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EP1117897B1 - Bohrgestänge zum drehschlagbohren, insbesondere zum überlagerungsbohren - Google Patents

Bohrgestänge zum drehschlagbohren, insbesondere zum überlagerungsbohren Download PDF

Info

Publication number
EP1117897B1
EP1117897B1 EP98954318A EP98954318A EP1117897B1 EP 1117897 B1 EP1117897 B1 EP 1117897B1 EP 98954318 A EP98954318 A EP 98954318A EP 98954318 A EP98954318 A EP 98954318A EP 1117897 B1 EP1117897 B1 EP 1117897B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thread
connection system
external
drill pipes
threads
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP98954318A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1117897A1 (de
Inventor
Friedrich Flemming
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boart Longyear GmbH and Co KG
Original Assignee
Boart Longyear GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik
Boart HWF GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boart Longyear GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik, Boart HWF GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik filed Critical Boart Longyear GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik
Publication of EP1117897A1 publication Critical patent/EP1117897A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1117897B1 publication Critical patent/EP1117897B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded
    • E21B17/0426—Threaded with a threaded cylindrical portion, e.g. for percussion rods

Definitions

  • the present invention relates to a connection system for drill rods for rotary impact drilling, especially for Overlay drilling, with an external thread and a Internal thread, the profile of the external thread a flattened thread tip and a circular arc Has thread root, while the profile of the internal thread has an arcuate thread tip, and the external thread and the internal thread, respectively an unthreaded insertion section is in front of which the external or internal thread connects, and wherein a circumferential shoulder in the area of the external thread is trained.
  • connection system is from the utility model DE 297 21 748 U1 known.
  • the present invention is based on the object a connection system for drill pipe of the beginning to improve the type mentioned so that the aforementioned Disadvantages are largely eliminated.
  • the invention Connection system is characterized in that the external thread and the internal thread one each larger load-bearing flank and a smaller non-load-bearing flank Have flank, the profile of the Internal thread has a flat thread root, and where the non-load-bearing flank is each arc-shaped is formed and the same radius as the circular arc-shaped thread tip of the internal thread or like the arcuate thread base of the Has external thread.
  • connection system stands out due to a long service life, especially a minimal one Thread wear when connecting the provided Boring bars.
  • the design of its thread represents sure that self-locking even with larger ones Thread diameters is prevented.
  • the length is of the insertion section upstream of the external thread at least 0.3 to 0.35 times the outer diameter of the respective boring bar, the one of the external thread upstream insertion section preferably at least twice as long as the one upstream of the thread Introductory section is.
  • the circumferential shoulder is on a conical rod end with an external thread is undercut in the direction of the other rod end and the other rod end a complementary one Has end face.
  • the angle of inclination of the shoulder is preferably between 10 ° and 20 ° related to the radial plane there the respective boring bar.
  • Boring bars having the connection system according to the invention can be quickly and easily without self-locking connect and disconnect if the pitch angle of the External or internal thread over the entire size range the rods between 12 ° and 16 °, preferably between 12.3 ° and 15.8 °.
  • a further advantageous embodiment provides that the load-bearing flank of the thread by 25 ° to 35 ° is inclined relative to the central axis of the boring bar. This not only creates a relatively large touch area for the load-bearing flank, but also supports the Alignment of the threads when inserting the Threaded boring bar end in that corresponding end with an internal thread subsequent boring bar. In this way the Wear further minimized.
  • all Boring bars on the same thread depth that between 1.5 mm and 2.5 mm, preferably about 2 mm. This minimizes tool costs.
  • boring bars with respect to their outer and Inner diameter are graded so that a Boring bar of specified size inside one by two Larger boring bar is insertable.
  • a Boring bar of specified size inside one by two Larger boring bar is insertable.
  • To this Way can with the drill string according to the invention two or three telescopically arranged one inside the other Boring bars are drilled.
  • the maximum Outside diameter 1.15 to 1.55 times, preferably 1.25 to 1.45 times the minimum inside diameter.
  • the flank diameter of the external or internal thread has preferably a value in the range between 1 / 1.25 x AD and 1 / 1.05 x AD, where AD is for the outside diameter the boring bar is standing. This ensures that Boring bars in next largest size boring bars can be introduced and yet sufficient Have strength because the cross-sectional area of the Boring bars are at the inner end of the internal thread larger with increasing outside diameter of the boring bars.
