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EP3141689A1 - Threaded connection and drilling rod having a threaded connection - Google Patents

Threaded connection and drilling rod having a threaded connection Download PDF

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Publication number
EP3141689A1
EP3141689A1 EP16187999.4A EP16187999A EP3141689A1 EP 3141689 A1 EP3141689 A1 EP 3141689A1 EP 16187999 A EP16187999 A EP 16187999A EP 3141689 A1 EP3141689 A1 EP 3141689A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thread
flank
threaded connection
connection according
angle
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.)
Granted
Application number
EP16187999.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3141689B1 (en
Inventor
Günter Fennel
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.)
Sysbohr Bohrtechnik fur Den Spezialtiefbau GmbH
Original Assignee
Sysbohr Bohrtechnik fur Den Spezialtiefbau GmbH
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=54262277&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3141689(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Sysbohr Bohrtechnik fur Den Spezialtiefbau GmbH filed Critical Sysbohr Bohrtechnik fur Den Spezialtiefbau GmbH
Publication of EP3141689A1 publication Critical patent/EP3141689A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3141689B1 publication Critical patent/EP3141689B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042Threaded
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042Threaded
    • E21B17/0426Threaded with a threaded cylindrical portion, e.g. for percussion rods

Definitions

  • the invention relates to a threaded connection and a threaded drill pipe according to the preambles of the independent claims.
  • the object of the invention is to provide a threaded connection, in particular for a drill pipe, which can accommodate a high torque and improves the state of the art.
  • Another object is to provide a corresponding drill pipe with a threaded connection.
  • the individual drill rods have an end with the internal thread and an end with the external thread, both threads each having a first edge and a Having the second flank, the profile of the external thread, ie seen in longitudinal section, a flattened thread crest and a rounded thread root and the profile of the internal thread a flattened thread tip and a rounded thread base has.
  • the first edge in the profile according to the invention is designed to be larger than the second edge.
  • the contact surfaces are made as large as possible during the screwing and reduces the surface pressure.
  • the longer flank is also intended as an inlet flank. As a result, the wear during the screwing can be reduced.
  • the shorter edge serves as a support flank when the thread is screwed and the threaded connection is thus made. Particularly favorable, a noticeable surface contact can be guaranteed and so the surface pressure and the hole pressure on the sleeve can be reduced. This reduces wear, and it can also meet the requirements of today increasingly powerful drilling rigs, especially the recent lately increasingly on the market urging vibratory drives.
  • the drill pipes are usually lifted by means of lifting devices (excavator or crane attachment, etc.) on the feed carriages of the drills and placed on the drill string to be extended. It is not necessarily done sensitively.
  • the drive unit of the drill is then approached to the other end of the drill pipe and with the on it Threaded threaded and screwed.
  • the drive unit can consist of one or two drives, which are mounted together on a carriage and often reach a weight of 2500 kg.
  • feed forces of 5-10 t which act hydraulically via chain drive on the drive units, must be manually controlled.
  • these edges are therefore designed so that the largest possible area is created in order to minimize the surface pressure.
  • the support flank is steeper than the entry edge designed so that the loosening torque of the threaded connection is not too large and the drill pipe can be easily dismantled.
  • flanks in the profile of thread root to thread crest can each be flattened, in particular straight, be formed.
  • the rounded root of the thread is particularly advantageous for impact drilling and vibration drilling to prevent cracking germs.
  • the thread root of the external thread and the thread root of the internal thread in the profile be rounded. Due to the rounded thread root, the notch sensitivity of the threaded connection is reduced.
  • the rounding at the root of the thread can have a radius of at most 3 mm, preferably at most 2 mm, particularly preferably 1.6 mm.
  • the large radius of e.g. 1.6 mm in the thread root can advantageously counteract fatigue fractures.
  • the thread root of the external thread and the thread root of the internal thread may have the same radius. As a result, the surface contact is increased and a locally limited surface pressure is avoided.
  • the thread profile may be conical and each thread root and / or each thread crest along the profile lie on an imaginary line, which may be inclined with an inclination angle against the thread axis.
  • the angle of inclination may be between 0.5 ° and at most 6 °, preferably at most 5 °, particularly preferably 4.5 °. This allows easier insertion of the internal thread in the external thread.
  • the thread profile may be cylindrical. The latter allows larger inner diameter of the threaded connection, higher slopes and thus a higher torque absorption.
  • the angle of inclination describes the tapering of a conical thread
  • the flank angle indicates the angle of the flanks (measured with respect to the central axis), irrespective of the extent to which the threaded design is conical or cylindrical.
  • the first and the second flank can each enclose an angle of more than 70 °.
  • the angle can be at least 75 °, preferably 80 ° in a conical thread profile.
  • the angle can be at least 90 °, preferably 100 °. The latter allows higher gradients, larger thread diameter and a higher torque absorption.
  • the flank angle of the external thread and the internal thread relative to the first, in particular larger flanks relative to the thread center axis can be at least 20 °.
  • the flank angle in a conical thread profile with respect to the first, in particular larger flanks relative to the thread center axis at least 35 °, preferably at least 40 °, particularly preferably 43 °.
  • the flank angle can be at least 25 °, preferably 28 °, with respect to the first, in particular larger flanks, relative to the thread center axis. This allows a favorable geometry of the thread, in particular a good torque absorption can be achieved.
  • flank angle of the external thread and the internal thread relative to the second, in particular smaller flanks relative to the thread center axis can be at least 45 °.
  • the flank angle in a conical thread profile at least 50 °, preferably at least 55 °, particularly preferably 57 °.
  • the flank angle can be at least 47 °, preferably at least 50 °, particularly preferably 52 °. This allows a favorable geometry of the thread, in particular a good torque absorption can be achieved.
  • the number of threads can increase with increasing outer diameter of the external thread or the internal thread.
  • a thread with diameters between 75 mm and 115 mm, preferably between 76.1 mm and 114.3 mm, two threads with pitch 20 and with diameters between 120 mm and 155 mm, preferably between 121 mm and 152.4 mm, three threads with pitch 30 may be provided.
  • a thread with diameters between 75 mm and 96 mm preferably between 76.1 mm and 95 mm, two threads with pitch 24, with diameters between 100 mm and 135 mm, preferably between 101.6 mm and 133 mm, three threads with pitch 36, with diameters between 150 mm and 178 mm, preferably between 152.4 mm and 177.8 mm, four threads with pitch 48 and with diameters between 192 mm and 220 mm, preferably between 193.7 mm and 219.1 mm, four threads with pitch 60 may be provided.
  • the pitch angle is chosen so that a sufficient torque can be transmitted and still sufficient self-locking is present, so that the threaded connections do not solve unintentionally.
  • the pitch angle is suitably adapted to the diameter. With larger diameter more threads are provided and thus larger pitch angle.
  • a drill pipe for rotary impact drilling is proposed, in particular for Overlay drilling, the individual drill rods having an end with an internal thread and an end with an external thread, with a threaded connection as described above.
  • both threads each have a first flank and a second flank, wherein the first flanks are larger than the second flanks and the first flanks are in each case the outer flanks of the thread facing the drill rod ends.
  • the larger flank have a shallow angle against the thread center axis, with conical thread profile, for example, 43 ° and cylindrical thread profile, for example, 28 °. This minimizes wear during bolting of the drill rods.
