DE3942030A1 - Bohrrohr mit ein- oder beidendig angebrachten kupplungsvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrrohr mit ein- oder beidendig angebrachten Kupplungsvorrichtungen.

Bekannt sind Bohrrohre zur Sicherung von Bohrlöchern, die drehend-rotierend oder drehend-oszillierend in den Boden eingebohrt werden. Dabei können die Rohre einwandig oder doppelwandig ausgebildet sein. Die Regelgrößen der Bohrrohre für den Einsatz bei Bohrpfahlgründungen liegen zwischen ⌀ 600 mm bis ⌀ 2000 mm, in Extremfällen bis ⌀ 2500 mm. Wegen der besonderen Art der Beanspruchung und der Übertra­ gung des Drehmomentes auf den Bohrrohrstrang muß einerseits die Rohrschale ziemlich steif, andererseits dürfen die Rohre auch nicht zu schwer sein. Daher besteht überwiegend der Rohrmantel aus Doppelrohren mit einem Zwischenraum, der mit einem Füllstoff ausgegossen ist oder als Hohlraum mittels längsverlaufenden, sternförmig in radiale Richtungen wei­ senden Distanzstege erhalten bleibt.

Die Rohrverbindungen werden durch Kupplungen hergestellt, die grundsätzlich als Muffen- und Zapfen-Kuppelteil ausge­ bildet sind. Zur Übertragung der Kräfte aus dem Drehmoment und aus dem vertikalen Zug sind unterschiedliche Gestaltun­ gen in Gebrauch. Bei einer bekannten Ausführung werden diese Kräfte über radial angeordnete Gewindebolzen übertragen. Bei anderen bekannten Kupplungen werden die beiden rechtwinklig zueinander gerichteten Kräfte über zwei unterschiedliche Elemente übertragen. Die Kräfte aus dem Drehmoment fließen über eine Radialkupplung, ähnlich einer Klauenkupplung. Die Zugkräfte werden über eine Axialkupplung übertragen, die aus Sperrkörpern gebildet ist, welche in einander gegenüberlie­ genden Ringnuten eingeschoben sind.

Als nachteilig beim genannten Stand der Technik wurde er­ kannt, daß die radialen Gewindeschraubbolzen besonders bei großen Bohrrohr-Durchmessern zur Übertragung der großen, z. T. stoßartig auftretenden Kräfte nicht ausreichen, so daß ein einwandfreier Kontaktsitz bei der großen Zahl von um­ fangsverteilten Schrauben nicht mehr erreichbar ist. Daher tritt eine Überbelastung der wenigen auf Kontakt stehenden Schrauben mit der Folge einer Deformierung und Zerstörung der Gewinde ein. Derartige Kupplungen können daher nicht mehr betriebsmäßig gelöst werden; es bedarf einer Abtrennung der Kuppelteile.

Dasselbe gilt auch bei den Axialkupplungen, da sich zum Lösen der Kupplung die Sperrkörper oft gar nicht oder meist nur mühsam aus den Ringnuten entfernen lassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge­ mäße Kupplung zu schaffen, bei welcher die Verbindungsele­ mente nicht einer Deformierungs- und Zerstörungsgefahr unterliegen, sondern die stets ohne Komplikationen lösbar ist. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß insbesondere die Verbindungselemente für die Übertragung der Zugkräfte von Einwirkungen von Kräften aus anderen Richtun­ gen, insbesondere von den radial bzw. tangential gerichteten Kräften freigehalten werden sollen.

Ausgehend von dieser Erkenntnis besteht die Erfindung darin, daß die Kraftübertragungselemente aus

A.0 einem (unteren) mit dem Bohrrohr lösbar verbundenen Zap­ fen-Kuppelring mit umfangsverteilten Kupplungsklauen, bei dem
A.1 der ringförmige Kupplungszapfen umfangsverteilte koni­ sche Bolzen-Lagerbohrungen aufweist, und
B.0 einem (oberen) mit dem Bohrrohr verbundenen Muffen-Kup­ pelring mit umfangsverteilten Kupplungsklauen, der
B.1 umfangsverteilte, mit den Bolzen-Lagerbohrungen im in­ einandergesteckten Zustand fluchtend angeordnete zylin­ drische Gewinde-Bohrungen aufweist, welche
B.2 in in zum Bohrrohr radialer Ebene und zur Bohrrohr-Wan­ dung tangentialen Richtung verschiebbaren Gewinde-Lagern angeordnet, und
B.3 in welche letztere Kupplungsbolzen eingeschraubt sind, deren konische Kupplungsteile in die Bolzen-Lagerbohrun­ gen eingreifen,

gebildet sind.

Durch diese Ausbildungsweise ist gewährleistet, daß eine Verformung oder gar Zerstörung der Kupplungsbolzen vermieden wird, und es wird erreicht, daß diese jederzeit leicht herausgeschraubt werden können und damit die Kupplung gelöst werden kann.

