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Gewindeverbindung für Bohrrohre Beim Bohren von tiefen Sprenglöchern
in Gestein kommen Schlagdrehbohrmaschinen zur Anwendung, deren Bohrgestänge aus
Bohrrohren mit Bohrkrone besteht. Mit zunehmender Bohrlochtiefe ist es erforderlich,
das Bohrgestänge durch Ansetzen zusätzlicher Bohrrohre an die Bohrmaschine zu verlängern.
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An die Verbindung solcher Bohrrohre werden große Anforderungen gestellt.
Einmal muß die Verbindung gegenüber der sehr starken Beanspruchung, die sich aus
einer Schlag-, Torsions- und Biegebeanspruchung zusammensetzt, entsprechend verschleißfest
und bruchsicher ausgeführt sein. Zum anderen muß sie die Möglichkeit geben, beim
Verlängern des Bohrgestänges einerseits das Lösen von der Maschine schnell durchführen
zu können, und außerdem muß sie im Sinne großer Bohrleistungen das schnelle und
fehlerfreie Herstellen der Verbindung des anzufügenden Bohrrohres mit dem im Bohrloch
befindlichen Bohrgestänge und dem Übergangsstück an der Schlagdrehbohrmaschine gewährleisten.
Es ist hierbei bekannt, für die Verbindung von Bohrrohren beim drehschlagenden Bohren
ein zylindrisches Rundgewinde nach DIN 405 oder in einer ähnlichen Form zu verwenden.
Bei diesen zylindrischen Rundgewinden beträgt das Verhältnis von Gewindetiefe zur
Gewindesteigung etwa 1:2. Diese bislang verwendeten zylindrischen Rundgewinde haben
folgende Nachteile: Einmal ergibt sich fertigungstechnisch bedingt beim Drehen eines
solchen Innengewindes eine Hohlkehle für den Gewindeauslauf, die eine wesentliche
Schwächung des schlag-, torsions- und biegungsbeanspruchten Bohrrohres gerade an
der Stelle ergibt, die gegenüber den anderen Teilen am stärksten auf Biegung beansprucht
ist und demgemäß auch den stärksten Querschnitt aufweisen müßte.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Rückprallschläge die
Gewindeflanken steil treffen, so daß die Schlagenergie unter Beanspruchung auf Abscherung
fast ausschließlich von den Gewindeflanken aufgenommen werden muß. Bei bis zu 7000
Schlägen pro Minute bedeutet das eine erhebliche Beanspruchung, aus der in Verbindung
mit der Kerbwirkung ein beschleunigter Verschleiß und eine erhöhte Bruchgefahr für
die Bohrrohrverbindungen resultieren.
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Bei einer bekannten Bohrstangenverbindung wird ein zylindrisches Rundgewinde
angewendet, bei dem das oben angeführte Verhältnis wesentlich kleiner ist und die
Rückprallschläge die Gewindeflanken in vorteilhafter Weise unter kleinerem Winkel
treffen. Diese Verbindung kann jedoch nur für Bohrstangen verwendet werden, deren
Enden mit einem Bolzengewinde versehen werden, auf das die mit dem Muttergewinde
ausgerüsteten Verbindungsmuffen aufgeschraubt werden. Bei der Übertragung dieses
zylindrischen Rundgewindes auf Bohrrohre für das Schlagdrehbohren müßten die Bohrrohre
an den Enden mit Innengewinde versehen werden. Dann würde aber der Nachteil des
zylindrischen Gewindes, der bereits weiter oben erwähnt wurde, eintreten, nämlich
der, daß die sich fertigungstechnisch ergebende Hohlkehle für den Gewindeauslauf
das Bohrrohr erheblich schwächen würde, und zwar gerade an am stärksten auf Biegung
beanspruchter Stelle.
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Ein weiterer erheblicher Nachteil des zylindrischen Gewindes ist darin
zu sehen, daß das Lösen und das Zusammendrehen beim Bohrbetrieb nicht schnell genug
vonstatten geht und die Bohrleistung dadurch beeinträchtigt wird. Außerdem besteht
die Gefahr, daß die Gewindeteile verkantet zusammengefügt werden und dadurch erhebliche
Kerbwirkungen auftreten, die den Bruch der Gewindeverbindung herbeiführen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angeführten Nachteile
der bisherigen Gewindeverbindungen für Bohrstangen des Schlagdrehbohrens zu vermeiden
und eine Gewindeverbindung zu schaffen, die in ihren Abmessungen auf die beim Schlagdrehbohren
auftretenden, nur diesem Bohrverfahren eigenen charakteristischen Schlag-, Torsions-
und Biegebeanspruchungen abgestellt ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer bekannten
Bohrrohrverbindung mit Rundgewinde für Schlagbohrgestänge mit einem Zwischenstück
zwischen den Stangenenden, und sie besteht darin, daß die Stangenenden ein Innengewinde
tragen, das in bekannter Weise konisch ausgebildet ist. Gemäß einem vorteilhaften
Merkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Verhältnis von Gewindetiefe zu
Gewindesteigung 1: 4 bis 1: 8 betragen soll.