  • the smaller flank can form the support flank when the thread is screwed, and be inclined at a larger angle to the thread center axis, conical thread profile, for example, 57 ° and cylindrical thread profile, for example, 52 °.
  • the flank angles can vary depending on the purpose.
  • area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.
  • FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the invention of a conical threaded connection, in particular for a drill pipe for rotary impact drilling, in particular for Overlay drilling, the individual drill rods having an end with an internal thread 20 and an end with an external thread 40.
  • FIG. 1 shows a section of a profile of the conical internal thread 20 of a sleeve 10 of one end of a drill rod ⁇ 102.
  • the internal thread 20 of the sleeve 10 surrounds a threaded central axis 22.
  • FIG. 2 shows a section of a profile of the corresponding external thread 40 of a pin 30 with conical thread.
  • the external thread 40 of the pin 30 surrounds a threaded central axis 42.
  • the inclination angle ⁇ against the respective thread center axis 22, 42 is half the cone angle and is preferably less than 5 °, preferably 4.5 °.
  • the internal thread 20 has a first flank 12 and a second flank 14.
  • the first edge 12 is formed in profile larger than the second edge 14.
  • the first flank 12 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear.
  • the smaller flank 14, however, serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made.
  • the two flanks 12, 14 enclose an angle ⁇ 10 of more than 70 °, in particular the angle ⁇ 10 in the conical thread is at least 75 °, preferably 80 °.
  • the profile of the internal thread 20 has a flattened thread crest 18, in particular a straight thread crest 18, and a rounded thread root 16.
  • the radius R10 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.
  • the external thread 40 in FIG. 2 has a first flank 32 and a second flank 34.
  • the first edge 32 is formed in profile larger than the second edge 34.
  • the first flank 32 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear.
  • the smaller edge 34 serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made.
  • the external thread 40 has a flattened thread crest 38 and a rounded thread root 36 in profile.
  • the radius R30 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.
  • the two flanks 32, 34 enclose an angle ⁇ 30 of more than 70 °, in particular the angle ⁇ 30 in the conical thread is at least 75 °, preferably 80 °.
  • FIG. 3 shows a section of the threaded connection of the conical internal thread 20 and external thread 40 of the Figures 1 and 2 , Due to the flattenings 50 of the thread crests 18, 38 and the rounded groove bases 16, 36, relatively large cavities 50 form there, which offer space for receiving contaminants such as dust and the like.
  • the first, larger flanks 12, 32 form a flank angle ⁇ with respect to the thread center axis 22, 42, which is at least 20 °, preferably at least 35 °, preferably at least 40 °, particularly preferably 43 °.
  • the second, smaller flanks 14, 34 form a flank angle ⁇ relative to the thread center axis 22, 42, at least 45 °, preferably at least 50 °, preferably at least 55 °, particularly preferably 57 °.
  • the larger flanks 12, 32 are in each case the outer flanks of the threads 20, 40 facing the boring bar ends of the boring bars 102, 104.
  • FIGS. 4 to 6 show a first embodiment of the invention of a cylindrical threaded connection, in particular for a drill pipe for rotary impact drilling, in particular for overlay drilling, the individual drill rods 102, 104 have an end with an internal thread 20 and an end with an external thread 40.
  • FIG. 4 shows a section of a profile of the internal thread 20 of a sleeve 10 of one end of a drill rod 102 with a cylindrical thread.
  • the internal thread 20 of the sleeve 10 surrounds a threaded central axis 22.
  • FIG. 5 shows a section of a profile of the corresponding external thread 40 of a pin 30 with a cylindrical thread profile.
  • the external thread 40 of the pin 30 surrounds a threaded central axis 42.
  • the internal thread 20 has a first flank 12 and a second flank 14.
  • the first edge 12 is formed in profile larger than the second edge 14.
  • the first flank 12 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear.
  • the smaller flank 14, however, serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made.
  • the two flanks 12, 14 enclose an angle ⁇ 10 of more than 70 °, in particular the angle ⁇ 10 in the cylindrical thread profile is at least 90 °, preferably 100 °.
  • the profile of the internal thread 20 has a flattened thread crest 18, in particular a flattened thread crest 18, and a rounded thread root 16.
  • the radius R10 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.
  • the external thread 40 in FIG. 5 has a first flank 32 and a second flank 34.
  • the first edge 32 is formed in profile larger than the second edge 34.
  • the first flank 32 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear.
  • the smaller edge 34 serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made.
  • the external thread 40 has a flattened thread crest 38 and a rounded thread root 36 in profile.
  • the radius R30 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.
  • the two flanks 32, 34 enclose an angle ⁇ 30 of more than 70 °, in particular the angle ⁇ 30 in the cylindrical thread is at least 90 °, preferably 100 °.
  • FIG. 6 shows a section of the threaded connection of the cylindrical internal thread 20 and external thread 40 of the FIGS. 4 and 5 , Due to the flattenings 50 of the thread crests 18, 38 and the rounded groove bases 16, 36, relatively large cavities 50 form there, which offer space for receiving contaminants such as dust and the like.
  • the first, larger flanks 12, 32 form a flank angle ⁇ with respect to the thread center axis 22, 42, which is at least 20 °, preferably at least 25 °, particularly preferably 28 °.
  • the second, smaller flanks 14, 34 form a flank angle ⁇ relative to the thread center axis 22, 42, which is at least 45 °, preferably at least 47 °, more preferably at least 50 °, particularly preferably 52 °.
  • the larger flanks 12, 32 are in each case the outer flanks of the threads 20, 40 facing the boring bar ends of the boring bars 102, 104.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Eine Gewindeverbindung aus einem Innengewinde (20) und einem Außengewinde (40), insbesondere für ein Bohrgestänge zum Drehschlagbohren oder Vibrationsbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen (102, 104) ein Ende mit dem Innengewinde (20) und ein Ende mit dem Außengewinde (40) aufweisen, wobei beide Gewinde (20, 40) jeweils eine erste Flanke (12, 32) und eine zweite Flanke (14, 34) aufweisen, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Profil des Innengewindes (20) eine abgeflachte Gewindespitze (18) und einen gerundeten Gewindegrund (16) und das Profil des Außengewindes (40) eine abgeflachte Gewindespitze (38) und einen gerundeten Gewindegrund (36) aufweist und die erste Flanke (12, 32) länger ist als die zweite Flanke (14, 34).A threaded connection of an internal thread (20) and an external thread (40), in particular for a drill pipe for rotary impact drilling or vibration boring, in particular for overburden drilling, whose individual boring bars (102, 104) have an end with the internal thread (20) and an end with the external thread (40), wherein both threads (20, 40) each have a first flank (12, 32) and a second flank (14, 34), which is characterized in that the profile of the internal thread (20) has a flattened thread crest (40). 18) and a rounded thread root (16) and the profile of the external thread (40) has a flattened thread crest (38) and a rounded thread root (36) and the first flank (12, 32) is longer than the second flank (14, 34 ).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Gewindeverbindung und ein Bohrgestänge mit Gewindeverbindung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a threaded connection and a threaded drill pipe according to the preambles of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 19803304 A1 ist ein Bohrgestänge mit Gewindeverbindung zum Verbinden einzelner Bohrstangen bekannt, bei der das Profil des Außengewindes eine abgeflachte Gewindespitze und einen kreisbogenförmigen Gewindegrund aufweist, während das Profil des Innengewindes eine kreisbogenförmige Gewindespitze und einen abgeflachten Gewindegrund aufweist.From the DE 19803304 A1 is a threaded drill pipe for connecting individual drill rods known in which the profile of the external thread has a flattened thread crest and a circular arc-shaped thread root, while the profile of the internal thread has a circular arc thread crest and a flattened thread root.

