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Technisches
Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf mit Gewinde versehene rohrförmige Verbindungsteile,
die beim Bohren von Öl-
und Gasbohrlöchern
sowie der Öl- und
Gasförderung
verwendet werden können,
wie beispielsweise für
Rohre, Verschalungen, Leitungsrohre und Bohrgestänge, was zusammen im Allgemeinen
als Ölfeld-Rohrteile
bezeichnet wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein
rohrförmiges
Verbindungsteil zur Verbindung eines männlichen Teils (Zapfen) und
eines weiblichen Teils (Buchse).
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Verwendung von mit Gewinde versehenen rohrförmigen Verbindungsteilen zum
Verbinden von Strömungskanälen in einer
durchgehenden Weise zum Ausbilden eines kontinuierlichen Strömungsweges
zum Transport eines unter Druck stehenden Fluids ist hinreichend
bekannt. Ölfeld-Rohrteile
verwenden alle mit Gewinde versehene Verbindungsteile zur Verbindung
von benachbarten Abschnitten von Rohren oder Leitungen. Beispiele
für derartige
mit Gewinde versehene Endverbindungselemente, die zur Verwendung
mit Ölfeld-Rohrteilen
vorgesehen sind, sind in den US-Patenten mit den Nr. 2,239,942; 2,992,019;
3,359,013; RE 30,647 sowie RE 34,467 offenbart, die alle an den
Abtretungsempfänger
der vorliegenden Erfindung abgetreten wurden.
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Das
US-Patent mit der Nr. 4,917,409, welches als US RE 34, 467 am 7.
Dezember 1993 wieder veröffentlicht
wurde, offenbart eine verbesserte, mit Gewinde versehene Verbindung,
um benachbarte Kanäle
unter Verwendung eines sich verjüngenden
oder keilförmigen
Gewindes mit winkeligen oder sich verjüngenden Lastflanken aneinander
zu sichern. Die Abmessung der Gewindestruktur ist überwacht,
um einen Einschluss von Gewindeschmiermittel beim rotativen Zusammenbau
zu verhindern.
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Es
existieret gegenwärtig
eine Technologie, die eine konische Metall-Metall-Dichtung mit einem Keilgewinde
als Drehmomentanschlag kombiniert. Die Schwierigkeit beim Arbeiten
mit diesem Konzept des Aufbaus besteht darin, dass die durch die
Geometrie des Keilgewindes und die Fähigkeiten bei der industriellen
Fertigung bedingten linearen Abweichungen des Keilgewinde-Drehmomentanschlags
einen sehr flachen Winkel für
die Metall-Metall-Dichtung notwendig machen. Um zum Erreichen eines
effizienten Dichtmechanismus einen hinreichend großen radialen
Eingriff in der Metall-Metall-Dichtung zu erzeugen, wird von dem
Zeitpunkt, an dem die flachgewinkelten Dichtungen des Buchsenelements
und des Zapfenelements einen erstmaligen Kontakt machen, bis zu
dem Zeitpunkt des endgültigen
Zusammenbaus ein erhebliches Ausmaß an Rotation benötigt. Je
länger
die Metall-Metall-Dichtungen während der
Rotation in Kontakt stehen, desto höher ist das Risiko eines Festfressens.
Falls der Eingriff verringert wird, um das Ausmaß an rotativen Kontakt herabzusetzen,
können
keine hinreichend großen
Kontaktkräfte
bestehen, um beim endgültigen
Zusammenbau eine verlässliche
Dichtung zu bewirken. Dies führt
zu einem kritischen Balanceakt, der nur wenig Spielraum zwischen
den Dichtfähigkeiten
einerseits und dem Widerstand gegenüber einem Festfressen andererseits
lässt.
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Wie
in 1 dargestellt, umfasst ein Verbindungselement 10 nach
dem Stand der Technik ein Zapfenteil 11 und ein Buchsenteil 12.
Das Buchsenteil 12 umfasst eine, sich verjüngende,
innen liegende im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Gewindestruktur 14,
die dazu ausgelegt ist, zur mechanischen Halterung des Buchsenteils
und des Zapfenteils auf lösbare
Weise aneinander in eine komplementäre an dem Zapfenteil 11 ausgebildete,
außen liegende,
sich verjüngende,
im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Gewindestruktur einzugreifen.
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Das
innen liegende Gewinde 14 des Buchsenteils 12 umfasst
Führungsflanken 18,
Lastflanken 16, Gewindegründe 20 und Gewindespitzen 24.
Das Gewinde nimmt mit einer gleichmäßigen Rate in einer Richtung
im Wesentlichen über
die gesamte Schraubenlänge
des Gewindes 14 in der Breite fortlaufend zu. Das außen liegende
Gewinde 15 des Zapfenteils 11 umfasst Führungsflanken 19, Lastflanken 17,
Gewindegründe 21 und
Gewindespitzen 25. Das Gewinde nimmt mit gleichmäßiger Rate in
der anderen Richtung im Wesentlichen über die gesamte Schraubenlänge des
Gewindes 15 in der Breite fortlaufend zu. Die entgegengesetzt
zunehmenden Gewindebreiten und die Verjüngung der Gewinde 14 und 15 veranlassen
die komplementären Gründe und
Spitzen der jeweiligen Gewinde dazu, sich beim Zusammenbau der Verbindung
in einen Eingriff zu bewegen. Beim Anschluss des Zusammenbau der
Verbindung folgt auf dem Eingriff der Gewindegründe und Gewindespitzen eine
Bewegung der komplementären
Führungsflanken
und Lastflanken in einen Eingriff. Die Bewegung der komplementären Flanken,
Gewindegründe
und Gewindespitzen in einen Eingriff bildet Dichtflächen, die
dem Fluss von Fluiden zwischen den Gewinden widerstehen.
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Das
Zapfenteil 11 bzw. das Buchsenteil 12 definieren
die Längsachse 13 der
zusammengesetzten Verbindung 10. Die Gewindegründe und
Gewindespitzen des Zapfenteils und des Buchsenteils sind flach und
parallel zur Längsachse
der Verbindung und weisen eine hinreichende Breite auf, um beim Zusammenbau
der Verbindung jegliche permanente Verformung der Gewinde zu vermeiden.
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2 zeigt
einen Querschnitt des Keilgewindes des Buchsenteils 11.
Die Abmessung AA stellt die Position des Gewindeanfangs und die
Abmessung BB die Gewindetiefe dar. Die Steigungen der Führungsflanken
und Lastflanken sind mit CC bzw. DD gekennzeichnet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Allgemeinen umfasst eine mit Gewinde versehene Rohrverbindung gemäß eines
Aspektes ein Buchsenteil mit mehreren innen liegenden, im Wesentlichen
schwalbenschwanzförmigen
Keilgewinden, die jeweils Führungsflanken,
Lastflanken, Gewindegründen
und Gewindespitzen aufweisen, sowie ein Zapfenteil mit mehreren
außen
liegenden, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Keilgewinden, die jeweils
Führungsflanken,
Lastflanken, Gewindegründe
und Gewindespitzen aufweisen. Die innen liegenden Keilgewinde des
Buchsenteils nehmen in einer Richtung in der Breite zu, während die außen liegenden
Keilgewinde des Zapfenteils in der anderen Richtung in der Breite
zunehmen, so dass die komplementären
Flanken der innen und außen liegenden
Keilgewinde sich beim Abschluss des Zusammenbaus der Verbindung
sich in einen Eingriff bewegen.
