DE3813472A1 - Kupplung, insbesondere fuer diamantbohrkrone mit schaftrohr und rohrgewindeanschluss - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung für ein Gestänge mit Kraftübertragung, insbesondere für Diamantbohrkronen mit Schaftrohr und Rohrgewindeanschluß. Solche Diamantbohrkronen sind bekannt. Sie bestehen im Prinzip aus einem Rohr mit an einer Stirnseite kronenartig befestigten Diamanten, Hart­ metallen oder dergleichen. Sie werden insbesondere zum Bohren in Gestein und Beton verwendet. Je nach Anwendungs­ bereich werden sie im Naß- oder Trockenverfahren betrieben.

Es ist eine Kupplung für Gestänge mit Diamantbohrkronen mit Schaftrohr und Rohrgewindeanschluß bekannt, bei der jedes Kupplungsteil eine senkrecht zur Achse angeordnete Stirn­ fläche hat und bei der die beiden Stirnflächen zur Erzielung einer dichten und kraftschlüssigen Verbindung fest zusammen­ gedrückt werden (DE-OS 36 03 499).

Diese bekannte Kupplung hat sich zwar für den Bohrbetrieb bewährt, hat aber wegen der für die Festigkeit der Verbin­ dung und die Kraftschlüssigkeit notwendigen hochfesten und korrosionsstabilen Materialien ein relativ hohes Eigenge­ wicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die mit leichter Kupplungsanordnung eine schnelle, einfache Verbindung der Gestängeteile ermöglicht und die den Bohrvorgang nicht unerwünscht beeinflußt.

Diese Aufgabe wird bei einer Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen schrieben. Diese zeigt in

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Diamantbohr­ krone mit Schaftrohr und einer Kupplung zum Rohr­ gewindeanschluß

Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht der miteinander verbundenen Teile gemäß Fig. 1

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines mit Nuten versehenen Kupplungsstückes

Fig. 4 eine andere Seitenansicht der zu kuppelnden Teile.

Fig. 5 eine Kupplung mit Vertiefungen in dem mit Nuten versehenen Kupplungsstück

Fig. 6 ein Schaftrohr mit Schraubabschluß.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung eine Diamant­ bohrkrone 1 mit einem Schaftrohr 2 und einem Rohrgewinde­ anschluß 3 gezeigt. Das Schaftrohr 2 ist an seiner einen Stirnseite 4 kronenartig mit Diamanten 5 versehen. Diese Diamanten 5 können als Stücke eingesetzt und verlötet oder als Beimengung zu einer erhärtenden, die Stirnseite des Schaftrohres bildenden Füllmasse vorgesehen werden. Die Stirnseite kann mit Einschnitten für den Wasserdurchtritt versehen sein. Außerdem kann das Schaftrohr noch mit Öff­ nungen 7 versehen sein. An der anderen Stirnseite ist das Schaftrohr 2 mit einem Ansatz 8 versehen, der ein erstes Kupplungsteil bildet. Dieser Ansatz ist so ausgebildet, daß er der Flüssigkeit den Durchlauf in das Schaftrohr 2 er­ laubt. An der dem Schaftrohr 2 abgewandten Seite des An­ satzes 8 ist eine Fläche 9 vorgesehen, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des Schaftrohres 2 angeordnet ist. In der im wesentlichen zylindrischen Wandung des Ansatzes 8 sind diametral gegenüberliegend Nuten 12 angeordnet. Der Rohrgewindeanschluß 3 ist ebenfalls mit einem im wesent­ lichen zylindrischen Ansatzteil 35 versehen, das als zweites Kupplungsteil dient. Aus diesem Teil 35 ragen senkrecht zur Achsrichtung des Schaftrohres 2 Vorsprünge 11, z. B. Bolzen hervor. Diese Vorsprünge 11 wirken zusammen mit den Nuten 12. Das zylindrische Teil 35 hat einen so bemessenen Außen­ durchmesser und der Ansatz 8 einen so bemessenen Innendurch­ messer, daß das Teil 35 in den Ansatz 8 hineingeschoben werden kann. Die Nuten 12 und die Vorsprünge 11 sind so bemessen, daß die Vorsprünge in die Nuten 12 eingreifen können und von diesen geführt werden. Die Außenwandung des Teiles 35 und die Innenwandung sind gegeneinander abgedich­ tet, beispielsweise durch einen o-Ring 16 in einer ring­ förmigen Nut 17. Auf diese Weise wird die Verbindung von Schaftrohr 2 und Rohrgewindeanschluß 3 gegen den Austritt der Kühlflüssigkeit abgedichtet.