Aus der US 5060740 A ist eine Gewindeverbindung mit asymmetrischen Flanken der Gewindesteigung für einen Imlochhammer bekannt. Das Profil dieser Gewindeverbindung hat einen elliptisch ausgebildeten Grund, was beim Verschrauben der Verbindung zu einem Festfressen führen kann, weil die Profilaussenkanten mit den Ellipsen kollidieren können. Eine relativ steile Einlaufflanke bildet eine kleine Fläche, auf die sich die Last verteilen kann. Eine größere Flanke mit flachem Winkel bildet eine Tragflanke, wenn das Gewinde verschraubt ist und übt einen sehr hohen Lochleibdruck auf die Gewindemuffe aus. Dies soll verhindern, dass sich die Teile des Imlochhammers während des Betriebs unbeabsichtigt lösen.From the US Pat. No. 5,060,740 is a threaded connection with asymmetrical flanks of the thread pitch for a downhole hammer known. The profile of this threaded connection has an elliptical ground, which can lead to seizure when screwing the connection, because the Profilaussenkanten can collide with the ellipses. A relatively steep inlet edge forms a small area on which the load can be distributed. A larger flank with a shallow angle forms a support flank when the thread is screwed and exerts a very high bearing pressure on the threaded sleeve. This is to prevent the parts of the perforated hammer from accidentally loosening during operation.

