DE202008012210U1

DE202008012210U1 - threaded connection

Info

Publication number: DE202008012210U1
Application number: DE200820012210
Authority: DE
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2018-09-13

Abstract

Gewindestecker für eine Gewindeverbindung mit einem auf einem Kern aufgebrachten Außengewinde, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flanke des Außengewindes einen Abschnitt einer Ellipse ausbilden.threaded plug for a threaded connection with one applied to a core External thread, characterized in that at least one flank of the external thread forming a portion of an ellipse.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung und insbesondere eine Gewindeverbindung für ein aus Gestängeschüssen bestehendes Gestänge einer Erdarbeitsvorrichtung.The The invention relates to a threaded connection and in particular to a Threaded connection for one from rod sections existing linkage of an earthworking device.

Unter dem Begriff „Erdarbeitsvorrichtung" werden erfindungsgemäß Vorrichtungen verstanden, mit denen eine Antriebsleistung einer Antriebsvorrichtung über ein Gestänge auf eine Werkzeug, das an einem Gestänge angeordnet ist, übertragen werden. Hierunter fallen insbesondere Erdbohrvorrichtungen, mit denen Erdbohrungen und insbesondere Horizontalbohrungen in das Erdreich eingebracht werden. Hierbei werden von der Antriebsvorrichtung in der Regel Schub- oder Druckkräfte und ein Antriebsmoment über das Gestänge der Erdbohrvorrichtung auf das als Bohrkopf ausgebildete Werkzeug übertragen. Es existieren jedoch auch Erdarbeitsvorrichtungen, bei denen lediglich Schub- oder Zugkräfte über das Gestänge auf ein entsprechendes Werkzeug übertragen werden. Hierunter fallen insbesondere solche Erdarbeitsvorrichtungen, mit denen bestehende Bohrungen im Erdreich bzw. bereits verlegte Altleitungen aufgeweitet oder herausgezogen werden und gegebenenfalls gleichzeitig ein Neurohr eingezogen wird. Häufig sind die Erdarbeitsvorrichtungen auch so ausgelegt, dass sie sowohl für das Erstellen der Erdbohrungen als auch für ein ziehendes Arbeiten, d. h. für ein Aufweiten einer bestehenden Bohrung oder einer Altleitung bzw. für das Einziehen eines Neurohrs verwendet werden können. Dies ermöglicht, mit derselben Erdarbeitsvorrichtung zunächst eine Pilotbohrung zu erstellen, wobei ein Pilotbohrkopf schiebend durch das Erdreich vorgetrieben wird, bis dieser eine Zielbaugrube erreicht, und der Pilotbohrkopf in der Zielbaugrube durch einen Aufweitkopf ersetzt wird, wobei die Pilotbohrung beim Zurückziehen des Bohrgestänges aufgeweitet wird. Gegebenenfalls kann gleichzeitig mit dem Aufweitkopf ein an diesen angehängtes Neurohr in die aufgeweitete Erdbohrung eingezogen werden.Under The term "Erdarbeitsvorrichtung" according to the invention devices understood, with which a drive power of a drive device via a linkage on a tool attached to a linkage is arranged to be transmitted. This includes in particular Earth boring devices, with which bore holes and in particular horizontal bores be introduced into the soil. Here are of the drive device usually shear or compressive forces and a drive torque over the linkage of the Erdbohrvorrichtung on that as a drill head transfer trained tool. However, there are Erdarbeitsvorrichtungen, where only shear or tensile forces on transfer the linkage to a corresponding tool become. These include, in particular, those earth working devices, with which existing holes in the ground or already laid Old pipes are widened or pulled out and, if necessary at the same time a new pipe is fed. Often they are Earthworking devices also designed so that they are suitable for both the creation of the earth drilling as well as for a pulling Work, d. H. for expanding an existing hole or an old or used for the insertion of a new ear can be. This allows, with the same Earthworking device first to create a pilot hole wherein a pilot drill head propelled pushing through the soil until it reaches a target pit, and the pilot bit is replaced in the target pit by a widening head, wherein the pilot hole when retracting the drill string is widened. Optionally, simultaneously with the expander a attached to this new neuro in the widened hole be confiscated.

Das Gestänge derartiger Erdarbeitsvorrichtungen besteht regelmäßig aus einer Mehrzahl von Gestängeschüssen, die dem Bohrvortrieb entsprechend nach und nach miteinander verbunden werden. Das Verbinden der einzelnen Gestängeschüsse erfolgt über Kupplungselemente, wobei neben Steckkupplungen, wie in DE 196 08 980 beschrieben, insbesondere Schraubverbindungen weit verbreitet sind. Wesentliche Vorteile von Schraubverbindungen sind die geringen Kosten, die mit ihrer Herstellung verbunden sind sowie die Möglichkeit, das Verschrauben auf einfache Weise automatisiert durchführen zu lassen. Ein wesentlicher Nachteil von Schraubverbindungen ist jedoch, dass diese häufig die größten Schwachstellen des Gestänges darstellen, was auf den relativ geringen Durchmesser im Bereich des Gewindesteckers der Gewindeverbindung sowie auf die geometrisch bedingt hohe Kerbwirkung des Gewindes selbst zurückzuführen ist.The linkage of such Erdarbeitsvorrichtungen regularly consists of a plurality of rod sections, which are connected to the Bohrvortrieb gradually with each other. The connection of the individual rod sections via coupling elements, in addition to plug-in couplings, as in DE 196 08 980 described, in particular screw are widely used. The main advantages of screw connections are the low costs associated with their production and the possibility of having screwing carried out automatically in a simple manner. A major disadvantage of screw is, however, that these often represent the greatest weaknesses of the linkage, which is due to the relatively small diameter in the threaded connector of the threaded connection as well as the geometrically high notch effect of the thread itself.

