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Schwerstangen-Muffenverbindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwerstangen-Muffenverbindung, bei der an der Muffe Innengewindeabschnitte und Innenauflageflächen verschiedenen Durchmessers und an der Schwerstange entsprechende Aussengewindeabschnitte und Aussenauflageflächen vorgesehen sind ; solche Verbindungen werden beim Drehbohren von tiefen Bohrungen verwendet.
Dabei ist es üblich, am unteren Ende eines Bohrrohrstranges oder Bohrgestänges eine oder mehrere Schwerstangen vorzusehen. Das Bohrgestänge und die Schwerstangen dienen dazu, einen Bohrmeissel zu heben, zu senken und anzutreiben, der am unteren Ende der Schwerstangen befestigt ist, und sie haben weiter die Aufgabe, Bohrflüssigkeit zum Bohrmeissel und zum Grund des Bohrloches zu führen, um das beim Bohrvorgang anfallende Bohrmaterial oder Bohrmehl zu entfernen.
Eine Schwerstange besteht aus einem langen und schweren rohrförmigen Teil. Es können eine Reihe von Schwerstangen vorgesehen sein, um die gewünschte Bohrmeissel-Belastung beim Bohren mit der angefahrenen Einheit zu erzielen. Obwohl sich die Schwerstangen am unteren Ende des leichteren und biegsameren Bohrgestänges befinden, suchen sie den Bohrmeissel so zu führen, dass dieser gerade bohrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Schwerstangen-Muffenverbindung zum Drehbohren tiefer Bohrungen zu schaffen, die eine neue und verbesserte Schrumpf- und Gewindeverbindung zwischen Schwerstange und Muffe schafft, um einen Bruch der Schwerstange im Bereich des letzten eingeschraubten Gewindeganges und im Bereich neben der Muffe auszuschalten. Eine solche Schwerstange soll ein verjüngtes Ende mit einem Gewinde besitzen, und es soll ferner ein allmählicher oder absatzweiser Übergang von der dicken Wand der Stange zu dem Ende mit dem Gewinde vorhanden sein. Weiter sollen die während des Bohrvorganges in der Verbindung zwischen Schwerstange und Muffe auftretenden Spannungen zwischen der Schwerstange und der Muffe gleichmässiger verteilt sein.
Die Verbindung gemäss der Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die Schwerstange und die Muffe je aus einem einzigen Werkstoffstück bestehen, dass die Masse der Schwerstange von einem dicken Wandabschnitt an fortlaufend gegen das Ende zu über zwei Auflageflächen und einem Gewindeabschnitt abnimmt und dass die Masse der Muffe an ihrem Boden konzentriert ist, wobei die Schwerstange und die Muffe aufeinandergeschrumpft sind, um einen abgestuften Übergang von dem dicken Wandteil der Schwerstange zur Muffe zu bilden, so dass eine gleichförmige Verteilung der Beanspruchungen zwischen diesen Teilen ermöglicht ist.
Dem Wesen der Erfindung gemäss sind die Auflageflächen und die Gewindeabschnitte von Schwerstange und Muffe so ausgeteilt worden, dass eine gleichförmige Verteilung der Beanspruchung erfolgt, und weiterhin sind diese Teile so ausgebildet worden, dass sie einen Überschuss an Massen aufweisen, der dazu beiträgt, einen wirksamen Bohrvorgang herbeizuführen. Schwerstange und Muffe werden zuerst zusammengeschraubt, und dann werden die Auflageflächen aufeinander geschrumpft. Um eine vollständig dichte Verbindung zu erreichen, was für die Flüssigkeitsdichtung und für eine gleichmässige Lastverteilung wesentlich ist, beginnen die Auflageflächen der Schwerstange an einer Stelle, die etwas weiter vom Ende entfernt ist als die entsprechenden Auflageflächen der Muffe.
Weiterhin wird bei der erfindungsgemässen Ausbildung jeweils eine Schwerstange und eine Muffe aus einem einzigen Stück bestehend verwendet. Wenn diese beiden Elemente aufeinandergeschrumpft werden, würde die Einfügung zusätzlicher Teile, wie dies bei bekannten Anordnungen vorgeschlagen wird, eine einfache Arbeitsweise
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beim Aufschrumpfen verhindern, wenn nicht unmöglich machen.
Die Erfindung wird anschliessend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Teilansicht einer Schwerstangenverbindung gemäss der Erfindung, teilweise aufgeschnitten ; Fig. 2 eine Teilansicht der in Fig. 1 gezeigten Schwerstange, teilweise aufgeschnitten ; Fig. 3 eine Teilansicht der in Fig. 1 gezeigten Schwerstangenmuffe, teilweise aufgeschnitten.