Aus der US 4,799,844 A ist ein Schraubenaufbau mit einem zylindrischen Trägerteil, zumindest einem Gewinde, welches sich schraubenförmig entlang des zylindrischen Trägerteils in beabstandeten Gewindegängen erstreckt, und einem Grundabschnitt, der sich zwischen benachbarten Gängen des Gewindes erstreckt, bekannt. Der Schraubenaufbau zeichnet sich dadurch aus, dass der Grundabschnitt eine Krümmung hat, die durch einen Abschnitt einer Ellipse festgelegt ist. Eine größere Flanke mit flachem Winkel bildet eine Tragflanke. Dieser bekannte Schraubenaufbau weist daher die gleichen Probleme auf, wie die aus der US 5060740 A bekannte Gewindeverbindung.From the US 4,799,844 A is a screw assembly having a cylindrical support member, at least one thread extending helically along the cylindrical support member in spaced threads, and a base portion extending between adjacent threads of the thread. The screw construction is characterized in that the base portion has a curvature defined by a portion of an ellipse. A larger flank with a shallow angle forms a supporting flank. This known screw assembly therefore has the same problems as those of US Pat. No. 5,060,740 known threaded connection.

Aus der US 2010/0018699 A1 und der US 4,040,756 A sind ferner weitere Gewindeformen bekannt, bei denen eine relativ steile Einlaufflanke eine kleine Fläche bildet, auf die sich die Last verteilen kann und eine größere Flanke mit flachem Winkel eine Tragflanke bildet.From the US 2010/0018699 A1 and the US 4,040,756 A Furthermore, other thread forms are known in which a relatively steep inlet edge forms a small area on which the load can be distributed and a larger flank forms a supporting flank at a shallow angle.

Es gibt mittlerweile hydraulische Drehantriebe mit mehr als 50 kNm Drehmoment und Hydraulikhämmer die mehr als 1000 Joul Schlagkraft bei 2000 Schlägen/min. erreichen. Zudem finden sich immer mehr Vibrationsantriebe auf dem Markt, die nicht selten bei einer Frequenz von 160 Hz Schwungmassen von 36 to. generieren.There are now hydraulic rotary actuators with more than 50 kNm of torque and hydraulic hammers which have more than 1000 Joul impact force at 2000 strokes / min. to reach. In addition, there are more and more vibration drives on the market, which not infrequently at a frequency of 160 Hz flywheels of 36 to. to generate.

Alle bisherigen bekannten Gewindeprofile können unter den geschilderten Einsatzbedingungen nur bedingt eingesetzt werden und unterliegen frühzeitigem Verschleiß sowie Ermüdungsbrüchen.All previously known thread profiles can be used only partially under the described conditions of use and are subject to premature wear and fatigue fractures.

Aufgabetask

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gewindeverbindung insbesondere für ein Bohrgestänge zu schaffen, das ein hohes Drehmoment aufnehmen kann und den Stand der Technik verbessert.The object of the invention is to provide a threaded connection, in particular for a drill pipe, which can accommodate a high torque and improves the state of the art.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein entsprechendes Bohrgestänge mit einer Gewindeverbindung zu schaffen.Another object is to provide a corresponding drill pipe with a threaded connection.

Lösungsolution

Die Aufgaben werden durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindungen umfassen auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.The objects are achieved by the inventions having the features of the independent claims. Advantageous developments of the inventions are characterized in the subclaims, the description and the drawings. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of this specification. The inventions also include all reasonable and in particular all mentioned combinations of independent and / or dependent claims.

