JP5713670B2 - 犠牲要素を有するロッド継手 - Google Patents

Description

本発明は、リンク継手、例えば地中若しくは地下において水平ボーリングして、つまり溝掘りなしに導管若しくは管路を設置若しくは敷設する際（以下、水平ボーリングと称する）のリンク（若しくはロッド）の連結のために用いられるリンク継手（若しくはロッド継手）に関する。

水平ボーリングの際には、個々の連結リンク（伝動部材若しくは導桿リンク）は互いに一列に並べられて、互いに連結され、かつ押圧駆動部、引っ張り駆動部若しくは回転駆動部を用いて地中内で運動されるようになっている。長い穴若しくは孔においては、ロッドは複数のロッド区分から成っており、各ロッド区分（ロッド部分又はロッド部材）はボーリングの進行に伴って互いに順次に連結され、若しくは互いに分離される。各ロッド区分は所定の長さを有し、短い構築溝、例えば縦穴、検査用穴若しくはマンホール等をボーリングする場合には極めて短くなっている。この種の穴は一部では１メートルより小さい直径を有するものである。

従来のロッド若しくは導桿は種々の形式の継手（カップリング）を用いており、この場合にねじ継手は広く用いられている。ねじを用いたねじ結合は比較的に長い時間、並びにきれいなねじを必要とすることのほかに、ねじ結合においては著しい欠点として、ボーリング駆動時のロッド回転が１つの方向でしか可能でないことである。それというのは、ねじ結合は別の方向でのロッド回転に際しては緩んでしまうことになるからである。

したがって差込式継手（差込式カップリング若しくは差込式連結装置）の開発に至り、差込式継手を用いる場合には、ねじ継手と異なり解決すべき問題点として、継手は連結開口部への差し込みの後に固定（ロック）されねばならず、それというはねじ結合の場合に生じる付着摩擦による固定作用は、差込式継手には得られないからである。

ドイツ連邦共和国実用新案出願公開第２９７１３３５４Ｕ１号明細書により公知のロッド継手（ロッドカップリング）おいては、第１の連結部材を第２の連結部材内に挿入するようになっている。この場合にはロッドの連結のために、第１の連結部材（連結部分又はロッド）は第２の連結部材の縦軸線（長手方向軸線）に対して約６０°の角度で該第１の連結部材の前側の端部でもって上方から第２の連結部材の溝状若しくは樋状の受容部内に押し込まれる。この場合に、第１の連結部材の半球状の突出部は、第２の連結部材の切欠き内に係合するようになっている。両方の管端部を互いに直角にしているこのような位置から、第１の連結部材及び切欠きは旋回させられ、その結果、第１の連結部材は第２の連結部材の溝状若しくは樋状の受容部内に達して、そこで狭い嵌合部内に受容されるようになっている。次いで結合部は、固定スリーブ若しくはロックスリーブとして形成された固定要素により固定される。