Das Schaftrohr 2 und der Rohrgewindeanschluß 3 bilden prak­ tisch ein erstes und ein zweites Kupplungsteil, die beide durch die Vorsprünge 1 und die Nuten 12 leicht kuppelbar sind. Die Kupplung 2, 3 ist dabei so beschaffen, daß die beiden Teile 2, 3 bei ihrer Verbindung zugleich durch die zwischen ihnen angeordnete Dichtung 16 abgedichtet werden. Für die Erleichterung der Kupplung weisen die Nuten 12 im Teil 8 einen zunächst etwa in Achsrichtung des Schaftrohres 2 verlaufenden Eingangsteil 12 a und dann anschließend einen schräg oder senkrecht zur Achsrichtung verlaufenden Führungs­ teil 12 b auf. Die Richtung von Teil 12 b ist so gewählt, daß die Nutwandung bei der Drehung der zu kuppelnden Teile 2, 3 den Vorsprung 11 in Richtung auf eine Raste R führt. Die Raste R verhindert, daß sich die beiden so zusammengefügten Teile 2, 3 ohne erneute rückläufige Drehung der Teile wieder lösen können. Wenn beispielsweise der Rohrgewindeanschluß 3 ortsfest aufgehängt ist, kann das oft sehr schwere Schaft­ rohr 2 zur Kupplung angehoben und lose in die Kupplung 3 eingehängt werden. In gleicher Weise können die locker gelösten Kupplungsteile nicht auseinanderfallen, sondern werden besonders aus der Verbindung herausgehoben und ab­ gesenkt. Beim Zusammensetzen der Kupplungsteile 2, 3 am Schaftrohr 2 und am Rohrgewindeansatz 3 werden zunächst der Ansatz 8 und das Teil 35 so ineinandergesteckt, daß der oder die Vorsprünge 11 in die Nutenteile 12 a eingreifen. An­ schließend werden das Schaftrohr 2 und das Teil 3 oder 35 so gegeneinander verdreht, daß sich die Vorsprünge 11 entlang der Nutenteile 12 b bewegen bis sie als Endlage die Raste R erreichen. Die Raste R wird durch eine Ausdehnung der Nute 12 b in Achsrichtung erzielt, vorzugsweise in Richtung auf die Fläche 9. Zur Vollendung der Kupplung ist auf dem Rohr­ gewindeanschlußteil 3 ein Klemmring 25 so verschiebbar, daß er den Vorsprung 11 fest in die Raste R zieht. Zur Verschie­ bung ist das Teil 3 mit einem Außengewinde und der Ring 25 mit einem Innengewinde versehen. Die einander zugewandten Flächen 9 des Ansatzes 8 und 14 des Klemmrings 25 sind so angeordnet und bemessen, daß sie fest gegeneinander gedrückt werden und ihre Verbindung abdichten. Es ist aber auch möglich, ein Kupplungsteil ständig am Bohrgerät zu belassen und nur die diversen Schaftrohre auszuwechseln bzw. anzu­ kuppeln. Die so geschaffene, kompakte und dichte Einheit wird in bekannter Weise mit dem Gewindeanschluß 18 des nur angedeuteten Bohrgerätes 19 verbunden. Nach dem Gebrauch werden das Schaftrohr 2 und der Rohrgewindeanschluß 3 wieder voneinander durch Drehung der Teile getrennt. Die Trennung erfordert keine Werkzeuge. Zur Erleichterung der Trennung von evtl. stärker verklemmten Teilen kann die Außenseite des Teiles 25 gerändelt sein oder andere Grifferleichterungen aufweisen. Außerdem kann eine Einfräsung F zum Ansetzen von Werkzeugen vorgesehen sein.

