DE975291C - Kegelgewindeverbindung, insbesondere fuer unmittelbar aneinander anzuschliessende Tiefbohrgestaenge und -rohre - Google Patents

Description

AUSGEGEBENAM 2. NOVEMBER 1961

iV 10346 VIaI5a

Die Erfindung betrifft eine Kegelgewindeverbindung, insbesondere für unmittelbar aneinander anzuschließende Tiefbohrgestänge und -rohre, bei der in fest eingeschraubtem Zustand die beiden Flanken jedes Gewindeganges der insbesondere mit Queroder Schrägschultern aneinanderstoßenden Gewinde unterschiedlich belastet sind und die axiale Belastung der Flanken symmetrisch zu einer Gewindequerebene ist. Die Kegelgewindeverbindung kann dazu dienen, Werkzeuge zu befestigen oder Rohrbunde, Bohrgestängeglieder, Bohrkragen oder Bohrmeißel anzubringen bzw. miteinander zu verbinden.

Bei Gewindeverbindungen dieser Art besteht das eine der zu verbindenden Bauteile, und zwar das Bolzenteil, aus einem sich kegelig verjüngenden Körper, der mit Außengewinde versehen ist, während das andere der beiden Bauteile, nämlich das als Mutter wirkende Bauteil, mit einem kegeligen Innengewinde versehen ist.

Die am meisten verwendete Gewindeverbindung ao dieser Art ist die von dem American Petroleum Institute (A.P.I.) empfohlene. Theoretisch ist bei dieser Verbindung der Kegelwinkel des kegeligen Abschnitts des Bolzenteils der gleiche wie derjenige des kegeligen Abschnitts des Mutterteils. Auch die Steigung der beiden Schraubengewinde ist die gleiche. Das sogenannte A.P.I.-Gewinde besitzt einen Nachteil, der im folgenden näher erläutert ist.

Wenn man in dem obenerwähnten theoretischen Falle das Bolzenteil in das Muttergewinde einschraubt, ergibt sich ein vollständiges Zusammenpassen des Bolzengewindes mit dem Muttergewinde, d. h., der zwischen den Gewindegängen des Bolzenteils verfügbare Raum wird durch die Gewindegänge des Mutterteils vollständig ausgefüllt, was anzeigt, daß jeweils beide Flanken jedes Gewindeganges sowohl des Bolzenteils als auch des Mutter-

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teils zusammengedrückt werden. In jede Gewinderille wird somit ein Gewindegang eingekeilt, wobei sich eine erhebliche Gefahr ergibt, das im Gewindegrund Einkerbungen entstehen. Noch ungünstigere Bedingungen treten auf, wenn das A.P.I.-Gewinde bei Verbindungen benutzt wird, die Drehmomente zu übertragen haben und/oder Biegebeanspruchungen unterworfen sind. Wie weiter unten an Hand von Fig. ι im Hinblick auf mit Anlageschultern ίο versehene Verbindungen erläutert ist, entstehen bei diesen Verbindungen bekannter Ausführung sehr ungünstige Spannungsanhäufungen in der Nähe des Grundes der Gewinderillen, d. h. dort, wo bereits starke Spannungen gegeben sind, so daß nicht selten ein Abreißen der Gewindegänge und ein Bruch des Bolzenteils eintritt.

