DE7112626U - Gewindeverbindung für durch Hülsen verbundene Schlagbohrstangen - Google Patents

Description

Aktenzeichen: G 71 12 626.6
Anmelder : Fa. Sandvik AB
Uns. Zeichen: A 138 71 B/Ks

BESCHREIBUNG

^Gewindeverbindung für durch Hülsen verbundene Schlagbohrstangen

Die Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung für durch Hülsen verbundene Schlagbohrstangen, bei der im Längsschnitt die Kern- und Kopfflächen des Stangen- und Hülsengewindes geradlinig oder leicht gekrümmt und die tragenden Planken des Stangen- und des Hülsengewindes geradlinig ausgebildet sind.

Gewindeverbindungen für Schlagbohrstangen sind einer starken Beanspruchung ausgesetzt, die sich aus einer Schlag-,

Torsions- und Biegebeanspruchung zusammensetzt. Das hat zur %

Folge, daß bei bekannter Ausbildung des Außen- und Innengewin- |

des der betreffenden miteinander verbundenen Teile diese |

sich beim Schlagbohren derart niitanander verklemmen» daß sie |

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Bankhaus MercK. Ftnck & Co. München. Nr 2546^ I Bankhaus H Aufhauser. München. Nr 2613OO Postscheck. München 20904-800

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nur sehr schwer voneinander lösbar sind, was beim bzw. nach dem Ausbohren eines Bohrloches längere Betriebspausen des Bohrgerätes zur Ursache hat.

Es ist ein Gewinde für Schlagbohrstangen bekannt

TIDSKRII¹T" 1966, Seite 199), bei welchem gekrümmte Teile der

Gewindeverbindung einander berühren. Dies führt zu einer Verringerung der Ermüdungsfestigkeit. Die gleiche Veröffentlichung offenbart auch eine Gewindeverbindung, bei welcher ein sogenanntes Sägezahngewinde vorgesehen ist, bei dem nur gevade Gewindeflanken einander berühren. Dies ist aber nur dadurch erreichbar, ψ daß der Neigungswinke" wesentlich größer als 40° gehalten wird.

Auch dies führt zu einer Verringerung der Ermüdungsfestigkeit« Auch wird die Verschleißlänge des Gewindes verkürzt.

Auch bei d*n aus "ENGINEERING AND MINING JOURNAL" 1960, Seite 98, bekannten Gewinden für Schlagbohrstangen berühren sich gekrümmte Teile der Gewindeverbindung, wodurch die bereits genannten Nachteile bezüglich der Ermüdungsfestigkeit eintreten.

Es ist schließlich auch eine Gewinde-Schrumpfkupplung bekannt (GB-PS 801 456), bei welcher zur Herstellung der Kupplung der ein Innengewinde tragende Teil erhitzt und auf einen kalten Dorn mit einem Außengewinde aufgeschraubt wird. Es handelt sich hier weder um eine Gewindeverbindung für Schlagbohrstangen noch überhaupt um eine Gewindeverbindung,

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die wieder gelöst werden soll. Eine solche Gewinüekupplung ist für Schlagbohrstangen nicht verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gewindeverbindung für durch Hülsen verbundene Schlagbohrstangen der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sichere Verbindung bewirkt und eine gute Ermüdungsfestigkeit aufweist und bei der die Gewindeteile auch leicht wieder voneinander lösbar sind. Dien wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen den Kopf- und Kernflächen und den Flanken des Stangengewindes und des Hülsengewindes gekrümmte Abschnitte vorgesehen sind, daß der zwischen Kernfläche und Druckflanke des Stangengewindes liegende gekrümmte Abschnitt einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als die Gewindetiefe, daß die Gewindeflanken 25 bis 40° gegen die Bohrstangenachse geneigt sind und daß der Steigungswinkel der Gewinde 6,5 bis 9° beträgt, wobei die Gewinde bei verschraubter Gewindeverbindung im wesentlichen nur an den geraden Flanken aneinanderliegen.

Vorzugsweise verlaufen die Kopf- und Kernflächen der Gewinde parallel zur Bohrerachse.