Bekannte Gewindearten, die für Gestänge von Erdarbeitsvorrichtungen verwendet werden, sind API-Gewinde sowie Rundgewinde entsprechend der DIN 20 400 . Die Lebensdauer derartiger Gewindeformen hat sich jedoch im täglichen Betrieb der Erdarbeitsvorrichtungen als zu gering herausgestellt.Known types of threads used for earthmoving equipment linkages are API threads and round threads according to US Pat DIN 20 400 , However, the life of such thread forms has been found to be too low in the daily operation of the Erdarbeitsvorrichtungen.

Es wurden daher alternative Gewindeformen entwickelt, die besonders für die bei Erdarbeitsvorrichtungen auftretenden spezifischen Belastungen des Gestänges ausgelegt sind. Die DE 198 03 304 A1 offenbart eine Gewindeverbindung, mit der Gestängeschüsse eines Bohrgestänges verbunden werden sollen, wobei das Bohrgestänge insbesondere zum Drehschlagbohren eingesetzt werden soll. Wesentliche Besonderheiten dieser Gewindeverbindungen sind die asymmetrische Form des Gewindes mit unterschiedlichen Steigungswinkeln der im Drehschlagbohrbetrieb Last-aufnehmenden sowie der nicht-Last-aufnehmenden Flanken sowie das Vorsehen eines gewindelosen Einführabschnitts. Die nicht-Last-aufnehmenden Flanken sollen zudem kreisbogenförmig ausgebildet sein. Auch die aus der DE 198 03 304 A1 bekannte Gewindeverbindung hat sich im täglichen Betrieb als nicht ausreichend robust erwiesen.Therefore, alternative thread forms have been developed that are particularly designed for the specific loads of the linkage encountered in earthworking devices. The DE 198 03 304 A1 discloses a threaded connection to be connected to the rod sections of a drill string, the drill string is to be used in particular for rotary impact drilling. Significant features of these threaded connections are the asymmetric shape of the thread with different pitch angles of the load-receiving in the rotary impact drilling operation and the non-load-receiving flanks and the provision of a threadless insertion. The non-load-receiving flanks should also be circular arc-shaped. Also from the DE 198 03 304 A1 Known threaded connection has proven in daily operation not sufficiently robust.

Aus der EP 0 324 442 B1 sowie der US-Patentschrift 5,060,740 sind ebenfalls asymmetrische Gewindeverbindungen bekannt, die für die Verwendung zum Verbinden von Gestängeschüssen von Erdbohrvorrichtungen ausgelegt wurden. Die in diesen Druckschriften offenbarten Gewindeverbindungen zeichnen sich dadurch aus, dass der Gewindegrund einen Abschnitt einer Ellipse ausbildet. Hierdurch soll ein möglichst kerbwirkungsfreier Übergang von dem Gewindegrund in die eben ausgebildeten Flanken des Gewindes ermöglicht werden.From the EP 0 324 442 B1 as well as the U.S. Patent 5,060,740 Also known are asymmetrical threaded connections designed for use in connecting rod sections of earth boring devices. The threaded connections disclosed in these documents are characterized in that the thread root forms a portion of an ellipse. As a result, a possible kerbwirkungsfreier transition is made possible by the thread roots in the newly formed flanks of the thread.

Auch aus der WO 2006/092649 A1 sind Gewindeverbindungen für Gestänge von Erdbohrvorrichtungen bekannt, bei denen der Gewindegrund einen Abschnitt einer Ellipse ausbildet. Die in dieser Druckschrift offenbarten Gewindeformen können sowohl asymmetrisch als auch symmetrisch ausgebildet sein.Also from the WO 2006/092649 A1 Threaded connections are known for rods of Erdbohrvorrichtungen in which the thread root forms a portion of an ellipse. The thread forms disclosed in this document may be formed both asymmetrically and symmetrically.

Keine der aus dem Stand der Technik gekannten Gewindeformen konnte sich bislang durch eine zufriedenstellende Lebensdauer bei einer Verwendung zum Verbinden von Gestängeschüssen eines Gestänges einer Erdarbeitsvorrichtung auszeichnen.None of the known from the prior art thread forming could so far by a satisfactory life when used for connecting rod sections of a linkage of an earth working device.

Ausgehend von diesen Stand der Technik lag der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere hinsichtlich der Lebensdauer verbesserte Gewindeverbindung anzugeben, die eine höhere Lebensdauer insbesondere bei einer Verwendung zum Verbinden von Gestängeschüssen eines Gestänges einer Erdarbeitsvorrichtung aufweist.outgoing From this prior art, the invention was therefore the task on the basis of improved, in particular with regard to the life Specify threaded connection, which has a longer life especially when used for connecting rod sections a linkage of a Erdarbeitsvorrichtung.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.These Task is by the objects of the independent Claims solved. Advantageous embodiments are the subject of the respective dependent claims and will be apparent from the following description of the invention.

