DE3814365A1 - 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 korosionsstabilen 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 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen 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 ein anderes Beispiel der Kupplung

Fig. 6 ein Schaftrohr mit Schraubabschluß

Fig. 7 Ein Gestänge mit Abschlußscheibe

Fig. 8 eine Kupplung mit Schutzüberzug

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 11 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 Schaftrohr 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 6 zu verddreht 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 der Vorsprung 91 mit einem ca.trapezförmigen Profil ausgebildet.

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 anhand der Figuren beschriebene Kupplung kann als Teil des Gestänges verwendet werden. Ihre Teile können aber auch als gesonderte Bauteile vielseitig eingesetzt werden.

In Fig. 6 ist ein Kupplungsstück 8 in ein Schaftrohr 2 als stirnseitiger Abschluß eingepaßt und befestigt ist, z.B mittels eines hochfesten Klebers und ggf. zusätzlich mittels Nieten 81, Schrauben oder dergl. Das Kupplungsteil 8 ist mit einem Gewinde 82 versehen, das zur Aufnahme von Kupplungs­ teilen mit Gewinde, z.B. üblichen Rohranschlußgewindeteilen ausgebildet ist. Das Kupplungsteil 8 ist aus Kunststoff gefertigt, insbesondere einem glasfaserverstärkten Gußpoly­ amid PA6 oder 6, 6. Die Verwendung der Kupplungsteile aus Kunststoff führt zu einer wesentlichen Verringerung der Bohrgeräusche und zugleich zu einer längeren Standzeit der Bohrer, da die Schwingungen und Schläge auf die Diamanten verringert werden.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel der Kupplung 8 mit einem im wesentlichen scheibenförmigen Kupplungsteil 82 dargestellt, das ähnlich Fig. 6 mit dem Schaftrohr 2 ver­ bunden ist. Zur Erhöhung der Verdrehsicherheit sind am Umfang der Scheibe 82 Rillen 100 und Vorsprünge 102 ange­ ordnet, die beispielsweise durch Rändeln erzeugt werden. Diese Rillen und Vorsprünge verlaufen vorzugsweise parallel zur Achsrichtung des Schaftrohres 2. An der Innenseite des Schaftrohres 2 sind entsprechende Rillen 101 und Vorsprünge 103 vorgesehen, die bei zusammengesetzter Anordnung in die entsprechenden Rillen 100 und Vorsprünge 102 eingreifen. Schaftrohre 2 unterschiedlicher Durchmesser sind mit ent­ sprechend angepaßten Abschluß-Scheiben 82 versehen. Diese Abschlußscheiben haben Bohrungen mit Innengewinde 821, die für die Aufnahme eines rohrförmigen Kupplungsteiles 80 mit entsprechendem Außengewinde ausgebildet sind. Ein über die Abschlußscheibe 82 hinausragende Teil ist mit dem zweiten Kupplungsstück 3 bzw. 35 verbindbar. Mittels eines Anschlages 87 und/oder durch Bohrungen 85 und durchsteckbare Bolzen 86 ist das rohrförmige Kupplungsteil 80 in der Gewinde-Bohrung 821 arretierbar. Die Bolzen 86 sind von beiden Seiten der Abschlußscheibe 82 her einsteckbar, vorzugsweise jedoch von der Kupplungsseite her. Das Gewinde 821 der Gewindebohrung ist relativ steil und grob, um ein Fressen bei der Über­ tragung hoher Kräfte zu vermeiden.

Das Kupplungsstück 80 ist mit Nuten 12 und ggf. mit einer Raststellung R für die Aufnahme der Bolzen 11 des Kupplungs­ teiles 3 versehen. Um eine Verformung des durch die Nuten und die Raststellung geschwächten Randbereiches des Kupp­ lungsstückes 80 zu vermeiden, ist die Außenseite der Kupp­ lung 80 mit einem Gewinde 801 versehen, auf das ein Ring 81 mit einem entsprechenden Innengewinde 811 aufschraubbar ist. Dieser Ring 81 gibt jeder Windung des Gewindes 801 Halt und stützt insbesondere den geschwächten Randbereich ab. Der Durchmesser des Ringes 81 ist im Innenbereich so gewählt, daß er über die bereits eingesetzte Kupplung 3 geführt werden kann. Der äußere Durchmesser ist so gewählt, daß der Ring 81 sich bei der Befestigung auf der Oberfläche der Abschlußscheibe 82 abstützen kann. Durch kegelförmige Aus­ bildung der Gewinde 801, 811 läßt sich der Ein- und Ausbau vereinfachen und beschleunigen. Die Bolzen 11 und 86 sind vorzugsweise aus Metall, die Teile 80, 81 und 82 dagegen aus Kunststoff wie dem genannten Gußpolyamid. Die Verbindungs­ stifte 84 können Nieten oder Schrauben sein. Vor der Ver­ bindung der Teile 2, 82 wird das Gestängeteil 2 erhitzt und die Abschlußscheibe 82 gekühlt. Durch die Verwendung der relativ dicken Abschlußscheibe aus einem schwingungsdämpfen­ den Kunststoff werden Stöße und Schwingungen zum Bohrkopf vermindert. Das bewirkt nicht nur ein leiseres und damit angenehmeres Bohren, sondern auch eine längere Lebensdauer der Bohrer, insbesondere bei Diamantbohrern.