Zweckmäßig we..st der zwischen Kernfläche und Druckflanke des Stangengewindes liegende gekrümmte Abschnitt einen größeren Krümmungsradius auf als der zwischen Kopffläche und Druckilanke des Stangengewindes liegende gekrümmte Abschnitt. Zweckmäßig

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weist auch der zv;ischen Kerni'läche und Druckflanke des Stangengewindes liegende gekrümmte Abschnitt einen kleineren Krümmungsradius auf als der zwischen Kopffläche und Druckflanke des Hülsengewin-.ies liegende gekrümmte Abschnitt. Ferner v/eist zweckmäßig der zwischen Kopffläche und nicht drückender Flanke des Hüls engewind, es liegende gekrümmte Abschnitt einen größeren Krümmungsradius auf als der zwischen Kopffläche und Druckflanke des Hülsengewindes liegende gekrümmte Abschnitt.

Vorzugsv/eise haben die nicht drückenden Planken der Gewinde im wesentlichen die gleiche Neigung wie deren Druckflanken.

Das Zwischenstück für den Anschluß eines Bohrmeißels an Bohrstangen mit einer Gewindeverbindung gemäß der Erfindung wei st erfindungsgemäß bohrstangenseitig ein Innengewinde und bohrmeißelseitig ein Außengewinde auf.

Die Erfindung ist in der anschließenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren der Zeichnungen erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Bohrstangenverbindung gemäß der Erfindung, di? aus zwei Stangenenden und eine" Knpplungshülse besteht;

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Fig. 2 einen .einzelteil in vergrößerter Darstellung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Stangenende mit einem Gewini e gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Einzelheit des Stangengewindes gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Einzelheit eines Hülsengewindes gemäß der Erfindung;

Fig. 6a

und 6b einen vergrößerten Längsschnitt der Kontur der

Gewinde in einer Verbindungsstelle gemäß der Erfindung.

Die mit Gewinde versehenen Stangenenden 10 und 11, die in Fig. 1 dargestellt sind, werden durch eine Gewindehülse miteinander verbunden, die mit etwas Abstand von den Stangen dargestellt ist. Fig. M- und 5 zeigen einen Längsschnitt der beiden Gewinde in einem größeren Maßstab. Fig* 6 zeigt einen Längsschnitt der beiden zusammenwirkenden Gewinde in einem noch größeren Maßstab, wobei die beiden Profile zwecks größerer Klarheit etwas getrennt voneinander dargestellt sind. Fig. 2 zeigt in demselben Maßstab wie in Fig. M- und 5 das Ineinandergreifen der beiden Gewinde. Das Stangengewinde 10 hat eine Flanke 20, die in ihrem Längsschnitt gerade ist, und es hat das Hülsengewinde eine entsprechende gerade Flanke 30. Beide

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Gewinde haben im Querschnitt gerade oder etwas gekrümmte Kopf- und Kernflächen 21, 23 für das Stangengewinde und 31 und 33 für das Hülsengewinde. Diese geraden Flanken grenzen an die geraden Flanken über gekrümmte Abschnitte 22 und 24- des Stangengewindes und 32 und 34- des Hülsengewindes an. Die Kopf- und Kernflächen der Gewinde verlaufen vorzugsweise, wie dargestellt, parallel zur Bohrerachse.

Die Gewinde sind so gestaltet, daß, wenn sie verschraubt sind, eine Berührung nur zwischen den geraden Flanken 20 und 30 erreicht wird, aber nicht zwischen den gekrümmten Flächen oder zwischen den Flächen am Kopf- und Kerndurchmesser. Der Grund dafür ist, daß es erwünscht ist, eine Berührung zwischen Teilen zu vermeiden, doe nur in einem kleinen Winkel zur Bohrerachse geneigt sind, weil das die Folge Hat, daß die Gewinde ineinandergezwängt (miteinander verkeilt) werden. Durch das Angreifen an einem geraden Teil, der einen relativ großen Winkel gegenüber der Bohrerachse aufweist, ist dieses Aneinanderzwängen beseitigt. Ferner wird eine gleichmäßigere Verteilung des Flächendruckes zwischen den Flanken erreicht. Es ist festgestellt worden, daß die Neigung des Längsquerschnitts der Flanken 20 und 30 zweckmäßig 34-° plus 5° minus 10° gegenüber der Bohrerachse beträgt. Ferner sollte der Steigungswinkel 6 bzw. 5 "bis 9°» üblicherweise 7 "bis 9° sein. Ein geeigneter Wert liegt bei 8°.