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Gemäß einer
oder mehrerer Ausführungsformen
der Erfindung kann das Buchsenteil zwei sich verjüngende,
innen liegende, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Keilgewinde
mit einem Gewindeanfang aufweisen und das Zapfenteil kann zwei sich
verjüngende,
außen
liegende, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Keilgewinde mit einem
Gewindeanfang aufweisen. Die beiden Gewindeanfänge der Gewinde des Buchsenteils
können um
180° versetzt
gegenüberliegen
und die beiden Gewindeanfänge
der Gewinde des Zapfenteils können
um 180° versetzt
gegenüberliegen.
Sowohl das Buchsenteil, als auch das Zapfenteil können jeweils ein
erstes Gewinde sowie ein zweites Gewinde aufweisen. Beim Abschluss
des Zusammenbaus kann eine Dichtung ausgebildet werden, wenn die
Lastflanken und die Führungsflanken
des ersten außen liegenden
Keilgewindes des Zapfenteils mit den entsprechenden Lastflanken
des ersten innen liegenden Keilgewindes und den entsprechenden Führungsflanken
des zweiten innen liegenden Keilgewindes des Buchsenteils in Kontakt
kommen und hierbei die Führungsflanken
und die Lastflanken des zweiten außen liegenden Keilgewindes
des Zapfenteils mit den entsprechenden Lastflanken des zweiten innen liegenden
Keilgewindes und den entsprechenden Führungsflanken des ersten innen
liegenden Keilgewindes des Buchsenteil in Kontakt kommen. Jedes einzelne
Keilgewinde kann eine Gewindetiefe, eine Verjüngung, eine Steigung der Führungsflanken
sowie eine Steigung der Lastflanken aufweisen, die zueinander identisch
sind. Die innen liegenden Keilgewinde und die außen liegenden Keilgewinde können derart
konisch ausgebildet sein, das komplementäre Gewindegründe und
Gewindespitzen sich beim Zusammenbau der Verbindung in einen Eingriff
bewegen, wobei dies gemeinsam mit der Bewegung der Flanken beim
Abschluss des Zusammenbaus der Verbindung in einen Eingriff erfolgt,
und Dichtflächen bilden,
die dem Fluss von Fluiden zwischen den Gewinden widerstehen. Die
innen liegenden Keilgewinde des Buchsenteils und die außen liegenden
Keilgewinde des Zapfenteils können
derart konisch ausgebildet sein, dass komplementäre Gewindegründe und
Gewindespitzen beim Abschluss des Zusammenbaus der Verbindung einen
kontrollierten Abstand behalten und gemeinsam mit einem Gewindeverbundstoff
Dichtflächen
bilden, die dem Fluss von Fluiden zwischen den Gewinden widerstehen.
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Jedes
einzelne Keilgewinde kann eine Verjüngung, eine Steigung der Führungsflanken
oder eine Steigung der Lastflanken aufweisen, die größer sind,
als die der entsprechenden Keilgewindeform nach dem Stand der Technik.
Die Gewindegründe und
Gewindespitzen der innen liegenden und außen liegenden Keilgewinde können eine
hinreichende Breite aufweisen, um jegliche permanente Verformung
der Gewinde beim Zusammenbau der Verbindung zu verhindern. Die Gewindegründe und
Gewindespitzen des Buchsenteils und des Zapfenteils können flach
und parallel zu einer Längsachse
der Verbindung ausgebildet sein. Die Gewindegründe des Buchsenteils und des
Zapfenteils können
flach und parallel zu einer Längsachse
der Verbindung ausgebildet sein, während die Gewindespitzen bezüglich der
Längsachse
der Verbindung abgeschrägt
sein können.
Der Kontakt zwischen den Gewindegründen und den Gewindespitzen
wenigstens eines Gewindes des Zapfenteils mit den komplementären Gewindegründen und
Gewindespitzen des Buchsenteils kann erfolgen, bevor der Kontakt
zwischen den Führungsflanken
und Lastflanken wenigstens eines Gewindes des Zapfenteils mit komplementären Führungsflanken
und Lastflanken des Buchsenteils erfolgt. Beim Kontakt zwischen
den Führungsflanken und
Lastflanken wenigstens eines Keilgewindes des Buchsenteils und komplementären Führungsflanken und
Lastflanken des Zapfenteils kann ein Abstand zwischen den Gewindegründen und
Gewindespitzen wenigstens eines Keilgewindes des Buchsenteils und
komplementären
Gewindegründen
und Gewindespitzen des Zapfenteils bestehen. Das Buchsenteil kann
zwei sich nicht verjüngende,
innen liegende, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Keilgewinde
aufweisen während
das Zapfenteil zwei sich nicht verjüngende, innen liegende, im
Wesentlichen schwalbenschwanzförmige
Keilgewinde aufweisen kann.
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Das
Buchsenteil kann wenigstens drei innen liegende, im Wesentlichen
schwalbenschwanzförmige
Keilgewinde mit Gewindeanfängen
aufweisen und das Zapfenteil kann eine entsprechende Anzahl an außen liegenden,
im wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Keilgewinden mit Gewindeanfängen aufweisen.
Die Gewindeanfänge
der jeweiligen Gewinde des Buchsenteils können symmetrisch voneinander
beabstandet angeordnet sein und die Gewindeanfänge der jeweiligen Gewinde
des Zapfenteils können
symmetrisch voneinander beabstandet angeordnet sein. Beim Abschluss
des Zusammenbaus kann eine Gewindedichtung erzeugt werden, wenn
die Lastflanken und die Führungsflanken
jedes außen
liegenden Keilgewindes des Zapfenteils mit den entsprechende Lastflanken
des korrespondierenden innen liegenden Keilgewindes und den entsprechenden
Führungsflanken
des benachbarten innen liegenden Keilgewindes des Buchsenteils in Kontakt
kommen.
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Allgemein
umfasst gemäß eines
Aspekts ein Verfahren zur Verringerung von Ringspannung in einer
mit Gewinde versehenden Rohrverbindung das Bereitstellen eines Buchsenteils
mit mehreren innen liegenden, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Keilgewinden,
die jeweils Führungsflanken, Lastflanken,
Gewindegründe
und Gewindespitzen aufweisen sowie das Bereitstellen eines Zapfenteils mit
mehreren außen
liegenden, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Keilgewinden, die jeweils
Führungsflanken,
Lastflanken, Gewindegründe und
Gewindespitzen aufweisen. Weiterhin umfasst es eine derartige Dimensionierung
der innen liegenden Gewinde des Buchsenteils, dass diese in einer Richtung
in der Breite zunehmen, während
die außen liegenden
Gewinde des Zapfenteils derart dimensioniert werden, dass sie in
der anderen Richtung in der Breite zunehmen, so dass die komplementären, innen
liegenden und außen
liegenden Flanken der Keilgewinde sich beim Abschluss des Zusammenbaus
der Verbindung in einen Eingriff bewegen.
