WO2002008565A1 - Gestängekupplung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gestängekupplung, wie sie zum Verbinden der Gestängeschüsse von Geräten zum grabenlosen Verlegen oder Ersetzen von Rohrleitungen bekannt ist, mit formschlüssigen Verbindungsmitteln, die gewindefrei und mit Hilfe einer zusätzlichen Gewindeverbindung axial spielfrei verbindbar sind.

Description

"Gestänqekupplunα"

Die Erfindung betrifft eine Gestängekupplung, wie sie zum Verbinden der Gestängeschüsse von Geräten zum grabenlosen Verlegen oder Ersetzen von Rohrleitungen bekannt ist und nimmt die Priorität des deutschen Gebrauchsmusters 200 12 524.9 in Anspruch, auf das inhaltlich Bezug genommen wird.

Hierbei werden einzelne Gestängeschüsse aneinander gereiht, miteinander verbunden und mit Hilfe eines Vorschubgerätes mit einem Vortriebskopf durch das Erdreich bewegt. Insbesondere beim Vortrieb aus kleineren Startgruben können die Gestängeschüsse eine nur geringe Baulänge aufweisen, so daß der Bohrvortrieb, beispielsweise zum Erstellen einer Pilotbohrung, durch ein ständiges Verbinden der Gestängeschüsse zu einem Gesamtgestänge gekennzeichnet ist. Gleiches gilt für das Lösen der Gestängeschüsse beim Aufweiten der Pilotbohrung, bei dem ein Aufweit- köpf durch die Pilotbohrung gezogen wird, indem das Gestänge mit Hilfe eines Zuggerätes aus dem Bohrloch gezogen und durch ständiges Lösen der Gestängeschüsse fortlaufend verkürzt wird.

Zum Verbinden der Gestängeschüsse stehen Bauarten zur Verfügung. Die Gewindeverbindung stellt eine verbreitete Bauart dar, die jedoch erhebliche Nachteile beim Einsatz in der Praxis mit sich bringt. Die Verbindung der Gestängeschüsse muß geeignet sein, die auf sie einwirkenden unterschiedlichen Kräfte aufzunehmen und fortzuleiten, ohne daß es zu einer Beschädigung der Verbindung oder des Gestänges kommt, und dabei möglichst einfach lösbar sein. Bei den bekannten Gewindeverbindungen kommt es auf der Baustelle bereits beim Herstellen der Verbindung zu Schwierigkeiten, da Verschmutzungen dem Verbinden des Gewindezapfens mit der Gewindebohrung im Wege stehen können.

Des weiteren wirkt sich ein Drehmomentübertragung über das Gestänge beim Bohren auf den Anzugswinkel und den Anzugsmoment der Gewindeverbindung so aus, daß die Verbindung fester angezogen wird und damit erhebliche Probleme beim Lösen der Gestängeschüsse auftreten. Aufgrund der hohen beim Lösen aufzubringenden Kräfte kommt es bisweilen zu Unfällen und Verletzungen des Personals beim Betätigen der diversen bekannten Lösevorrichtungen. Je nach Gestängegröße läßt sich die Verbindung dann nur noch maschinell lösen.

Es besteht somit ein ständiges Bemühen, Gestängeverbindungen zu entwickeln, die den Anforderungen an die Übertragung von Drehmoment, Zug, Druck, insbesondere Schlag, aber auch Biegung gerecht werden und den auftretenden Kräften standhalten, ohne Schwierigkeiten beim Herstellen oder Lösen der Verbindung mit sich zu bringen. So wurden formschlüssige Gestängeverbindungen entwickelt, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentschrift 196 08 980 beschrieben sind. Derartige Gestängekupplungen erleichtern das Herstellen und Lösen der Gestängeverbindung, besitzen aber den Nachteil eines axialen Spiels, welches sich insbesondere beim Schlagbohren negativ auswirkt. Das axiale Spiel führt beim Übertragen eines Schlagimpulses zu einer Vibration der Kupplungselemente, die einen Kraftverlust mit sich bringt.