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Eine Berührung erfolgt natürlich nur an den Planken, die gegeneinandergepreßt werden, wenn die Gevinrie miteinander verschraubt sind. In dem dargestellten Aus lührunssbei spiel ist vorausgesetzt, daß das lediglich die Flanken 20 und 30 sind, die nachstehend als die Druckflanken bezeichnet sind. Die gegenüberliegenden Flanken 20a und 30a werden nicht gegeneinandergepreßt und sind nachstehend als nichtdrückende Flanken bezeichnet.

Der Zweck der gekrümmten Zwischenteile ist der, Ursachen für Ermüdungsbrüche zu vermeiden. Der Radius der Krümmung 22, die an den Außenteil der Druckflanke 20 des Stangengewindes angrenzt, und der Radius des gegenüberliegenden Teils 32 des Hülsengewindes können kleiner sein als der Radius der Teile 24- und 34- an dem entgegengesetzten Ende der Druckflanken, weil die Ermüdungsbeanspruchungen weniger gefährlich in der Hülse sind wegen deren größeren Querschnitts. Auf diese Weise wird erreicht, daß der gerade Teil der Flanken so groß wie möglich wird.

Der Radius der Abschnitte 22 und 32 kann gleich sein, während der Krümmungsmittelpunkt des Abschnitts 22 etwas näher zur Flanke hin liegt, um sicherzustellen, daß die gekrümmten Teile nicht in gegenseitige Berührung kommen. Von den Abschnitten 24- und 34- kann der Radius des letzteren etwas größer sein, um eine Berührung der Gewinde im Bereich des Übergangs zu dem Kern des otangengewindes zu vermeiden. "Jm das zu erreichen,

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sollte der Krummungsmittelpunkt des Abschnitts 34 weiter von der Bohrerachse entfernt liegen als der Mittelpunkt des Abschnitts 24. Das Verhältnis zwischen den Radien der Abschnitte 34 und 24 kann 1,1 bis 1,5» vorzugsweise etwa 1,3 betragen.

Ein Zweck der Differenz zwischen den Radien äer Abschnitte 24 und 34 ist der, daß es erwünscht ist, eine Berührung zwischen den gekrümmten Teilen zu vermeiden, um die Gefahr von Beschädigungen am Kern des Stangengewindes auszuschalten. Es wird angestrebt, mögliche infolge von Reibung auftretende Schäden des Stangengewindes auf den Bereich des Außendurchmessers desselben zu beschränken.

Zum gleichen Zweck erhält das Stangengewinde eine etwas größere Tiefe als das Hülsengewinde, so daß das SpiäL zwischen dem Kern des Stangengewindes und der Außenfläche des Hülsengewhdes größer ist als zwischen dem Außendurchmesser des Stangengewindes und dem Kern des Hülsengewindes.

Ein weiterer Schritt zum Ausschließen der Gefahr einer 3erührung am Kern des Stangengewindes ist der, daß die Außenfläche des Hülsengewindes einen besonders großen Radius an der nichtdrückenden Flanke erhält. Der Radius des Abschnitts 35 in T⁷Ig. 5 kann daher entsprechend größer sein als der Radius des Abschnitts 34, und sein Krümmungsmittelpunkt kann weiter entfernt von der Bohrerachse liegen.

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Gewisse der oben erwähnten Bedingungen für die Flanken, z.B. die Flankenneigung, beziehen sich in erster Linie auf

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uxc XfXUUA-XXaUJXVu c\j uuu V-⁷ · x>cx ucu a.uucXCu i'iauAcu awa. uuu 30a und den sich an sie anschließenden gekrümmten Teilen ist die Formgebung freier. Es ist jedoch oft vorteilhaft, daß beide Flanken des Gewindeganges wenigstens im wesentlichen symmetrisch sind in bezug auf die Flankenneigung.

Durch die beschriebene Form der Gewindeverbindung wird außer den bereits erwähnten Vorteilen auch erreicht, daß der Zwischenraum zwischen den Gewinden 30 klein wie möglich wird, was der Ansainmlun^cp von ausgebohrtem Material in der Yerbindun⁰" entgegenwirkt.