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Gemäß einer
oder mehrerer Ausführungsformen
der Erfindung kann das Buchsenteil zwei sich verjüngende,
innen liegende, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Keilgewinde
aufweisen und das Zapfenteil kann zwei sich verjüngende, außen liegende, schwalbenschwanzförmige Keilgewinde
aufweisen. Die beiden Gewindeanfänge
der Gewinde des Zapfens können
sich um 180° versetzt
gegenüberliegen
und die beiden Gewindestarts der Gewinde des Buchsenteils können sich
um 180° versetzt
gegenüberliegen.
Sowohl das Buchsenteil, als auch das Zapfenteil können jeweils
ein erstes Gewinde aufweisen. Das Verfahren kann das Ausbilden einer
Dichtung beim Zusammenbau umfassen, wenn die Lastflanken und die
Führungsflanken
des ersten außen
liegenden Keilgewindes des Zapfenteils mit den entsprechenden Lastflanken
des ersten innen liegenden Keilgewindes und den entsprechenden Führungsflanken
des zweiten innen liegenden Keilgewindes des Buchsenteils in Kontakt
kommen und hierbei die Lastflanken und die Führungsflanken des zweiten außen liegenden
Keilgewindes des Zapfenteils mit den entsprechenden Lastflanken
des zweiten innen liegenden Keilgewindes und den entsprechenden
Führungsflanken
des ersten innen liegenden Keilgewindes des Buchsenteils in Kontakt
kommen. Das Verfahren kann ein derartiges Dimensionieren jedes einzelnen
Keilgewindes umfassen, dass es eine Gewindetiefe, eine Verjüngung, eine
Steigung der Führungsflanken
und eine Steigung der Lastflanken aufweist, die zueinander identisch
sind. Das Verfahren kann das konusförmige Ausbilden der innen liegenden
Keilgewinde und der außen
liegenden Keilgewinde umfassen, so dass komplementäre Gewindegründe und
Gewindespitzen sich beim Zusammenbau der Verbindung in einen Eingriff
bewegen, wobei dies gemeinsam mit der Bewegung der Flanken beim
Abschluss des Zusammenbaus der Verbindung in einen Eingriff erfolgt,
und Dichtflächen bilden,
die dem Fluss von Fluiden zwischen den Gewinden widerstehen. Das
Verfahren kann auch das konusförmige
Ausbilden der innen liegenden Keilgewinde des Buchsenteils und der
außen
liegenden Keilgewinde des Zapfenteils umfassen, so dass komplementäre Gewindegründe und
Gewindespitzen beim Abschluss des Zusammenbaus der Verbindung einen
kontrollierten Abstand behalten und gemeinsam mit einem Gewindeverbundstoff
Dichtflächen
bilden, die dem Fluss von Fluiden zwischen den Gewinden widerstehen.
Das Verfahren kann ein derartiges Dimensionieren jedes einzelnen
Keilgewindes umfassen, dass dieses eine Verjüngung, eine Steigung der Führungsflanken
und eine Steigung der Lastflanken aufweist, die größer als
die der Keilgewindeformen nach dem Stand der Technik sind. Das Verfahren
kann weiterhin ein derartiges Dimensionieren der Gewindegründe und
Gewindespitzen der beiden Keilgewinde des Buchsenteils und des Zapfenteils umfassen,
dass diese eine hinreichende Breite aufweisen, um jegliche permanente
Verformung der Gewinde beim Zusammenbau der Verbindung zu verhindern.
Das Verfahren kann weiterhin beinhalten, dass die Gewindegründe und
die Gewindespitzen der zwei Keilgewinde des Buchsenteils und des Zapfenteils
flach und parallel zu einer Längsachse der
Verbindung ausgelegt sind. Weiterhin kann das Verfahren ein derartiges
Dimensioneren der Gewindegründe
und Gewindespitzen bei wenigstens einem Keilgewinde des Buchsenteils
umfassen, so dass diese mit komplementären Gewindegründen und
Gewindespitzen des Zapfenteils beim Abschluss des Zusammenbaus der
Verbindung in Kontakt kommen, bevor der Kontakt zwischen den Führungsflanken und
dem Lastflanken wenigstens eines Gewindes des Zapfenteils mit den
komplementären
Führungsflanken
und Lastflanken des Buchsenteils und den komplementären Lastflanken
des anderen Gewindes des Buchsenteils erfolgt. Das Verfahren kann
ein derartiges Dimensionieren der Gewindegründe und Gewindespitzen wenigstens
eines Keilgewindes des Zapfenteils und der komplementären Gewindegründe und
Gewindespitzen des Büchsenteils
umfassen, dass ein Abstand verbleibt, wenn es zwischen den Führungsflanken
und den Lastflanken wenigstens eines Keilgewindes des Zapfenteils
und komplementären
Führungsflanken
und Lastflanken des Buchsenteils zum Kontakt kommt. Das Buchsenteil
kann zwei sich nicht verjüngende,
innen liegende, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Keilgewinde
aufweisen und das Zapfenteil kann zwei sich nicht verjüngende,
außen
liegende im Wesentlichen schwalbenschwanzförmige Keilgewinde aufweisen.
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Das
Verfahren kann das Bereitstellen eines Buchsenteils mit wenigstens
drei sich verjüngenden, innen
liegenden, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Keilgewinden und eines
Zapfenteils mit einer entsprechenden Anzahl an sich verjüngenden,
außen
liegenden, im Wesentlichen schwalbenschwanzförmigen Keilgewinden umfassen.
Weiterhin kann das Verfahren das Anordnen des Gewindeanfangs jedes
Gewindes des Buchsenteils symmetrisch voneinander beabstandet sowie
das Anordnen der Gewindeanfang der Gewinde auf dem Zapfenteil symmetrisch
voneinander beabstandet umfassen. Auch kann das Verfahren das Ausbilden einer
Gewindedichtung umfassen, wenn die Lastflanken und die Führungsflanken
jedes außen
liegenden Keilgewindes des Zapfenteils mit den entsprechenden Lastflanken
des korrespondierenden, innen liegenden Keilgewindes und den entsprechenden
Führungsflanken
des benachbarten, innen liegenden Keilgewindes des Buchsenteils
in Kontakt kommen.