  • the cross-sectional area on inner end of the internal thread is larger than that Cross-sectional area at the inner end of the External thread, as for boring bars in which the Impact effect is transmitted via the outer shoulder, the the internally threaded end of a higher one Bending stress is subject to that than the external thread having end.
  • the radius of the circular arc of the non-load-bearing flank one Value in the range between 3.2 mm and 4.5 mm, preferably about 3.8 mm.
  • the radius of the circular arc is for the entire size range of the boring bars maintained. This configuration, together with the unchangeable flank angle and the unchangeable Thread depth ensures that the same Tapping tool for the entire size range of Boring bars can be used.
  • Another preferred embodiment is thereby characterized in that the number of threads with increases the outside diameter of the boring bar.
  • boring bars with an outer diameter less than 75 mm a thread, boring bars with an outer diameter between 75 mm and 105 mm two Threads, boring bars with an outer diameter between 105 mm and 140 mm three threads and Boring bars with an outer diameter larger than 140 mm have four threads. This also helps increasing outside diameter of the boring bars Enlargement of the load-bearing area of the Thread flanks achieved. This ensures that when using the same thread profile for the the entire size range of the boring bars Pitch angle not excessive with increasing Outside diameter (AD) changes.
  • AD Outside diameter
  • FIG. 1a and 1b show the ends of a boring bar with a cylindrical external thread 1 and a corresponding internal thread 2 in longitudinal section.
  • the Boring bar ends each have a threadless Insertion section 3 or 4, to which the respective Thread connects.
  • the length of the external thread 1 upstream insertion section 3 is approximately 0.3 up to 0.35 times the outside diameter AD of the boring bar and is about twice as long as that of the internal thread 2 upstream insertion section 4.
  • a circumferential outer shoulder 5 is that of transferring the impact to a subsequent boring bar or the drill bit is used.
  • the Shoulder 5 is conical, with one Angle of inclination of about 15 ° to the radial plane, the other boring bar end being a complementary one has bevelled end face 6.
  • To be telescopically arranged with two or more To be able to drill boring bars are the boring bars in terms of their outer and inner diameters graded so that a boring bar of a given size inside a boring bar two sizes bigger can be introduced.
  • For boring bars with one Outside diameter AD is between 75 and 180 mm maximum outer diameter AD of a boring bar about 1.15 to 1.55 times their minimum ID ID.
  • the flank diameter FD of the External or internal thread is between 1 / 1.25 x AD and 1 / 1.05 x AD.
  • the cross-sectional area thus increases inner end of the internal thread 2 with increasing Boring bar outside diameter AD too. It can also be seen that the cross-sectional area at the inner end of the Internal thread 2 is larger than the cross-sectional area on inner end of the external thread 1.
  • the most inner end of the internal thread 2 adjacent Section 8 and the corresponding Section 7 of the External thread 1 have essentially the same Wall thickness WA or WI, the inside diameter ID the conical boring bar in the direction of the internal thread 2 expands.
  • Figures 2a and 2b show an enlarged view the thread profile of the drill pipe according to the invention.
  • the external thread 1 and the internal thread 2 each have a load-bearing outer flank 9 and a non-load-bearing one Inner flank 10 on.
  • the external thread 1 pin thread
  • the internal thread 2 Socket thread
  • the load-bearing outer flank 9 is in each case one Angle ( ⁇ F of about 30 ° to the Boring bar center axis M inclined.
  • the non-load bearing Inner flank 10 is circular arc shaped and has the same radius R as the circular arc-shaped thread tip 13 of the Internal thread 2 or like the circular arc Thread root 12 of the external thread 1.
  • the radius R of the Circular arc is between 3.2 mm and 4.5 mm, preferably about 3.8 mm.
  • the transitions are from flat Thread base 14 to the thread flanks 9, 10 as Fillet fillets 15 formed.
  • the radius of this Fillet fillet 15 is approximately 1 mm.
  • the transitions 16 from the external thread 1 flattened thread tip 11 to the thread flanks 9, 10 circular arc-shaped rounded, the Radius of the circular arc corresponds to that of the fillet curves.
  • the thread depth of one Thread pitch is between 8.5 mm and 10.5 mm, preferably about 9.5 mm.