Der Kern der Erfindung sieht vor, dass Außengewinde eines Gewindesteckers einer Gewindeverbindung, die vorzugsweise zum Verbinden von Gestängeschüssen eines Gestänges einer Erdarbeitsvorrichtung verwendet werden kann, so auszubilden, dass Flanken dieses Außengewindes einen Abschnitt einer Ellipse ausbilden. Erfindungsgemäß können alle oder auch nur ein Teil der Flanken elliptisch ausgebildet sein. Beispielsweise können lediglich die vorderen, zum Gewindeauslauf weisenden Flanken erfindungsgemäß elliptisch ausgebildet sein, die hinteren Flanken dagegen nicht.Of the Core of the invention provides that the external thread of a threaded connector a threaded connection, preferably for connecting rod sections a linkage of a Erdarbeitsvorrichtung be used can, so form, that flanks of this external thread form a section of an ellipse. According to the invention all or even only part of the flanks be elliptical. For example, only the front, the thread outlet pointing flanks formed according to the invention elliptical not the back flanks.

Durch die Ausbildung der Flanken in Form eines Abschnitts einer Ellipse wird ein sich stetig ändernder Flankenwinkel erreicht, durch den ein optimierter Kontakt zwischen den Flanken des Gewindesteckers sowie den korrespondierenden Flanken eines Innengewindes einer entsprechenden Gewindebuchse erreicht werden kann. Hierdurch kann eine homogenere Spannungsverteilung erreicht werden, wodurch die Spannungsmaxima weniger im Gewindegrund als im Bereich der Flanken auftreten. Dies wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Gewindeverbindung aus, da in dem Bereich der Flanken regelmäßig keine geometrische Kerbe vorzufinden ist; die Kerbwirkung im Gewindegrund wird dadurch verringert. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Gewindesteckers bzw. der korrespondierenden Gewindebuchse einer sich hieraus zusammensetzenden Gewindeverbindung kann erreicht werden, dass sich im Kontaktbereich zwischen dem Gewindestecker sowie der Gewindebuchse hauptsächlich Druckspannungen ergeben. Die von den aus dem Stand der Technik bekannten Gewindeformen auftretenden Biegespannungen im Bereich des Gewindegrunds können hierbei zu einem großen Teil vermieden werden. Da Druckspannungen von den für Gestänge von Erdarbeitsvorrichtungen verwendeten Werkstoffen (in der Regel Stahl) besser ertragen werden können als Biegespannungen, hat die erfindungsgemäße Gewindeform einen äußerst positiven Einfluss auf die Lebensdauer der Gewindeverbindungen.By the formation of the flanks in the form of a section of an ellipse If a continuously changing flank angle is reached, through the optimized contact between the flanks of the threaded connector and the corresponding flanks of an internal thread of a corresponding Threaded bush can be achieved. This allows a more homogeneous Voltage distribution can be achieved, whereby the voltage maxima occur less in the thread root than in the flanks. This has a positive effect on the life of the threaded connection, there in the area of the flanks regularly no geometric notch is to be found; the notch effect in the thread root is reduced by this. In the inventive Design of the threaded connector or the corresponding threaded bushing a composite therefrom threaded connection can be achieved Be that in the contact area between the threaded connector and the threaded bushing mainly yield compressive stresses. The occurring from the thread forming known from the prior art Bending stresses in the area of the thread root can here be avoided to a large extent. Because compressive stresses from those for poles of earthworking devices used materials (usually steel) are better tolerated can as bending stresses, has the inventive Thread form a very positive influence the life of the threaded connections.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Flanken des Gewindesteckers einen Abschnitt einer stehenden Ellipse aus. Bei einem korrespondierenden Innengewinde einer Gewindebuchse einer erfindungsgemäßen Gewindeverbindung können die Flanken ebenfalls einen Abschnitt einer stehenden Ellipse ausbilden.In form a preferred embodiment of the invention the flanks of the threaded plug a section of a standing Ellipse off. For a corresponding internal thread of a threaded bush a threaded connection according to the invention can the flanks also form a section of a standing ellipse.

Unter „stehender Ellipse" wird erfindungsgemäß eine Ellipse verstanden, deren Hauptachse (d. h. die längere der Mittelachsen) einen größeren Winkel mit der Mittelachse des Gewindesteckers bzw. der Gewindebuchse einschließt, als deren Nebenachse (d. h. die kürzere Mittelachse). Der Winkel zwischen der Hauptachse der Ellipse sowie der Mittelachse des Gewindesteckers bzw. der Gewindebuchse beträgt vorzugsweise bei einer stehenden Ellipse zwischen 70 und 110° und besonders bevorzugt 90°, wobei sich Abweichungen hierzu durch einen Konuswinkel des Gewindesteckers bzw. der Gewindebuchse ergeben können.Under "standing Ellipse "is understood according to the invention an ellipse, its major axis (i.e., the longer of the central axes) one larger angle with the center axis of the threaded connector or the threaded bushing includes, as its minor axis (i.e., the shorter center axis). The angle between the Main axis of the ellipse and the central axis of the threaded connector or the threaded bushing is preferably at a standing Ellipse between 70 and 110 ° and particularly preferably 90 °, Deviations are due to a cone angle of the threaded connector or the threaded bushing can result.