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Die
Vorteile können
eine oder mehrere der Folgenden umfassen. Bei der Verwendung eines Keilgewindeaufbaus
mit mehren Anfängen
können die
strukturellen Vorteile der Keilgewinde nach dem Stand der Technik
gegenüber
anderen existierenden Gewindebauformen in der vorliegenden Erfindung beibehalten
werden, während
die Dauer des Metall-Metall-Kontakts, die von dem Zeitpunkt, an
dem die Metall-Dichtung beim Abschluss des Zusammenbaus erstmalig
eingreift bis zum Erreichen der endgültig zusammengebauten Stellung
benötigt
wird, verringert wird, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem
Festfressen bei dieser Bauform erhöht wird. Weiterhin kann das
Ausmaß des
radialen Eingriffs in den Metalldichtungen erhöht werden, während gleichzeitig
die Dauer des rotativen Kontakts der Dichtung verringert wird, wodurch
sowohl die Dichteigenschaften, als auch die Widerstandsfähigkeit
der Bauform gegenüber
einem Festfressen verbessert werden. Weitere Vorteile und Eigenschaften
werden aus der folgenden Beschreibung einschließlich der Figuren und Ansprüche ersichtlich.
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Kurzbeschreibung
der Abbildungen
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Es
zeigen:
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1:
eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines rohrförmigen Verbindungselements aus
dem Stand der Technik;
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2:
eine Seitenansicht einer Gewindestruktur nach dem Stand der Technik;
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3:
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, in der die Führungsflanken, die
Lastflanken und die Gewindeanordnung der beiden Gewinde dargestellt
sind;
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4:
eine Seitenansicht der ersten Gewindestruktur gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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5:
eine Seitenansicht der zweiten Gewindestruktur, die gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung mit 180° Versatz
gegenüber
der ersten Gewindestruktur dargestellt ist;
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6:
eine Seitenansicht der zweiten Gewindestruktur, die gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung als gleichphasig mit der ersten Gewindestruktur dargestellt
ist;
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7:
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, die die beiden Gewindestrukturen darstellt und die
Beziehungen zwischen dem Gewindeanfang, der Gewindetiefe, der Steigung der
Führungsflanken
sowie der Steigung der Lastflanken einer der Gewindestrukturen kennzeichnet;
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8:
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, die die beiden Gewindestrukturen darstellt und die
Beziehungen zwischen dem Gewindeanfang, der Gewindetiefe, der Steigung der
Führungsflanken
sowie der Steigung der Lastflanken einer der Gewindestrukturen kennzeichnet;
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9:
eine vergrößerte Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die den zwischen beiden Gewinden bestehenden Eingriff
darstellt;
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10:
eine vergrößerte Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die den Abstand zeigt, der zwischen den Gewindegründen und
Gewindespitzen der beiden Gewinde besteht;
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11:
eine vergrößerte Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die den Abstand zeigt, der zwischen den Gewindegründen und
Gewindespitzen des einen Gewindes besteht, während bei dem anderen ein Eingriff
vorliegt;
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12:
eine vergrößerte Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die den Abstand zeigt, der zwischen den Gewindegründen und
Gewindespitzen sowie den Führungsflanken
eines Gewindes besteht, während
bei dem anderen ein Eingriff vorliegt;
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13:
eine vergrößerte Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die den Abstand zeigt, der zwischen den Gewindegründen und
Gewindespitzen sowie den Lastflanken eines Gewindes besteht, während bei
dem anderen ein Eingriff vorliegt;
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14:
eine vergrößerte Ansicht
einer Ausführungsform
der Erfindung, die den Abstand darstellt, der zwischen den Führungsflanken
und den Lastflanken eines Gewindes besteht, während bei dem anderen ein Eingriff
vorliegt;
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15:
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, die die Führungsflanken, die
Lastflanken sowie die Gewindeanordnung der drei Gewinde darstellt;
und
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16:
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung, die die drei Gewindestrukturen darstellt und die
Beziehungen zwischen dem Gewindeanfang, der Gewindetiefe, der Steigung
der Führungsflanken
sowie der Steigung der Lastflanken einer der Gewindestrukturen kennzeichnet.
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Detaillierte
Beschreibung
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Bezugnehmend
auf die Abbildungen, in denen in den verschiedenen Ansichten für entsprechende
Teile entsprechende Bezugzeichen verwendet werden, zeigen die 3 bis 7 einen
Querschnitt des Keilgewindes des Zapfenteils 30 gemäß Ausführungsformen
der Erfindung.
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Bezugnehmend
auf 3 weist in einer Ausführungsform das Zapfenteil 30 ein
erstes außen
liegendes Gewinde 31 sowie ein zweites außen liegendes
Gewinde 32 auf, die, wie unten beschrieben, in einer Anordnung
mit zwei Anfängen
ausgebildet sind, wobei beispielsweise das erste Gewinde 31 um
180° versetzt
gegenüberliegend
des zweiten Gewindes 32 anfängt. Das erste Gewinde 31 weist
Lastflanken 33, Führungsflanken 34,
Gewindegründe 37 sowie
Gewindespitzen 38 auf. Das zweite Gewinde 32 weist Lastflanken 35,
Führungsflanken 36,
Gewindegründe 39 sowie
Gewindespitzen 40 auf. Es sollte angemerkt werden, dass
die Gewindegründe 37 und 39 tatsächlich von
beiden Gewinden gemeinsam genutzt werden. Die Gewinde sind derart
geschnitten, das ein Gewinde zwischen den Gewindegängen des
anderen Gewindes angeordnet ist. Folglich weist jedes Gewinde unabhängige Gewindespitzen,
Lastflanken und Führungsflanken
auf, der Gewindegrund wird jedoch gemeinsam genutzt. Beide Gewinde
nehmen bezüglich
ihrer Breite in einer Richtung im Wesentlichen über ihre gesamte Schraubenlänge mit
einer gleichmäßigen Rate
fortschreitend zu. Innen liegende Gewinde eines (nicht dargestellten)
Buchsenteils sind auf ähnliche
Weise, wie unten beschrieben, in einer Anordnung mit zwei Anfängen ausgebildet.
Die innen liegenden Gewinde des Buchsenteils nehmen bezüglich ihrer
Breite in der anderen Richtung über im
Wesentlichen ihre gesamte Schraubenlänge mit einer gleichmäßigen Rate
fortschreitend zu. Die entgegengesetzt zunehmenden Gewindebreiten
der innen liegenden Gewinde des Buchsenteils bzw. der außen liegenden
Gewinde des Zapfenteils veranlassen die komplementären Gewindegründe und
Gewindespitzen der jeweiligen Gewinde beim Zusammenbau der Verbindung
zu einer Bewegung in einen Eingriff, wobei dies zusammen mit einer
Bewegung der komplementären
Führungsflanken
und Lastflanken in einen Eingriff beim Abschluss des Zusammenbaus
der Verbindung erfolgt.
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Die
Gewindegründe
und Gewindespitzen beider Gewinde des Buchsenteils sind so dimensioniert,
dass ein radialer Abstand bezüglich
komplementärer
Gewindespitzen und Gewindegründe
des Zapfenteils ausgeschlossen wird. In anderen Worten ausgedrückt kommen
die Gewindegründe 37, 39 und die
Gewindespitzen 38, 40 des Zapfenteils 30 mit
den korrespondierenden Gewindeflächen
des (nicht dargestellten) Buchsenteils in einen eingreifenden Kontakt.