Es wird eine Gewindeverbindung aus einem Innengewinde und einem Außengewinde vorgeschlagen, insbesondere für ein Bohrgestänge zum Drehschlagbohren oder Vibrationsbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen ein Ende mit dem Innengewinde und ein Ende mit dem Außengewinde aufweisen, wobei beide Gewinde jeweils eine erste Flanke und eine zweite Flanke aufweisen, das Profil des Außengewindes, d.h. im Längsschnitt gesehen, eine abgeflachte Gewindespitze und einen gerundeten Gewindegrund und das Profil des Innengewindes eine abgeflachte Gewindespitze und einen gerundeten Gewindegrund aufweist.It is proposed a threaded connection of an internal thread and an external thread, in particular for a drill pipe for rotary impact drilling or vibration drilling, in particular for overlay drilling, the individual drill rods have an end with the internal thread and an end with the external thread, both threads each having a first edge and a Having the second flank, the profile of the external thread, ie seen in longitudinal section, a flattened thread crest and a rounded thread root and the profile of the internal thread a flattened thread tip and a rounded thread base has.

Da die Bohrgestänge immer mit der Bohrmaschine unter Last verschraubt und gelöst werden, ist es von besonderem Vorteil, wenn sich die Last auf einer möglichst großen Fläche verteilen kann. Deshalb ist die erste Flanke im Profil erfindungsgemäß größer ausgebildet als die zweite Flanke. Damit werden die Berührungsflächen beim Verschraubvorgang möglichst groß gestaltet und die Flächenpressung reduziert.Since the drill pipes are always screwed and loosened with the drill under load, it is particularly advantageous if the load can be distributed over as large a surface as possible. Therefore, the first edge in the profile according to the invention is designed to be larger than the second edge. Thus, the contact surfaces are made as large as possible during the screwing and reduces the surface pressure.

Die längere Flanke ist zudem als Einlaufflanke vorgesehen. Dadurch kann der Verschleiß während des Verschraubens verringert werden.The longer flank is also intended as an inlet flank. As a result, the wear during the screwing can be reduced.

Die kürzere Flanke dient als Tragflanke, wenn das Gewinde verschraubt und die Gewindeverbindung somit hergestellt ist. Besonders günstig kann eine merkliche Flächenberührung gewährleistet und so die Flächenpressung und der Lochleibdruck auf die Muffe reduziert werden. Dies verringert den Verschleiß, und es können auch die Anforderungen der heutzutage immer kräftigeren Bohrgeräte erfüllt werden, insbesondere der in letzter Zeit vermehrt auf den Markt drängenden Vibrationsantriebe.The shorter edge serves as a support flank when the thread is screwed and the threaded connection is thus made. Particularly favorable, a noticeable surface contact can be guaranteed and so the surface pressure and the hole pressure on the sleeve can be reduced. This reduces wear, and it can also meet the requirements of today increasingly powerful drilling rigs, especially the recent lately increasingly on the market urging vibratory drives.

Zum Verständnis der vorgeschlagenen Lösung ist es hilfreich, sich die Vorgehensweise beim Ankerbohren zu vergegenwärtigen. Beim Verlängern des Bohrstrangs im fortlaufenden Bohrprozess, werden die Bohrrohre meistens mittels Einhebevorrichtungen (Bagger- oder Krananbau etc.) auf die Vorschub-Lafetten der Bohrmaschinen gehoben und auf den Bohrstrang, der verlängert werden soll, aufgesetzt. Dabei wird nicht unbedingt feinfühlig vorgegangen. Die Antriebseinheit der Bohrmaschine wird danach auf das andere Ende der Bohrrohre angefahren und mit dem darauf befindlichen Gewinde eingefädelt und verschraubt. Die Antriebseinheit kann aus einem oder auch zwei Antrieben bestehen, die zusammen auf einem Schlitten befestigt sind und nicht selten ein Gewicht von 2500 Kg erreichen. Außerdem müssen noch Vorschubkräfte von 5-10 t, die hydraulisch über Kettenantrieb auf die Antriebseinheiten wirken, manuell gesteuert werden.To understand the proposed solution, it helps to understand the approach to anchor drilling. When extending the drill string in the ongoing drilling process, the drill pipes are usually lifted by means of lifting devices (excavator or crane attachment, etc.) on the feed carriages of the drills and placed on the drill string to be extended. It is not necessarily done sensitively. The drive unit of the drill is then approached to the other end of the drill pipe and with the on it Threaded threaded and screwed. The drive unit can consist of one or two drives, which are mounted together on a carriage and often reach a weight of 2500 kg. In addition, feed forces of 5-10 t, which act hydraulically via chain drive on the drive units, must be manually controlled.

Diese Kräfte können alle beim Verschrauben auf die Einlaufflanke der Gewindegänge einwirken. Erfindungsgemäß sind diese Kanten daher so gestaltet, dass eine möglichst große Fläche entsteht um damit die Flächenpressung zu minimieren. Im Gegenzug ist die Tragflanke steiler als die Einlaufflanke gestaltet, damit das Lösemoment der Gewindeverbindung nicht zu groß wird und die Bohrgestänge leicht wieder demontiert werden können.These forces can all act upon screwing on the inlet edge of the threads. According to the invention, these edges are therefore designed so that the largest possible area is created in order to minimize the surface pressure. In return, the support flank is steeper than the entry edge designed so that the loosening torque of the threaded connection is not too large and the drill pipe can be easily dismantled.