Durch die bevorzugte Ausführungsform der Flanken als Abschnitt einer stehenden Ellipse werden besonders steile Gewindeflanken, d. h. besonders große Flankenwinkel erreicht, was insbesondere eine geringere Spreizwirkung der Gewindedose beim Verschrauben der Gewindeverbindung bewirkt.By the preferred embodiment of the flanks as a section a standing ellipse becomes particularly steep thread flanks, d. H. particularly large flank angle achieved, which in particular a lower spreading effect of the threaded box when screwing the Threaded connection causes.

Um die Gewindeverbindung gleichermaßen für Druck- als auch Zugbelastungen auszulegen, kann weiterhin vorgesehen sein, das Außengewinde des Gewindesteckers und gegebenenfalls das Innengewinde der Gewindebuchse der erfindungsgemäßen Gewindeverbindung symmetrisch auszubilden.Around the threaded connection equally for pressure as well as tensile loads interpreted, may continue to be provided the external thread of the threaded connector and, if necessary the internal thread of the threaded bush of the invention Form threaded connection symmetrically.

Dies kann besonders bevorzugt dadurch erreicht werden, dass benachbarte Flanken eines Gewindegangs des Gewindesteckers Abschnitte derselben Ellipse ausbilden. Die elliptische Form dieser einen Ellipse kann zudem auch auf den Gewindegrund weiter ausgedehnt werden, so dass beide Flanken und der Gewindegrund eines Gewindegangs ein und dieselbe Ellipse ausbilden. Eine solche Ausbildung des Außengewindes des Gewindesteckers kann eine besonders gleichmäßige Spannungsverteilung sowohl bei einer Druck- als auch bei einer Zugbelastung aufweisen.This can be particularly preferably achieved in that adjacent Flanks of a thread of the threaded connector sections thereof Training ellipse. The elliptical shape of this one ellipse can also be further extended to the thread base, so that both flanks and the thread root of a thread one and the same Training ellipse. Such an external thread of the Threaded plug can be a particularly uniform Stress distribution in both a compressive and a tensile load exhibit.

Bei einem hierzu korrespondierenden Innengewinde der Gewindebuchsen einer erfindungsgemäßen Gewindeverbindung kann vorgesehen sein, dass die beiden Flanken eines Gewindeprofils Abschnitte ein und derselben Ellipse ausbilden. Vorzugsweise ist hierbei jedoch die Gewindespitze abgeflacht ausgebildet.at a corresponding internal thread of the threaded bushes a threaded connection according to the invention can be provided that the two edges of a thread profile sections form one and the same ellipse. Preferably, however, here formed the thread crest flattened.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet der Gewindegrund des Innengewindes der Gewindebuchse zudem einen Abschnitt einer liegenden Ellipse aus. Hierdurch kann die Spannungsverteilung im Gewindegrund des Innengewindes der Gewindebuchse weiterhin verbessert werden.In a further preferred embodiment of the present invention Invention forms the thread root of the internal thread of the threaded bushing also a section of a horizontal ellipse. This allows the Stress distribution in the thread root of the internal thread of the threaded bushing continue to be improved.

Um ein einfaches und schnelles Verschrauben des Gewindesteckers mit der Gewindebuchse der erfindungsgemäßen Gewindeverbindung zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass das Außengewinde des Gewindesteckers und gegebenenfalls auch das Innengewinde der Gewindebuchse konisch ausgebildet sind, d. h. die Gewindegründe und/oder die Gewindespitzen des Gewindesteckers bzw. der Gewindebuchse definieren einen Mantel, der eine konische Form aufweist. Vorzugsweise beträgt der Konuswinkel hierbei zwischen 3° und 5°. Als Konuswinkel wird erfindungsgemäß der Winkel verstanden, der von dem Mantel mit einer Parallelen zu der Längsachse des Gewindesteckers bzw. der Gewindebuchse eingeschlossen wird.Around a simple and quick screwing the threaded connector with the threaded bush of the threaded connection according to the invention to allow, it can be provided that the external thread the threaded connector and possibly also the internal thread of the Threaded bushing are conical, d. H. the thread reasons and / or the thread crests of the threaded plug or the threaded bushing define a jacket that has a conical shape. Preferably the cone angle is between 3 ° and 5 °. As a cone angle according to the invention Angle understood by the mantle with a parallels to the Longitudinal axis of the threaded plug or threaded bushing included becomes.

Vorzugsweise sind die Flanken des Außengewindes des Gewindesteckers bzw. des Innengewindes der Gewindebuchse so ausgelegt, dass die durch diese definierten Ellipsen senkrecht zu dem Mantel angeordnet sind.Preferably are the flanks of the external thread of the threaded connector or the internal thread of the threaded bush designed so that the arranged by these defined ellipses perpendicular to the jacket are.

Die Gewindespitzen des Außengewindes des Gewindesteckers und/oder des Innengewindes der Gewindebuchse sind weiterhin bevorzugt abgerundet ausgebildet. Dies kann ein- oder beidseitig im Übergang zu den Gewindeflanken vorgesehen sein.The Thread tips of the external thread of the threaded connector and / or the internal thread of the threaded bush are further preferably rounded educated. This can be one or both sides in the transition be provided to the thread flanks.