Weitere vorteilhafte Merkmale bestehen darin, daß die Gewin­ de-Lager in zur Bohrrohr-Wandung tangential und in radialer Ebene zum Bohrrohr verlaufenden Führungen verschiebbar gela­ gert sind. Dabei bestehen Lösungsmöglichkeiten darin, daß die Führungen aus in Nuten geführten Gleitleisten oder aber daß die Führungen aus in Nuten geführten Wälzkörpern gebil­ det sind. Jedenfalls ist durch diese Ausbildungsweise der verschieblichen Lagerung der Gewinde-Lager für die Kupp­ lungsbolzen sichergestellt, daß diese beim Auftreten von in radialen bzw. tangentialen Richtungen auftretenden Kräften durch Ausweichen nachgeben können und dadurch Zwängungskräf­ te vermieden werden.

Außerdem erscheint erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn die Nuten in Lagerhülsen angeordnet sind, welche in entsprechen­ den Ausnehmungen des Muffen-Kuppelringes befestigt sind, und ferner, wenn die konischen Bolzen-Lagerbohrungen in Boh­ rungshülsen angeordnet sind, welche umfangsverteilt in ent­ sprechenden Ausnehmungen des ringförmigen Kupplungszapfens befestigt sind.

Wenn die Bohrrohrkupplung so ausgebildet ist, daß das Dreh­ moment allein über eine Radialkupplung übertragen wird, dann sind bei der Rückgewinnung der Bohrrohre die Kupplungsbolzen nur durch die Zugkräfte belastet, die in ihrem Gewindesitz in horizontaler Ebene tangential beweglich sind. Damit wird erreicht, daß aus dem Drehmoment keine Kräfte eingeleitet und übertragen werden können.

Die auf dem Umfang verteilten Kupplungsbolzen haben im Va­ terteil der Kupplung einen resten Sitz. Der Gewindesitz ist oben und unten abgeflacht und mit Nuten versehen, in denen Walzkörper oder Gleitleisten gelagert sind. Damit wird der Gewindesitz in seiner Vertikallage fixiert, mit geringen Be­ wegungstoleranzen, und in seiner Horizontallage geringfügig verschiebbar gemacht. Die kreisabschnittartig geformten oder als Lagerhülsen ausgebildeten Gegenlager mit den Nuten sind in einem Paßsitz auf Kontakt eingeschweißt. Die Kupplungs­ bolzen lassen sich in bekannter Weise mit Spezialschlüsseln aus- und eindrehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung be­ steht darin, daß die zur Drehmomentübertragung erforder­ lichen Kuppelteile in ihrer Grundform im Unter- und Oberteil absolut übereinstimmen. Der Muffen-Kuppelring wird gegen die Kupplungsmuffe geschweißt. Der Zapfen-Kuppelring dagegen wird auf den Kupplungszapfen aufgeschrumpft und mit Senk- Bolzen oder Nieten gesichert. Von der Materialgüte her be­ sitzt der untere Zapfen-Kuppelring eine geringere Festig­ keit, damit wird der Verschleiß mehr auf den leicht aus­ tauschbaren Kupplungsteil gelenkt.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist noch in der wei­ teren Ausgestaltung des als Doppelwandrohr ausgebildeten Bohrrohres in der Weise vorgesehen, daß die beiden Schalen des Bohrrohrmantels mittels eines zwischen den Wandungen mit längslaufen den Sicken eingeschweißten Spitz-Wellblechs zu­ einander ausgesteift sind. Durch diese Ausbildung wird eine Gewichtsersparnis und zugleich eine höhere Steifigkeit bei diesen Bohrrohren ermöglicht. Diese Effekte beruhen darauf, daß durch die rundum eingeschweißten Wellblech-Mäntel eine fachwerkartige Versteirungswirkung erzielt wird, die es ge­ stattet, die Wandstärken der inneren und äußeren Rohrschale wesentlich zu verringern. Es wird gegenüber den Ausführungen mit den bisher üblichen drei oder vier Längsrippen auch eine gesteigerte geometrische Formbeständigkeit erreicht, was ebenfalls dazu beiträgt, daß die Rohre in den Bereichen der Kuppplungsvorrichtungen und auch diese selbst formbeständig bleiben, so daß sich die Kupplungen selbst stets einwandfrei zum An- und Abkuppeln betätigen lassen.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in den Skizzen und Zeichnungen dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 das obere Teil der Kupplung in perspektivischer Dar­ stellung,

Fig. 2 das untere Teil der Kupplung mit dem Zapfen-Kuppel­ ring,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung der verbundenen Kupp­ lungsteile,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung "A" nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Teilquerschnitt durch die Doppelschale eines Bohrrohres mit eingeschweißtem Spitz-Wellblech.