ドイツ連邦共和国特許出願公告第１９６０８９８０Ｃ２号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１８５３０Ａ１号明細書にも同じくロッド継手を開示してあり、該ロッド継手は、従来のねじ結合を避けて、連結すべきロッド部分（ロッド区分若しくはロッド部材）の前側の端部に、軸線方向に突出する条片状の付加部を有しており、該付加部（突起部）は、先行のロッド部分の後側の端部内に滑り係合するようになっている。このために、先行のロッド部分は端部に軸線方向のスリットを有しており、該スリットは溝を含んでおり、該溝内に条片状の付加部を押し込むようになっている。この場合に、ピン状の突出部は溝を介してスリットの支承孔内にもたらされる。後行のロッド部分は、該ロッドの旋回によってロッド継手の角度のある差し込み位置から伸長位置へ移されて、先行のロッド部分と同軸を成すようになっている。該位置でのみ、軸線方向の固定は保証されており、軸線方向に対してほぼ垂直な側方の固定は、連結リンクの側壁によって行われている。別の構成では、ピン状の突出部は側方からスリット内に挿入されて、次いで直角のある差し込み位置から伸長位置へ旋回させられる。ピンをスリットから抜け出さないようにするために、側方の固定は連結リンクの突出する側壁によって行われており、該側壁は伸長位置でスリットからのピンの抜け出し（外れ）を阻止し、つまりロッド継手の連結解除を防止するようになっている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００６５５３３Ａ１号明細書に開示の継手（カップリング）においては、連結リンクは、連結リンクの相対する端部を連結リンクの縦軸線に沿った相対的な平行移動に基づき相互に差し嵌められて、結合され、つまり嵌合結合されるようになっており、この場合に連結リンクの縦軸線（長手方向軸線）は平行移動に際してα＜１８０°の角度を成している。第１の連結リンクはピンを有しており、該ピンは第２の連結リンクの対応する切欠き内に係合するようになっている。ピンの抜け出しは、アンダーカット部によって行われ、該アンダーカット部は、相対的な旋回に基づき、連結すべき後続の連結リンクの肩部と係合するようになっており、若しくは抜け出しはばね負荷された栓状体によって防止され、該栓状体（止めピン）は後続の連結リンクの端面の受容部内に入り込むようになっている。

ロッド継手若しくは導桿継手の従来技術の構成は、半径方向若しくは軸線方向の抜け出しを、固定スリーブ、固定突出部又はロック突出部、若しくはばね負荷された栓状体によって阻止するものであり、或いは両方の部材若しくはリンクを所定の角度位置で軸線方向に相対移動させて相互に差し嵌めて、使用に際して、つまり使用状態若しくは作動状態では伸長位置に移すことに基づき阻止するようになっているものである。

本発明の課題は、公知技術から出発して、水平ボーリング用の連結リンク（若しくは伝動部材又はロッド）の結合（連結）のための新規な結合装置（結合機構）を提供し、該結合装置が、確実な固定若しくはロックを可能にして、故障若しくは損傷した連結リンクの補償若しくは修理の際のコストを節減できるようにすることである。

本発明の上記課題は、独立請求項に記載の水平ボーリング用ロッドの結合装置の構成によって解決される。本発明の有利な実施態様を従属請求項に記載してある。

本発明の技術思想は、水平ボーリング用ロッドの連結リンクを互いに直接にではなく、犠牲要素（犠牲エレメント）を介して互いに結合することにある。

本発明の実施態様においては、水平ボーリング用連結リンクのための差込式連結装置は、連結すべき両方の連結リンクを互いに結合する犠牲要素を備えており、該犠牲要素は、少なくとも１つの端部でもって前記各連結リンク内に挿入されるようになっており、前記連結リンクは軸線方向で互いに分離可能に結合されており、前記犠牲要素は少なくとも１つの側（端部）に横ウエブを有しており、該横ウエブ（結合又は連結用の横ピン若しくは横方向の条片状構成部分）は、前記連結リンクのうちの一方の連結リンクの横方向切欠き内に挿入されるようになっている。

犠牲要素は、摩耗部品として用いられてよいものである。連結リンクの連結部分（受容部）が、長時間の使用若しくは運転に際して摩耗に起因して次第に増大する遊びを有している場合には、本発明に基づき所定の時間の経過の後に、寸法の大きく形成されている犠牲要素を装着することによって、遊びのない連結を達成するようになっている。この場合に受容部を後加工することも可能である。従来技術においては、運転時に発生する大きな力を受けて破損若しくは損傷した場合には、全体の連結リンクを交換しなければならなかった。本発明に基づく構成では、交換は１つの連結リンクに制限若しくは限定される。特に有利な実施態様では、犠牲要素は、該犠牲要素の材料選択、寸法設定若しくは幾何学形状に基づき目標破断部位を成すように形成されていてよい。犠牲要素は例えば特別に錆止め処置を施され、特別に缶に入れて貯蔵されていてよい、犠牲要素は、例えば異なるロッド連結部を互いに結合する場合にも、連結部の経済的な交換を可能にするものである。交換は、犠牲要素を両側で分離可能に形成することによって極めて簡単に行われる。