Weiterhin bevorzugt beträgt die Gewindesteigung zwischen 5 mm und 9 mm und besonders bevorzugt 7 mm. Diese relativ große Gewindesteigung vereinfacht ein Verschrauben des Gewindesteckers mit der Gewindebuchse. In Abhängigkeit von dem Gewindedurchmesser kann selbstverständlich auch eine größere oder kleinere Gewindesteigung sinnvoll sein. Eine Gewindesteigung von ca. 7 mm kann beispielsweise vorteilhaft in Kombination mit einem Flankendurchmesser des Gewindes von 65 mm (bei einem konischen Gewinde: als größter Durchmesser) verwendet werdet werden.Farther Preferably, the thread pitch is between 5 mm and 9 mm and more preferably 7 mm. This relatively large Thread pitch simplifies screwing the threaded connector with the threaded bush. Depending on the thread diameter Of course, it can also be a larger one or smaller thread pitch may be useful. A thread pitch of about 7 mm, for example, can be advantageous in combination with a pitch diameter of the thread of 65 mm (in a conical Thread: as the largest diameter) will be used become.

Weiterhin bevorzugt sollte der Anschnittwinkel relativ flach gewählt werden, um Risse, die vom Anschnitt ausgehen, zu vermeiden. Als Vorteilhaft hat sich ein Anschnittwinkel im Bereich von 20° bis 30° herausgestellt, wobei je nach Auslegung der übrigen Maße der Gewindeverbindung auch kleinere oder größere Anschnittwinkel sinnvoll sein kön nen. Das Anschnittmaß des Gewindesteckers sollte vorzugsweise mindestens 0,5 mm betragen, das der Gewindebuchsen vorzugsweise mindestens 1 mm.Farther Preferably, the gate angle should be chosen relatively flat to avoid cracks coming from the gate. When Advantageously, a lead angle in the range of 20 ° to 30 °, depending on the interpretation of the rest Dimensions of the threaded connection also smaller or larger Bleed angles can be useful. The starting cut of the Threaded plug should preferably be at least 0.5 mm, that of the threaded bushings preferably at least 1 mm.

Weiterhin sollte die Differenz zwischen dem Längenmaß des Gewindesteckers und der Gewindebuchse höchstens 0,5 mm betragen. Dieses Maß kann wichtig für die Anlage von je einer Stirnfläche des Gewindesteckers und der Gewindebuchse aneinander sein, die der Übertragung von Druck und Impulskräften dient, um hierbei das Gewinde selbst zu entlasten. Weiterhin kann dieses Maß ebenfalls für die Dichtigkeit der Gewindeverbindung wichtig sein, was insbesondere für deren Verwendung zum Verbinden von Gestängeschüssen einer Erdarbeitsvorrichtung wesentlich ist.Farther should be the difference between the length of the Threaded plug and the threaded bushing at most 0.5 mm be. This measurement may be important for the plant of one end face each of the threaded plug and the threaded bush be to each other, the transmission of pressure and momentum forces serves to relieve the thread itself. Furthermore, can This measure also for the tightness of the threaded connection important, in particular for their use for Connecting rod sections of an earthworking device is essential.

Der Stirnflächenwinkel, d. h. der Winkel, den die als Anschlagflächen dienenden Stirnflächen des Gewindesteckers und der Gewindebuchse mit der Längsachse der Gewindeverbindung einschließen, kann vorzugsweise 60° bis 80° und besonders bevorzugt 70° betragen.Of the Face angle, d. H. the angle that the as stop surfaces serving end faces of the threaded connector and the threaded bushing with the longitudinal axis of the threaded connection, may preferably be 60 ° to 80 ° and more preferably 70 °.

Die erfindungsgemäße Gewindeverbindung eignet sich besonders für eine Verwendung zum Verbinden von Gestängeschüssen eines Gestänge einer Erdarbeitsvorrichtung, und insbesondere einer auf Druck-, Zug und Stoß belasteten Erdbohrvorrichtung, wie beispielsweise einer horizontalen Bohrvorrichtung, die auch zum Einziehen von Neurohren bzw. zum Aufweiten von Pilotbohren eingesetzt werden kann. Vorzugsweise werden die einzelnen Gestängeschüsse hierzu an einem Ende mit einem erfindungsgemäßen Gewindestecker und an dem anderen Ende mit einer korrespondierenden Gewindebuchse versehen.The Thread connection according to the invention is suitable especially for use in joining rod sections a linkage of an earthworking device, and in particular a pressure, traction and shock loaded earth boring device, such as a horizontal drilling device, which also for Retraction of new ears or used to widen pilot drill can be. Preferably, the individual rod sections this at one end with an inventive Threaded plug and at the other end with a corresponding Threaded bush provided.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The Invention is described below with reference to an illustrated in the drawings Embodiment explained in more detail.