Die Bohrrohrkupplung besteht aus den jeweils am Bohrrohr 1 befestigten Muffenteil 2 und dem Zapfenteil 3, zur Übertra­ gung des Drehmomentes aus dem Muffen-Kuppelring 4 und dem abtrennbaren Zapfen-Kuppelring 5. Der Zapfen-Kuppelring 5 ist über die Bolzen 12 mit dem Kupplungszapfen 3 fest ver­ bunden. Die Zugkräfte werden durch die Kupplungsbolzen 13 auf die Lagerbohrungen 16 übertragen. Die Kupplungsbolzen 13 sind in dem Gewinde-Lager 6 in der Lagerhülse bzw. den Nuten 11 mittels der Wälzkörper 9 oder der Gleitleisten 10 tangen­ tial nachgiebig gelagert. Mit 14 ist eine Abdichtung der Bolzen-Lagerbohrungen gegen eindringendes Grundwasser be­ zeichnet.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch eine Rohrwandung eines Doppelwandrohres, welches aus der Doppelschale 1 mit dem Spitz-Wellblech 20 besteht. Die Flanken des Spitz-Wellble­ ches 22 weisen eine Neigung von 90° bis 120° auf und verlau­ fen in Rohrlängsrichtung. Dadurch wird eine Rohrwandung von sehr großer Steifigkeit gebildet, und es wird ermöglicht, daß die Wanddicke der beiden Wandungsschalen 1 herabgesetzt und damit eine erhebliche Gewichtseinsparung bei größerer Steifigkeit erreicht werden kann.

Bezugszeichenliste

 1 Bohrrohr
 2 Kupplungsmuffe
 3 ringf. Kupplungszapfen
 4 Muffen-Kuppelring
 5 Zapfen-Kuppelring
 6 Gewinde-Lager
 7 Bohrungshülsen
 8 Lagerhülsen
 9 Wälzkörper
10 Gleitleisten
11 Nuten
13 Kupplungsbolzen
15 (untere) Kupplungsklauen
16 Bolzen-Lagerbohrungen
17 (obere) Kupplungsklauen
18 Gewinde-Bohrung
19 konische Kupplungsteile
20 Spitz-Wellblech

Claims (9)

1. Bohrrohr mit ein- oder beidendig angebrachten Kupplungs­ vorrichtungen zum Verbinden mit weiteren Bohrrohren zu einem Bohrrohrstrang, die an ihren Enden jeweils ineinander­ steckbar ein Muffen- und ein Zapfen-Kuppelteil aufweisen, die mittels formschlüssigen Kraftübertragungselementen ver­ bindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungselemente aus A.0 einem (unteren) mit dem Bohrrohr (1) lösbar verbundenen Zapfen-Kuppelring (5) mit umfangsverteilten Kupplungs­ klauen (15), bei dem
A.1 der ringförmige Kupplungszapfen (3) umfangsverteilte ko­ nische Bolzen-Lagerbohrungen (16) aufweist, und
B.0 einem (oberen) mit dem Bohrrohr (1) verbundenen Muffen- Kuppelring (4) mit umfangsverteilten Kupplungsklauen (17), der
B.1 umfangsverteilte, mit den Bolzen-Lagerbohrungen (16) im ineinandergesteckten Zustand fluchtend angeordnete zy­ lindrische Gewinde-Bohrungen (18) aufweist, welche B.2 in in zum Bohrrohr radialer Ebene und zur Bohrrohr-Wan­ dung tangentialen Richtung verschiebbaren Gewinde-Lagern (6) angeordnet, und
B.3 in welche letztere Kupplungsbolzen (13) eingeschraubt sind, deren konische Kupplungsteile (19) in die Bolzen- Lagerbohrungen (16) eingreifen,gebildet sind.

2. Bohrrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde-Lager (6) in zur Bohrrohr-Wandung tangential und in radialer Ebene zum Bohrrohr verlaufenden Führungen (9, 10, 11) verschiebbar gelagert sind.

3. Bohrrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen aus in Nuten (11) geführten Gleitleisten (10) gebildet sind.

4. Bohrrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen aus in Nuten (11) geführten Wälzkörpern (9) ge­ bildet sind.

5. Bohrrohr nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (11) in Lagerhül­ sen (8) angeordnet sind, welche in entsprechenden Ausnehmun­ gen des Muffen-Kuppelringes (4) befestigt sind.

6. Bohrrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konischen Bolzen-Lagerbohrungen (16) in Bohrungshül­ sen (7) angeordnet sind, welche umfangsverteilt in entspre­ chenden Ausnehmungen des ringförmigen Kupplungszapfens (3) befestigt sind.

7. Bohrrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen-Kuppelring (5) und der Muffen-Kuppelring (4) aus formgleichen Bauteilen gebildet sind.

8. Bohrrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen-Kuppelring (5) aus einem Werkstoff geringere­ rer Verschleißfestigkeit besteht als der Muffen-Kuppelring (4).

9. Bohrrohr in Ausbildung als Doppelwandrohr, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Schalen (1) des Bohrrohr­ mantels mittels eines zwischen den Wandungen mit längslau­ fenden Sicken eingeschweißten Spitz-Wellblechs (15) zueinan­ der ausgesteift sind.