SE530158C2 - Bergborrutrustning samt hon- och handelar därtill - Google Patents

Description

25 30 530 158 1236 1 SE 2007-06-04 2 ningskoncentrationer, som accentuerasju "skarpare" vinklade radieövergång- arna är, blir särskilt besvärande i hondelarna, i synnerhet i det eller de första gängvarven närmast hondelens främre ände eller mynningsände, där böjpå- känningarna på hondelen är störst.

Problemen med spänningskoncentrationer i trapetsgängförband har i och för sig lösts på ett förtjänstfullt sätt genom US 4040756 och US 6196598, näm- ligen genom att utforma spårbottnarna i såväl hondelens som handelens gängor med en s.k. fullradieprofil av samma slag som förekommer i repgängor, samti- digt som gängornas toppar eller krön bibehåller den för trapetsgängor typiska profilform, som definieras av en rak generatris som vid motsatta ändar övergår i de båda flankerna via konvexa båglinjer. På så sätt kommer flankerna att över- gå direkt i en tvärsnittsvis cirkelbågformig spårbotten, utan några som helst ra- dieövergångar däremellan. Med andra ord övergår flankerna i en mjukt rundad spårbotten i vilken risken för uppkomst av spänningskoncentrationer är minimal eller obefintlig.

En nackdel med de genom nämnda patentdokument kända gängorna är emellertid att gängprofilen är likformig utmed gängans hela axlella utsträckning mellan de främre och bakre ändarna. Detta innebär att mängden gods i fram- förallt den ömtåliga hondelen reduceras icke blott i det område där böjpåkän- ningar förekommer, d.v.s. i närheten av hondelens främre mynningsände, utan även utmed återstoden av gängans utsträckning fram till den bakre änden.

Denna godsreduktion försämrar onödigtvis hondelens styrka och livslängd.

Samma slag av onödig godsreduktion förekommer även i handelen, men i detta fall är densamma mindre betydelsefull än i hondelen.

Genom US 6293360 är tidigare känd en trapetsgänga vars profil successivt förändras utmed delar av ett varv. l detta fall är emellertid profilförändringen be- gränsad till gängans utgång eller ingång, medan profilen i övrigt är identisk ut- med alla varv mellan in- och utgångarna.

Ugpfinningens syflen och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte på att undanröja ovannämnda brister hos tidigare kända bergborrutrustningar och skapa en förbättrad utrustning. Ett primärt syfte med uppfinningen är därför att skapa en bergborrutrustning vars hon- och handelar kan kopplas ihop via gängförband, som å ena sidan ej påförs 530 158 12361sE* 2007-06-04 3 lokala spänningskoncentrationer som kan leda till materialutmattning, och som å andra sidan säkerställer att gängorna låter sig formas utan att försvaga re- spektive delar genom onödig godsreduktion. I synnerhet tar uppfinningen sikte på att skapa en hondel, som har optimal styrka och livslängd icke blott till följd 5 av att risken för utmattning l dess känsligaste del, d.v.s. den främre mynnings- ânden, minimeras, utan även till följd av att en optimal mängd gods bibehålls i densamma.

Kort beskrivning av bifogade ritningar 10 På ritningarna är: Fig. 1 en sprängvy i perspektiv visande två i en bergborrutrustning ingående delar eller komponenter, nämligen en handel och en hondel, som båda visas sche- matiskt i ett tvärsnittat tillstånd, Fig. 2 en perspektiwy visande handelen hopkopplad med hondelen, Fig53 en sprängvy i längdsektion som illustrerar dels handelen och en utvändig trapetsgänga på denna, dels hondelen och en invändig trapetsgänga i denna, Fig. 4A-C en serie förstorade detaljsektioner visande hongängans profilform itvärsnitten A, B och C i Fig. 3, F ig. 5 en förstorad längdsektion visande delar av hon- och hangängorna i ingrepp 20 med varandra, Fig. 6 en sprängvy visande samma gängor särade från varandra, och Fig. 7 en längdsektion genom en handel utformad med en gänga enligt uppfinningen.

Detalierad beskrivninq av föreçlr_agrla utföranden av ugrflnningg 25 l Fig. 1 och 2 visas en hondel 1 och en handel 2, som kan kopplas ihop el- ler förbindas med varandra via ett gängförband, som inbegriper dels en invän- dig gänga eller' hongänga 3 inuti hondelen 1, dels en utvändig gänga eller han- gänga 4 på handelen 2. En för de båda delarna gemensam, geometrisk cent- rumaxel är betecknad C. Hongängan 3 sträcker sig från en främre ände 5 (se 30 Fig. 3) mot en bakre ände betecknad 6. Hangängan 4 sträcker sig från en främ- re ände 7 mot en bakre ände 8. l exemplet visas hangängans 4 främre ände 7 belägen i omedelbar närhet av handelens främre ände sådan denna represen- teras av en ändyta 9 i vilken öppnar sig en spolkanal 10. Det är emellertid även tänkbart att utforma en, till exempel cylindrisk, styryta mellan gängan och änd- 10 15 20 25 30 530 'lEB izseisa 2007-06-04 4 ytan 9. På analogt sätt kan hongångan 3 påbörjas antingen i omedelbar närhet av hondelens 1 mynningsände, eller ett stycke in i hondelen.

