohrstange mit einem eingängigen Gewinde mit gegenüber Fig. 2a abweichendem Durchmesser in Seitenansicht, und
Fig. 3b einen Abschnitt eines Außengewindes einer erfindungsgemäßen Bohrstange mit einem zweigängigen Gewinde mit gegenüber Fig. 2a abweichendem Durchmesser in Seitenansicht.
Die Fig. la und Fig. lb zeigen die Enden einer Bohrstange mit einem zylindrischen Außengewinde 1 und einem entsprechenden Innengewinde 2 im Längsschnitt. Die Bohrstangenenden weisen jeweils einen gewindelosen Einführabschnitt 3 bzw. 4 auf, an den sich das jeweilige
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA / EP Gewinde anschließt. Die Länge des dem Außengewinde 1 vorgeordneten Einführabschnitts 3 beträgt etwa das 0,3 bis 0,35-fache des Außendurchmessers AD der Bohrstange und ist etwa doppelt so lang wie der dem Innengewinde 2 vorgeordnete Einführabschnitt 4.
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA / EP Ferner ist zu erkennen, daß an dem in Fig. la dargestellten Ende der zum Drehschlagbohren bestimmten Bohrstange eine umlaufende Außenschulter 5 ausgebildet ist, die der Übertragung der Schlagwirkung auf eine nachfolgende Bohrstange bzw. den Bohrmeißel dient. Die Schulter 5 ist konisch ausgebildet, und zwar mit einem Neigungswinkel von etwa 15° gegenüber der Radialebene, wobei das andere Bohrstangenende eine komplementär abgeschrägte Stirnseite 6 aufweist.
Um mit zwei oder mehr teleskopartig angeordneten Bohrstangen bohren zu können, sind die Bohrstangen bezüglich ihres Außen- und Innendurchmessers größenmäßig derart abgestuft, daß eine Bohrstange vorgegebener Größe in das Innere einer um zwei Größen größeren Bohrstange einführbar ist . Für Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD zwischen 75 und 180 mm beträgt der maximale Außendurchmesser AD einer Bohrstange beträgt dabei etwa das 1,15 bis 1,55-fache ihres minimalen Innendurchmessers ID. Der Flankendurchmesser FD des Außen- bzw. Innengewindes liegt zwischen 1/1,25 x AD und 1/1,05 x AD. Somit nimmt die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes 2 mit zunehmendem Bohrstangenaußendurchmesser AD zu. Auch ist zu erkennen, daß die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes 2 größer ist als die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Außengewindes 1. Der am innenliegenden Ende des Innengewindes 2 angrenzende Abschnitt 8 und der entsprechende Abschnitt 7 des Außengewindes 1 haben dabei im wesentlichen die gleiche Wandstärke WA bzw. WI , wobei sich der Innendurchmesser ID der Bohrstange konisch in Richtung des Innengewindes 2 hin aufweitet.
Die Figuren 2a und 2b zeigen in vergrößerter Darstellung das Gewindeprofil des erfindungsgemäßen Bohrgestänges. Das Außengewinde 1 und das Innengewinde 2 weisen jeweils eine lastaufnehmende Außenflanke 9 und eine nicht- lastaufnehmende Innenflanke 10 auf.
Das Außengewinde 1 (Zapfengewinde) hat eine abgeflachte Gewindespitze 11 und einen kreisbogenfδrmigen Gewindegrund 12, während das Innengewinde 2 (Muffengewinde) eine kreisbogenförmige Gewindespitze 13 und einen flachen Gewindegrund 14 besitzt.
Die lastaufnehmende Außenflanke 9 ist jeweils um einen Winkel (αF von etwa 30° gegenüber der Bohrstangenmittelachse M geneigt. Die nicht- lastaufnehmende Innenflanke 10 ist dagegen jeweils kreisbogenförmig ausgebildet und hat den gleichen Radius R wie die kreisbogenförmige Gewindespitze 13 des Innengewindes 2 bzw. wie der kreisbogenförmige Gewindegrund 12 des Außengewindes 1. Der Radius R des Kreisbogens liegt zwischen 3,2 mm und 4,5 mm, vorzugsweise bei ungefähr 3,8 mm.
Beim Innengewinde 2 sind die Übergänge vom flachen Gewindegrund 14 zu den Gewindeflanken 9, 10 als Kehlrundungen 15 ausgebildet. Der Radius dieser Kehlrundungen 15 beträgt ungefähr 1 mm. Dementsprechend sind am Außengewinde 1 die Übergänge 16 von der abgeflachten Gewindespitze 11 zu den Gewindeflanken 9, 10 kreisbogenförmig abgerundet ausgestaltet, wobei der Radius des Kreisbogens dem der Kehlrundungen entspricht.
Um Werkzeugkosten zu minimieren, weisen alle Bohrstangen denselben Gewindegang auf. Die Gewindetiefe eines Gewindegangs liegt zwischen 8,5 mm und 10,5 mm, vorzugsweise bei ungefähr 9,5 mm.
In Fig. 3a ist in Seitenansicht schematisch ein Außengewinde gezeigt, wobei der Steigungswinkel (αl für ein eingängiges Gewinde angetragen ist. In Fig. 3b ist in Seitenansicht schematisch ein Außengewinde gezeigt, wobei der Steigungswinkel (α2 für ein zweigängiges Gewinde angetragen ist.
Die Anzahl der Gewindegänge hängt vom Außendurchmesser der Bohrstange ab. Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD < 75 mm haben beispielsweise einen Gewindegang, während Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD > 75 mm und AD < 105 mm zwei Gewindegänge, Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD > 105 und AD < 140 mm drei Gewindegänge und Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD > 140 mm vier Gewindegänge aufweisen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte
Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann das Gewindeprofil der Bohrstangen nicht nur zylindrisch, sondern auch konisch ausgeführt sein.