本発明に基づく結合装置は、種々の自由度の選択を可能にし、若しくは連結リンク間の相互の旋回を可能にするものである。このことは、垂直なロッド平面内で犠牲要素の少なくとも１つの側（端部）にピン状の連結部（継手若しくはジョイント）を用いることによって達成される。球状若しくは部分球状の連結部は別の面内での連結リンク間の相互の旋回を可能にするものである。本発明の実施態様では、犠牲要素の少なくとも１つの側（端部）は、連結リンクが少なくとも１つの端部で互いに相対的に旋回可能であるように、形成されており、若しくは犠牲要素の少なくとも１つの側（端部）は、互いに連結された連結リンクが複数の平面内で互いに相対的に旋回可能であるように、形成されている。有利な実施態様では、犠牲要素の少なくとも１つの側（端部）は、球若しくは部分球として形成されている。

犠牲要素は、ロッド若しくは導桿の安定性を高め、かつ旋回可能性を犠牲要素の１つの側に制限するために、１つの側（端部）で１つの連結リンク内に旋回しないように固定（ロック）されている。つまり犠牲要素の１つの側（端部）は、連結リンク内に固定（ロック）されている。このような固定は、形状結合可能（つまり形状により束縛可能）な弾性的な減衰体（減衰部材）によって実施されてよく、該減衰体は、例えば硬質ゴムから成っていてよく、若しくは締め付けられていてよい。これによって得られるある程度の運動可能性は、材料負荷を避けるものであり、かつ取り扱いの改善に役立つものであり、それというのは犠牲要素は、ずれないように正確に位置決めされているからである。別の実施態様では、犠牲要素は１つの側（端部）で、連結リンク内で旋回運動若しくは回動運動できないように、嵌合（形状結合、つまり形状による束縛）による固定のほかに、素材結合（例えば溶接結合若しくは接着結合）により、若しくは摩擦結合又は力伝達結合により固定（ロック）されていてよい。

別の実施態様では、ピン連結部において犠牲要素の幾何学形状は、所定の角度位置（差し込み角度若しくは整合角度又は組立位置）では、つまり作業角度若しくは作動角度以外の規定される角度位置では差し込み（押し込み若しくは挿入）を可能にすると共に、横ウエブの受容のための受容部内でのほかの角度領域（作業角度若しくは作動角度）では固定若しくはロックを保証し、つまりロッド間の外れを阻止してロッド間の結合を保証している。この場合に差し込みは、半径方向若しくは横方向でも軸線方向でも可能になっている。このために、横ウエブ及び／又は切欠きの幾何学形状（断面輪郭）は円形からそれている。

横ウエブは、軸線方向で切欠き内に挿入する連結部分として設けられていてよい。この場合にピンは、本発明に基づき軸線方向での固定のために１つの領域に面取り部（平面部）を有していてよい。この場合に切欠き、連結開口部若しくは切欠きの挿入通路は、横ウエブの幾何学形状に対応して、所定の角度位置（差し込み角度若しくは差し込み位置）でのピンの差し込みを可能にする幾何学形状を有している。横ウエブを切欠き内に位置させてある場合に、横ウエブは、該横ウエブが差し込みのための所定の角度位置を離れると、連結リンクの軸線方向の移動を阻止されており、つまり、上記差し込みを可能にする幾何学形状は、もはやピンの、連結リンクの軸線方向で見た幾何学形状と合致しなくなっている。本発明の別の実施態様では、犠牲要素はボールヘッド状（球頭部状）の少なくとも１つの結合区分を含んでいる。