Det skall understrykas att såväl hondelen 1 som handelen 2 visas schema- tiskt i ett tvärsnittat tillstånd i Fig. 1 och 2. I praktiken kan den hylsartade honde- len ingå i en skarv- eller kopplingshylsa, en reduktionshylsa eller borrkrona. Det enda väsentliga är att hondelen inbegriper ett hålrum med en invändig gänga.

Var och en av gängorna 3, 4 utgörs av trapetsgängor, vilka i exemplet har cy- lindrisk grundform. å' Nu hänvisas till Fig. 3-6, som i detalj åskådliggör gängförbandet enligt upp- finningen. Normal borrningsriktning är nedåti Fig. 3. l Fig. 6 visas att hongängan 3 utgörs av en gängvall, vilken är avgränsad av en topp 11 (eller ett krön) och två flanker 12a, 12b. Ett spår 13 med en botten 14 (eller rot) löper mellan två toppar 11. Flankerna 12a, 12b övergår i toppen 11 via konvexa radieövergângar 15. På ett för varje gänga typiskt sätt sträcker sig gängvallen 3 skruvformigt ett flertal varv (t ex tre eller fler) mellan sina motsatta ändan På analogt sätt har hangängan 4 formen av skruvformig gängvall, som är avgränsad av en topp 16 (eller ett krön) och två flanker 17a, 17b. Ett spår 18 med en botten 19 (eller rot) löper mellan två toppar 16. Även i detta fall övergår flankerna 17a, 17b i toppen 16 via konvexa radieövergângar 20. Samtidigt övergår ytan för spårets botten 19 i flankerna via konkava radieövergângar 21. l det visade exemplet är uppfinningen tillämpad enbart i hongängan 3, me- dan hangängan 4 har av en konventionell trapetsprofil såtillvida att icke blott toppen 16 utan även spårbottnen 19 har formen av cylinderytor (alstrade av raka generatriser, som är parallella med centrumaxeln C).

I exemplet uppgår flankvinklarna till 55° (dubbla flankvinkeln = 110°). Vidare definierar hangängans 4 botten 19 en diameter, som är något mindre än diame- tern hos hongängans 3 topp 11. På så sätt bildas en smal spalt mellan ytorna 11 och 19, såsom framgår av Fig. 5. Vidare har de konvexa radieövergångarna 15 mellan toppytan 11 och flankerna 12a, 12b en radie, som är något större än de konkava radieövergångarna 21 mellan hangängans spårbotten 19 och de angränsande flankerna 17a, 17b. Detta innebär att kontakten mellan de båda i samverkande gängorna strikt begränsas till flankkontakt. Närmare bestämt be- gränsas kontakten under arbete till en kontakt mellan tryckflankerna 12a, 17a 10 15 20 25 30 530 158- izsølsn 2007-06-04 5 (se Fig. 5), medan dragflankerna 12b, 17b i huvudsak endast är verksamma vid i lösgöring av delarna från varandra.

Så långt det visade gängförbandet hittills beskrivits är detsamma i allt vä- sentligt tidigare känt.

För att klargöra uppfinningstanken hänvisas nu till Fig. 3 och 4, av vilka Fig. 3 visar dels att hangängan 4 utgörs av en genuin trapetsgänga med i huvudsak identisk profilform utmed gängans hela längd, dels att hongängan 3 utgörs av en trapetsgänga, vars profilform modifierats i enlighet med uppfinningen. När- mare bestämt har hongängan modifierats i spårets botten, medan den för tra- petsgängor karaktäristiska profilformen är bibehållen i gängvallens topp och flanker. l Fig. 4 A-C illustreras den successiva förändring av spårets 13 profilform som utmärker uppfinningen, varvid de olika tvärsnitten A, B respektive C är tag- na utmed hongängans första, tredje och femte varv. Profilförändringen sker i exemplet från en så kallad fullradieprofil i tvärsnittet A till en genuin trapetsprofil i tvärsnittet C. l det sistnämnda tvärsnittet utgörs sålunda spårbottnen 14 av en cylinderyta, som tänkes vara genererad av en rätlinjig generatris och som har en bredd (eller axiell utsträckning) som är betecknad W1. Denna cylinderyta 14 övergår i de båda flankerna 12a, 12b via radieövergängar 22, vilkas radier är lika stora och betecknade r2. På samma sätt som cylinderytan 14 har radie- övergångarna 22 en viss bredd, som är betecknad W2. l tvärsnittet A utgörs spårbottnen 14 av en bàglinje ingående i en tänkt cir- kel, vilken har radien r1 och vilken tangerar flankerna 12a, 12b itangerings- punkterna TP. l just detta tvärsnitt har gängans spårbotten sålunda samma pro- filform som de i US 4040756 och US 6196598 visade hongängorna.

