DE20012524U1

DE20012524U1 - Linkage coupling

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Publication number: DE20012524U1
Application number: DE20012524U
Authority: DE
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2010-07-21
Also published as: EP1305497B1; EP1305497A1; DE50108677D1; WO2002008565A1; AU2001267569A1

Description

"Gestängekupplunq"" Rod coupling "

Die Erfindung betrifft eine Gestängekupplung, wie sie zum Verbinden der Gestängeschüsse von Geräten zum grabenlosen Verlegen oder Ersetzen von Rohrleitungen bekannt sind.The invention relates to a rod coupling as is known for connecting the rod sections of devices for trenchless laying or replacing pipelines.

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 Aufweitkopf 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.Here, individual rod sections are lined up, connected to one another and moved through the ground with the help of a feed device with a jacking head. Particularly when driving from smaller starting pits, the rod sections can only have a short length, so that the drilling advance, for example to create a pilot bore, is characterized by a constant connection of the rod sections to form a complete rod. The same applies to the release of the rod sections when expanding the pilot bore, where an expansion head is pulled through the pilot bore by pulling the rod out of the borehole with the help of a pulling device and continuously shortening it by constantly releasing the rod sections.

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.There are different types of connection available for connecting the rod sections. The threaded connection is a common type, but it has significant disadvantages when used in practice. The connection of the rod sections must be able to absorb and transmit the different forces acting on it without damaging the connection or the rods, and it must be as easy to remove as possible. With the known threaded connections, difficulties arise on the construction site even when making the connection, as dirt can get in the way of connecting the threaded pin to the threaded hole.

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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.Furthermore, torque transmission via the rods during drilling affects the tightening angle and the tightening torque of the threaded connection in such a way that the connection is tightened more firmly and considerable problems arise when releasing the rod sections. Due to the high forces that have to be applied when releasing, accidents and injuries to personnel sometimes occur when operating the various known release devices. Depending on the rod size, the connection can then only be released mechanically.

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.There is therefore a constant effort to develop rod connections that meet the requirements for the transmission of torque, tension, pressure, particularly impact, but also bending, and that withstand the forces that occur without causing difficulties when making or breaking the connection. For example, positive-locking rod connections have been developed, as described in German patent specification 196 08 980. Such rod couplings make it easier to make and break the rod connection, but have the disadvantage of axial play, which has a negative effect, particularly when using impact drilling. The axial play causes the coupling elements to vibrate when an impact pulse is transmitted, which results in a loss of power.

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.Another rod connection based on positive locking is the pin connection, as described in German Offenlegungsschrift 198 49 373. In such a connection, the rod coupling in the form of a pin in a blind hole has one or more radial holes into which locking bolts are driven to create the connection. The disadvantage of these connections is that the pins are difficult to insert and can hardly be removed from the radial hole if there is little play, or - if there is more play to make it easier to connect and release the coupling - vibration is unavoidable, particularly when transmitting impact energy. Furthermore, the radial hole causes a significant weakening of the breaking strength of the rod coupling under bending load, so that in practice the rod coupling breaks in the area of the radial hole.

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.The invention is based on the object of creating a rod connection which allows good impact and torque transmission, avoids axial play and is nevertheless easy to connect and disconnect.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

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.The invention is based on the idea of combining the advantages of the freedom from play of the threaded connection and the advantageous torque transmission of a positive connection in a single coupling by fixing a positive connection via an additional threaded connection.

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 Überwurfmutter 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 Schlagenergie oder ein Drehmoment muß diese jedenfalls nicht aufnehmen.Such a connection ensures that the rod sections are easily coupled, for example by inserting a pin into a blind hole and that the connection is easily fixed, for example by tightening a union nut that connects the two rod sections. The result is a defined and reliable torque transmission through the positive locking of the pin or nipple and the blind hole, a reliable, essentially play-free fixation of the pin in the blind hole by the union nut and thus a loss-free impact transmission via the front face of the pin. The tensile forces, which are generally considerably lower than the impact forces, such as those that occur when the rod is pulled back, are reliably absorbed and passed on by the union nut without changing the tightening torque, since the rotation is transmitted via the pin connection. Depending on the maximum tensile force required, the union nut can be dimensioned differently. In any case, it does not have to absorb impact energy or torque.

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 geringeren wirkenden Kräfte gering bleiben kann und damit zu einer erleichterten Lösbarkeit der Verbindung führt.This not only results in an improved breaking strength of the connection, but also a defined and not excessively large tightening torque of the threaded portion of the connection, which can remain low due to the lower acting forces and thus leads to an easier release of the connection.