Es sind zwar Gewindeverbindungen bekannt, bei denen die Spannungsverhältnisse im fest eingeschraubten Zustand von den oben dargelegten Verhältnissen abweichen. Bei diesen tritt jedoch ebenfalls der geschilderte Nachteil einer Keilwirkung in den Gewindegängen auf. So ist eine Kegelgewindeverbindung bekannt, bei der die Steigungen des Muttergewindes und des Bolzengewindes über die Gewindelänge zwar jeweils konstant sind, jedoch voneinander geringfügig abweichen. Um die beiden Gewinde in Verbindung zu bringen, wird das Teil mit der kleineren Steigung so weit erhitzt, bis sein Gewinde infolge der thermischen Ausdehnung des Materials die gleiche Steigung wie das andere Teil besitzt. In diesem Zustand können die beiden Verbindungsteile leicht ineinandergedrängt werden. Beim nachfolgenden Abkühlen schrumpft das erhitzte Gewindeteil. Seine Material teilchen bewegen sich dabei entlang Radien einer Schrumpfungskugel, deren Mittelpunkt etwa in der Mitte der Gewindeverbindung auf deren Achse liegt. Bei dieser Gewindeverbindung kann zwar eine gewisse Abdichtung der Gewindeverbindung, z. B. gegen den Durchtritt von Wasser, erzielt werden. Die Gewindegänge sind aber auch bei dieser Verbindung, in axialer Richtung gesehen, ungleichmäßig belastet und beansprucht, was zu den obenerwähnten Zerstörungserscheinungen führen kann. Eine ähnliche Maßnahme ist von Stiftschrauben mit zylindrischem Gewinde bekannt. Bei solchen Stiftschraubengewindeverbindungen tritt häufig der Nachteil auf, daß sich beim Lösen der Mutter auch die Stiftschraube aus ihrer Gewindeverbindung löst. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man die Gewinde sowohl der Schraube als auch des Gewindeloches mit normalem Gewindeprofil und unveränderlicher Steigung über die ganze Länge versehen, jedoch dem einen Gewinde eine von der Steigung des anderen Gewindes abweichende Steigung gegeben, so daß beim Einschrauben eine Verspannung entsteht. Im lose eingeschraubten Zustand besteht nur zwischen den an den Enden der im Eingriff stehenden Gewinde liegenden Gewindegängen eine Flankenberührung, während zwischen den übrigen Flanken ein Spiel besteht. Beim festeren Einschrauben kommen dann infolge der Materialverformung immer mehr Flanken in gegenseitige Berührung, wobei jedoch die Flankenbelastung an den Enden der Gewindeverbindung am größten ist und zur Mitte hin abnimmt. Es entsteht also ein ähnlich ungleichmäßiger Belastungszustand wie bei der obenerwähnten geschrumpften Kegelgewindeverbindung.

Weiter ist es bekannt, die Kegelgewindeverbindüngen für Schlagbohrkronen mittels Sägengewinden auszurüsten, wobei die Schlagübertragung über die Flanken des Kegelgewindes erfolgt. Bei dieser Gewindeverbindung können im fest eingeschraubten Zustand die beiden Flanken jedes der im Eingriff stehenden Gewindegänge unterschiedlich belastet sein, wobei die axiale Belastung der Flanken symmetrisch zu einer Gewindequerebene sein kann. Jedoch ist auch bei dieser bekannten Gewindeverbindung für Schlagbohrkronen die Flankenbelastung über die Gewindelänge ungleichmäßig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kegelgewindeverbindung zu schaffen, bei der die axiale Belastung der Gewindegänge über die Länge der Gewindeverbindung im wesentlichen gleichmäßig ist und die bei gegebenen Abmessungen höher belastet werden kann als in üblicher Weise ausgebildete Kegelgewindeverbindungen.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß symmetrisch zu der etwa in Gewindemitte gedachten Gewindequerebene Abweichungen hinsichtlich des Abstandes von dieser, der Steigung und/oder des Flankendurchmessers einzelner oder mehrerer Gewindegänge vorgesehen sind. Dabei sind diese Abweichungen auf ein normales Kegelgewinde mit konstanter Gewindegangform, Gewindesteigung und konstanter Konizität der Gewindegänge bezogen.

Im folgenden sollen unter »äußeren Flanken« der Gewinde diejenigen Flanken verstanden sein, die der obengenannten Gewindequerebene jeweils abgewandt sind. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein zu der etwa in Gewindemitte gedachten Querebene symmetrisch axialer Belastungszustand der Gewindegänge erzielt, bei dem die Belastung sämtlicher Gewindegänge praktisch die gleiche ist. Damit wird eine die Bildung von Spannungsrissen am Gewindegrund hervorrufende Keilwirkung zwischen benachbarten Gängen unterbunden. Vor allem kann eine in dieser Weise ausgebildete Gewindeverbindung merklich höher belastet werden, als es bei üblichen Kegelverbindungen möglich ist, da praktisch alle im Eingriff stehenden Gewindegänge gleichermaßen an der Kräfteübertragung zwischen den Gewindeteilen teilnehmen.

