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Vorrichtung zum Verbinden zweier Bohrge3thngeteile miteinander Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden eines ersten Teils eines Bohrgestänges
mit einem zweiten Teil des Bohrgestänges, wobei der erste Teil einen in eine Muffe
des zweiten Teils eingreifenden Zapfen aufweist und zwischen Zapfen und Muffe eine
Verriegelungseinrichtung mit einen federbelasteten Schnappstift im ZaSen und einem
mit dem Schnappstift zusammenwirkenden Durchbruch in der luffe voll gesehen ist.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (Anzeige der Firma Schmidt,
Kranz & Co. GmbH in 5602 Langenberg 1/104 in der Zeitschrift "Bausaschine und
Baute¢hnik", Heft 9, September 1972) sind Zapfen und Muffe mit Vierkantquerschnitt
auegeführt.
Dazu weisen die beiden Bohrgestängeteile grundsätzlich
Kreisringquerschnitt auf und sind an ihren Enden Jeweils durch Vierkant-warmstauchung-aufgeweitet
und geformt worden.
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In den einen Gestängeteil ist dann der Vierkantzapfen in die Vierkantöffnung
eingetrieben und dadurch örtliche Schweißung festgelegt worden. Der Zapfen weist
an seinem freien Ende einen kreiszylindrischen Führungsfortsatz auf, der beim Zusammenstecken
der beiden Gestängeteile mit einem nach der Vierkantwarmstauchung des zweiten Gestängeteils
jenseits dieses warmgestauchten Abschnitts besonders nachgebohrten Sitzfläche in
dem zweiten Gestängeteil in Führungseingriff tritt, Der Zapfen muß nach seiner Befestigung
in dem zugehörigen Gestängeteil in der Regel gegenüber diesem Gestängeteil gerichtet
werden. Die bekannte Vorrichtung ist verhältnismäßig aufwendig und verlangt viel
Nacharbeit der Einzelteile und Baugruppen, Eine einwandfreie Führung der beiden
Bohrgestängeteile gegenüber einander ist- auch mit dem kreiszylindrischen Fthrungsfortsatz
an den Zapfen nur schwer zu gewährleisten. Ferner ist der durch eine den Schnappstift
und seine Feder aufnehmende Bohrung geschwächte Zapfenquerschnitt voll mit dem zu
übertragenden Drehmoment im Bereich der Vierkantverbindung belastet, Dies birgt
eine Bruchgefahr in diesem Querschnitt in sich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbindungsvorrichtung
einfacher, kostengünstiger und betriebssicherer zu gestalten.
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Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zapfen
außen im wesentlichen kreisrund ist und im Bereich seines freien Endes eine oder
mehrere Mitnahmeflächen zur tbertragung des Drehtoments aufweist, und daß die Innenfläche
der Muffe. komplementär zu der Außenfläche des Zapfens auseebildet ist. Der Zapfen
kann ?I,B, einfach an das Ende eines Bohrgestängeteils angedreht werden. Vorteilhafterweise
erstrecken sich die Mitnahmeflächen nicht über die gesamte Länge des Zapfens, so
daß zwischen den -Mitnahmeflächen
und dem Zapfenende sich noch
ein vollzylindrischer Zapfenabechnitt befindet, der eine einwandfrei fluchtende
Führung der beiden Gestängeteile ergibt, Su dieser Führung tragen außerdem die kreiszylindrischen
Restabschnitte des Zapfens im Bereich seiner Mitnahmeflächen erheblich bei, Die
Passung der zusammenwirkenden kreisrunden Abschnitte von Zapfen und Muffe kann beliebig
eng gehalten werden. Die Führungsqualität dieser beiden Teile läßt sich also mit
geringem Aufwand beliebig steigern, Die Verriegelungseinrichtung soll lediglich
ein unbeabsichtigtes axiales Auseinanderziehen der beiden zugehörigen Bohrgestängeteile
verhindern, jedoch kein Drehmoment übertragen, Nach einer Ausführungsform der Erfindung
ist die Verriegelungseinrichtung am freien Ende des Zapfens angeordnet0 Dadurch
ergibt sich eine möglichst große durch die Bohrung für den Schnappstift und seine