Fig. 8 zeigt eine Ausführung des zweiten Kupplungsteiles 3, durch die eine weitere Herabsetzung der Bohrgeräusche er­ zielt wird. Auf den Kupplungsbereich 35 ist ein im wesent­ lichen zylindrischer Überzug 31 aus einem Kunststoff gescho­ ben. In der Umfangsoberfläche des Teiles 35 ist eine ring­ förmige Nute 32 vorgesehen und an der Innenseite des Über­ zuges 31 ein entsprechender Grat 33, der im zusammengesetz­ ten Zustand in die Nute 32 einschnappt. Der Grat 33 ist an einer Flanke 34 so abgeschrägt, daß er beim Aufschieben des Überzuges diesen zunächst anhebt und dann selbst in die Nute schnappt. An der Außenseite des Überzuges 31 ist über dem Grat 33 eine Nute 36 zur Aufnahme eines Dichtringes 37 vorgesehen. Der Überzug dämpft nicht nur die Übertragung von Schwingungen sondern schützt auch die Kupplung 3, 35 gegen Beschädigung beim Herabfallen oder dergl. und Folgeschäden anderer Kupplungsteile.

Claims (12)

1. Kupplung für rohrförmige Gestänge mit Kraftübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Kupplungsteil (8) einen stirnseitigen Abschluß des Gestänges (2), insbesondere des Schaftes einer Diamantbohrkrone, bildet, daß ein zweites Kupplungsteil (3) mit dem ersten Kupplungsteil (8) verbindbar ist, und daß das erste Kupplungsteil (8) aus Kunststoff gefertigt ist und an seinem Umfang mit dem Gestänge (2) verbunden ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestänge (2) auf dem Umfang des ersten Kupplungs­ teiles (8) aufgeschrumpft und/oder aufgeklebt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gestänge (2) an seiner Innenseite mit Rillen (100, 101) und Vorsprüngen (102, 103) versehen sind, und daß die Rillen (100, 101) und Vorsprünge (102, 103) der miteinander verbundenen Kupplung (8) und Gestänge (2) ineinandergreifen.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in das erste Kupplungsteil (8) ein rohrförmiges Kupp­ lungsstück (80) einschraubbar ist.

5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des in das erste Kupplungsteil (8) einschraubbaren Teiles des Kupplungsstückes (80) größer ist als der Außendurchmesser des aus dem ersten Kupp­ lungsteil (8) herausragenden Teiles des Kupplungsstückes (80) und daß in den Bereich größeren Durchmessers von außen Bolzen einsteckbar sind, die das erste Kupp­ lungsteil (3) und des Kupplungsstück (80) durchdringen und eine Drehung des Kuppplungsstückes arretieren.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Rillen (100, 101) und Vorsprünge (102,103) parallel zur Achsrichtung des Gestänges verlaufen.

7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen (100, 101) und Vorsprünge (102, 103) durch Rändelung erzeugt sind.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• a) von den beiden miteinander zu kuppelnden Teilen (3, 8, 80) das zweite Kupplungsteil (3) Vorsprünge, Bolzen oder dergl. (11) aufweist und das erste Kupplungsteil (80) Nuten (12) für die Aufnahme der Vorsprünge, Bolzen oder dergl. (11),
• b) das zweite Kupplungsteil (3) auf dem Umfang des zur Kupplung dienenden Teiles (35) einen im we­ sentlichen zylinderförmigen Überzug (31) aus Kunststoff trägt.

9. Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang des zweiten Kupplungsteiles (3, 35) eine ringförmige Nute (32) und an der Innenseite des Über­ zuges (31) ein entsprechend angeordneter Grat (33) vorgesehen ist, der in die Nut (32) einschnappbar ist.

10. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Grat (33) eine schräge Flanke (34) an der dem ersten Kupplungsteil abgewandten Seite hat.

11. Kupplung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (31) an seiner Außenseite über dem Grat (33) eine Nute (36) zur Aufnahme einer Dichtung (37).

12. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Ringes (81) so groß bemessen ist, daß sich die Stirnfläche des Ringes (81) im Be­ reich seines Umfanges auf der Stirnfläche der Scheibe (82) abstützt.