  • Fig. 3a is a side view schematically External thread shown, the pitch angle ( ⁇ 1 for a catchy thread is applied.
  • Fig. 3b is in Side view schematically shown an external thread, wherein the pitch angle ( ⁇ 2 for a two-start thread is registered.
  • the number of threads depends on the outside diameter the boring bar. Boring bars with an outer diameter For example, OD ⁇ 75 mm have a thread, during boring bars with an outer diameter AD ⁇ 75 mm and OD ⁇ 105 mm two threads, boring bars with one Outside diameter AD ⁇ 105 and AD ⁇ 140 mm three Threads and boring bars with an outer diameter AD> 140 mm have four threads.
  • the thread profile the boring bars not only cylindrical but also be conical.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, mit einem Außengewinde und einem Innengewinde, wobei das Profil des Außengewindes eine abgeflachte Gewindespitze und einen kreisbogenförmigen Gewindegrund aufweist, während das Profil des Innengewindes eine kreisbogenförmige Gewindespitze aufweist, und wobei dem Außengewinde und dem Innengewinde jeweils ein gewindeloser Einführabschnitt vorgelagert ist, an den sich das Außen- bzw. Innengewinde anschließt, und wobei im Bereich des Außengewindes eine umlaufende Schulter ausgebildet ist.
Ein derartiges Verbindungssystem ist aus dem Gebrauchsmuster DE 297 21 748 U1 bekannt.
Große Bauwerke erfordern eine gute Gründung, jedoch ist der Untergrund oftmals nicht fest genug, um eine sichere Gründung herzustellen. In diesen Fällen muß der Untergrund durch das Einbringen von Ankern in in den Untergrund gebohrte Löcher verfestigt werden. Das Bohren dieser Löcher wird als Überlagerungsbohren bezeichnet.
Obwohl verschiedene Verfahren existieren, wird das Überlagerungsbohren üblicherweise drehschlagend ausgeführt, wobei ein Kopfhammer (Bohrhammer) und ein Doppelbohrgestänge verwendet werden. Die Bohrstangen müssen somit imstande sein, Schläge (Stöße) und das Drehmoment vom Hammer auf den Bohrmeißel zu übertragen.
Auch müssen sie imstande sein, ineinandergeschoben zu werden.
Für das Überlagerungsbohren ausgebildete Bohrstangen werden durch zylindrische oder konische Gewinde miteinander verbunden. Obwohl sie für diese Anwendung speziell entwickelt worden sind, weisen sie zahlreiche Schwachpunkte auf. Die wichtigsten sind:
  • a) Gewindeverschleiß während der Kopplung;
  • b) Selbsthemmung bei größeren Gewindedurchmessern;
  • c) Materialbrüche bei kleineren Gewindedurchmessern nahe dem innenliegenden Ende des Innengewindes.
    • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungssystem für Bohrgestänge der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die vorgenannten Nachteile weitestgehend beseitigt sind.
    Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das erfindungsgemäße Verbindungssystem ist dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde und das Innengewinde jeweils eine größere lastaufnehmende Flanke und eine kleinere nicht-lastaufnehmende Flanke aufweisen, wobei das Profil des Innengewindes einen flachen Gewindegrund aufweist, und wobei die nicht-lastaufnehmende Flanke jeweils kreisbogenförmig ausgebildet ist und den gleichen Radius wie die kreisbogenförmige Gewindespitze des Innengewindes bzw. wie der kreisbogenförmige Gewindegrund des Außengewindes aufweist.
    Das erfindungsgemäße Verbindungssystem zeichnet sich durch eine hohe Lebensdauer, insbesondere einen minimalen Gewindeverschleiß beim Verbinden der damit versehenen Bohrstangen aus. Die Ausgestaltung seines Gewindes stellt sicher, daß eine Selbsthemmung auch bei größeren Gewindedurchmessern verhindert wird.
    Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung beträgt die Länge des dem Außengewinde vorgeordneten Einführabschnitts mindestens das 0,3- bis 0,35-fache des Außendurchmessers der jeweiligen Bohrstange, wobei der dem Außengewinde vorgeordnete Einführabschnitt vorzugsweise mindestens doppelt so lang wie der dem Gewinde vorgeordnete Einführabschnitt ist. Diese relativ langen Einführabschnitte tragen dazu bei, den Verschleiß an den Außenflanken der Gewinde zu minimieren.