Besonders augenfällig machen sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Gewindeverbindung in den Fällen bemerkbar, bei denen die beiden Schraubengewinde mit radialen Schultern aneinanderstoßen und die den Schultern nahe gelegenen Gewindegänge unter üblichen Verhältnissen besonders stark belastet sind.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, um die Abweichungen in der Lage der Gewindeflanken zu xzielen. So können die zu beiden Seiten der Gewindequerebene liegenden Gewindeabschnitte wenig-

stens eines der beiden Schraubengewinde in Achsrichtung gegeneinander verschoben sein. Ausgehend von Schraubengewinden mit unterschiedlicher Steigung hat es sich als besonders zweckmäßig er-S wiesen, wenn sich der Unterschied der Flankendurchmesser der beiden Schraubengewinde symmetrisch zu der Querebene der Gewindeverbindung über die Gewindelänge ändert.

Diese Änderungen der Steigung der Gewinde

ίο oder der Flankendurchmesser gewährleisten, daß das Muttergewinde an dem Bolzengewinde derart angreift, daß bei Betrachtung einer Verbindung, deren Achse waagerecht liegt, nur die linken Flanken der linken Hälfte des Bolzengewindes und nur die rechten Flanken der rechten Hälfte des Bolzengewindes durch die Flanken des Muttergewindes belastet werden. Auf diese Weise wird eine Keilwirkung zwischen den Gewindegängen und den Gewinderillen vermieden, so daß deren nachteilige

so Folgen nicht auftreten können. Dadurch, daß die Gewindegänge des Bolzenteils und des Mutterteils in der dargestellten Weise ineinandergreifen, wird das Bolzenteil einer Druckspannung ausgesetzt, während das Mutterteil auf Zug beansprucht wird, wobei die sich im Werkstoff ergebenden Spannungen günstiger sind als die bei der weiter oben besprochenen Konstruktion auftretenden, so daß für den Fall, daß die Teile einwandfrei konstruiert sind, größere Belastungen zulässig werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt die bekannte A. P. I.-Gewindeverbindung; Fig. 2 zeigt die in Fig. ι bei A angedeutete Einzelheit; Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Gewindeverbindung; die Fig. 4 bis 7 lassen verschiedene Ausführungsformen der in Fig. 3 bei B angedeuteten Einzelheiten erkennen; die Fig. 8 bis 11 veranschaulichen die erfindungsgemäße Gewindeverbindung an Hand verschiedener Arten von Verbindungen. Wo es erforderlich schien, wurden bestimmte Abmessungsverhältnisse zum Zwecke der deutlicheren Darstellung übertrieben wiedergegeben.
Die Figuren und die an Hand dieser Figuren gegebenen Beschreibungen haben lediglich die Aufgabe, einige Ausführungsbeispiele der Erfindung zu veranschaulichen; es ist klar, daß sich die Anwendung der Erfindung nicht auf die hier dargestellten und beschriebenen Verbindungen beschränkt und daß der Anwendungsbereich der Erfindung auch alle anderen bei Bohrarbeiten verwendeten Kegelgewindeverbindungen umfaßt, beispielsweise Werkzeugverbindungen, Bohrkragen, Bohrgestängeglieder, Gestängebunde und Bohrmeißelbefestigungen.

Das in Fig. 1 dargestellte Schraubengewinde gehört zu einem Längsschnitt durch eine Verbindung, die aus einem mit dem Gewinde 2 versehenen, kegelig verjüngten Bolzenteil 1 und einem Muttergewindeteil 3 besteht, welch letzteres eine mit dem Gewinde 4 versehene kegelförmige Innenwand aufweist. Die Abmessungen dieser Gewinde basieren auf den Normen des American Petroleum Institute. Der Kegelwinkel des Muttergewindes ist gewöhnlich etwas kleiner als derjenige des Bolzengewindes, um ein vorzeitiges Verklemmen des dünneren Endes des Bolzengewindes und ein hierdurch möglicherweise verursachtes Abbrechen an dieser Stelle zu verhüten.