Da auf einer Baustelle immer mit Verunreinigungen der Gewindeverbindungen zu rechnen ist, ist es von besonderem Vorteil, wenn sich diese Verunreinigungen in einem Hohlraum verteilen können ohne größere zusätzliche Spannung innerhalb der Gewindeverbindung zu verursachen. Es ist daher von besonderem Vorteil, wenn zwischen Gewindegrund und Profilspitze genügend Platz vorhanden ist, um diese Verunreinigungen aufnehmen zu können.Since contamination of the threaded connections is always to be expected on a construction site, it is of particular advantage if these contaminants can be distributed in a cavity without causing greater additional tension within the threaded connection. It is therefore of particular advantage if there is enough space between the base of the thread and the profile tip in order to be able to absorb these impurities.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung können die Flanken im Profil von Gewindegrund zu Gewindespitze jeweils abgeflacht, insbesondere gerade, ausgebildet sein.According to a favorable embodiment, the flanks in the profile of thread root to thread crest can each be flattened, in particular straight, be formed.

Der abgerundete Gewindegrund ist insbesondere beim Schlagbohren und Vibrationsbohren von besonderem Vorteil um Risskeimen vorzubeugen.The rounded root of the thread is particularly advantageous for impact drilling and vibration drilling to prevent cracking germs.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung sollte der Gewindegrund des Außengewindes und der Gewindegrund des Innengewindes im Profil gerundet ausgebildet sein. Durch den gerundeten Gewindegrund ist die Kerbempfindlichkeit der Gewindeverbindung herabgesetzt.According to a favorable embodiment of the thread root of the external thread and the thread root of the internal thread in the profile be rounded. Due to the rounded thread root, the notch sensitivity of the threaded connection is reduced.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann die Rundung am Gewindegrund einen Radius von höchstens 3 mm, vorzugsweise höchstens 2 mm, besonders bevorzugt 1,6 mm aufweisen. Der große Radius von z.B. 1,6 mm im Gewindegrund kann vorteilhaft Dauerschwingbrüchen entgegenwirken. In günstiger Weiterbildung können der Gewindegrund des Außengewindes und der Gewindegrund des Innengewindes denselben Radius aufweisen. Dadurch wird die Flächenberührung erhöht und eine lokal beschränkte Flächenpressung vermieden.According to a favorable embodiment, the rounding at the root of the thread can have a radius of at most 3 mm, preferably at most 2 mm, particularly preferably 1.6 mm. The large radius of e.g. 1.6 mm in the thread root can advantageously counteract fatigue fractures. In a favorable development of the thread root of the external thread and the thread root of the internal thread may have the same radius. As a result, the surface contact is increased and a locally limited surface pressure is avoided.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das Gewindeprofil konisch ausgebildet sein und jeder Gewindegrund und/oder jede Gewindespitze entlang des Profils auf einer gedachten Linie liegen, die mit einem Neigungswinkel gegen die Gewindemittelachse geneigt sein kann. Der Neigungswinkel kann zwischen 0,5° und höchstens 6°, vorzugsweise höchstens 5°, besonders bevorzugt 4,5° betragen. Dies ermöglicht ein leichteres Einführen des Innengewindes in das Außengewinde. Alternativ kann das Gewindeprofil zylindrisch ausgebildet sein. Letzteres erlaubt größere Innendurchmesser der Gewindeverbindung, höhere Steigungen und dadurch eine höhere Drehmomentaufnahme.According to a favorable embodiment, the thread profile may be conical and each thread root and / or each thread crest along the profile lie on an imaginary line, which may be inclined with an inclination angle against the thread axis. The angle of inclination may be between 0.5 ° and at most 6 °, preferably at most 5 °, particularly preferably 4.5 °. This allows easier insertion of the internal thread in the external thread. Alternatively, the thread profile may be cylindrical. The latter allows larger inner diameter of the threaded connection, higher slopes and thus a higher torque absorption.

Erfindungsgemäß beschreibt der Neigungswinkel die Konussteigung eines konischen Gewindes, während der Flankenwinkel den Winkel der Flanken (gemessen zur Mittelachse) angibt, unabhängig davon, inwieweit die Gewindeausführung konisch oder zylindrisch ausgestaltet ist.According to the invention, the angle of inclination describes the tapering of a conical thread, while the flank angle indicates the angle of the flanks (measured with respect to the central axis), irrespective of the extent to which the threaded design is conical or cylindrical.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung können die erste und die zweite Flanke jeweils einen Winkel von mehr als 70° einschließen. Vorteilhaft kann der Winkel bei einem konischen Gewindeprofil mindestens 75°, bevorzugt 80° betragen.According to a favorable embodiment, the first and the second flank can each enclose an angle of more than 70 °. Advantageously, the angle can be at least 75 °, preferably 80 ° in a conical thread profile.