Am Innenrand der Fläche 9 sind Vorsprünge 91 in Richtung auf das andere Kupplungsteil angeordnet. Im Klemmring 25 ist der Innenbereich 141 neben der Fläche 14 so geformt oder ab­ gedreht, daß die Vorsprünge 91 in den Klemmring 25 eintau­ chen können, wenn dieser zur Verklemmung der Flächen 9, 14 bzw. der Bolzen 11 in den Nuten 12 auf den Ansatz 8 zu verdreht wird. Dabei soll zwischen den Vorsprüngen 91 und der Wandung 142 des Bereiches 141 gerade soviel Distanz bleiben, daß die Flächen 142 und 92 sich nicht ohne weiteres berühren. Dadurch wird erreicht, daß die Flächen 141 und 92 nicht zur Zentrierung der Kupplungsteile 2, 3 beitragen und diese auch nicht ungünstig beeinflussen können, was bei­ spielsweise geschehen könnte, wenn die beiden Teile nicht mehr genau in Achsrichtung fluchten würden durch den Einfluß der beiden Wandungen 92, 142.

Die Vorsprünge 91 und die entsprechende Form 141 im Klemm­ ring ermöglichen eine geringere Festigkeit der verwendeten Materialien und Abmessungen. Es wird dadurch möglich, statt eines hochfesten Stahls Keramik oder Kunststoff, beispiels­ weise glasfaserverstärkten Kunststoff GFK oder ein Polyamid der Typen PA 6 oder PA 6,6 oder einen polykristallinen Kunststoff zu verwenden. Vorzugsweise wird ein Kunststoff eingesetzt, wie er bereits als Lagerwerkstoff Verwendung findet. Das sind Kunststoffe, die wenig Wasser aufnehmen und leicht bearbeitbar sind. Während des Betriebes werden über die Kupplung hohe Kräfte übertragen. Dabei können Kräfte eine Verformung des Materials bewirken, beispielsweise radial, in Richtung der Nute 12 b oder in Richtung auf das andere Kupplungsteil. Durch die beiden Klemmflächen 9 und 14 werden Verformungen in Richtung auf das andere Kupplungsteil verhindert, da die beiden Flächen unter großem Druck gegen­ einander gepreßt werden. Eine Verformung in Richtung der Nute 12 b oder in radialer Richtung wird durch die Zusammen­ wirkung der Vorsprünge 91 und 141 unterbunden, wenn die Verformungen ein vorbestimmtes Maß übersteigen. Dann nämlich liegen die beiden Wandungen gegeneinander.

Um die Wirksamkeit der gegeneinandergedrückten Stirnflächen 9 und 14 zu erhöhen, werden diese Flächen so groß wie mög­ lich gemacht. Zu diesem Zweck wird der Außendurchmesser des Klemmrings 25 im Bereich der Fläche 14 größer bemessen als es der Dicke dieses Klemmrings entspricht.

In Fig. 2 ist die geschnittene Seitenansicht eines Schaft­ rohres 2 mit dem an einem Ende eingesetzten Ansatz 8 und dem angekuppelten Rohrgewindeanschlußteil 3 dargestellt. Deut­ lich sichtbar ist die Dichtung 16 zwischen dem Ansatz 8 und dem Ansatzteil 35.

Fig. 3 zeigt die geschnittene Seitenansicht einer Kupplung. Abweichend von der in Fig. 2 dargestellten Kupplung ist hier der Vorsprung 91 mit einem etwa trapezförmigen Profil aus­ gebildet.

In Fig. 4 ist eine Weiterbildung der Kupplungen nach Fig. 1 -Fig. 3 für die Übertragung besonders großer Kräfte darge­ stellt. Bei dieser Weiterbildung ist der Kunststoffkörper 8 von einer dünnen, die Haltbarkeit steigernden Metallhülse 81 umgeben, die aufgeschrumpft und/oder aufgeklebt ist.