Das Bolzengewinde soll so weit in das Muttergewinde eingeschraubt werden, daß die Druckkraft zwischen der Schulter 5 des Bolzenteils und der Schulter 6 des Mutterteils sowie die Keilwirkung zwischen den Gewindegängen ausreichen, um das durch die Verbindung zu übertragende Drehmoment weiterzuleiten. Die Fig. 1 und 2 zeigen die gegenseitige Lage der Gewinde 2 und 4, wenn sich die Schultern 5 und 6 bereits berühren.

In Fig. ι stehen die drei ersten Gänge der beiden Gewinde miteinander im Eingriff, während die anderen Gewindegänge noch nicht zur gegenseitigen Anlage gekommen sind. Das Bolzenteil wird so weit in das Mutterteil eingeschraubt, daß die Zusammendrückung der Schultern 5 und 6 zusammen mit der Keilwirkung der ineinanderpassenden Gewindegänge die zur Übertragung des Drehmoments erforderliche Kraft liefert. Am Boden bzw. Grund dieser Gewinderillen entsteht leicht eine Kerbwirkung. Fig. 2 läßt die Kräfte erkennen, die durch das Gewinde 4 auf das Gewinde 2 ausgeübt werden (Einzelheit^ in Fig. 1). Bei dieser Spannungsver- go teilung ist der Abschnitt 7 des Mutterteils 3 Druckspannungen ausgesetzt, doch der Abschnitt 8 des Bolzenteils 1 steht unter Zugspannung, so daß alle Bedingungen erfüllt sind, um bei einer bestimmten Beanspruchung einen Bruch des Endes des Bolzenteils herbeizuführen. Der Bruch längs der Linie 9 in Fig. ι beginnt am Grund eines der ersten Gänge des Gewindes 2.

Im Gegensatz hierzu ist die erfindungsgemäße Gewindeverbindung so ausgeführt, daß das Auf- ico treten einer Keilwirkung zwischen den Gewindegängen beim Einschrauben des Bolzenteils in das Mutterteil vermieden wird und daß das ganze Drehmoment durch die Berührungsflächen der Gewindegänge übertragen werden kann.

Zu diesem Zweck ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 (Einzelheit B in Fig. 3) in der Nähe der Mitte des Gewindeabschnitts 2 des Bolzenteils 1 und in der Nähe der Mitte des Gewindeabschnitts 4 des Mutterteils 3 eine örtliche Änderung der Gewindesteigung vorgesehen, wobei die Steigung des Bolzengewindes an dieser Stelle größer ist als die normale Steigung P, während die Steigung des Muttergewindes an dieser Stelle kleiner ist als die normale Steigung P. Hierdurch wird gewährleistet, daß die äußeren Flanken des Bolzengewindes 2 gegen die inneren Flanken des Muttergewindes 3 drücken und daß infolgedessen der mit Gewinde versehene Abschnitt des Bolzenteils 1, abgesehen von radialen Spannungen, einer axialen Druckspannung ausgesetzt ist, während in dem entsprechenden Teil des Mutterteils 3 axiale Zugspannungen herrschen.

Wenn sich die Schultern 5 und 6 nicht berühren, steht der Abschnitt 8 des Bolzenteils und der Abschnitt 7 des Mutterteils nicht unter axialer Span-

nung. Wenn die Schultern 5 und 6 jedoch belastet sind, um eine Abdichtung herbeizuführen oder ein Drehmoment zu übertragen, werden die Abschnitte 8 und 7 axialen Spannungen ausgesetzt. Die an diesen Schultern wirkenden Kräfte beanspruchen das Bolzenteil naturgemäß auf Zug, jedoch nicht in der Nähe des Grundes der Gewinderillen, da dort das Material durch den Flankendruck zusammengedrückt wird, so daß diese Stellen gegen Einkerben gesichert sind. Die erfindungsgemäße Gewindeverbindung läßt sich daher sehr viel höher belasten als Kegelgewindeverbindungen bekannter Ausführung.

Da die Gewindeflanken ferner gemäß der Erfindung über die ganze Länge des Gewindes der Verbindung jeweils einen Teil der Last aufnehmen, kann man die Festigkeit der Verbindung weiter steigern, indem man die Gewindelänge der Verbindung vergrößert.