Bei einem zylindrischen Gewindeprofil kann der Winkel mindestens 90°, bevorzugt 100° betragen. Letzteres erlaubt höhere Steigungen, größere Gewindedurchmesser und eine höhere Drehmomentaufnahme.In the case of a cylindrical thread profile, the angle can be at least 90 °, preferably 100 °. The latter allows higher gradients, larger thread diameter and a higher torque absorption.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann der Flankenwinkel des Außengewindes und des Innengewindes bezogen auf die ersten, insbesondere größeren Flanken gegenüber der Gewindemittelachse mindestens 20° betragen. Dabei kann der Flankenwinkel bei einem konischen Gewindeprofil bezogen auf die ersten, insbesondere größeren Flanken gegenüber der Gewindemittelachse mindestens 35°, vorzugsweise mindestens 40°, besonders bevorzugt 43° betragen. Bei einem zylindrischen Gewindeprofil kann der Flankenwinkel bezogen auf die ersten, insbesondere größeren Flanken gegenüber der Gewindemittelachse mindestens 25°, bevorzugt 28° betragen. Damit kann eine günstige Geometrie des Gewindes, insbesondere eine gute Drehmomentaufnahme erreicht werden.According to a favorable embodiment, the flank angle of the external thread and the internal thread relative to the first, in particular larger flanks relative to the thread center axis can be at least 20 °. In this case, the flank angle in a conical thread profile with respect to the first, in particular larger flanks relative to the thread center axis at least 35 °, preferably at least 40 °, particularly preferably 43 °. In the case of a cylindrical thread profile, the flank angle can be at least 25 °, preferably 28 °, with respect to the first, in particular larger flanks, relative to the thread center axis. This allows a favorable geometry of the thread, in particular a good torque absorption can be achieved.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann der Flankenwinkel des Außengewindes und des Innengewindes bezogen auf die zweiten, insbesondere kleineren Flanken gegenüber der Gewindemittelachse mindestens 45° betragen. Dabei kann der Flankenwinkel bei einem konischen Gewindeprofil mindestens 50°, vorzugsweise mindestens 55°, besonders bevorzugt 57° betragen.According to a favorable embodiment, the flank angle of the external thread and the internal thread relative to the second, in particular smaller flanks relative to the thread center axis can be at least 45 °. In this case, the flank angle in a conical thread profile at least 50 °, preferably at least 55 °, particularly preferably 57 °.

Bei einem zylindrischen Gewindeprofil kann der Flankenwinkel mindestens 47°, vorzugsweise mindestens 50°, besonders bevorzugt 52° betragen. Damit kann eine günstige Geometrie des Gewindes, insbesondere eine gute Drehmomentaufnahme erreicht werden.In the case of a cylindrical thread profile, the flank angle can be at least 47 °, preferably at least 50 °, particularly preferably 52 °. This allows a favorable geometry of the thread, in particular a good torque absorption can be achieved.

Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann die Zahl der Gewindegänge mit steigendem Außendurchmesser des Außengewindes bzw. des Innengewindes zunehmen. Günstiger Weise können bei einem konischen Gewindeprofil mit Durchmessern der Gewinde unter 75 mm ein Gewindegang, mit Durchmessern zwischen 75 mm und 115 mm, vorzugsweise zwischen 76,1 mm und 114,3 mm, zwei Gewindegänge mit Steigung 20 und mit Durchmessern zwischen 120 mm und 155 mm, vorzugsweise zwischen 121 mm und 152,4 mm, drei Gewindegänge mit Steigung 30 vorgesehen sein.According to a favorable embodiment, the number of threads can increase with increasing outer diameter of the external thread or the internal thread. Conveniently, in a conical thread profile with diameters of the thread less than 75 mm, a thread, with diameters between 75 mm and 115 mm, preferably between 76.1 mm and 114.3 mm, two threads with pitch 20 and with diameters between 120 mm and 155 mm, preferably between 121 mm and 152.4 mm, three threads with pitch 30 may be provided.

Günstiger Weise können bei einem zylindrischen Gewindeprofil mit Durchmessern der Gewinde unter 75 mm ein Gewindegang, mit Durchmessern zwischen 75 mm und 96 mm vorzugsweise zwischen 76,1 mm und 95 mm, zwei Gewindegänge mit Steigung 24, mit Durchmessern zwischen 100 mm und 135 mm, vorzugsweise zwischen 101,6 mm und 133 mm, drei Gewindegänge mit Steigung 36, mit Durchmessern zwischen 150 mm und 178 mm, vorzugsweise zwischen 152,4 mm und 177,8 mm, vier Gewindegänge mit Steigung 48 und mit Durchmessern zwischen 192 mm und 220 mm, vorzugsweise zwischen 193,7 mm und 219,1 mm, vier Gewindegänge mit Steigung 60 vorgesehen sein.Conveniently, in a cylindrical thread profile with diameters of the thread less than 75 mm, a thread, with diameters between 75 mm and 96 mm preferably between 76.1 mm and 95 mm, two threads with pitch 24, with diameters between 100 mm and 135 mm, preferably between 101.6 mm and 133 mm, three threads with pitch 36, with diameters between 150 mm and 178 mm, preferably between 152.4 mm and 177.8 mm, four threads with pitch 48 and with diameters between 192 mm and 220 mm, preferably between 193.7 mm and 219.1 mm, four threads with pitch 60 may be provided.