Feder nicht geschwächte Zapfenlänge, die voll für die Drehmomentübertragung einsetzbar
ist, Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung reichen zu der oder den Mitnahmeflächen
des Zapfens komplementäre Gegenflächen der Muffe höchstens bis an die Verriegelungseinrichtung
heran, Dadurch wird mit Sicherheit verhindert, daß der durch die Verriegelungseinrichtung
geschwächte Zapfenquers chnitt Drehmoment übertragen
muß.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich von dem freien
Ende des Zapfens ein Führungsstück, dessen Außendurchmesser gleich oder kleiner
als die kleinste Querabmessung des Zapfens im BeLch; der Mitnahmeflächen ist, wobei
das Führungsstück in eine entsprechend -.eamessene Führungsbohrung der muffe eingreift
Das Führungsstück bietet die Möglichkeit einer zusätzlichen Führung am Zapfenende
und gestattet bei Hohlgestänge für Sptlmittelbetrieb eine einfache Abdichtung des
Zapfens gegenüber der Muffe.
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Bei einem solchen hohlen, für den Betrieb mit Spülmedium geeigneten
Bohrgestänge besteht eine Ausführungsform der Erfindung darin, daß zwischen der
freien Endfläche des Zapfens und einer gegenüberliegenden Dichtfläche der Muffe
eine einen Spülmediumdurohbruch umgebende Dichtung angeordnet ist. Dies gewährleistet
eine einfache und sehr wirksame Dichtung zwischen Zapfen und Muffe.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist bei einem Hohlgestänge
zwischen dem Führungsstück und der Pührungsbeçrung ein Dichtring angeordnet. Auch
dies ergibt eine einfache und wirkungsvolle Abdichtung.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die mit den Mitnahmeflächen
des Zapfens zusammenwirkenden Gegenflächen der Muffe durch kaltes oder warmes Stauchen
oder pressen der Muffe von außen mit oder ohne in die Muffenöffnung eingebrachten
Gegendorn hergestellt. Diese Gegenflächen lassen sich sehr kostengünstig mit völlig
ausreichender Genauigkeit und geringem Zeitaufwand herstellen.
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Insbesondere bei der Herstellung durch Kaltbearbeitung entfällt jede
Nacharbeit der Muffenöffnung.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung gehören die mit
den Mitnahmeflächen des Zapfens zusammenwirkenden Gegenflächen der Muffe jeweils
einem Füllstück, das in einen Durchbruch in der Muffenwand eingesetzt und darin
festgelegt ist. Dieser Durchbruch kann z,2. durch Fräsen geschaffen sein, während
die Pestlegung des Füllstücks durch Schweißen geschehen kann, Nach einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung weist der Schnappetift der Verriegelungseinrichtung
einen mit dem Durchbruch in der Muffe zusammenwirkenden Druckknopf auf, der in einem
in einer Öffnung des Zapfens festgelegten Haltering gleitbar geführt ist und mit
einem Flansch normalerweise an einer inneren Anschlagfläche des Halteringe anliegt.
Dadurch wird die Verriegelungseinrichtung Sehr betriebssicher
und
beansprucht bei Hohlgestänge vergleichsweise wenig von der freien Querschnittsfläche
des Zapfens. Der Haltering kann z.B. in die Öffnung eingepreßt, eingeschrumpft oder
eingeklebt sein. Bei Hohlgestänge mit Spülmediumbetrieb ergibt sich zwischen dem
Haltering und dem Druckknopf meist ohne zusätzliche Dichtmittel eine völlig ausreichende
Abdichtung. Reicht die Abdichtung nicht aus, kann zusätzlich zwischen den Flansch
des Druckknopfes und den Haltering ein Dichtungsring eingelegt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ragt in eine zylindrische
Ausnehmung des Druckknopfes ein Stützkolben für die in der Ausnehmung angeordnete
Feder mit seitlichem Spiel hinein, wobei der Stützkolben durch einen Fuß an der
gegenüberliegenden Wand eines Spülmediumdurchbruchs in dem Zapfen abgestützt ist.