In den Zeichnungen zeigt:In the drawings shows:

1 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gewindestecker in einer ersten Ausführungsform; 1 a partial section through a threaded plug according to the invention in a first embodiment;

2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 1, in den zusätzliche geometrische Daten eingezeichnet sind; 2 an enlarged section of the 1 in which additional geometric data are drawn;

3 eine zu dem Gewindestecker der 1 korrespondierende Gewindebuchse; 3 one to the threaded connector of the 1 corresponding threaded bushing;

4 einen vergrößerten Ausschnitt aus der 3, mit der Angabe weiterer geometrischer Daten; 4 an enlarged section of the 3 , with the indication of further geometrical data;

5 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gewindestecker in einer zweiten Ausführungsform; 5 a partial section through a threaded connector according to the invention in a second embodiment;

6 einen Teilschnitt durch eine zu dem Gewindestecker der 5 korrespondierende Gewindebuchse; 6 a partial section through a to the threaded connector of 5 corresponding threaded bushing;

7 den Gewindestecker der 5 sowie die Gewindebuchse der 6 im Verbund; 7 the threaded connector of the 5 as well as the threaded bush of the 6 networked;

8 eine Darstellung geometrischer Zusammenhänge bei der Berechnung von Geometriedaten von Ellipsen; 8th a representation of geometric relationships in the calculation of geometric data of ellipses;

9 das grafische Ergebnis der Berechnung von geometrischen Daten einer konkreten Gewindeform; 9 the graphical result of the calculation of geometric data of a concrete thread form;

10 die grafische Darstellung des Flankenwinkels dieser Gewindeform; 10 the graphical representation of the flank angle of this thread form;

11 die grafische Darstellung der Krümmung der Ellipse dieser Gewindeform; 11 the graphical representation of the curvature of the ellipse of this thread form;

12a eine FEM-Simulation zu einer erfindungsgemäßen Gewindeverbindung; 12a a FEM simulation for a threaded connection according to the invention;

12b eine FEM-Simulation zu einem Gewinde gemäß der API-Norm und 12b a FEM simulation to a thread according to the API standard and

12c eine FEM-Simulation zu einer Twin-Drive-Gewindeverbindung. 12c a FEM simulation to a twin-drive threaded connection.

In den 1 bis 4 ist eine erfindungsgemäße Gewindeverbindung in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Der erfindungsgemäße Gewindestecker (1) dieser Gewindeverbindung ist als Außengewinde endseitig auf einem hohlen Gestängeschuss 1 eines Gestänges einer Erdarbeitsvorrichtung ausgebildet. Das Außengewinde des Gewindesteckers ist als konisches Gewinde ausgebildet, d. h., die Verlängerung des durch die einzelnen Gewindegründe definierten Mantels schneidet die Längsachse des Gewindesteckers unter einem Winkel (Z), der vorzugsweise zwischen 3° und 5° beträgt. Das korrespondierend ausgebildete Innengewinde der Gewindebuchse (3) weist einen entsprechenden Konuswinkel (Z) auf.In the 1 to 4 a threaded connection according to the invention is shown in a first embodiment. The threaded connector according to the invention ( 1 ) of this threaded connection is as an external thread end on a hollow rod assembly 1 a linkage of a Erdarbeitsvorrichtung formed. The external thread of the threaded connector is formed as a conical thread, ie, the extension of the defined by the individual roots mantle cuts the longitudinal axis of the threaded connector at an angle (Z), which is preferably between 3 ° and 5 °. The correspondingly formed internal thread of the threaded bush ( 3 ) has a corresponding cone angle (Z).

Wie sich insbesondere aus der 2 ergibt, sind beide Flanken sowie der Gewindegrund eines Gewindegangs als Abschnitte ein und derselben Ellipse ausgebildet. Die Gewindespitzen sind beidseitig mit einem Radius (R) abgerundet. Die Steigung des Gewindes ergibt sich aus dem Abstand zwischen zwei benachbarten Gewindeprofilen bzw. Gewindegründen und vorliegend als das Doppel der Länge (b) der kleinen Halbachse (Nebenachse) der Ellipse. Die Länge der großen Halbachse der Ellipse (Hauptachse) ist mit (a) bemaßt.As can be seen in particular from the 2 results, both flanks and the thread root of a thread are formed as sections of one and the same ellipse. The thread crests are rounded off on both sides with a radius (R). The pitch of the thread results from the distance between two adjacent thread profiles or thread reasons and in the present case as the double of the length (b) of the small semiaxis (minor axis) of the ellipse. The length of the major axis of the ellipse (major axis) is dimensioned with (a).

Die Gewindeform der korrespondierenden Gewindebuchse ergibt sich im einzelnen aus der 4. Darin ist zu erkennen, dass das Gewindeprofil, einschließlich beider Gewindeflanken sowie der Gewindespitze, einen Abschnitt einer einzigen Ellipse ausbilden. Korrespondierend zu der Gewindeform des Gewindesteckers sind die Gewindegründe bei der Gewindebuchse der 3 und 4 wiederum mit dem Radius (R) abgerundet. Die Hauptachsen beider Ellipsen (des Gewindesteckers sowie der Gewindebuchse) sind jeweils senkrecht zu dem durch die Gewindegründe definierten Mantel ausgerichtet.The thread form of the corresponding threaded bush results in detail from the 4 , It can be seen that the thread profile, including both thread flanks and the thread crest, forming a portion of a single ellipse. Corresponding to the thread form of the threaded connector are the roots in the threaded bushing of 3 and 4 rounded again with the radius (R). The main axes of both ellipses (the threaded plug and the threaded bush) are each aligned perpendicular to the jacket defined by the roots.