Claims

Patentansprüche :
1. Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen ein Ende mit einem Außengewinde (1) und ein Ende mit einem Innengewinde (2) aufweisen, wobei beide Gewinde (1, 2) jeweils eine größere, lastaufnehmende Flanke (9) und eine kleinere, nicht-lastaufnehmende Flanke (10) aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stangenenden jeweils einen gewindelosen Einführabschnitt (3, 4) aufweisen, an den sich das Außen- bzw. Innengewinde anschließt, wobei das Profil des Außengewindes (1) eine abgeflachte Gewindespitze (11) und einen kreisbogenförmigen Gewindegrund (12) aufweist, während das Profil des Innengewindes (2) eine kreisbogenförmige Gewindespitze (13) und einen flachen Gewindegrund (14) aufweist, und wobei an dem das Außengewinde (1) aufweisenden Stangenende eine umlaufende Schulter (5) ausgebildet ist, über die die Schlagwirkung auf eine nachfolgende Bohrstange übertragbar ist .
2. Bohrgestänge nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die nicht-lastaufnehmende Flanke (10) jeweils kreisbogenförmig ausgebildet ist und den gleichen Radius (R) wie die kreisbogenförmige Gewindespitze (13) des Innengewindes (2) bzw. wie der kreisbogenförmige Gewindegrund (12) des Außengewindes (1) aufweist.
3. Bohrgestänge nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Länge des dem Außengewinde (1) vorgeordneten Einführabschnitts (3) mindestens das 0,3 bis 0,35-fache des Außendurchmessers (AD) der jeweiligen Bohrstange beträgt .
4. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der dem Außengewinde (1) vorgeordnete Einführabschnitt (3) mindestens doppelt so lang wie der dem Innengewinde (2) vorgeordnete Einführabschnitt (4) ist.
5. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die umlaufende Schulter (5) an dem das Außengewinde (1) aufweisenden Stangenende konisch in Richtung des anderen Stangenendes geneigt ist, wobei das andere Stangenende eine komplementär gestaltete Stirnseite (6) aufweist.
6. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die umlaufende Schulter (5) an dem das Außengewinde (1) aufweisenden Stangenende mit einem Neigungswinkel zwischen 10° und 20° gegenüber einer Radialebene konisch in Richtung des anderen Stangenendes geneigt ist.
7. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Steigungswinkel des Außen- bzw. Innengewindes (1, 2) zwischen 12° und 16° liegt.
8. Bohrgestänge nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Steigungswinkel des Außen- bzw. Innengewindes (1, 2) zwischen 12,3° und 15,8° liegt.
9. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die lastaufnehmenden Flanken (9) jeweils die zu den Bohrstangenenden weisenden Außenflanken der Gewinde (1, 2) sind.
10. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß j ede lastaufnehmende Flanke (9) der Gewinde (1, 2) um 25° bis 35° gegenüber der Bohrstangenmittelachse (M) geneigt ist.
11. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gewindetiefe (GT) von Bohrstangen einen Wert im Bereich zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, vorzugsweise von ungefähr
2 mm, aufweist.
12. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrstangen bezüglich ihres Außen- und Innendurchmessers größenmäßig derart abgestuft sind, daß eine Bohrstange vorgegebener Größe in das Innere einer um zwei Größen größeren Bohrstange einführbar ist .
13. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei Bohrstangen mit einem Außendurchmesser (AD) zwischen 75 und 180 mm der Außendurchmesser das 1,15 bis 1,55-fache, vorzugsweise das 1,25 bis 1,45-fache, ihres minimalen Innendurchmessers beträgt .
14. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Flankendurchmesser (FD) des Außen- bzw. Innengewindes einen Wert im Bereich zwischen 1/1,25 x AD und 1/1,05 x AD aufweist, wobei AD für den Außendurchmesser der Bohrstange steht .
15. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes (2) größer ist als die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Außengewindes (1) .
16. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die nicht-lastaufnehmende Flanke (10) jeweils kreisbogenförmig ausgebildet ist, wobei der Radius (Rl) des Kreisbogens einen Wert im Bereich zwischen 3,2 mm und 4,5 mm, vorzugsweise einen Wert von ungefähr 3,8 mm, aufweist .
17. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Außengewinde (1) und das Innengewinde (2) als mehrgängige Gewinde ausgebildet sind.
18. Bohrgestänge nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Anzahl der Gewindegänge mit zunehmendem Außendurchmesser der Bohrstange zunimmt.
19. Bohrgestänge nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser kleiner 75 mm einen Gewindegang, die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer/gleich 75 mm und kleiner 105 mm zwei Gewindegänge, die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer/gleich 105 mm und kleiner 140 mm drei Gewindegänge und die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer 140 mm vier Gewindegänge aufweisen.
20. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an dem Innengewinde (2) die Übergänge vom Gewindegrund (14) zu den Gewindeflanken (9, 10) als Kehlrundungen (15) ausgebildet sind, deren Radius ungefähr 1 mm beträgt.
21. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an dem Außengewinde (1) die Übergänge von der abgeflachten Gewindespitze (11) zu den Gewindeflanken (9, 10) kreisbogenförmig abgerundet sind, wobei der Radius des Kreisbogens einen Wert von ungefähr 1 mm aufweist.
22. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gewinde (1, 2) zylindrisch ausgebildet sind.
23. Bohrgestänge nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Gewinde (1,2) konisch ausgebildet sind.
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