    Vorteilhaft ist es auch, wenn die umlaufende Schulter an einem das Außengewinde aufweisenden Stangenende konisch in Richtung des anderen Stangenendes hinterschnitten ist und das andere Stangenende eine komplementär gestaltete Stirnseite aufweist. Hierdurch wird die Kontaktfläche der Schulter vergrößert, so daß eine gute Schlagübertragung vom Bohrhammer auf den Bohrmeißel sichergestellt wird. Der Neigungswinkel der Schulter liegt dabei vorzugsweise zwischen 10° und 20° bezogen auf die dortige Radialebene der jeweiligen Bohrstange.
    Das erfindungsgemäße Verbindungssystem aufweisende Bohrstangen lassen sich schnell und einfach ohne Selbsthemmung verbinden sowie lösen, wenn der Steigungswinkel des Außen- bzw. Innengewindes über den gesamten Größenbereich der Stangen zwischen 12° und 16°, vorzugsweise zwischen 12,3° und 15,8° liegt.
    Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die lastaufnehmende Flanke der Gewinde um 25° bis 35° gegenüber der Bohrstangenmittelachse geneigt ist. Dies schafft nicht nur eine relativ große Berührungsfläche für die lastaufnehmende Flanke, sondern unterstützt auch die Ausrichtung der Gewinde beim Einführen des das Außengewinde aufweisenden Bohrstangenendes in das das entsprechende Innengewinde aufweisende Ende einer nachfolgenden Bohrstange. Auf diese Weise wird der Verschleiß weiter minimiert.
    Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung weisen alle Bohrstangen die gleiche Gewindetiefe auf, die zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, vorzugsweise ungefähr 2 mm, beträgt. Dadurch werden die Werkzeugkosten minimiert.
    Eine andere bevorzugte Ausgestaltung besteht ferner darin, daß die Bohrstangen bezüglich ihres Außen- und Innendurchmessers derart abgestuft sind, daß eine Bohrstange vorgegebener Größe in das Innere einer um zwei Größen größeren Bohrstange einführbar ist. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Bohrgestänge mit zwei oder drei teleskopartig ineinander angeordneten Bohrstangen gebohrt werden.
    Vorzugsweise beträgt für Bohrstangen mit einem Außendurchmesser zwischen 75 und 180 mm der maximale Außendurchmesser das 1,15 bis 1,55-fache, vorzugsweise das 1,25 bis 1,45-fache, des minimalen Innendurchmessers. Der Flankendurchmesser des Außen- bzw. Innengewindes hat dabei vorzugsweise einen Wert im Bereich zwischen 1/1,25 x AD und 1/1,05 x AD, wobei AD für den Außendurchmesser der Bohrstange steht. Dadurch ist sichergestellt, daß Bohrstangen in Bohrstangen der nächst größeren Größe eingeführt werden können und gleichwohl eine ausreichende Festigkeit aufweisen, denn die Querschnittsfläche der Bohrstangen wird am innenliegenden Ende des Innengewindes mit zunehmendem Außendurchmesser der Bohrstangen größer.
    Auch ist es vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes größer ist als die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Außengewindes, da bei Bohrstangen, bei denen die Schlagwirkung über die Außenschulter übertragen wird, das das Innengewinde aufweisende Ende einer höheren Biegespannung unterworfen ist als das das Außengewinde aufweisende Ende.
    Um eine Selbstreinigung des Gewindes zu erzielen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, daß der Radius des Kreisbogens der nicht-lastaufnehmende Flanke einen Wert im Bereich zwischen 3,2 mm und 4,5 mm, vorzugsweise ungefähr 3,8 mm, aufweist. Der Radius des Kreisbogens wird für den gesamten Größenbereich der Bohrstangen beibehalten. Diese Ausgestaltung, zusammen mit dem unveränderlichen Flankenwinkel und der unveränderlichen Gewindetiefe gewährleistet, daß dasselbe Gewindeschneidwerkzeug für den gesamten Größenbereich der Bohrstangen verwendet werden kann.