Die Gewindetiefe (t) bestimmt den geometrischen Ort der Ellipse in Bezug zu dem Mantel. Die Steigung des Gewindes richtet sich nach der Länge der Nebenachsen der Ellipsen und liegt im vorliegenden Fall bei ca. 7 mm.The Thread depth (t) determines the geometric location of the ellipse in relation to the coat. The pitch of the thread depends on the length the minor axes of the ellipses and is in the present case with about 7 mm.

Sowohl der Gewindestecker der 1 als auch die Gewindebuchse der 3 weisen einen Anschnitt auf. Der Anschnitt des Gewindesteckers wird durch das Anschnittmaß (X) sowie den Anschnittwinkel (Y) definiert. Der Anschnitt der Gewindebuchse wird durch das Anschnittmaß (A) der Gewindebuchse und durch den zum Anschnittwinkel (X) des Gewindesteckers identischen Anschnittwinkel (Y) definiert. Das Anschnittmaß (X) sollte mindestens 0,5 mm betragen und das Anschnittmaß (A) mindestens 1 mm.Both the threaded connector of the 1 as well as the threaded bush of the 3 have a bleed. The gate of the threaded plug is defined by the initial dimension (X) and the lead angle (Y). The bevel cut is defined by the bevel (A) of the insert and by the lead angle (Y) identical to the lead angle (X) of the threaded plug. The initial dimension (X) should be at least 0.5 mm and the initial dimension (A) at least 1 mm.

Mit (B) ist das Längenmaß der Gewindebuchse bezeichnet. Das Längenmaß des Gewindesteckers ist mit (W) bezeichnet. Beide Maße sind entscheidend für die Qualität der Anlage der Stirnflächen nach dem Aufbringen des Vorspannmoments. Der Toleranzwert zwischen den beiden Stirnflächen sollte im vorliegenden Fall 0,5 mm nicht überschreiten, da dieses Maß ebenfalls für die Dichtigkeit der Verbindung erheblich ist. Die Stirnflächen des Gewindesteckers sowie die korrespondierende Stirnfläche der Gewindebuchse sind im vorliegenden Fall schräg ausgebildet. Ihre Verlängerung schneidet die Längsachse jeweils unter einem Winkel (V) von ca. 70°.With (B) is the length dimension of the threaded bushing designated. The length dimension of the threaded connector is marked with (W) designated. Both dimensions are crucial for the Quality of the plant of the faces after the Applying the preload torque. The tolerance value between the two End faces should not exceed 0.5 mm in the present case, because this measure also for the tightness of the Connection is significant. The end faces of the threaded connector and the corresponding end face of the threaded bushing are formed obliquely in the present case. Your extension cuts the longitudinal axis at an angle (V) of about 70 °.

In den 5 bis 7 ist eine erfindungsgemäße Gewindeverbindung in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Als Besonderheit dieser Gewindeverbindung ist vorgesehen, dass die Gewindegründe der Gewindebuchse zusätzlich ebenfalls einen Abschnitt einer diesmal liegenden Ellipse ausbilden. Hierdurch kann die Verteilung der bei dem Innengewinde der Gewindebuchse auftretenden Spannungen weiter verbessert werden. Es zeigt sich, dass bei der dargestellten Gewindeverbindung die abgeflacht ausgebildeten Gewindespitzen des Gewindesteckers im verschraubten Zustand keinen direkten Kontakt mit den Gewindegründen der Gewindebuchse haben.In the 5 to 7 a threaded connection according to the invention is shown in a second embodiment. As a special feature of this threaded connection is provided that the roots of the threaded bushing additionally also form a portion of an ellipse lying this time. As a result, the distribution of the stresses occurring in the internal thread of the threaded bushing can be further improved. It turns out that in the illustrated threaded connection, the flattened thread crests of the threaded plug in the screwed state have no direct contact with the thread roots of the threaded bushing.

Nachfolgend wird exemplarisch die Berechnung des Flankenwinkels sowie der Ellipsenkrümmung einer erfindungsgemäßen Gewindeverbindung durchgeführt. Die geometrischen Abhängigkeiten hierfür ergeben sich aus der Darstellung in der 8.The calculation of the flank angle and the ellipse curvature of a threaded connection according to the invention is carried out by way of example below. The geometric dependencies for this result from the representation in the 8th ,

Das Ende der Zählschleife wird durch die Gewindetiefe t bestimmt:

The end of the counting loop is determined by the thread depth t:

Berechnung der Y-Koordinate auf Basis der Geometriedaten:

Calculation of the Y-coordinate based on the geometry data:

Das Ende der Zählschleife wird durch die Gewindetiefe t bestimmt:

The end of the counting loop is determined by the thread depth t:

Berechnung der Y-Koordinate auf Basis der Geometriedaten:

Calculation of the Y-coordinate based on the geometry data:

Berechnung der zugehörigen X-Koordinate mit Hilfe der Formel für Ellipsen nach Bartsch, Taschenbuch der mathematischen Formeln, Kap. 6.6.3.1:

Calculation of the associated X-coordinate using the formula for ellipses according to Bartsch, Paperback of mathematical formulas, chap. 6.6.3.1:

Das Ergebnis dieser Berechnung ist in der 9 dargestellt.The result of this calculation is in the 9 shown.