Der Fuß kann mit verhältnismäßig sehr geringer Querschnittsfläche ausgebildet sein,
so daß er praktisch keinen Widerstand für das Spülmedium in dem Durch bruch darstellt,
Die Feder kann z.B. als Schraubenfeder oder als Block aus Schaumgúmmi (z.B, "ellasto)
ausgebildet sein.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung für den Spülmediumbetrieb
mit hohlem Bohrgestänge ist die Feder der Verriegelungseinrichtung als sich in einen
Spülmediumdurchbruch in dem Zapfen erstreckende Bügelfeder ausgebildet, die sich
mit je einem Ende an dem Druckknopf und an der gegenüberliegenden Wand des Spülmediuidurchbruchs
abstützt. Auch diese Bügelfeder bildet einen nur sehr geringen Strömungswiderstand
für das Spülmedium, ist leicht zu montieren und sehr funktionssicher,
In
den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es
zeigen: Pig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Verbindungsvorrichtung mit
Yolgestänge, Fig. 2 die Schnittansicht nach den Linien II-II in den Fig, 1 und 7,
Fig. 3 und 4 jeweils eine der Fig 2 entsprechende Schnittansicht anderer Ausführungsformen,
Fig. 5 die Schnittansicht nach Linie V-V in Fig, 1, Fig. 6 einen der Fig. 1 entsprechenden
Längsschnitt dadurch eine andere Ausführungsform, Fig, 7 die Schnittansicht nach
Linie VII-VII in Fig, 1, Jedoch ohne Zapfen, Fig, 8 einen Längsschnitt durch eine
andere Ausführungsform mit Hohlgestänge, Fig. 9 einen Längs schnitt durch eine weitere
Ausführungsform mit Hohlgestänge, Fig, 10 die Schnittansicht nach Linie X-X in Fig.
9, Fig. 11 eine Einzelheit aus Fig. 10 in vergrößertem Maßstab, Fig. 12 einen der
Schnittansicht nach Linie XII-XII in Fig. 10 entsprechenden Querschnitt durch eine
weitere Ausführungsform in vergrößertem Maßstab und Fig. 13 einen Längsschnitt durch
eine Ausführungsform mit Druckknopf und Bügelfeder, Fig. 1 zeigt einen ersten Bohrgestängeteil
20 mit einer Muffe 21 und einen zweiten Bohrgestängeteil 23 mit einem Zapfen 25,
Die
Muffe 21 weist eine Axialbohrung 27.und einen Durchbruch 29 quer zu der Axialbohrung
27 auf, Der Zapfen 25 ist mit einem voll kreiszylindrischen Abschnitt 30 und einem
Endabschnitt versehen, der zwei gegenUberliegende~Mitnahmeflächen 32 und 33 (Fig.
2) aufweist. Die Mitnahmeflächen 32 und 33 sind z,B, angefräst.
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In dem freien Ende des Zapfens 25 befindet sich eine querverlaufende
gestufte Öffnung 35, in die ein Druckknopf 37, eine Feder 38 und ein Haltering 39
einer Verriegelungseinrichtung 40 eingesetzt sind, Der Druckknopf 37 wird durch
seine Feder 38 in die in Fig, 1 gezeigte Normalstellung vorgespannt, in der er teilweise
in den Durchbruch 29 hineinragt und ein unbeabsichtigtes Auseinanderziehen der Bohrgestängeteile
20 und 23 verhindert. Durch Fingerdruck ist der Druckknopf 97 gegenüber dem in der
Öffnung 35 festgelegten Haltering 39 gegen die Kraft der Feder 38 verschiebbar.