Zwar sind in Fig. 4 örtliche Steigungsänderungen sowohl bei dem Bolzengewinde als auch bei dem Muttergewinde vorgesehen, doch ist es auch möglich und im allgemeinen vorzuziehen, eine Änderung der Steigung nur bei einem der zusammenwirkenden Gewinde derart vorzusehen, daß das Bolzenteil einer axialen Druckspannung und das Mutterteil einer axialen Zugspannung ausgesetzt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 besitzt das dünnere Ende des Bolzenteils 1 ein Schraubengewinde 2' mit der Steigung P 2, während am dickeren Ende des Bolzenteils ein Gewinde 2 mit der Steigung P1 vorgesehen ist. Diese Gewindeabschnitte greifen in die Gewindeabschnitte 4' bzw. 4 des Mutterteils 3 ein, wobei diese Gewindeabschnitte jeweils eine Steigung P2 bzw. Pi besitzen. Wenn man diese Steigung P 2 kleiner macht als die Steigung P1, ergeben sich beim Einschrauben des Bolzenteils 1 in das Mutterteil 3 die in Fig. S veranschaulichten Bedingungen. Wie in Fig. 4 wird das Bolzenteil einer axialen Druckspannung ausgesetzt, und gleichzeitig kommt das Mutterteil unter axiale Zugspannung, wenn das Bolzenteil in das Mutterteil eingeschraubt wird.

Es kommt nicht auf die Art und Weise an, in der die verschiedenen Änderungen der Steigung herbeigeführt werden. Dasjenige Schraubengewinde, das mit einer Steigungsänderung versehen werden soll, kann an der betreffenden Stelle unterbrochen sein oder sich fortsetzen, wobei es auf der Hand liegt, daß sich die Änderung der Steigung über eine ausreichende Länge verteilen muß, um zu gewährleisten, daß beim Festziehen der Gewindeverbindung möglichst gleichmäßige Spannungen entstehen.

Die auf die Gewindeflanken wirkenden Kräfte K werden hinsichtlich ihrer Größe und Richtung auch durch die Wahl der Flankenwinkel der Gewindegänge beeinflußt; die Größe dieser Winkel ist den praktischen Erfordernissen anzupassen.

Bei der Gewindeverbindung gemäß Fig. 6 weist das Schraubengewinde 2 des Bolzenteils 1 die Steigung P 2 auf. Das Gewinde 4 des Mutterteils 3 besitzt die Steigung Pi. Wenn man diese Gewinde so ausführt, daß der Unterschied zwischen den Flankendurchmessern 14 und 15 des Außengewindes und des Innengewindes in der Nähe der Mitte der beiden Gewindeabschnitte kleiner ist als an beiden Enden, wobei die Steigung P 2 größer ist als die Steigung P1, ist gewährleistet, daß sich die äußeren Flanken des Bolzengewindes an die inneren Flanken des Muttergewindes anlegen, wenn das Bolzenteil in das Mutterteil eingeschraubt wird. Infolge der während des Einschraubens durch diese Berührung hervorgerufenen Zusammendrückung wird das Bolzenteil einer axialen Druckspannung ausgesetzt, während das Mutterteil bei dieser Verbindungsart unter axiale Zugspannung kommt.

Das in Fig. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel ist eine Abwandlung des in Fig. 6 dargestellten. Wie die den Flankendurchmesser bezeichnende Linie 15 (s. Fig. 6), die bei der Ausführung nach Fig. 7 gerade und nicht wie in Fig. 6 gekrümmt ist, erkennen läßt, ist der Kegelwinkel des Gewindes 4 des Mutterteils über die ganze Länge des Gewindeabschnitts konstant. Um zu gewährleisten, daß die äußeren Flanken des Bolzengewindes gegen die inneren Flanken des Muttergewindes gedrückt werden, wenn das Bolzenteil in das Mutterteil eingeschraubt wird, muß man das Bolzengewinde in zwei Abschnitte 2 und 2' unterteilen, wobei diese Abschnitte Kegelwinkel aufweisen, die sich voneinander sowie auch von dem Kegelwinkel des Muttergewindes unterscheiden, so daß der Unterschied zwischen den Flankendurchmessern des Bolzengewindes und des Muttergewindes in der Nähe der Mitte des Gewindeabschnitts kleiner ist als an beiden Enden. (Bei bestimmten Materialeigenschaften kann es zweckmäßig sein, den die Flankendurchmesser wiedergebenden Kurven einen anderen Verlauf zu geben; in manchen Fällen muß der Unterschied zwischen den Flankendurchmessern konstant oder in der Mitte der Gewindeabschnitte am größten sein, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu gewährleisten.)