Eine weitere auf Formschluß basierende Gestängeverbindung stellt die Zapfenverbindung dar, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift 198 49 373 beschrieben ist. Bei einer solchen Verbindung weist die Gestängekupplung in Form eines in einem Sackloch befindlichen Zapfens eine oder mehrere radiale Bohrungen auf, in die zum Herstellen der Verbindung Sicherungsbolzen eingetrieben werden. Bei diesen Verbindungen besteht der Nachteil, daß sich die Zapfen - bei geringem Spiel - nur schwer einbringen und kaum aus der Radialbohrung lösen lassen oder - bei größerem Spiel zwecks Erleichtern des Verbindens und Lösens der Kupplung - wiederum eine Vibration, insbesondere beim Übertragen von Schlagenergie, unvermeidbar ist. Des weiteren bewirkt die Radialbohrung eine erhebliche Schwächung der Bruchfestigkeit der Gestängekupplung bei Biegebelastung, so daß es in der Praxis zu einem Bruch der Gestängekupplung im Bereich der Radialbohrung kommt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gestängeverbindung zu schaffen, die eine gute Schlag- und Drehmomentübertragung erlaubt, ein axiales Spiel vermeidet und dennoch leicht zu verbinden und zu lösen ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Vorteile der Spielfreiheit der Gewindeverbindung und der vorteilhaften Drehmomentübertragung einer formschlüssigen Verbindung in einer einzigen Kupplung zu vereinen, indem ein Formschluß über eine zusätzliche Gewindeverbindung fixiert wird.

Eine derartige Verbindung gewährleistet ein einfaches Verkuppeln der Gestängeschüsse, beispielsweise durch Einschieben eines Zapfens in ein Sackloch und ein einfaches Fixieren der Verbindung, beispielsweise durch Anziehen einer die beiden Gestängeschüsse verbindenen Überwurfmutter. Im Ergebnis ist eine definierte und zuverlässige Drehmomentübertragung durch den Formschluß von Zapfen oder Nippel und Sackloch, eine zuverlässige im wesentlichen spielfreie Fixierung des Zapfens in dem Sackloch durch die Überwurfmutter und damit eine verlustfreie Schlagübertragung über die Stirnfläche des Zapfens gewährleistet. Die in der Regel gegenüber den Schlagkräften erheblich geringeren Zugkräfte, wie sie beispielsweise beim Zurückziehen des Gestänges auftreten, werden von der Überwurf- mutter zuverlässig aufgenommen und weitergeleitet, ohne daß es zu einer Veränderung des Anzugsmoments kommt, da die Rotation über die Zapfenverbindung übertragen wird. Je nach der erforderlichen Maximalzugkraft kann die Überwurfmutter unterschiedlich dimensioniert sein. Eine Schlag- energie oder ein Drehmoment muß diese jedenfalls nicht aufnehmen.

Daraus ergibt sich nicht nur eine verbesserte Bruchfestigkeit der Verbindung, sondern auch ein definiertes und nicht übermäßig großes Anzugsmoment des Gewindeanteils der Verbindung, welches aufgrund der geringe- ren wirkenden Kräfte gering bleiben kann und damit zu einer erleichterten Lösbarkeit der Verbindung führt.

Die Verbindung ist vorzugsweise als Steckverbindung eines an einem Ende des Gestänges angeordneten Nippels mit einer korrespondierenden Muffe am anderen Ende des Gestänges ausgebildet. Zur Ausbildung des Formschlusses weicht der Nippel von einem kreisrunden Querschnitt ab und ist besonders bevorzugt als gerundeter Polygonnippel mit unterschiedlichen Radien ausgebildet. Die entsprechende Polygonmuffe korrespondiert hierzu. Über die Interaktion zwischen Nippel und Muffe wird das Drehmoment über die gekrümmten Seitenwandflächen übertragen, während die Schlagenergie über die Stirnfläche des Nippels muffenseitig in das angeschlossene Gestänge einfließt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestell- ten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine verbundene erfindungsgemäße Kupplung;

Fig. 2 eine Ansicht des Kupplungsnippels;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie lll-lll der Fig. 2; Fig. 4 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Muffe und

Fig. 5 ein Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4.