本発明の有利な実施態様では、雌形の連結部材に長手方向の１つの連結開口部を設けてある。故障若しくは損傷した犠牲要素を修理するため、若しくは先行の請求項の連結相手（連結パートナー、つまり例えば相対する連結リンク）の種々の形状若しくは寸法に適合させるための方法において、使用されている古い犠牲要素を抜き取り、新たに予備犠牲要素（代用犠牲要素若しくはスペア犠牲要素）を装着若しくは結合するようになっている。この場合に、長時間の使用により生じている遊びを補償するために、寸法の大きく形成された予備犠牲要素を取り付け、つまり組み込むようになっている。

本発明は、キーとキー溝とから成る付加的な溝及びキー形連結部によって半径方向又は横方向若しくは軸線方向の固定力を受け止める、つまり半径方向又は横方向若しくは軸線方向の固定（ロック）を行うという手段を排除するものではなく、この場合に例えば溝及びキーは、部分円状に、つまり円弧状に形成されており、溝は連結リンク間の結合（連結）に際してキーに沿って回動滑動するようになっており、すなわちキーは旋回若しくは回動しつつ溝内に滑り込むようになっている。

本発明は、種々の形式のロッド若しくはリンクと一緒に用いられ、かつ押圧力又は推進力若しくは引っ張り力又は牽引力を作業軸線の方向から通路軸線の方向に向けるための支持装置若しくはガイド装置と一緒に用いられてよいものである。

ロッドは、種々の構造若しくは形状の支持装置若しくはガイド装置に適合させるために、若しくは種々のカーブ案内装置（曲面案内装置）内で作動できるように、両側を円弧区分として形成され、例えば凹曲線／凹曲線若しくは凹曲線／凸曲線で形成されていてよい。

本発明に基づき、連結リンクは両側に犠牲要素を備え、若しくは両側に連結開口部をも備えていてよく、これに対応して犠牲要素は形成される。

次に本発明を図示の実施形態に基づき詳細に説明する。

本発明に基づく連結装置を示す図であり、該連結装置（継手装置）は連結リンク内に配置された犠牲要素を備えている。 本発明に基づく連結装置を示す図であり、犠牲要素は連結リンクから分離されている。 付加的な自由度を有する別の実施態様の差込式装置を示す分解斜視図である。 別の実施態様の差込式装置を別の側から示す図である。 別の実施態様の差込式装置の一部分をさらに別の側から示す図である。 球状の犠牲要素の旋回によるさらなる自由度を有する差込式装置の別の実施形態を示す図である。 素材結合により連結リンクと結合される犠牲要素を有する本発明の別の実施形態を示す図である。 素材結合により連結リンクと結合される犠牲要素を有する本発明のさらに別の実施形態を示す図である。 図５の実施形態を１つの組立状態で示す図である。 図５の実施形態を別の組立状態で示す図である。

差込式連結装置（差込式連結機構又は差込式継手装置）は、少なくとも２つの連結リンク１，２を互いに結合するようになっている。このために、第１の横ウエブと第２の横ウエブとをつなぐ犠牲要素２は、その第１の横ウエブ４でもって第１の連結リンク（連結部材）１の端部の連結開口部６内に差し込まれるようになっている。次いで、犠牲要素の第２のウエブ８には、第２の連結部材（図示省略）を枢着するようになっている。横ウエブの形状は、１つの平面内において両方の連結部材間の相対的な旋回運動を可能にするものである。連結部材間の相対的な旋回運動は、弾性の減衰体若しくは減衰部材又は緩衝部材としての固定部材９を用いることによって阻止され、若しくは制限されるようになっている。したがって、固定部材（ロック部材若しくは止め部材）９は、旋回運動を阻止若しくは制限するのに合わせて剛性に若しくは弾性変形可能に形成されている。