Fig. 5 zeigt eine Kupplung mit Vertiefungen 93 in dem die Nuten 12 tragenden Kupplungsstück 8. Diese Vertiefungen 93 können rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet sein und als einzelne Vertiefungen oder als Nuten ausgebildet sein. Nuten haben sich als besonders geeignet erwiesen. In die Nuten 93 greifen gratförmige Vorsprünge 144 des Klemmrings 25 ein. Auch hier ist dafür Sorge getragen, daß die Wandun­ gen der Vorsprünge und Nuten sich ohne zusätzliche Verfor­ mungen nach der Verkupplung nicht berühren.

Die vorstehend anhand der Figuren beschriebene Kupplung kann als Teil der Gestängerohre verwendet werden. Die Kupplungs­ teile können aber auch als gesonderte Bauteile vielseitig eingesetzt werden.

In Fig. 6 ist ein Schaftrohr 2 mit einem Kupplungsstück 8 dargestellt, das in das Schaftrohr 2 eingepaßt, mit diesem mittels eines hochfesten Klebers verklebt und zusätzlich mittels Nieten 81, Schrauben oder dergl. verbunden ist. Das Kupplungsteil 8 ist mit einem Gewinde 82 versehen, das zur Aufnahme von Kupplungsteilen mit Gewinde, z. B. üblichen Rohranschlußgewindeteilen ausgebildet ist.

Die Verwendung der Kupplungsteile aus Kunststoff führt zu einer wesentlichen Verringerung der Bohrgeräusche.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Kupplung 8 dargestellt, bei dem ein Kupplungsteil 82 im wesentlichen scheibenförmig aus­ gebildet und durch Aufschrumpfen und/oder Kleben und/oder Vernie­ ten oder Verschrauben mit dem Gestänge 2 fest verbunden ist. Ge­ stänge 2 unterschiedlicher Durchmesser sind mit entsprechend an­ gepaßten Kupplungsteilen 82 versehen. Im Kupplungsteil 82 ist eine zum Gestänge koaxiale Bohrung mit Innengewinde 821 vorgesehen. In diese Gewindebohrung 821 ist ein rohrförmiges Kupplungsteil 80 ein­ schraubbar und mittels eines Anschlages 87 und/oder durch Bohrungen 85 und Bolzen 86 arretierbar. Die Bohrungen 85 durchdringen sowohl die Gewindebohrung 821 als auch das Kupplungsstück 80. Das Gewinde der Gewindebohrung ist relativ steil und grob, um ein Festfressen während des Betriebes mit großer Kraftübertragung zu vermeiden.

Das rohrförmige Kupplungsstück 80 ragt mit einem Teil seiner Länge über den stirnseitigen Abschluß des Gestängeteils 2 hinaus und ist in diesem Bereich mit dem Kupplungsteil 3 aus Fig. 1 kuppelbar. Das Kupplungsstück 80 ist mit Nuten 12 und ggf. mit einer Raststellung R für die Aufnahme des Kupplungsteiles 3 mit seinen Vorsprüngen 11 ver­ sehen. Um eine Verformung des durch die Nuten 12 oder dergl. ge­ schwächten Randbereichs des Kupplungsstückes zu vermeiden, ist die Außenseite des Kupplungsstückes 80 wenigstens im Bereich der Nuten 12 mit einem Gewinde 801 versehen, auf das ein Ring 81 mit entspre­ chendem Innengewinde 811 aufschraubbar ist. Dieser Ring 81 gibt da­ durch jeder Windung des Gewindes 801 Halt und bewirkt eine Stabili­ sierung des Randbereichs. Der Durchmesser des Ringes 81 ist so ge­ wählt, daß er über die bereits eingebaute Kupplung 3 geführt werden kann.