    Eine andere bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Gewindegänge mit zunohmondem Außendurchmesser der Bohrstange zunimmt. wobei vorzugsweise Bohrstangen mit einem Außendurchmesser kleiner als 75 mm einen Gewindegang, Bohrstangen mit einem Außendurchmesser zwischen 75 mm und 105 mm zwei Gewindegänge, Bohrstangen mit einem Außendurchmesser zwischen 105 mm und 140 mm drei Gewindegänge und Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer als 140 mm vier Gewindegänge aufweisen. Auch hierdurch wird bei zunehmendem Außendurchmesser der Bohrstangen eine Vergrößerung der lastaufnehmenden Fläche der Gewindeflanken erzielt. Hierdurch wird gewährleistet, daß bei der Anwendung desselben Gewindeprofils für den gesamten Größenbereich der Bohrstangen sich der Steigungswinkel nicht übermäßig mit größer werdendem Außendurchmesser (AD) ändert.
    Um die Gefahr von Materialbrüchen aufgrund von Spannungskonzentrationen zu minimieren, wird ferner vorgeschlagen, daß sowohl das Außen- als auch das Innengewinde Übergangsradien von ungefähr 1 mm bei allen Übergängen aufweisen.
    Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
    Fig. 1a
    ein erfindungsgemäßes Bohrstangenende mit Außengewinde im Längsschnitt,
    Fig. 1b
    ein erfindungsgemäßes Bohrstangenende mit Innengewinde im Längsschnitt,
    Fig. 2a
    eine Profildarstellung des Außengewindes in vergrößertem Maßstab,
    Fig. 2b
    eine Profildarstellung des Innengewindes in vergrößertem Maßstab,
    Fig. 3a
    einen Abschnitt eines Außengewindes einer erfindungsgemäßen Bohrstange mit einem eingängigen Gewinde mit gegenüber Fig. 2a abweichendem Durchmesser in Seitenansicht, und
    Fig. 3b
    einen Abschnitt eines Außengewindes einer erfindungsgemäßen Bohrstange mit einem zweigängigen Gewinde mit gegenüber Fig. 2a abweichendem Durchmesser in Seitenansicht.
    Die Fig. 1a und Fig. 1b zeigen die Enden einer Bohrstange mit einem zylindrischen Außengewinde 1 und einem entsprechenden Innengewinde 2 im Längsschnitt. Die Bohrstangenenden weisen jeweils einen gewindelosen Einführabschnitt 3 bzw. 4 auf, an den sich das jeweilige Gewinde anschließt. Die Länge des dem Außengewinde 1 vorgeordneten Einführabschnitts 3 beträgt etwa das 0,3 bis 0,35-fache des Außendurchmessers AD der Bohrstange und ist etwa doppelt so lang wie der dem Innengewinde 2 vorgeordnete Einführabschnitt 4.
    Ferner ist zu erkennen, daß an dem in Fig. 1a dargestellten Ende der zum Drehschlagbohren bestimmten Bohrstange eine umlaufende Außenschulter 5 ausgebildet ist, die der Übertragung der Schlagwirkung auf eine nachfolgende Bohrstange bzw. den Bohrmeißel dient. Die Schulter 5 ist konisch ausgebildet, und zwar mit einem Neigungswinkel von etwa 15° gegenüber der Radialebene, wobei das andere Bohrstangenende eine komplementär abgeschrägte Stirnseite 6 aufweist.
    Um mit zwei oder mehr teleskopartig angeordneten Bohrstangen bohren zu können, sind die Bohrstangen bezüglich ihres Außen- und Innendurchmessers größenmäßig derart abgestuft, daß eine Bohrstange vorgegebener Größe in das Innere einer um zwei Größen größeren Bohrstange einführbar ist. Für Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD zwischen 75 und 180 mm beträgt der maximale Außendurchmesser AD einer Bohrstange beträgt dabei etwa das 1,15 bis 1,55-fache ihres minimalen Innendurchmessers ID. Der Flankendurchmesser FD des Außen- bzw. Innengewindes liegt zwischen 1/1,25 x AD und 1/1,05 x AD. Somit nimmt die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes 2 mit zunehmendem Bohrstangenaußendurchmesser AD zu. Auch ist zu erkennen, daß die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes 2 größer ist als die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Außengewindes 1. Der am innenliegenden Ende des Innengewindes 2 angrenzende Abschnitt 8 und der entsprechende Abschnitt 7 des Außengewindes 1 haben dabei im wesentlichen die gleiche Wandstärke WA bzw. WI, wobei sich der Innendurchmesser ID der Bohrstange konisch in Richtung des Innengewindes 2 hin aufweitet.