Mit--l--ist eine Schwerstange bezeichnet, die aus einem rohrförmigen Teil --2-- mit einer dicken Wand besteht, der ein verjüngtes Ende --3-- besitzt. Durch die Schwerstange-l-erstreckt sich eine Bohrung-4--, um in bekannter Weise einen Bohrflüssigkeitsumlauf vom Bohrgestänge zum Bohrmeissel zu schaffen. In der Nähe der Stirnfläche der Schwerstange ist ein
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neben dem Gewindeabschnitt --6-- und eine zweite zylindrische Auflagefläche-8-ist neben der ersten zylindrischen Auflagefläche --7-- angeordnet.
Eine Verbindungsmuffe-9--für eine Schwerstange weist einen Gewindesatz-10--, der mit einer andern Schwerstange oder dem Bohrgestänge verbunden wird, auf. Die Verbindungsmuffe-9besitzt ferner einen Innengewindeabschnitt-11--, in dem der Aussengewindeabschnitt --6-- des Schwerstangenteils--2-eingeschraubt wird. In der Verbindungsmuffe ist eine erste innere zylindrische Auflagefläche --12-- neben dem Gewindeabschnitt, 11-- und eine zweite innere zylindrische Auflagefläche --13-- neben der ersten zylindrischen Auflagefläche --12-- vorgesehen.
In der Verbindungsmuffe --9-- ist ferner ein sich radial nach innen erstreckender Ansatz --14-- und eine Bohrung --4a-- für den Bohrflüssigkeitsumlauf vorhanden.
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etwa dem Durchmesser der zweiten äusseren zylindrischen Auflagefläche --8-- entspricht. Der Durchmesser der ersten auflagefläche --7-- des Teiles --2-- ist weiter verringert. Der Gewindeabschnitt --6-- weist wieder einen kleineren Aussendurchmesser als die erste Auflagefläche --7-- au±
Beim Bohren sind die Schwerstangen Wechselbiegespannungen ausgesetzt, die durch die Drehung des Bohrgestänges verursacht werden, und es besteht daher die Gefahr von Ermüdungsbrüchen.
Die auf die Schwerstange einwirkende Belastung wird natürlich über die Gewinde und über den Reibungsschluss zwischen den zwei Teilen durch die aufeinandersitzenden Auflageflächen --7 und 12-bzw.-8 und 13-auf die Verbindungsmuffe übertragen. Die Anordnung gemäss der Erfindung besitzt einen allmählichen oder stufenweisen Übergang von der dicken Wand der Schwerstange zu der Verbindungsmuffe und bewirkt dadurch zwischen diesen Teilen eine gleichmässigere Verteilung der Spannungen. Bei dieser Anordnung ist das Auftreten von Ermüdungsbrüchen in dem Gewindeabschnitt - und an dem Schwerstangenteil-2-neben dem Rand-17-der Verbindungsmuffe weitgehendst ausgeschaltet.
Die Innendurchmesser der Muffenauflageflächen --12 und 13-- können um 0, 254 bis 0, 457 mm kleiner sein als die Aussendurchmesser der Schwerstangenauflageflächen --7 bzw. 8--, sofern der Schwerstangenteil und die Verbindungsmuffe die gleiche Temperatur besitzen. Die Verbindungsmuffe kann ferner mit einem Radius --18-- versehen sein, um eine bessere stufenweise Übertragung der Spannungen zwischen der Verbindungsmuffe und der Schwerstange zu erreichen.
Zur Befestigung der Verbindungsmuffe --9-- auf der Schwerstange --1-- wird die Verbindungsmuffe auf eine Temperatur von etwa 343 bis 454 C erwärmt. Die Verbindungsmuffe wird dann auf den Gewindeabschnitt der Schwerstange aufgeschraubt bis die Stirnfläche --5-- den ringförmigen Ansatz--14-der Verbindungsmuffe berührt, wobei die Auflageflächen --12 und 13--, wie in Fig. l gezeigt ist, gegenüber den Auflageflächen --7 bzw. 8-liegen. Die Verbindungsmuffe wird
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die Fläche-8-aufgeschrumpft sowie der Ansatz --14-- in. axialer Richtung gegen die Stirnfläche --5-- der Stange gepresst werden.
Die Verbindung gemäss der Erfindung stellt somit eine Spann- und Dichtungsverbindung für eine Schwerstange dar, wobei grosse, in der Schwerstange und der Verbindungsmuffe konzentriert auftretende Spannungen vermieden sind.
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