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Bezugnehmend
auf 4 weist das erste Keilgewinde gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung eine Verjüngung,
eine Steigung E der Führungsflanken,
sowie eine Steigung F der Lastflanken auf, die doppelt so groß sind,
wie die Verjüngung,
die Steigung CC der Führungsflanken
und die Steigung DD der Lastflanken gemäß dem Stand der Technik. In
anderen Worten ausgedrückt
entspricht E gleich 2·CC,
F gleich 2·DD
und die erfindungsgemäße Verjüngung ist
zweimal so groß wie
die Verjüngung
nach dem Stand der Technik. Indem die Gewindebreite bei einer Verdopplung
der Abmessungen der Steigung der Führungsflanken und der Steigung
der Lastflanken beibehalten wird, wird an dem Verbindungsteil Platz
bereitgestellt, um zwischen das erste Gewinde ein zweites Gewinde
mit ähnlicher
Geometrie zu schneiden. Ein Verdoppeln der Gewindesteigungen führt auch
zu einem Gewinde, das zweimal so schnell zusammengebaut werden kann.
Ein Verdoppeln der Verjüngung
gemeinsam mit den Steigungen ermöglicht
es, dass in der neuen Bauform eine Gewindesteilheit aufrechterhalten
werden kann, die zu der aus dem Stand der Technik identisch ist.
Die Position des Gewindeanfangs A und die Gewindetiefe B behalten
dieselben Werte wie die Position des Gewindeanfangs AA und die Gewindetiefe
BB nach dem Stand der Technik.
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In 5 ist
die Anordnung des zweiten Keilgewindes als um 180° versetzt
gegenüber
dem in 4 dargestellten ersten Keilgewinde dargestellt. Dieses ähnliche
Keilgewinde weist ebenfalls eine Verjüngung, eine Steigung G der Führungsflanken sowie
eine Steigung H der Lastflanken auf, die zweimal so groß sind,
wie die Verjüngung,
die Steigung CC der Führungsflanken
und die Steigung DD der Lastflanken DD nach dem Stand der Technik.
Erneut bedeutet dies, dass G gleich 2·CC ist, H gleich 2·DD und
die erfindungsgemäße Verjüngung zweimal
so groß ist,
wie die Verjüngung
gemäß Stand
der Technik. Auch bei diesem Gewinde werden die Position des Gewindeanfangs
A und die Gewindetiefe B beibehalten. Diese ähnlichen Keilgewinde stellen
jeweils ein Gewinde des letztendlichen Aufbaus mit zwei Anfängen dar.
Bezugnehmend auf 6 können die beiden Gewinde gleichphasig
angeordnet werden, indem das zweite Gewinde aus 5 in
derselben Ebene angeordnet wird, wie das erste Gewinde aus 4.
Dies führt
zu einer Position des Gewindeanfang J, die um die Hälfte der
Steigung G der Führungsflanken
weiter entlang des Teils von der Position des Gewindeanfangs A entfernt
angeordnet ist. Anders ausgedrückt
entspricht J gleich A + (G/2).
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Bezugnehmend
auf 7, wird, falls 4 mit 6 überlagert
wird und das überschüssige Material
an den Gewindegründen
entfernt wird, ein Keilgewinde mit zwei Anfängen gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung geschaffen. Die Verjüngung, die Steigungen E, G
der Führungsflanken
sowie die Steigungen F, H der Lastflanken sind für jedes Gewinde doppelt so
groß,
wie die Verjüngung,
die Steigung CC der Führungsflanken
sowie die Steigung DD der Lastflanken gemäß dem Stand der Technik. Die
Position des Gewindeanfangs A und die Gewindetiefe B bleiben für jedes
Gewinde unverändert,
obwohl diese 180° zueinander
versetzt angeordnet sind. Mit einer verdoppelten Verjüngung und verdoppelten
Steigungen auf beiden Gewinden wird eine Gewindegeometrie erzeugt,
die erhebliche neue Vorteile bietet, während die einem Keilgewindeaufbau
inhärenten
Vorteile beibehalten werden. Dem Fachmann ist klar, dass ein Verdoppeln
der Verjüngung
und der Gewindesteigungen eine Wahlmöglichkeit der Ausführung darstellt
und abgeändert
werden kann, um eine Verjüngung,
eine Steigung der Führungsflanken
sowie eine Steigung der Lastflanken zu erzeugen, die um ein beliebiges
Ausmaß größer als der
Stand der Technik sind, wobei sowohl ganzzahlige Vielfache, beispielsweise
3 oder 4 Mal so groß wie der
Stand der Technik, als auch nicht-ganzzahlige Vielfache, beispielsweise
0,75 oder 1,5 Mal so groß wie
der Stand der Technik möglich
sind. Auch können die
Gewindegründe
und Gewindespitzen vollständig oder
teilweise konisch verlaufen. Beispielsweise kann über die
gesamte Länge
der Gewindespitzen oder nur auf einem Bereich der Gewindespitzen
eine Konizität
gegeben sein, während
die Gewindegründe des
Gewindes nicht konisch ausgebildet sind. 8 zeigt
diese, auf ein sich nicht verjüngendes
Gewinde angewendeten Eigenschaften. Mit Ausnahme der Verjüngung, ist
das in 8 dargestellte Gewinde zu dem in 7 dargestellten
Gewinde identisch.
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Wie
in 2 zu erkennen ist, wird eine herkömmliche
Gewindedichtung erzeugt, indem die Gewindespitzen 24 des
Zapfenteils 11 mit den entsprechenden Gewindegründen des
Buchsenteils 12 und die Gewindegründe des Zapfens 20 mit
den entsprechenden Gewindespitzen der Buchse beim Abschluss des
Zusammenbaus der Verbindung in Kontakt kommen, wobei auch die Führungsflanken 18 und
die Lastflanken 16 des Zapfenteils mit den entsprechenden
Flanken des Buchsenteils beim Abschluss des Zusammenbaus der Verbindung
in Kontakt kommen.
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Bezugnehmend
auf 9 wird eine vergrößerte Ansicht eines Zapfenteils 30 gezeigt,
das mit einem Buchsenteil 130 zusammengebaut ist. Das Buchsenteil 130 weist,
wie oben beschrieben, ein erstes Gewinde 131 sowie ein
zweites Gewinde 132 auf. Jedes Gewinde des Buchsenteils 130 hat
Lastflanken 132, 135, Führungsflanken 134, 136,
Gewindegründe 137, 139 sowie
Gewindespitzen 138, 140, Führungsflanken 134, 136 auf, ähnlich wie
das Zapfenteil 30, wobei die Bezugszeichen entsprechender
Teile um den Wert 100 erhöht
wurden.