    Die Figuren 2a und 2b zeigen in vergrößerter Darstellung das Gewindeprofil des erfindungsgemäßen Bohrgestänges. Das Außengewinde 1 und das Innengewinde 2 weisen jeweils eine lastaufnehmende Außenflanke 9 und eine nicht-lastaufnehmende Innenflanke 10 auf.
    Das Außengewinde 1 (Zapfengewinde) hat eine abgeflachte Gewindespitze 11 und einen kreisbogenförmigen Gewindegrund 12, während das Innengewinde 2 (Muffengewinde) eine kreisbogenförmige Gewindespitze 13 und einen flachen Gewindegrund 14 besitzt.
    Die lastaufnehmende Außenflanke 9 ist jeweils um einen Winkel (αF von etwa 30° gegenüber der Bohrstangenmittelachse M geneigt. Die nicht-lastaufnehmende Innenflanke 10 ist dagegen jeweils kreisbogenförmig ausgebildet und hat den gleichen Radius R wie die kreisbogenförmige Gewindespitze 13 des Innengewindes 2 bzw. wie der kreisbogenförmige Gewindegrund 12 des Außengewindes 1. Der Radius R des Kreisbogens liegt zwischen 3,2 mm und 4,5 mm, vorzugsweise bei ungefähr 3,8 mm.
    Beim Innengewinde 2 sind die Übergänge vom flachen Gewindegrund 14 zu den Gewindeflanken 9, 10 als Kehlrundungen 15 ausgebildet. Der Radius dieser Kehlrundungen 15 beträgt ungefähr 1 mm. Dementsprechend sind am Außengewinde 1 die Übergänge 16 von der abgeflachten Gewindespitze 11 zu den Gewindeflanken 9, 10 kreisbogenförmig abgerundet ausgestaltet, wobei der Radius des Kreisbogens dem der Kehlrundungen entspricht.
    Um Werkzeugkosten zu minimieren, weisen alle Bohrstangen denselben Gewindegang auf. Die Gewindetiefe eines Gewindegangs liegt zwischen 8,5 mm und 10,5 mm, vorzugsweise bei ungefähr 9,5 mm.
    In Fig. 3a ist in Seitenansicht schematisch ein Außengewinde gezeigt, wobei der Steigungswinkel (α1 für ein eingängiges Gewinde angetragen ist. In Fig. 3b ist in Seitenansicht schematisch ein Außengewinde gezeigt, wobei der Steigungswinkel (α2 für ein zweigängiges Gewinde angetragen ist.
    Die Anzahl der Gewindegänge hängt vom Außendurchmesser der Bohrstange ab. Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD < 75 mm haben beispielsweise einen Gewindegang, während Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD ≥ 75 mm und AD < 105 mm zwei Gewindegänge, Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD ≥ 105 und AD < 140 mm drei Gewindegänge und Bohrstangen mit einem Außendurchmesser AD > 140 mm vier Gewindegänge aufweisen.
    Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann das Gewindeprofil der Bohrstangen nicht nur zylindrisch, sondern auch konisch ausgeführt sein.

    Claims (22)

    1. Verbindungssystem für Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, mit einem Außengewinde (1) und einem Innengewinde (2), wobei das Profil des Außengewindes (1) eine abgeflachte Gewindespitze (11) und einen kreisbogenförmigen Gewindegrund (12) aufweist, während das Profil des Innengewindes (2) eine kreisbogenförmige Gewindespitze (13) aufweist, und wobei dem Außengewinde (1) und dem Innengewinde (2) jeweils ein gewindeloser Einführabschnitt (3, 4) vorgelagert ist, an den sich das Außen- bzw. Innengewinde anschließt, und wobei im Bereich des Außengewindes (1) eine umlaufende Schulter (5) ausgebildet ist,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      beide Gewinde (1, 2) jeweils eine größere lastaufnehmende Flanke (9) und eine kleinere nicht-lastaufnehmende Flanke (10) aufweisen, wobei das Profil des Innengewindes (2) einen flachen Gewindegrund (14) aufweist, und wobei die nicht-lastaufnehmende Flanke (10) jeweils kreisbogenförmig ausgebildet ist und den gleichen Radius (R) wie die kreisbogenförmige Gewindespitze (13) des Innengewindes (2) bzw. wie der kreisbogenförmige Gewindegrund (12) des Außengewindes (1) aufweist.