Die Gewindeverbindung
gemäß der Erfindung weist gegenüber dem Bekannten wesentliche Vorteile auf. Die
bei zylindrischen Rundgewinden auftretenden Hohlkehlen für den Gewindeauslauf fallen
fort, da die Gewindetiefe infolge der Konizität bei dem Rohrmuttergewinde nach innen
hin stetig bis auf Null abnimmt und ausläuft. Dadurch wird erreicht, daß an dieser
Stelle des Bohrrohres, an der das größte Biegemoment auftritt, nicht nur keine Schwächung
verursacht wird, sondern daß im Sinne eines Trägers gleicher Festigkeit der am stärksten
beanspruchte Querschnitt des Bohrrohrendes auch am stärksten ausgeführt ist.
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Weitere Vorteile der Gewindeverbindung gemäß der Erfindung bestehen
darin, daß durch den großen Radius des Gewindes die Kerbfestigkeit wesentlich erhöht
sowie eine im Hinblick auf die Beanspruchung durch die Rückprallschläge günstige
große Neigung der Gewindeflanken erreicht wird.
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Durch den spitzwinkligen Verlauf der Gewindeflanken zur Bohrstangenlängsachse
wird eine Keilwirkung erzielt. Die Rückprallschläge wirken sich so aus, daß die
Gewindeflanken des Bolzengewindes auf den Gewindeflanken des Muttergewindes etwas
zu rutschen vermögen, indem im Bereich der Gewinde das Bohrrohr etwas gedehnt wird.
Auf diese Weise wird die Energie der Rückprallschläge zum großen Teil als Reibungsarbeit
und Arbeit zur elastischen Verformung unschädlich gemacht.
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Das erfindungsgemäße Gewinde ist sehr robust und deshalb für den praktischen
Bohrbetrieb gut geeignet. Ein nicht unbeachtlicher Vorteil liegt noch darin, daß
die Gewindeflächen für weitere Feinbearbeitungen ohne weiteres zugänglich sind.
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Für die Durchführung des Bohrbetriebes selbst und die Erzielung großer
Bohrleistungen ist die Gewindeverbindung gemäß der Erfindung von maßgeblicher Bedeutung.
Ein erheblicher technischer Fortschritt besteht hier darin, daß durch die Konizität
des Gewindes das außerordentlich schwierige Herantasten und das anschließende fehlerfreie
Zusammendrehen beim Bohrgestängeverlängern wesentlich erleichtert werden. Bei einem
zylindrischen Gewinde ist die Herstellung der Gewindeverbindung oft nicht durchführbar,
worauf das Gestänge bei schief aufgesetztem Gewinde abschert und das entsprechende
Bohrrohr unbrauchbar gemacht wird. Alle . diese nachteiligen Umstände können bei
der erfindungsgemäßen Gewindeverbindung von vornherein nicht auftreten. Insgesamt
bedeutet also die erfindungsgemäße Gewindeverbindung gegenüber den bisher bekannten
Verbindungen solcher Art einen beträchtlichen technischen Fortschritt, da sie auf
die rauhen Betriebsbedingungen beim schlagdrehenden Bohren in Gesteinsbetrieben
besonders wirkungsvoll eingestellt ist, was insgesamt in einer wesentlichen Zunahme
der Gesamtbohrleistung zu resultieren vermag.
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In der Zeichnung ist eine Gewindeverbindung nach der Erfindung in
einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar handelt es sich hierbei um die Verwendung
mittels eines Verbindungsstückes, welches in die Muttergewinde der beiden Bohrrohrenden
eingeschraubt ist.
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Die beiden miteinander verbundenen Bohrrohre sind mit 1 und 2 bezeichnet.
Das Verbindungsstück 3 ist mit zwei konischen Bolzengewindeansätzen 3 a,
3 b
versehen; der Gewindeauslauf ist mit 4 bezeichnet.