På ett lämpligt axiellt avstånd från tvärsnittet A kan modifieringen av profil- formen påbörjas. l tvärsnittet B har spårbottnen 14 med bredden W1 givits en större radie r1 än i tvärsnittet A, samtidigt som formningen av konkava radie- övergängar 22 med bredden W2 och en reducerad radie r2 påbörjats. Denna profilförändring fortskrider successivt i riktning mot gängans bakre ände för att i tvärsnittet C sluta med att radien r1 är oändligt stor samtidigt som radieöver- gångarnas 22 radier r2 är minimala. Med andra ord ökar spårbottnens 14 radie r1 från att vara minimal i det främre tvärsnittet A till att bli oändligt stor i det bak- 10 15 20 25 30 530 158 izssisr: 2007-06-04 6 re tvärsnittet C, samtidigt som radieövergångarnas 22 radier r2 på omvänt sätt minskar från ett största värde i tvärsnittet A till ett minsta värde i tvärsnittet C.

Den grundläggande fördelen med gängförbandet enligt uppfinningen är att problemet med spänningskoncentrationer i skarpt vinklade eller snäva radie- övergångar löses utan att fördenskull onödigtvis försvaga hondelen genom överflödig godsreduktion. l det område där hondelen utsätts för stora böjpåkän- ningar, nämligen i närheten av den främre mynningsänden, behöver sålunda ej formas några radieövergångar överhuvudtaget. Sålunda kan formningen av ra- dieövergångar påbörjas i det område där dessa är harrnlösa, d.v.s. ett lämpligt antal varv (eller delar av ett varv) bakom mynningsänden. Även om uppfinningen är särskilt fördelaktig i bergborrutrustningarnas hon- delar kan densamma även tillämpas på de utvändiga gängor, som ingår i han- delar. Ett dylikt utförande visas överskådligt i Fig. 7 av vilken framgår att samtli- ga gängtoppar 16 tangerar en gemensam, tänkt cylinder (på samma sätt som hongängans gängtoppar 11 iförgående exempel) samtidigt som gängspårets djup och form varierar i axiellt åtskilda tvärsnitt. I detta fall har emellertid spår- bottnen sitt minsta djup (eller pilhöjd) närmast handelens 2 främre ände 9 och sitt maximala djup vid gängans bakre ände 8. Med andra ord reduceras den egentliga spàrbottnens radie i riktning bakåt utmed handelen samtidigt som ra- dieövergångarnas radier ökas. Lämpligen - dock ej ej nödvändigtvis - kan gängans spårbotten ha genuin trapetsprofllform vid den främre änden och full- radieprofil vid den bakre änden. l praktiken kan ovannämnda hon- och handelar tillverkas av stål och gäng- orna formas genom svarvning, närmare bestämt med hjälp av den moderna. svarvningsteknik, som grundar sig på måttlig längdmatning av ett programstyrt verktyg som samtidigt tvärmatas genom snabba, intermittenta rörelser i radiell riktning.

Tänkbara modifikationer av ugpfliinggg Uppfinningen är ej begränsad blott till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda kan den beskrivna förändringen av spàrbottnens profllform påbörjas och avslutas i godtyckliga tvärsnitt utmed gängan. Ej heller behöver spårbottnen ha fullradieprofil vid sin ena ände och trapetsprofil vid sin andra ände, förutsatt att bottnens och radieövergångarnas förändringar sker på 530 158 izsalsa 2007-06-04 7 ovan beskrivet sätt. Vidare kan uppfinningen tillämpas på gängor vilkas båda flanker ej är lika breda, såsom visats i exemplen. Sålunda skulle åtminstone den ena gängans tryckflank kunna ges större bredd än dragflanken på det sätt som beskrivs i US 4040756. Naturligtvis är uppfinningen tillämpar även på gängor med dubbla ingångar, och på gängor med konisk grundform istället för cylindrisk.