Um eine gleichmäßige Belastung der Gewindeflanken zu erzielen, damit ein Fressen vermieden wird, ist dafür gesorgt, daß der Übergang zwischen den beiden kegeligen Abschnitten des Bolzenteils an der betreffenden Stelle mehr oder weniger allmählich und nicht etwa plötzlich erfolgt (siehe Zone 13 in Fig. 7); in diesem Falle besteht zwischen den Flankendurchmesserlinien des Bolzenteils und des Mutterteils selbst in der Mitte des Gewindeabschnitts ein ausreichender Abstand, um ein Fressen zu verhindern.

Es ist auch möglich, den Kegelwinkel des Bolzenteils über die ganze Länge des Gewindeabschnitts konstant zu halten und das Innengewinde des Mutterteils in zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zu unterteilen, und zwar derart, daß der Kegelwinkel des in der Nähe des freien Endes des Mutterteils liegenden Gewindeabschnitts größer ist als der Kegelwinkel des Bolzengewindes, und daß der Kegelwinkel des in der Nähe des inneren Endes des Muttergewindes liegenden Abschnitts kleiner ist als derjenige des Bolzengewindes. Auch in diesem Falle ist jedoch ein aus-

reichender Abstand zwischen den die Flankendurchmesser angebenden Linien für das Bolzengewinde und das Muttergewinde vorzusehen.

Die Steigung P 2 des Bolzengewindes kann längs der beiden Abschnitte des Bolzengewindes unterschiedlich sein; sie kann z. B. im linken Abschnitt des Bolzengewindes gleich der Steigung P ι des Muttergewindes sein.

Bei erfindungsgemäßen Gewindeverbindungen ίο nehmen im spannungslosen Zustand, d. h. vor dem festen Einschrauben des Bolzenteils in das Mutterteil, die Abmessungen der Flankenschlitze zwischen den äußeren Flanken des Muttergewindes und den inneren Flanken des Bolzengewindes nach beiden Enden hin zu und die Abmessungen der Flankenschlitze zwischen den äußeren Flanken des Bolzengewindes und den inneren Flanken des Muttergewindes im allgemeinen nach beiden Enden hin ab. Es liegt auf der Hand, daß man die konstrukao tiven Merkmale der in den Fig. 6 und 7 dargestellten Gewindeverbindungen miteinander und mit denjenigen der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen kombinieren kann, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Derartige erfindungsgemäße Gewindeverbindungen sind in den Fig. 3, 8, 9, 10 und 11 bei 16 allgemein angedeutet. Eine Abdichtung, wie sie gemäß Fig. 3 durch die zur Achse der Verbindung senkrechten Schultern 5 und 6 erreicht wird, erzielt man bei der Ausführung nach Fig. 8 mit Hilfe der kegeligen Anlageflächen 10 und 11.

Gute Ergebnisse zeigten sich auch, wenn man bei der Gewindeverbindung 16 nach Fig. 9 das ganze Mutterteil 3 vorwärmte. Nach dem Einschrauben des Bolzenteils in das Mutterteil läßt man letzteres abkühlen. Infolge der Längenabnahme des sich abkühlenden Mutterteils nimmt der Druck zwischen den im Eingriff stehenden Gängen der beiden Gewinde zu, so daß außer radialen Spannungen auch eine axiale Zugspannung in dem Mutterteil und eine axiale Druckspannung in dem Bolzenteil hervorgerufen wird. Bei den meisten Schrumpfverbindungen entstehen nur radiale Spannungen; bei dieser erfindungsgemäßen Verbindung ergibt sich daher ein besseres Haltevermögen.