図２には別の実施形態を示してあり、この場合には犠牲要素２は一方の端部には、部分的な球（部分球）として形成された結合ピン１４を有している。該犠牲要素は、付加的に固定ピン（ロックピン）１５のための長孔状受容部１３を有しており、固定ピンは、犠牲要素２を連結部材（ロッド若しくは連結リング又は伝動部材）に取り付けた後に、連結部材の、前記長孔状受容部（軸線方向受容部）１３に対応して設けられた開口部（孔）１７内に挿入されるようになっている。つまりこのような組立は、連結開口部６内への犠牲要素の差し込み（挿入）、続く９０°にわたる回動、及び垂直な固定ピン１５の差し込みによって行われる。犠牲要素内の長孔状受容部１３及び結合ピン１４の形状は、２つの平面内での犠牲要素の旋回を可能にできるようになっている（図２ｂ及び図２ｃ、参照）。固定片１９を用いて旋回半径を規定するようになっている。

図３には、部分球として形成された結合ピン１４′を有する別の実施形態が示してあり、該実施形態は付加的な自由度を有しており、しかしながら側方の固定ピン１５′によって回動、ひいては抜け出しを阻止されるようになっている。固定ピンの位置に応じて、すべての自由度の旋回可能性は保たれる。

図４に示す本発明の実施態様においては、第１の犠牲要素２２の横ウエブ２６が終端側（若しくは端部側）の平面部（面取り部）２３でもって軸線方向に向けて、結合ウエブ（条片状区分）２４上で、連結ロッド（伝動部材）若しくは連結リンク２１に設けられた横方向切欠き２８内に押し込まれるようになっている。横ウエブ２６の終端側の平面部２３に基づき、連結リンクは横切欠き２８内への横ウエブ２６の移動に際して互いに９０°の角度を成している。断面で円形の横切欠き２８は、伸長位置までのほかのすべての角度では、横切欠き２８内での横ウエブ２６の確実な保持を保証している。

図５の実施形態では、連結リンク３１はＬ字形の連結開口部３０を有している。連結開口部３０は横方向切欠き３８に関して次のように配置され、つまり、横ウエブ３６は連結開口部内へ差し込んだ後に、横ウエブを横方向切欠き３８内へ移動させる前に、まず９０°にわたって回動させられるようになっている。横ウエブ３６が連結開口部３０内の最も深い挿入部位まで達して、平面部３３でもって結合ウエブ（側部間を延びる条片状部分）３４に接触すると、連結リンク４は９０°にわたって軸線方向に回動させられ、次いで連結リンクの軸線に沿って図６の終端位置へ移動させられ、このことは平面部３２に基づき可能になっている。次いで両方の連結リンク２１，３１は、９０°の角度の位置から旋回させられ、９０°の角度でなくなると、つまり互いに直線を成す方向に旋回させられると、互いに連結されることになり、それというのは、横ウエブ３６の幾何学形状は、平面部３２が結合ウエブ３４の平面内にある場合に、つまり平面部３２と結合ウエブ３４の平面とが互いに合致している場合にしか、横方向切欠き３８からの抜け出しを可能にしないものであるからである。両方の連結リンクは相対的に、例えば図６に示す角度位置から、図７に示す伸ばされた作動位置（作業位置）、つまり互いに１８０°を成す角度位置まで旋回させられ、作動位置までの各角度位置ではほぼ遊びのない状態で結合（連結）されている。

２ 犠牲要素、 ４ 横ウエブ、 ６ 連結開口部、 ８ 横ウエブ、 ９ 固定部材、 １３ 長孔状受容部、 １４ 結合ピン、 １５ 固定ピン、 ２１ 連結リンク、 ２２ 犠牲要素、 ２３ 平面部、 ２６ 横ウエブ、 ２８ 横方向切欠き、 ３０ 連結開口部、 ３１ 連結リンク、 ３６ 横ウエブ、 ３８ 横方向切欠き

Claims (16)