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Gemäß dieser
Ausführungsform
der Erfindung wird eine Gewindedichtung durch einen Kontakt der
Gewindespitzen mit komplementären
Gewindegründen
und dem Kontakt der Führungsflanken und
Lastflanken mit komplementären
Führungsflanken
und Lastflanken beim Abschluss des Zusammenbaus erzeugt. Insbesondere
kommen die Gewindespitzen 31 des ersten Gewindes des Zapfenteils 30 mit
entsprechenden, von den beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam
genutzten Gewindegründen
in Kontakt und Gewindespitzen 131 des ersten Gewindes des
Buchsenteils 130 kommen mit entsprechenden Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden, in Kontakt. Die Lastflanken 33 des ersten Gewindes
des Zapfenteils 30 kommen mit entsprechenden Lastflanken 133 des
ersten Gewindes des Buchsenteils 130 in Kontakt und die
Lastflanken 34 des ersten Gewindes des Zapfenteils 30 kommen mit
entsprechenden Lastflanken 134 des zweiten Gewindes des
Buchsenteils 130 in Kontakt. Dies erfolgt gemeinsam mit
dem Kontakt der Gewindespitzen 32 des zweiten Gewindes
des Zapfenteils 30 mit entsprechenden Gewindegründen 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam
genutzt werden, und dem Kontakt der Gewindespitzen 132 des
zweiten Gewindes des Buchsenteils 130 mit den entsprechenden
Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden. Weiterhin kontaktieren die Lastflanken 35 des zweiten
Gewindes des Zapfenteils 30 und die Führungsflanken 34 des
ersten Gewindes des Zapfenteils 30 mit entsprechenden Lastflanken 135 des
zweiten Gewindes bzw. den Führungsflanken 134 des
ersten Gewindes des Buchsenteils 130.
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Die
durch Kontakt, wie oben beschrieben, ausgebildete Gewindedichtung
nach dem Stand der Technik ist für
Anwendungen geeignet, bei denen Flüssigkeit durch das Rohr strömt. Bei
Anwendungen, in denen ein Gas durch das Röhr strömt, wird jedoch auch eine zusätzliche
Metall-Metall-Dichtung benötigt.
Die Metall-Metall-Dichtung wird durch einen Kontakt der Nase des
Zapfenteils und der Bohrung des Buchsenteils ausgebildet. Die Ausbildung
dieser Metall-Metall-Dichtung
ist bezüglich
der Dichtfähigkeit
wichtig, jedoch kann es aufgrund der Tatsache, dass es zu einem
Kontakt von Metall auf Metall kommt, zu einem Festfressen kommen.
Aus einem Vergleich der 7 und 2 ist ersichtlich,
dass die Gewindesteigungen E, F, G und H pro Umdrehung beim Zusammenbau
zweimal so schnell vorankommen, wie die Gewindesteigungen CC und
DD. Diese schnelle Bewegung verringert beim Zusammenbau die Dauer
des Metall-Metall-Kontakts
zwischen der Metall-Metall-Dichtung, was die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Festfressen erhöht.
Zusätzlich
zum Verringern der Dauer des Metall-Metall-Kontakts ermöglicht der
Aufbau eine Vergrößerung des
Ausmaßes an
Metall-Metall-Kontakt, so dass gleichzeitig mit einer Erhöhung der
Widerstandfähigkeit
gegenüber
einem Festfressen die Dichtfähigkeit
verbessert wird.
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In
dieser beispielhaften Situation tritt zwischen den Gewindegründen und
Gewindestützen
sowie den Führungsflanken
und Lastflanken beider Gewinde des Buchsenteils und des Zapfenteils
ein eingreifender Kontakt auf. Alternativ kann, wie in den 10 bis 12 dargestellt,
zwischen den Gewindegründen
und Gewindespitzen, den Führungsflanken
und Lastflanken eines oder beider der Gewinde beim Abschluss des
endgültigen
Zusammenbau ein Abstand 50 bestehen. Für den Fachmann ist klar, dass,
falls zwischen den Gewindegründen
und den Gewindespitzen beim Abschluss des Zusammenbaus der Verbindung
ein Abstand beibehalten wird, Dichtflächen, die dem Fluss von Fluiden
zwischen den Gewinden widerstehen, gemeinsam mit Gewindeverbundstoffen
gebildet werden können.
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Bezugnehmend
auf die 10 bis 12 wird
eine vergrößerte Ansicht
eines mit einem Buchsenteil 130 zusammengebauten Zapfen 30 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Das Buchsenteil 130 hat ein
erstes Gewinde 131 und ein zweites Gewinde 132,
wie oben beschrieben. Jedes Gewinde des Buchsenteils 130 hat Lastflanken 133, 135,
Führungsflanken 134, 136, Gewindegründe 137, 139 sowie
Gewindespitzen 138, 140, Führungsflanken 133, 135 ähnlich wie
das Zapfenteil 30, wobei die Bezugszeichen entsprechender
Teile um den Wert 100 erhöht
wurden.
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Erfindungsgemäß kann eine
Gewindedichtung durch einen Kontakt der Gewindespitzen eines Gewindes
mit komplementären
Gewindegründen,
einen Kontakt der Lastflanken eines Gewindes mit komplementären Lastflanken
sowie einen Kontakt der Führungsflanken
eines Gewindes mit komplementären
Führungsflanken
erzeugt werden. Auch ist klar, dass der abdichtende Kontakt bei
Verwendung eines Gewindeverbundstoffs indirekt erfolgen könnte. Zwischen
einem oder mehreren der Gewindegründe und Gewindespitzen, der
Führungsflanken und
der Lastflanken des anderen Gewindes kann ein Abstand existieren.
Weiterhin kann auch ein Abstand zwischen den Gewindegründen und
den Gewindespitzen des einen Gewindes, das heißt ein Abstand zwischen den
Gewindegründen
und den Gewindespitzen der beiden Gewinde und zwischen einem oder
mehreren Führungsflanken
und Lastflanken bestehen. Weiterhin kann, falls mehr als zwei Gewinde vorliegen,
ein Abstand zwischen jeglichen Gewindegründen und Gewindespitzen, Führungsflanken
und Lastflanken einer beliebigen Anzahl an Gewinden bestehen. Schließlich kann
eine Gewindedichtung erzeugt werden, solange beim endgültigen Abschluss
des Zusammenbaus die Führungsflanken und
Lastflanken eines Gewindes in einen eingreifenden Kontakt gelangen.
Zu Darstellungszwecken ist dies für bestimmte Ausführungsformen
weiter unten detailliert beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 11 verbleiben bei einer Ausführungsform die Gewindespitzen 31 des
ersten Gewindes des Zapfenteils 30 in einem Abstand von
den entsprechenden Gewindegründen 137, 139, die
von beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam genutzt
werden, und die Gewindespitzen 131 des ersten Gewindes
des Buchsenteils 130 verbleiben in einem Abstand von den
entsprechenden Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden. Die Lastflanken 33 des ersten Gewindes des Zapfenteils 30 kontaktieren
die entsprechenden Lastflanken 133 des Buchsenteils 130 und
die Führungsflanken 36 des
zweiten Gewindes des Zapfenteils 30 kontaktieren entsprechende
Führungsflanken 136 des Buchsenteils 130.