Bei geschrumpften Verbindungen ist es vorteilhaft, die zum Abdichten dienende Anordnung nach Fig. 8 zu benutzen.

Gemäß Fig. 10 können sowohl an dem Bolzenteil als auch an dem Mutterteil zwei sich aneinander anschließende Kegelgewindeabschnitte vorgesehen sein, wobei der Kegelwinkel des dem Ende zunächst liegenden Abschnitts größer ist als derjenige der anderen Abschnitte, die auf dem Bolzenteil vorgesehen sind. Bei der Ausführung nach Fig. 11 ist bei dem vom Ende des Bolzenteils entfernter liegenden Abschnitt des Gewindes keine Kegelform mehr vorgesehen, und in diesem Falle besitzt das Bolzenteil zwei Gewindeabschnitte, und zwar einen zylindrischen Abschnitt und einen sich an diesen anschließenden kegeligen Abschnitt, und das Innengewinde des Mutterteils ist ebenfalls zu einem Teil zylindrisch und zum anderen Teil konisch ausgeführt. Die zuerst erwähnte Ausführungsform bietet den Vorteil, daß sich das Bolzenteil schneller in das Muttergewinde einschrauben läßt, während die Ausführung mit zylindrischem Gewindeabschnitt die Verwendung eines stärkeren Bolzenteils ermöglicht.

Wenn das Schraubengewinde dort, wo sich die Steigung des Gewindes ändert, unterbrochen ist, benötigt man für das Zusammenschrauben der Teile eine geringere Zahl von Drehungen; vor dem Einschrauben des Bolzenteils in das Mutterteil läßt sich nämlich das Bolzenteil weiter in das Mutterteil einschieben, als es bei nicht unterbrochenem Gewinde der Fall wäre. Diese Ausführungsart kann sich auch im Hinblick auf das Schneiden der Gewindegänge als vorteilhaft erweisen.

Die Spannungsverteilung, die sich gemäß der Erfindung in dem Mutterteil und dem Bolzenteil ergibt, führt dazu, daß ein Wackeln der Verbindung vermieden wird.

Wenn das erfindungsgemäße Gewinde bei Futterrohren für Bohrlöcher verwendet wird, läßt sich die Verrohrung aus dem Bohrloch herausziehen, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich Verbindungen lösen, da Gewindegänge abgerissen werden.

Versuchsergebnisse. Eine Kegelgewindeverbindung gemäß der Norm des American Petroleum Institute wurde mit einer ähnlichen erfindungsgemäßen Verbindung verglichen. Beide Verbindungen wurden aus der gleichen Stahlsorte hergestellt, wobei die Behandlung des Stahls in beiden Fällen die gleiche war. Bei beiden Versuchen wurde das gleiche Fett verwendet, und die beiden Verbindungen wurden hinsichtlich der Belastungsbedingungen und der Temperatur in der gleichen Weise geprüft.

Die Unterschiede zwischen den beiden Gewindearten ergeben sich aus der folgenden Aufstellung.

Normale

A. P. L-

Gewinde-

verbindung

Steigung

des Muttergewindes ..

Steigung

des Bolzengewindes ..

Kegel des Bolzenteils
am Schulterende

Kegel des Bolzenteils
in der Mitte

Kegel des Bolzenteils
am dünneren Ende ...

Kegel des Mutterteils ...

Spalt (Abstand zwischen

den Schultern nach dem

. Einschrauben mit der

Hand)

6,35 mm
6,35 mm

ι :6

ι :6

ι :6
ι :6

Erfindungsgemäße
Gewindeverbindung

6,35 mm
6,374 mm

ι : 6,55
ι :6

ι =5.57
ι :6

1,5 mm

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Die beiden Verbindungen wurden allmählich belastet bzw. überlastet, und bei einer Belastung mit 3340 mkg ergaben sich die nachstehend aufgeführten bleibenden Abmessungsänderungen.

Zunahme des Außendurchmessers der Schulter
am Mutterteil

Zunahme der Steigung
des Bolzengewindes ..