1. 水平ボーリング用連結リンクのための差込式連結装置であって、連結リンク（１）を互いに結合する犠牲要素（２，１２，２２）を備えており、該犠牲要素は、少なくとも１つの端部でもって前記各連結リンク内に挿入可能であり、前記連結リンクは軸線方向で互いに分離可能に結合されている形式のものにおいて、前記犠牲要素は少なくとも１つの側に横ウエブ（４，８；２６；３６）を有しており、該横ウエブは前記連結リンク（１）のうちの１つの連結リンクの横方向切欠き（３８）内に挿入可能になっており、該横方向切欠きは前記犠牲要素を挿入するために開口を有していて、該開口は前記連結リンクの長手方向軸線に対して垂直に延びており、前記連結リンクに前記横ウエブを固定するために、前記犠牲要素は挿入後に該犠牲要素の長手方向軸線を中心にして回転させられることを特徴とする、犠牲要素を有する差込式連結装置。
2. 犠牲要素（２，１２，２２）の少なくとも１つの側は、連結リンク（１）が少なくとも１つの平面内で互いに相対的に旋回可能であるように、形成されている請求項１に記載の差込式連結装置。
3. 犠牲要素（２，１２，２２）の少なくとも１つの側は、互いに連結された連結リンク（１）が複数の平面内で互いに相対的に旋回可能であるように、形成されている請求項１に記載の差込式連結装置。
4. 犠牲要素（１２）の少なくとも１つの側は、球若しくは部分球として形成されている請求項１に記載の差込式連結装置。
5. 犠牲要素（２，１２，２２）の１つの側は、連結リンク（１）内に固定されている請求項１から４のいずれか１項に記載の差込式連結装置。
6. 犠牲要素は１つの側で旋回運動に対して、嵌合により、若しくは素材結合により、若しくは摩擦により固定されている請求項５に記載の差込式連結装置。
7. 請求項１から６までのいずれか１項に記載の差込式連結装置を有するロッドに用いられる連結リンクにおいて、該連結リンクは、犠牲要素（２，１２，２２）の受容のための少なくとも１つの連結開口部（６，１６，３０）を有していることを特徴とする連結リンク。
8. 請求項１から６のいずれか１項に記載の差込式連結装置を有するロッドに用いられる連結リンクにおいて、該連結リンクは、請求項７に記載の連結リンクの連結開口部（６，１６，３０）内への挿入のための少なくとも１つの犠牲要素（２，１２，２２）を有していることを特徴とする連結リンク。
9. 請求項７又は８のロッドと一緒に用いられる犠牲要素において、該犠牲要素はボールヘッド状の少なくとも１つの結合区分（１４，１４′）を含んでいることを特徴とする犠牲要素。
10. 請求項７又は８のロッドと一緒に用いられる犠牲要素において、該犠牲要素はピン状の少なくとも１つの結合区分（１４，１４′）を含んでいることを特徴とする犠牲要素。
11. 犠牲要素は、連結リンク間の所定の角度での横方向切欠き（３８）内への犠牲要素の挿入及び横方向切欠き（３８）からの犠牲要素の抜き取りを許し、かつ前記所定の角度以外の角度領域では抜け出しを阻止する形状を有している請求項１から６のいずれか１項に記載の差込式連結装置。
12. 犠牲要素（２，１２，２２）は少なくとも１つの平面部（２３，３３）を有している請求項１１に記載の差込式連結装置。
13. 雌形の連結部材には長手方向に連結開口部（６）を設けてある請求項１２に記載の差込式連結装置。
14. 連結開口部（６）はＬ字形に形成されている請求項１３に記載の差込式連結装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項に記載の故障若しくは損傷した犠牲要素を修理若しくは交換するため、若しくは請求項１から１４までのいずれか１項に記載の犠牲要素を連結相手の種々の形状若しくは寸法に適合させるための方法において、古い犠牲要素を抜き取り、予備犠牲要素を装着することを特徴とする、犠牲要素を修理するため若しくは連結相手の種々の形状若しくは寸法に適合させるための方法。
16. 連結リンクと素材結合により結合される犠牲要素を切り離して、新たな犠牲要素をロッドに素材結合により装着する請求項１５に記載の方法。

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