Claims (13)

10 15 20 25 30 53G 458 tzscisß 2007-06-04 8 Patentkrav

1. Bergborrutrustning innefattande en hondel (1) och en handel (2), som är förbindbara med varandra via ett gängförband i vilket ingår en invändig trapets- gänga (3) i hondelen (1) och en utvändig trapetsgänga (4) på handelen (2), var- vid var och en av gängorna har formen av en skruvformig gängvall, vilken är avgränsad av en topp (11,16) och två flanker (12a,12b; 17a,17b), varvid ett spår (13,18) med en botten (14,19) löper mellan två toppar, och vilken gängvall sträcker sig ett flertal varv mellan främre och bakre ändar (5,6; 7,8) hos berg- borrutrustningen, varvid den enskilda gängtoppen tangerar en med en geomet- risk centrumaxel (C) koncentrisk, tänkt cylinder eller kon, kännetecknad av att åtminstone den ena gängans (3) spårbotten (14) har en konkav och partiellt cir- kulär tvärsnittsform utmed åtminstone en del av spårets utsträckning, och över- går i flankerna (12a,12b) via konkava radieövergångar (22), vilkas radier (r2) minskar i riktning axiellt från gängvallens ena ände mot den andra, samtidigt som spårbottnens (14) radie (r1) ökar i samma riktning.

2. Bergborrutrustning enligt krav 1, kännetecknad av att den enskilda flanken (12a,12b) ärjämnbred utmed hela sin utsträckning.

3. Bergborrutrustning enligt krav 2, kännetecknad av att de båda flankerna (12a,12b) är lika breda.

4. Bergborrutrustning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att i ett godtyckligt tvärsnitt (A) utmed gängans utsträckning är spårbottnens (14) och radieövergångarnas (22) radier (r1,r2) lika stora under bildande av en full- radieprofil.

5. Bergborrutrustning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att i ett godtyckligt tvärsnitt (C) utmed gängans utsträckning är radieövergångarnas (22) radier (r2) minimala och spårbottnens (14) radie (r1) oändligt stor.

6. Bergborrutrustning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att spårbottnens (14) radie (r1) är minimal i ett godtyckligt tvärsnitt och ökar likfor- 10 15 20 25 30 530 158 izseisß 2007-06-04 9 migt i riktning mot ett annat tvärsnitt, samtidigt som radieövergångarnas radier (r2) minskar likformigt i samma riktning.

7. Hondel till bergborrutrustningar, innefattande en invändig trapetsgängai form av en skruvformig gängvall (3), vilken är avgränsad av en topp (11) och två flanker (12a,12b), varvid ett spår (13) med en botten (14) löper mellan två top- par, och vilken gängvall sträcker sig ett flertal varv mellan en främre ände (5) och en bakre ände (6), varvid sagda topp (11) tangerar en tänkt cylinder eller kon, som är koncentrisk med en geometrisk centrumaxel (C) för hondelen, kännetecknad av att spårets (13) botten (14) har en konkav och partiellt cirku- lär tvärsnittsform utmed åtminstone en del av spårets utsträckning, och övergår i flankerna (12a,12b) via konkava radieövergångar (22), vilkas radier (r2) mins- kar i riktning från gängans främre ände (5) mot den bakre (6), samtidigt som spårbottnens (14) radie (r1) ökar i samma riktning.

8. Hondel enligt krav 7, kännetecknacl av att den enskilda flanken (12a,12b) ärjämnbred utmed hela sin utsträckning.

9. Hondel enligt krav 8, kännetecknad av att de båda flankerna (12a,12b) är lika breda. r '

10. Hondel enligt något av kraven 7-9, kännetecknad av att i ett närmast den främre änden beläget tvärsnitt (A) är spårbottnens (14) och radieövergångarnas (21) radier (r1,r2) lika stora under bildande av en fullradieprofil.

11. Hondel enligt något av kraven 7-10,- kännetecknad av att i ett tvärsnitt (C) i närheten av gängans bakre ände är radieövergångarnas (21) radier (r2) mini- mala och spårbottnens (14) radie (r1) oändligt stor.

12. Hondel enligt något av kraven 7-11, kännetecknad av att spårbottnens (14) radie (r1) är minimal vid gängans främre ände och ökar likformigt i riktning mot dess bakre ände samtidigt som radieövergångamas (22) radier (r2) mins- kar likformigt i samma riktning. 10 530 153 mmsß 2007-06-04 10

13. Handel till bergborrutrustningar innefattande en utvändig trapetsgänga i form av en skruvformig gängvall, vilken är avgränsad av en topp (16) och två flanker (17a,17b), varvid ett spår (18) med en botten (19) löper mellan två top- par, och vilken gängvall sträcker sig ett flertal varv mellan en handelens främre ände (7) och en bakre ände (8), varvid sagda topp tangerar en tänkt cylinder el- ler kon, som är koncentrisk med en geometrisk centrumaxel (C) för handelen, kännetecknad av att spårets botten (19) har en konkav och partiellt cirkulär tvärsnittsform utmed åtminstone en del av spårets utsträckning, och övergår i flankerna (17a,17b) via konkava radieövergångar, vilkas radier ökari riktning från gängans främre ände mot den bakre, samtidigt som spårbottnens radie minskar i samma riktning.