Dies erfolgt gemeinsam mit einem Kontakt der Gewindespitzen 32 des
zweiten Gewindes des Zapfenteils 30 mit entsprechenden
Gewindegründen 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam
genutzt werden, und einem Kontakt der Gewindespitzen 132 des
zweiten Gewindes des Buchsenteils 130 mit entsprechenden Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden. Weiterhin kontaktieren die Lastflanken 35 des zweiten Gewindes
des Zapfenteils 30 und die Führungsflanken 34 des
ersten Gewindes des Zapfenteils 30 mit entsprechenden Lastflanken 135 bzw.
Führungsflanken 134 des
Buchsenteils 130.
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Bezugnehmend
auf 12 verbleiben bei einer Ausführungsform die Gewindespitzen 31 des ersten
Gewindes des Zapfenteils 30 in einem Abstand von entsprechenden
Gewindegründen 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchsenteils gemeinsam genutzt werden,
während
Gewindespitzen 131 des ersten Gewindes des Buchsenteils 130 in
einem Abstand von entsprechenden Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden, verbleiben. Die Lastflanken 33 des ersten Gewindes
des Zapfenteils 30 verbleiben in einem Abstand von entsprechenden Lastflanken 133 des
Buchsenteils 130, während
die Führungsflanken 36 des
zweiten Gewindes des Zapfenteils 30 in Kontakt mit entsprechenden
Führungsflanken 136 des
Buchsenteils 130 gelangen. Dies erfolgt gemeinsam mit einem
Kontakt der Gewindespitzen 32 des zweiten Gewindes des
Zapfenteils 30 mit entsprechenden Gewindegründen 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam
genutzt werden, und einem Kontakt der Gewindespitzen 132 des
zweiten Gewindes des Buchsenteils 130 mit entsprechenden
Gewindegründen 37, 39,
die gemeinsam von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 benutzt
werden. Weiterhin kontaktieren die Lastflanken 35 des zweiten
Gewindes des Zapfenteils 30 und die Führungsflanken 34 des
ersten Gewindes des Zapfenteils 30 entsprechende Lastflanken 135 bzw.
Führungsflanken 134 des Buchsenteils 130.
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Bezugnehmend
auf 13 verbleiben bei einer Ausführungsform die Gewindespitzen 31 des ersten
Gewindes des Zapfenteils 30 in einem Abstand von entsprechenden
Gewindegründen 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam
genutzt werden, und die Gewindespitzen 131 des ersten Gewindes
des Buchsenteils 130 verbleiben in einem Abstand von entsprechenden
Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden. Die Führungsflanken 36 des
zweiten Gewindes des Zapfenteils 30 verbleiben in einem
Abstand von entsprechenden Führungsflanken 136 des
Buchsenteils 130, während
die Lastflanken 33 des ersten Gewindes des Zapfenteils 30 in
Kontakt mit entsprechenden Lastflanken 133 des Buchsenteils 130 gelangen. Dies
erfolgt gemeinsam mit einem Kontakt der Gewindespitzen 32 des
zweiten Gewindes des Zapfenteils 30 mit entsprechenden
Gewindegründen 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchensteils 130 gemeinsam
genutzt werden, und einem Kontakt der Gewindespitzen 132 des
zweiten Gewindes des Buchsenteils 130 mit entsprechenden
Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden. Weiterhin kontaktieren die Lastflanken 35 des zweiten
Gewindes des Zapfenteils 30 und die Führungsflanken 34 des
ersten Gewindes des Zapfenteils 30 mit entsprechenden Lastflanken 135 bzw.
Führungsflanken 134 des Buchsenteils 130.
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Bezugnehmend
auf 14 kontaktieren bei einer Ausführungsform die Gewindespitzen 31 des ersten
Gewindes des Zapfenteils 30 entsprechende Gewindegründe 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam
genutzt werden, und die Gewindespitzen 131 des ersten Gewindes des
Buchsenteils 130 kontaktieren entsprechende Gewindegründe 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden. Die Führungsflanken 36 des
zweiten Gewindes des Zapfenteils 30 verbleiben in einem
Abstand von entsprechenden Führungsflanken 136 des
Buchsenteils 130 und die Lastflanken 33 des ersten
Gewindes des Zapfenteils 30 verbleiben in einem Abstand
von entsprechenden Lastflanken 133 des Buchsenteils 130. Dies
erfolgt gemeinsam mit einem Kontakt der Gewindespitzen 32 des
zweiten Gewindes des Zapfenteils 30 mit entsprechenden
Gewindegründen 137, 139,
die von beiden Gewinden des Buchsenteils 130 gemeinsam
genutzt werden, und einem Kontakt der Gewindespitzen 132 des
zweiten Gewindes des Buchsenteils 130 mit entsprechenden
Gewindegründen 37, 39,
die von beiden Gewinden des Zapfenteils 30 gemeinsam genutzt
werden. Weiterhin kontaktieren die Lastflanken 35 des zweiten
Gewindes des Zapfenteils 30 und die Führungsflanken 34 des
ersten Gewindes des Zapfenteils 30 mit entsprechenden Lastflanken 135 bzw.
Führungsflanken 134 des Buchsenteils 130.
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Wie
in dieser Beschreibung verwendet und wie es üblicherweise auch verstanden
wird, wenn rohrförmige
Verbindungselemente in einer vertikalen Stellung verbunden werden,
wie beispielsweise beim Zusammenbau eines Rohrstrangs zum Absenken
in ein Bohrloch, bezeichnet der Begriff "Lastflanke" diejenige Seitenwandfläche eines
Gewindes, die vom äußeren Ende
des entsprechenden Zapfenteils oder Buchsenteils, auf dem das Gewinde
ausgebildet ist, weggerichtet ist und die das Gewicht des unteren,
in dem Bohrloch hängenden
Rohrteils trägt.
Der Begriff "Führungsflanke" bezeichnet diejenige
Seitenwandfläche
des Gewindes, die dem äußeren Ende
des jeweiligen Zapfenteils oder Buchsenteils zugerichtet ist, und
beim anfänglichen
Zusammenbau der Verbindung das Gewicht des oberen Rohrteils trägt.
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Während in
den vorhergehenden Beispielen ein Aufbau mit zwei Anfängen beschrieben
wurde, könnte
die vorliegende Erfindung mit einer beliebigen Anzahl von Gewinden
verwirklicht werden. Bezugnehmend auf 15 hat
das Zapfenteil 30 beispielsweise ein erstes außen liegendes
Gewinde 62, ein zweites außen liegendes Gewinde 63 sowie
ein drittes außen
liegendes Gewinde 65, die, wie unten beschrieben, in einer
Anordnung mit drei Anfängen
ausgebildet sind, wobei bei einer Ausführungsform das erste Gewinde 62 um
120° versetzt
gegenüber
dem zweiten Gewinde 63 und dem dritten Gewinde 64 anfängt. Das
erste Gewinde 62 hat Lastflanken 66, Führungsflanken 67,
Gewindegründe 72 sowie
Gewindespitzen 76, das zweite Gewinde 63 hat Lastflanken 68,
Führungsflanken 69,
Gewindegründe 73 sowie Gewindespitzen 78 und
das dritte Gewinde 64 hat Lastflanken 70, Führungsflanken 71,
Gewindegründe 74 sowie
Gewindespitzen 80. Es sollte angemerkt werden, dass die
Gewindegründe 72, 73, 74 tatsächlich von
benachbarten Gewinden gemeinsam genutzt werden, das heißt, das
erste Gewinde 62 und das zweite Gewinde 63 teilen
sich die Gewindegründe 73,
das zweite Gewinde 63 und das dritte Gewinde 64 teilen
sich die Gewindegründe 74 und
das dritte Gewinde 64 und das erste Gewinde 62 teilen
sich die Gewindegründe 72.