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Mit den Mitnahmeflächen 32 und 33 wirken gemäß Fig. 2 zwei Gegenflächen
42 und 43 zusammen, die durch Stauchungen 45 und 46 an der Außenseite der Muffe
21 entstanden sind.
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Vor und während dieses Stauchvorgangs kann in der Bohrung 27 der Muffe
21 ein Gegendorn angebracht werden, dessen Querschnittsfläche genau der in Fig.
2 gezeigten Querschnittsfläche &es Zapfens 25 entspricht. Die axiale Erstreckung
der Stauchungen 45, 46 und der Gegenflächen 42, 43 ist aus Fig, 7 erkennbar, -Die
das Drehmoment von dem einen Bohrgestängeteil auf den anderen übertragenden Gegenflächen
42 und 43 enden vor derjenigen Querebene, in der die Öffnung 35 der Verriegelungseinrichtung
40 beginnt. Dadurch ist gewährleistet, daß der die Verriegelungseinrichtung 40 aufnehmende
Zapfenendteil keine Drehmomentbeanspruchung erfährt, Fig. 5 zeigt den kreisförmigen
Querschnitt des Zapfens 25 im Bereich des kreiszylindrischen Abschnitts 30. Desgleichen
ist die voll kreiszylindXrische Ausbildung des zweiten Bohrgestängeteils 23 zu erkennen.
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In Fig. 3 weist ein Zapfen 50 nur eine Mitnahmefläche 51 auf, mit
der eine einem Füllstück 53 gehörende Gegenfläche 54 zusammenwirkt. Das Püllstück
53 ist in einem Durchbruch 56 einer Muffe 58 eingesetzt und mit Schweißnähten 60
darin befestigt, In Fig. 4 ist in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 ein Zapfen 63 nur
mit einer Mitnahmefläche 64 versehen, die mit einer einem Füllstück 65 gehörenden
Gegenfläche 67 zusammenwirkt, Auch hier ist das Füllstück 65 in einen in Fig. 4
in senkrechter Richtung voll durchgehenden Durchbruch 69 einer Muffe 68 eingelegt
und darin durch Schweißnähte 70 befestigt.
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Fig. 6 zeigt einen ersten Bohrgestängeteil 73 mit einer Muffe 74
und einen zweiten Bohrgestängeteil 76 mit einem Zapfen 77, Auf die im wesentlichen
kreissylindrischen Bohrgestängeteile 73 und 76 ist in diesem Ausführungsbeispiel
Jeweils eine Transportwendel 79 und 80 zum Abtransport des Bohrgutes aus dem Bohrloch
vorgesehen. Solche Bohrwendeln können selbstverständlich auch auf allen anderen
dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen in dieser oder einer anderen
Form vorgesehen sein.
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Der Zapfen 77 greift in eine Bohrung 83 der Muffe 74 ein. Am Ende
dieser Bohrung 83 beginnt in axialer Richtung eine Führungsbohrung 85, in die ein
kreiszylindrisches Führungsstück 87 eingreift, das mit dem Zapfen 77 einstückig
ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 gewährleisten also ein
voll kreiszylindrischer Abschnitt 89 und das Führungsstück 87 eine exakte Führung
beider Bohrgestängeteile 73 und 76 gegenüb peinander Diese Führung wird noch durch
die kreiszylindrischen Restabschnitte des Zapfens 77 im Bereich seiner Mitnahmefläche
90 oder seiner Mitnahmeflächen verbessert.
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Fig. 8 zeigt ein sogenanntes hohles Bohrgestänge mit einem ersten
Bohrgestängeteil 93 mit einer Muffe 95 und einem zweiten Bohrgestängeteil 97 mit
einem Zapfen 98. Beide Bohrgestängeteile 93 und 97 durchzieht ein mittiger Durchbruch
100 für ein Spülmedium, z.B. Druckluft oder Druckwasser oder ein Gemisch aus beiden.