Die Teile 80, 82, sowie der Ring 81 aus einem Kunststoff, insbe­ sondere aus einem Gußpolyamid PA 6 oder PA 6,6 gefertigt sind. Durch kegelförmige Ausbildung der Gewinde 801 und 811 läßt sich die Verbindung der Teile vereinfachen und das Auswechselverfahren be­ schleunigen. Die Bolzen 11 und 86 sind vorzugsweise aus Metall gefertigt. Die Verbindungsstifte 84 können Schrauben oder Nieten sein. Vor der Verbindung der Teile 2 und 82 wird das Gestängeteil 2 erhitzt und das Abschlußteil 82 gekühlt. Nach dem Aufschrumpfen ggf. in Ver­ bindung mit einem Verkleben der benachbarten Flächen und den genann­ ten Nieten 84 kann diese Verbindung auch sehr hohe Kräfte übertragen.

Claims (15)

1. Kupplung für rohrförmige Gestänge mit Kraftübertragung, bei dem ein erstes Kupplungsteil (8) einen stirnseiti­ gen Abschluß des Gestänges (2), insbesondere des Schaf­ tes einer Diamantbohrkrone, bildet und das andere Kupp­ lungsteil (3) in das erste Kupplungsteil (8) einsteck­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kupp­ lungsteil (8) ein der Kupplung dienendes, über das Gestänge (2) in Achsrichtung hinausragendes rohrförmi­ ges Stück (80) aufweist und daß das rohrförmige Stück (80) von einer Hülse (81) umfaßt ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (81) auf dem Umfang des rohrförmigen Stückes (80) aufgeschrumpft und/oder aufgeklebt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das rohrförmige Stück (80) mit einem Außenge­ winde (801) und die Hülse (81) mit einem entsprechenden Innengewinde (811) versehen ist.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der Hülse (81) größer ist als der Außendurchmesser der mit dem rohrförmigen Stück (80) kuppelbaren Teile (3).

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• a) von den beiden miteinander zu kuppelnden Teilen (3, 8, 80) das eine (3) Vorsprünge, Bolzen oder dergl. (11) aufweist und das andere (80) Nuten (12) für die Aufnahme der Vorsprünge, Bolzen oder dergl. (11),
• b) die Nuten (12) im rohrförmigen Stück (80) angeord­ net sind und daß das rohrförmige Stück (80) zur Bildung des Kupplungsteiles (8) durch Schraub­ verbindung (821, 831) mit einem im wesentlichen scheibenförmigen Abschlußteil (82) des Gestänges (2) verbindbar ist.
• c) ein Ring (81) mit einem Innengewinde (811) vor­ gesehen ist, der auf das Außengewinde (801) des rohrförmigen Stückes schraubbar ist und das rohr­ förmige Stück (80) wenigstens im Bereich der Nuten (12) umschließt.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverbindung (821, 831) des rohrförmigen Stückes (80) einen größeren Durchmesser hat als der die Nuten (12) aufweisende Teil (801).

7. Kupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß im scheibenförmigen Abschlußteil (82) wenig­ stens eine Bohrung (85) vorgesehen ist, in die ein Bolzen (6) zur Blockierung der Drehbewegung des Gewin­ des (831) im Gewinde (821) des Abschlußteils (82) steckbar ist.

8. Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Abschlußteil (82) ein Anschlag (87) für das rohr­ förmige Stück (80) vorgesehen ist.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gestängeteil (2) auf das Abschlußteil (82) aufgeschrumpft und/oder aufgeklebt ist.

10. Verfahren zur Verbindung des Abschlußteils (82) der Kupplung (8) nach einem der Ansprüche 1-9 mit dem Gestänge (2), dadurch gekennzeichnet, daß vor der Zusammenfügung der Teile (2, 82) das Gestänge (2) er­ hitzt und das Abschlußteil (82) gekühlt wird.

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Kupplungsteil (80) und das Abschluß­ teil (82) sowie der Ring (81) aus Kunststoff gefertigt sind.

12. Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Kunststoffes ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) ist.

13. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Polyamid ist, inbesondere ein Guß­ polyamid der Type PA 6 oder PA 6,6.

14. Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Material polykristallin ist.

15. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gewinde (801, 811) von Ring (81) und Stück (80) kegelförmig ausgebildet sind.