Berechnung der Tangentensteigung:

Calculation of the tangent slope:

Berechnung des Flankenwinkels:

Calculation of the flank angle:

Das Ergebnis dieser Berechnung ist in der 10 dargestellt.The result of this calculation is in the 10 shown.

Krümmung der Ellipse:

Curvature of the ellipse:

Das Ergebnis dieser Berechnung ist in der 11 dargestellt.The result of this calculation is in the 11 shown.

In den 12a bis 12c sind die Ergebnisse von FEM-Simulationen zu einer erfindungsgemäßen Gewindeverbindung (12a) sowie zwei Vergleichsgewindeverbindungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, dargestellt. 12b zeigt dabei ein Gewinde gemäß der API-Norm und 12c eine sogenannte Twin-Drive-Gewindeverbindung, deren konkrete Ausbildung Gegenstand der einleitend erwähnten DE 198 03 304 A1 ist. Die drei FEM-Simulationen sind mit dem gleichen Werkstoffmodell berechnet worden (20MnV6, mit bilinearer kinematischer Verfestigung; E-Modul: 210.000 MPa; Tangentenmodul: 1676 MPa; Streckgrenze: 450 MPa; Zugfestigkeit: 640 MPa; Querkontraktionszahl: 0,28).In the 12a to 12c are the results of FEM simulations for a threaded connection according to the invention ( 12a ) and two comparative thread connections known in the art. 12b shows a thread according to the API standard and 12c a so-called twin-drive threaded connection whose concrete training is the subject of the introductory mentioned DE 198 03 304 A1 is. The three FEM simulations were calculated using the same material model (20MnV6, with bilinear kinematic hardening; Modulus of elasticity: 210,000 MPa; Tangent module: 1676 MPa; Yield strength: 450 MPa; Tensile strength: 640 MPa; Transverse contraction number: 0.28).

Es zeigt sich, dass die Twin-Drive-Gewindeverbindung ein im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Gewindeverbindung insgesamt um ca. 30% höheres Spannungsniveau aufweist. Bei dieser Gewindeverbindung liegt zwar ein ähnlicher Kontakt vor, wie bei der in der 12a dargestellten erfindungsgemäßen Gewindeverbindung, jedoch ist dabei die Kontaktstelle nicht so stark lokal eingegrenzt, sondern erstreckt sich über einen größeren Bereich, was sich auch in der Spannungsverteilung in einem „Spannungsberg" niederschlägt.It turns out that the twin-drive threaded connection has a total of about 30% higher voltage level compared to the threaded connection according to the invention. Although there is a similar contact with this threaded connection, as in the 12a threaded connection according to the invention shown, but the contact point is not localized so strong locally, but extends over a larger area, which is reflected in the voltage distribution in a "voltage mountain".

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19608980 [0003]
- DE 19803304 A1 [0005, 0005, 0057]
- EP 0324442 B1 [0006]
- US 5060740 [0006]
WO 2006/092649 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- DIN 20 400 [0004]

Claims

Threaded plug for a threaded connection with an external thread applied to a core, characterized in that at least one flank of the external thread form a section of an ellipse.

Threaded plug according to claim 1, characterized in that the flanks a portion of a standing Training ellipse.

Threaded plug according to claim 1 or 2, characterized in that the external thread is symmetrical is trained.

Threaded connector according to one of preceding claims, characterized in that adjacent flanks of a thread sections of the same ellipse form.

Threaded plug according to claim 4, characterized in that also the thread root a section this ellipse trains.

Threaded connector according to one of preceding claims, characterized in that the external thread is conical.

Threaded plug according to claim 6, characterized in that the cone angle is between 3 ° and 5 °.

Threaded plug according to claim 6 or 7, characterized in that one of the central axes of the ellipse perpendicular to the jacket of the core defined by the cone angle is arranged.

Threaded connector according to one of preceding claims, characterized in that the thread crests are rounded off on one or both sides.

Threaded connector according to one of preceding claims, characterized in that the thread pitch between 5 mm and 9 mm, preferably 7 mm.

Threaded connector according to one of preceding claims, characterized in that the lead angle between 20 ° and 30 °.

Threaded connector according to one of preceding claims, characterized in that the initial dimension of the threaded connector is at least 0.5 mm is.

Threaded connection with a threaded connector according to a of the preceding claims and a threaded bush with one corresponding to the external thread of the threaded connector Inner thread.

Threaded connection according to claim 13, characterized in that the thread root of the internal thread forms a section of a horizontal ellipse.

Threaded connection according to claim 13 or 14, characterized in that the Anschnittmaß the Threaded bushing is at least 1 mm.

Threaded connection according to a of claims 13 to 15, characterized in that the Difference between the length dimension of the threaded plug and the threaded bushing is at most 0.5 mm.

Threaded connection according to a Claims 13 to 16, characterized in that the Face angle of the end faces of the threaded connector and the threaded bushing is 70 °.

Threaded bush of a threaded connection according to a of claims 13 to 17.

Use of a threaded connection according to one of claims 13 to 17 for connecting rod sections ( 1 ) a linkage of an earthworking device, in particular a pressure, train and shock loaded earth boring device.