Ein Gestängeschuß 1 mit einer Durchgangsbohrung 14 für den Transport einer Bohrflüssigkeit besitzt an seinen Enden Kupplungsmittel 10, 15.

Die Kupplungsmittel 10, 15 bestehen aus einem endseitig angeordneten Kupplungsnippel 10 und einer gegenüberliegenden sacklochartig ausgebildeten Kupplungsmuffe 15. Der Kupplungsnippel 10 ist in seinem Querschnitt, wie die Kupplungsmuffe 15 polygonförmig ausgebildet. Das Polygon ist als Kombination von insgesamt acht Kreisbogensegmenten 21 , 22 mit insgesamt zwei wechselweise angeordneten Radien ausgebildet. Die Seitenfläche des Polygons wird dabei durch die vier Kreisbogensegemente des größeren Radius und die originären Kanten des Polygons als Kreisbogensegment der kleineren Radien gebildet. Dies erlaubt einen verbesserten Kraftfluß gegenüber einem herkömmlichen Flächen-/Kantenpolygon ohne Verzicht auf einen Formschluß.

Zum Verbinden der Gestängeschüsse wird der Nippel 10 in die sacklochar- tige Muffe 15 eingeschoben, bis die Stirnfläche 16 des Nippels gegen die Bodenfläche 17 der sacklochartigen Polygonmuffe 15 mit Hilfe einer Nippelzentrierung 11 und einer Bundzentrierung 8 konzentrisch zum Liegen kommt. Der Gestängeschuß besitzt im Bereich des Kupplungsnippels eine Überwurfmutter 4 mit einem Innengewinde, welches zu einem Außengewinde an der Außenfläche der Verbindungsmuffe bzw. des muffenseitigen Endes des Gestängeschusses korrespondiert.

Zur Fixierung der Verbindung wird die Überwurfmutter 4 axial auf die sack- lochartige Kupplungsmuffe 15 aufgeschoben und mit deren Gewinde verschraubt. Dabei entsteht eine spielfreie Verbindung bereits ohne Einsatz von Werkzeug über eine Schulter 20 im Bereich des Nippels 10 des Gestängeschusses 1.

Des weiteren ist die Kupplung durch eine Dichtung 3 gegen Austreten von in der zentralen Bohrung 14 fließender Bohrflüssigkeit gesichert.

In der endgültigen Anordnung der verbundenen Kupplung liegt die Stirnfläche 16 so auf dem Boden 17 der sacklochartigen Muffe 15 auf, daß eine Schub- und insbesondere eine Schlagkraft über diese Flächen zwischen den Gestängeschüssen weitergeleitet wird. Ein auf die Gestängeverbindung wirkendes Drehmoment wird demgegenüber über die polygonale Anlagefläche zwischen der sacklochartigen Verbindungsmuffe 15 und dem Verbindungsnippel 10 geleitet, während die Überwurfmutter 4 lediglich eine Fixierung zur Gewährleistung einer axialspielfreien Verbindung und zur Übertragung von Zugkräften fungiert.

Claims

Schutzansprüche:

1. Bohrgestängekupplung zum Verbinden von Gestängeschüssen mit formschlüssigen Verbindungsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen Verbindungsmittel (10, 15) gewindefrei und mit Hilfe einer zusätzlichen Gewindeverbindung axial spielfrei verbindbar sind.

2. Bohrgestängekupplung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen Verbindungsmittel als Nippel (10) und sacklochartige Muffe (15) ausgebildet sind.

3. Bohrgestängekupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die formschlüssigen Verbindungsmittel im Querschnitt polygon- förmig sind.

4. Bohrgestängekupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polygonform gerundete Flächen und gerundete Kanten aufweist, wobei die gerundeten Kanten einerseits und die gerundeten Flächen andererseits Kreisbogensegmente (21 , 22) mit unterschiedlichen Radien darstellen.

5. Bohrgestängekupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien der gerundeten Kanten zwischen 10 und 20 mm und die Radien der gerundeten Flächen zwischen 85 und 175 mm gewählt sind.

6. Bohrgestängekupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeverbindung als Überwurfmutter (4) ausgebildet ist.

7. Bohrgestängekupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Nippelzentriertung (11).