Die Gewinde sind derart geschnitten, dass zwischen den Umläufen eines
Gewindes die beiden anderen Gewinde angeordnet sind. Folglich weist
jedes Gewinde unabhängige
Gewindespitzen, Lastflanken und Führungsflanken auf, wobei jedoch
benachbarte Gewinde einen Gewindegrund gemeinsam nutzen.
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Alle
dieser Gewinde nehmen bezüglich
ihrer Breite in einer Richtung im Wesentlichen über ihre gesamte Schraubenlänge mit
einer gleichmäßigen Rate
fortschreitend zu. Innen liegende Gewinde eines (nicht dargestellten)
Buchsenteils sind auf ähnliche
Weise in einer Anordnung mit drei Anfängen, wie unten beschrieben,
ausgebildet. Die innen liegenden Gewinde des Buchsenteils nehmen
bezüglich
ihrer Breite in der anderen Richtung im Wesentlichen über ihre
gesamte Schraubenlänge
mit einer gleichmäßigen Rate
fortschreitend zu. Die entgegengesetzte Zunahme der Gewindebreiten
der innen liegenden Gewinde des Buchsenteils und der außen liegenden Gewinde
des Zapfenteils führen
dazu, dass die komplementären
Gewindegründe
und Gewindespitzen der jeweiligen Gewinde sich beim Abschluss des
Zusammenbaus der Verbindung in einen Eingriff bewegen und dass sich
beim Zusammenbau der Verbindung die komplementären Führungsflanken und Lastflanken
in einen Eingriff bewegen. Beim Kontaktieren der Lastflanken und
Führungsflanken
des jeweiligen außen
liegenden Keilgewindes des Zapfenteils mit den entsprechenden Lastflanken
des entsprechenden innen liegenden Keilgewindes und den entsprechenden
Führungsflanken
des benachbarten Keilgewindes wird eine Dichtung ausgebildet. Beispielsweise
kontaktiert die erste Lastflanke des Zapfenteils die erste Lastflanke
des Buchsenteils, während
die erste Führungsflanke
des Zapfenteils die zweite Führungsflanke
des Buchsenteils kontaktiert. Auf ähnliche Weise kontaktiert die
zweite Lastflanke des Zapfenteils die zweite Lastflanke des Buchsenteils,
während
die zweite Führungsflanke des
Zapfenteils die dritte Führungsflanke
des Buchensteils kontaktiert wobei die dritte Lastflanke des Zapfenteils
die dritte Lastflanke des Buchsenteils kontaktiert, während die
dritte Führungsflanke
des Zapfenteils die erste Führungsflanke
des Buchensteils kontaktiert.
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Bezugnehmend
auf 16 weist ein Keilgewinde mit drei Anfängen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung für
jedes Gewinde eine Verjüngung,
Steigungen I, K, H der Führungsflanken
sowie Steigungen J, L, M der Lastflanken auf, die drei Mal so groß sind,
wie die Verjüngung,
die Steigung CC der Führungsflanken
sowie die Steigung DD der Lastflanken nach dem Stand der Technik.
Die Position des Gewindeanfangs A und die Gewindetiefe B bleiben
für jedes
Gewinde unverändert,
obwohl diese jeweils um 120° zueinander
versetzt sind. Mit einer dreifachen Verjüngung und dreifachen Steigungen aller
drei Gewinde wird eine Gewindegeometrie erzeugt, die erhebliche
neue Vorteile mit sich bringt, während
die einem Keilgewindeaufbau inhärenten Vorteile
beibehalten werden. Das Keilgewinde mit zwei Anfängen kann dreimal so schnell
zusammengebaut werden wie ein Keilgewinde nach dem Stand der Technik
und verfügt über Vorteile,
die denen eines Zwei-Start-Keilaufbaus ähnlich sind.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung auch auf
Gewindeverbindungen angewendet werden kann, bei denen zwischen komplementären Gewindegründen und
Gewindespitzen ein Abstand besteht. Es ist auch klar, dass bestimmte Eigenschaften
und Unterkombinationen vorteilhaft sind und ohne Bezug auf andere
Eigenschaften und Unterkombinationen eingesetzt werden können. Dies ist
von den Ansprüchen
vorgesehen und liegt im Umfang der Ansprüche.
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Diese
Erfindung weist bezüglich
herkömmlicher
Verbindungen viele Vorteile auf. Beispielsweise werden bei Verwendung
eines Keilgewindeaufbaus mit mehreren Anhängen die strukturellen Vorteile nach
dem Stand der Technik in der vorliegenden Erfindung beibehalten,
während
die Dauer des rotativen Kontakts der Metall-Metall-Dichtung beim
Zusammenbau verringert werden kann, was die Widerstandsfähigkeit
der Bauform gegenüber
einem Festfressen erheblich verbessert. Weiterhin kann das Ausmaß des radialen
Eingriffs in der Dichtung erhöht werden,
während
gleichzeitig die Dauer des rotativen Kontakts der Dichtung verringert
wird, wodurch sowohl die Dichteigenschaften, als auch die Widerstandsfähigkeit
gegenüber
einem Festfressen der Bauform verbessert werden.
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Da
viele Ausführungsformen
der Erfindung möglich
sind, ohne vom Umfang derselben abzuweichen, soll klar sein, dass
sämtliches
Material, das hier beschrieben oder in den begleitenden Abbildungen
dargestellt ist, als illustrativ und nicht in einem beschränkenden
Sinn aufzufassen ist. Beispielsweise verändert die Hinzunahme eines
dritten Gewindes den Versatz von 180° im Fall von zwei Gewinden auf eine
Beabstandung von jeweils 120° zwischen
jedem der drei Gewinde. Diese symmetrische Beabstandung würde sich
im Falle von vier Gewinden auf 90° zwischen
jedem Gewinde verändern
und würde
sich auf ähnliche
Weise für
jedes zusätzliche
Gewinde verändern.
Weiterhin ist dem Fachmann klar, dass obwohl symmetrisch voneinander
beabstandet dargestellt, die Position der Gewindeanfänge verändert werden
kann, um Gewindeanfänge
in einem Aufbau zu erhalten, der nicht symmetrisch ist.
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Während die
vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine beschränkte Anzahl bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben wurde, wird der Fachmann anerkennen, dass vielfältige Modifikationen und
Variationen davon möglich
sind. Die anhängenden
Ansprüche
sollen sämtliche
derartige Modifikationen und Variationen umfassen, die einem Durchschnittsfachmann
in den Sinn kommen.