    2. Verbindungssystem nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des dem Außengewinde (1) vorgeordneten Einführabschnitts (3) mindestens das 0,3 bis 0,35-fache des Außendurchmessers (AD) der jeweiligen Bohrstange beträgt.
    3. Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß der dem Außengewinde (1) vorgeordnete Einführabschnitt (3) mindestens doppelt so lang wie der dem Innengewinde (2) vorgeordnete Einführabschnitt ist.
    4. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Schulter (5) an einem das Außengewinde (1) aufweisenden Stangenende konisch hinterschnitten ist.
    5. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Schulter (5) an einem das Außengewinde (1) aufweisenden Stangenende mit einem Neigungswinkel zwischen 10° und 20° gegenüber einer Radialebene konisch in Richtung des anderen Stangenendes hinterschnitten ist.
    6. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel des Außen- bzw. Innengewindes (1, 2) zwischen 12° und 16° liegt.
    7. Verbindungssystem nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel des Außen- bzw. Innengewindes (1, 2) zwischen 12,3° und 15,8° liegt.
    8. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die lastaufnehmenden Flanken (9) jeweils die zu dem nächstliegenden Bohrstangenende weisenden Außenflanken der Gewinde (1, 2) sind.
    9. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede lastaufnehmende Flanke (9) der Gewinde (1, 2) um 25° bis 35° gegenüber der Bohrstangenmittelachse (M) geneigt ist.
    10. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindetiefe (GT) von Bohrstangen einen Wert im Bereich zwischen 1,5 mm und 2,5 mm, vorzugsweise von ungefähr 2 mm, aufweist.
    11. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrstangen bezüglich ihres außen- und Innendurchmessers größenmäßig derart abgestuft sind, daß eine Bohrstange vorgegebener Größe in das Innere einer um zwei Größen größeren Bohrstange einführbar ist.
    12. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet, daß bei Bohrstangen mit einem Außendurchmesser (AD) zwischen 75 und 180 mm der Außendurchmesser das 1,15 bis 1,55-fache, vorzugsweise das 1,25 bis 1,45-fache, ihres minimalen Innendurchmessers beträgt.
    13. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Flankendurchmesser (FD) des Außen- bzw. Innengewindes einen Wert im Bereich zwischen 1/1,25 x AD und 1/1,05 x AD aufweist, wobei AD für den Außendurchmesser der Bohrstange steht.
    14. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Innengewindes (2) größer ist als die Querschnittsfläche am innenliegenden Ende des Außengewindes (1).
    15. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R1) des Kreisbogens der nicht-lastaufnehmende Flanke (10) einen Wert im Bereich zwischen 3,2 mm und 4,5 mm, vorzugsweise einen Wert von ungefähr 3,8 mm, aufweist.
    16. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (1) und das Innengewinde (2) als mehrgängige Gewinde ausgebildet sind.
    17. Verbindungssystem für Bohrgestänge nach Anspruch 16,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Gewindegänge mit zunehmendem Außendurchmesser der Bohrstange zunimmt.
    18. Verbindungssystem nach Anspruch 17,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser kleiner 75 mm einen Gewindegang, die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer/gleich 75 mm und kleiner 105 mm zwei Gewindegänge, die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer/gleich 105 mm und kleiner 140 mm drei Gewindegänge und die Bohrstangen mit einem Außendurchmesser größer 140 mm vier Gewindegänge aufweisen.
    19. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Innengewinde (2) die Übergänge vom Gewindegrund (14) zu den Gewindeflanken (9, 10) als Kehlrundungen (15) ausgebildet sind, deren Radius ungefähr 1 mm beträgt.
    20. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Außengewinde (1) die Übergänge von der abgeflachten Gewindespitze (11) zu den Gewindeflanken (9, 10) kreisbogenförmig abgerundet sind, wobei der Radius des Kreisbogens einen Wert von ungefähr 1 mm aufweist.
    21. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (1, 2) zylindrisch ausgebildet sind.
    22. Verbindungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (1, 2) konisch ausgebildet sind.
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