Als geeignete praktische Abmessungen für eine Gewindeverbindung mit einem Durchmesser von 38»1 mm (1 1/2 ") kann folgendes erwähntewerden:

Flankenneigung in bezug auf die Achse 35° von beiden Flanken, der Druckflanke und der nichtdrückenden Flanke; Steigungswinkel 8°;

Radien der Krümmung sind folgende: I

j Abschnitt Radius g

22 2 mm j

32 2 mm I

» 10 -

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- 10 - . *■-

/Id j

Abschnitt Radius j

24 _a 3,5 mm j

34 4,5 mm '

35 · · · 6 mm

Tiefe des Hülsengewindes 2,25 mm,
Tiefe des Stangengewindes 2,30 mm.

Die Gewindeverbindung nach der Erfindung kann nicht nur zum Verbinden von Schlagbohrstangen mittels Hülsen, sondern natürlich auch zum Verbinden von Schlagbohrstangen und Bohrkronen, von Adaptern und Bohrkronen usw. angewendet werden.

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Claims (6)

DIPL ING KLAUS BEHN DIPL-PHYS ROBERT MUNZHUBER PATENTANWALTf. Β MÜNCHEN 2 2 WIDEN MAYERSTRASSE 6 TEL ,089,22 25 30 29 5102 1 8 . Api'Ü 1975 Aktenzeichen: G 71 12 626,6 Anmelder : Fa. Sandvik AB Uns. Zeichen: A 138 71 B/Ks SCHUTZAITSPRÜCEE

1. Gewindeverbindung für durch Hülsen verbundene Schlagbohrstangen, bei der im Längsschnitt die Kern- und Kopfflächen des Stangen- und Hülsengewindes geradlinig oder leicht gekrümmt und die tragenden Flanken des Stangen- und des Hülsengewindfis geradlinig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kopf- und Kernflächen (21, 23; 31, 33) und den Flanken (20, 20a; 30, 30a) des Stancengewindes (10) und des Hülsengewindes (12) gekrümmte A'__chnitte vorgesehen sind, daß der zwischen Kernfläche (23) und Druckflanke (20) des Stangengewindes (10) liegende gekrümmte Abschnitt (24) einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als die Gewindetiefe, daß die Gewindeflanken (20, 20a; 30, 30a) 25 bis 40° gegen die Bohrstangenachse geneigt sind,und daß der Steigungswinkel der Gewinde (10; 12) 6,5 bis 9° beträgt, wobei die Gewinde (10; 12) bei verschraubter Gewindeverbindung im wesentlichen nur an den geraden Flanken (20, 30) aneinander liegen.

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Telegrammadresse Paten I senior

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2. Gewindeverbindung nach. Anspruch Ί, eadurc'·; ro>f r.n.■':::.-net, daß die Kopf- und Kernf" ächen (21, 25; ?1, ⁷-') d<-r G'--v:i r.-· = (10; 12) pai'allel zur Bohrerachse verlaufen.

3. Gewindeverbindung nach Anspruch Ί, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Kernfläche (23) und Druckflanke (20) des Stangengewindes (10) liegende gekrümmte Abschnitt (24) einen größeren Krümmungsradius aufweist als der zwischen Kopffläche (21) und Druckflanke (20) des Stangengewindes (10) liegende gekrümmte Abschnitt (22).

4. Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Kernfläche (23) und Druckflanke (20) des Stangengewindes (10) liegende gekrümmte Abschnitt (24) einen kleineren Krümmungsradius aufweist als der zwischen Kopffläche (33) iind Druckflanke (30) des Hülsengevrindes (12) liegende gekrümmte Abschnitt (JA).

5. Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen Zopffläche (33) und nicht drückender Flanke (30a) des Hülsengewindes (12) liegende gekrümmte Abschnitt (35) einen größeren Krümmungsradius aufweist als der zwischen Kopffläche (3?) und Druckflanke (30) des Hülsengewindes (12) liegende gekrümmte Abschnitt

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6. Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht drückenden Flanken (20a, 30a) der Gewinde (10; 12) im wesentlichen die gleiche Neigung haben wie deren Druckflanken (20, 30).

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