Abnahme des Bolzenteil-Innendurchmessers in
50 mm Abstand vom
dünneren Ende

Normale

A. P. L-

Gewinde-

verbindung

8,05 mm

0,66 bis 0,78 mm

0,92 mm

Erfindungsgemäße Gewindeverbindung

1,24 mm

0,05 bis 0,06 mm

0,43 mm

(Die Vergrößerung der Steigung des erfindungsgemäßen Bolzengewindes ist auf die extreme Überlastung zurückzuführen.)

Eine erfindungsgemäße Verbindung mit einer Gewindelänge von 127 mm (5")j bei der das Gewinde somit um 25,4 mm (1") länger war als das genormte Gewinde, wobei sich eine kleinere Schulterfläche ergab, wurde mit 4000 mkg belastet bzw, überlastet. Die Zunahme des Außendurchmessers der Schulter an dem Mutterteil betrug dann 3,69 mm, doch zeigte es sich, daß die Vergrößerung der Steigung des Bolzengewindes zwischen —0,005 mm (Abnahme) und 0,015 mm lag, d. h. bei Werten, die geringer sind als die Gewindetoleranz. Ferner wurden zahlreiche Biegeversuche mit kleineren Modellen durchgeführt. Bei diesen Versuchen zeigte es sich, daß man die erfindungsgemäße Gewindeverbindung um etwa 50% höher belasten konnte als die A. P. I.-Gewindeverbindung, während die erfindungsgemäße Verbindung bei der gleichen Belastung einer wesentlich größeren Zahl von Belastungsvorgängen standhielt als die normale bzw. genormte Verbindung.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Kegelgewindeverbindung, insbesondere für . unmittelbar aneinander anzuschließende Tiefbohrgestänge und -rohre, bei der in fest eingeschraubtem Zustand die beiden Flanken jedes Gewindeganges der insbesondere mit Quer- oder Schrägschultern aneinanderstoßenden Gewinde unterschiedlich belastet sind und die axiale Belastung der Flanken symmetrisch zu einer Gewindequerebene ist, dadurch gekennzeichnet, daß symmetrisch zu der etwa in Gewindemitte gedachten Gewindequerebene Abweichungen hinsichtlich des Abstandes von dieser, der Steigung und/oder des Flankendurchmessers einzelner oder mehrerer Gewindegänge vorgesehen sind.
2. 2. Kegelgewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beiden Seiten der Querebene liegenden Gewindeabschnitte wenigstens eines der beiden Schraubengewinde in Achsrichtung gegeneinander verschoben angeordnet sind (Fig. 4).
3. 3. Kegelgewindeverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubengewinde, welches in Achsrichtung gegeneinander verschobene Gewindeabschnitte besitzt, im Bereich der Querebene wenigstens einen Gewindegang abweichender Steigung aufweist.
4. 4. Kegelgewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Querebene die Gewindeabschnitte beider Schraubengewinde gleiche Steigung, aber von derjenigen der Gewindeabschnitte auf der anderen Seite unterschiedliche Steigung aufweisen (Fig. 5).
5. 5. Kegelgewindeverbindung nach Anspruch 1, bei der die beiden Schraubengewinde unterschiedliche Steigung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Unterschied der Flankendurchmesser der beiden Schraubengewinde symmetrisch zu der Querebene der Gewindeverbindung über die Gewindelänge ändert (Fig. 6 und 7).
6. 6. Kegelgewindeverbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schraubengewinde, vorzugsweise das Muttergewinde, auf einem Konus mit konstantem Kegelwinkel liegt und das andere Schraubengewinde im Bereich der Querebene auf einem Konus mit dem gleichen Kegelwinkel und an den Enden der Gewindeverbindung jeweils auf einem Konus mit abweichendem Kegelwinkel liegt (Fig. 7).
7. 7. Kegelgewindeverbindung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubengewinde, welches Abweichungen hinsichtlich der Lage der Gewindegänge bzw. der Steigung aufweist, im Bereich der Querebene unterbrochen ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 870 344; britische Patentschriften Nr. 593 629, 569581; USA.-Patentschriften Nr. 2504601, 1 817 808; Werbeschrift »Böhler Hartmetall-Bergbauwerkzeuge«, Nr. 4245, 7. 1953.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   © 509 659/8 2.56 (109 704/2 10.61)