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 über-The connection is preferably designed as a plug connection of a nipple arranged at one end of the rod with a corresponding sleeve at the other end of the rod. To form the positive connection, the nipple deviates from a circular cross-section and is particularly preferably designed as a rounded polygonal nipple with different radii. The corresponding polygonal sleeve corresponds to this. The interaction between the nipple and sleeve transmits the torque across the curved side wall surfaces.

tragen, während die Schlagenergie über die Stirnfläche des Nippels muffenseitig in das angeschlossene Gestänge einfließt.while the impact energy flows via the front face of the nipple into the connected rod on the socket side.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing.

In der Zeichnung zeigen:In the drawing show:

Fig. 1 eine verbundene erfindungsgemäße Kupplung; Fig. 1 shows a connected coupling according to the invention;

Fig. 2 eine Ansicht des Kupplungsnippels; Fig. 2 is a view of the coupling nipple;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie Ill-Ill der Fig. 2; Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 2;

Fig. 4 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Muffe und Fig. 4 is a view of the sleeve according to the invention and

Fig. 5 ein Schnitt entlang der Linie V-V der Fig. 4. Fig. 5 is a section along the line VV of Fig. 4.

Ein Gestängeschuß 1 mit einer Durchgangsbohrung 14 für den Transport einer Bohrflüssigkeit besitzt an seinen Enden Kupplungsmittel 10, 15.A rod section 1 with a through hole 14 for the transport of a drilling fluid has coupling means 10, 15 at its ends.

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.The coupling means 10, 15 consist of a coupling nipple 10 arranged at the end and an opposite blind hole-like coupling sleeve 15. The coupling nipple 10 is polygonal in its cross-section, like the coupling sleeve 15. The polygon is designed as a combination of a total of eight circular arc segments 21, 22 with a total of two alternately arranged radii. The side surface of the polygon is formed by the four circular arc segments of the larger radius and the original edges of the polygon as circular arc segments of the smaller radii. This allows an improved flow of force compared to a conventional surface/edge polygon without sacrificing a positive connection.

Zum Verbinden der Gestängeschüsse wird der Nippel 10 in die sacklochartige 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 Verbin-To connect the rod sections, the nipple 10 is pushed into the blind hole-like socket 15 until the front surface 16 of the nipple is concentric with the bottom surface 17 of the blind hole-like polygon socket 15 with the help of a nipple centering 11 and a collar centering 8. The rod section has a union nut 4 with an internal thread in the area of the coupling nipple, which leads to an external thread on the outer surface of the connection.

dungsmuffe bzw. des muffenseitigen Endes des Gestängeschusses korrespondiert. ung sleeve or the sleeve-side end of the rod section.

Zur Fixierung der Verbindung wird die Überwurfmutter 4 axial auf die sacklochartige 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.To fix the connection, the union nut 4 is pushed axially onto the blind hole-like coupling sleeve 15 and screwed into its thread. This creates a play-free connection without the use of tools via a shoulder 20 in the area of the nipple 10 of the rod section 1.

Des weiteren ist die Kupplung durch eine Dichtung 3 gegen Austreten von in der zentralen Bohrung 14 fließender Bohrflüssigkeit gesichert.Furthermore, the coupling is protected by a seal 3 against leakage of drilling fluid flowing in the central bore 14.

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.In the final arrangement of the connected coupling, the front surface 16 rests on the base 17 of the blind hole-like sleeve 15 in such a way that a thrust and in particular an impact force is transmitted via these surfaces between the rod sections. A torque acting on the rod connection, on the other hand, is transmitted via the polygonal contact surface between the blind hole-like connecting sleeve 15 and the connecting nipple 10, while the union nut 4 merely acts as a fixation to ensure a connection free of axial play and to transmit tensile forces.

Claims

1. Drill rod coupling for connecting rod sections with positive connection means, characterized in that the positive connection means ( 10 , 15 ) are thread-free and can be connected axially without play with the aid of an additional threaded connection.

2. Drill rod coupling according to claim 1, characterized in that the positive connection means are designed as a nipple ( 10 ) and a blind hole-like sleeve ( 15 ).

3. Drill rod coupling according to claim 1 or 2, characterized in that the positive connection means are polygonal in cross section.

4. Drill rod coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the polygon shape has rounded surfaces and rounded edges, the rounded edges on the one hand and the rounded surfaces on the other hand representing circular arc segments ( 21 , 22 ) with different radii.

5. Drill rod coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the radii of the rounded edges are selected between 10 and 20 mm and the radii of the rounded surfaces are selected between 85 and 175 mm.

6. Drill rod coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the threaded connection is designed as a union nut ( 4 ).

7. Drill rod coupling according to one of the preceding claims, characterized by a nipple centering ( 11 ).