Zwischen einer freien Endfläche 101 des Zapfens 98 und einer ihr gegenüberliegenden
Dichtfläche 103 der Muffe 95 ist eine den Spülmediumdurchbruch 100 umgehende Dichtung
105 angeordnet, die einen Durchtritt von Spülmedium aus dem Durchbruch 100 zwischen
der Muffe 95 und dem Zapfen 98 hindurch verhindert, Das Ausführungsbeispiel nach
den Fig. 9 bis 11 stellt wiederum ein Hohlgestänge mit einem ersten Bohrgestängeteil
107 mit einer Muffe 108 und einem zweiten Bohrgestängeteil 110 mit einem Zapfen
111 dar, Beide Bohrgestängeteile 107 und 110 werden von einem Durchbruch 113 für
ein Spülmittel durchzßogen. Am freien Ende des Zapfens 111 ist ein ebenfalls hohles
Führungsstück 117 angedreht, das in eine Führungsbohrung 119 in dem ersten Bohrgestängeteil
107 eingreift und gegenüber dieser Führungsbohrung 119 durch einen Dichtring 120
zur Verhinderung von Spülmediumdurchtritt abgedichtet ist.
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In einen quer zu der Bohrgestängelängsa¢hse verlaufenden Durchbruch
123 in der Muffe 108 ragt ein Druckknopf 125 einer Verriegelungseinrichtung 127
hinein, die in Fig. 11 im einzelnen vergrößert dargestellt ist, Mit dem Durchbruch
123 fluchtet eine in dem Zapfen 111 vorgesehene Öffnung 129, in der ein Haltering
130 festgelegt ist. Den Haltering 130 untergreift ein Flansch 131 des Druckknopfes
125. Zwischen dem Haltering 130 und dem Flansch 131 einerseits sowie der äußeren
Mantelfläche des Druckknopfes 125 andererseits kann Spülmedium aus dem Durchbruch
113 nicht austreten
Der Druckknopf 125 weist eine zylindrische
Ausnehmung 135 auf, in die ein Stützkolben 137 hineinragt und die im übrigen eine
Feder 139 aus Schaumgummi ( z .3 ellastot) aufnimmt. Der Stützkolben 137 weist einen
Fuß 140. mit kreisförmigem Querschnitt auf, der zur Erhöhung seiner Standsicherheit
in eine entsprechende Bohrung 143 der gegenüberliegenden Wand des Spülmediumdurchbruohs
113 eingreift.
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Wenn die beiden Bohrgestängeteile 107 und 110 auseinandergezogen
werden sollen, wird der Druckknopf 125 genügend weit eingedrückt. Dabei schiebt
sich der Druckknopf 125 über den Stützkolben 137 unter gleichzeitiger Spannung der
Feder 139, die den Druckknopf 125 dann wieder in seine in den Fig.
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10 und 11 gezeigte-Normalstellung zurückführt, wenn der Druckknopf
125 freigegeben wird.
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Fig. 12 zeigt eine der Fig. 11 ähnliche Verriegelungseinrichtung
150, bei der Jedoch zwischen einem Flansch- 151 eines Druckknopfes 153 und einem
in einer Öffnung 154 eines Zapfens 155 festgelegten Haltering 157 ein zusätzlicher
Dichtring 159 zur Verhinderung von Spülmediumdurchtritt angeordnet ist. Die Feder
innerhalb des Druckknopfes 153 ist hier als Schraubenfeder 160 ausgebildet, Fig.
13 zeigt noch eine weitere Ausführungsform einer Verriegelungseinrichtung 165* In
einer Öffnung 167 eines Zapfens 169 ist ein Haltering 170 befestigt, in dem ein
Druckknopf 171 gleitend geführt ist. In einen Spfflmediumdurchbruch 173 des Zapfens
169 ragt eine Bügelfeder 175 hinein, die sich mit einem Ende an dem Druckknopf 171
und an der gegenüberliegenden Wand des Spülmediumdurohbruchs 173 abstutzt