Vorteilhaft wird der Steigungswinkel so gewählt, dass ein ausreichendes Drehmoment übertragen werden kann und noch eine ausreichende Selbsthemmung vorliegt, damit sich die Gewindeverbindungen nicht ungewollt lösen. Der Steigungswinkel wird zweckmäßigerweise an den Durchmesser angepasst. Mit größerem Durchmesser sind mehr Gewindegänge vorgesehen und damit größere Steigungswinkel.Advantageously, the pitch angle is chosen so that a sufficient torque can be transmitted and still sufficient self-locking is present, so that the threaded connections do not solve unintentionally. The pitch angle is suitably adapted to the diameter. With larger diameter more threads are provided and thus larger pitch angle.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bohrgestänge zum Drehschlagbohren vorgeschlagen, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen ein Ende mit einem Innengewinde und ein Ende mit einem Außengewinde aufweisen, mit einer Gewindeverbindung wie vorstehend beschrieben wurde. Dabei weisen beide Gewinde jeweils eine erste Flanke und eine zweite Flanke auf, wobei die ersten Flanken größer sind als die zweiten Flanken und die ersten Flanken jeweils die zu den Bohrstangenenden weisenden Außenflanken der Gewinde sind.According to a further aspect of the invention, a drill pipe for rotary impact drilling is proposed, in particular for Overlay drilling, the individual drill rods having an end with an internal thread and an end with an external thread, with a threaded connection as described above. In this case, both threads each have a first flank and a second flank, wherein the first flanks are larger than the second flanks and the first flanks are in each case the outer flanks of the thread facing the drill rod ends.

Vorteilhaft kann die größere Flanke einen flachen Winkel gegen die Gewindemittelachse aufweisen, bei konischem Gewindeprofil beispielsweise 43° und bei zylindrischem Gewindeprofil beispielsweise 28°. Damit lässt sich der Verschleiß während des Verschraubens der Bohrstangen minimieren. Die kleinere Flanke hingegen kann die Tragflanke bilden, wenn das Gewinde verschraubt wird, und mit einem größeren Winkel gegen die Gewindemittelachse geneigt sein, bei konischem Gewindeprofil beispielsweise mit 57° und bei zylindrischem Gewindeprofil beispielsweise mit 52°. Die Flankenwinkel können abhängig vom Einsatzzweck variieren.Advantageously, the larger flank have a shallow angle against the thread center axis, with conical thread profile, for example, 43 ° and cylindrical thread profile, for example, 28 °. This minimizes wear during bolting of the drill rods. The smaller flank, however, can form the support flank when the thread is screwed, and be inclined at a larger angle to the thread center axis, conical thread profile, for example, 57 ° and cylindrical thread profile, for example, 52 °. The flank angles can vary depending on the purpose.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle - nicht genannten - Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.Further details and features will become apparent from the following description of preferred embodiments in conjunction with the subclaims. In this case, the respective features can be implemented on their own or in combination with one another. The possibilities to solve the problem are not limited to the embodiments. For example, area information always includes all - not mentioned - intermediate values and all imaginable subintervals.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. The embodiments of the invention are shown schematically in the figures. The same reference numerals in the individual figures designate the same or functionally identical or with respect to their functions corresponding elements. The figures are merely examples and are not intended to be limiting. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Im Einzelnen zeigt beispielhaft:

  • Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Profil eines konischen Innengewindes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Profil eines konischen Außengewindes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Gewindeverbindung von Innengewinde und Außengewinde aus den Figuren 1 und 2;
  • Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Profil eines zylindrischen Innengewindes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem Profil eines zylindrischen Außengewindes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • Fig. 6 einen Ausschnitt aus einer Gewindeverbindung von Innengewinde und Außengewinde aus den Figuren 4 und 5;
In detail, for example:
  • Fig. 1 a section of a profile of a conical internal thread according to an embodiment of the invention;
  • Fig. 2 a section of a profile of a conical external thread according to an embodiment of the invention;
  • Fig. 3 a section of a threaded connection of internal thread and external thread of the Figures 1 and 2 ;
  • Fig. 4 a section of a profile of a cylindrical internal thread according to an embodiment of the invention;
  • Fig. 5 a section of a profile of a cylindrical external thread according to an embodiment of the invention; and
  • Fig. 6 a section of a threaded connection of internal thread and external thread of the FIGS. 4 and 5 ;

Es sind zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele verwirklichbar. Gleiche oder ähnliche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen beziffert.Numerous modifications and developments of the described embodiments can be realized. Identical or similar elements are numbered in the figures with the same reference numerals.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einer konischen Gewindeverbindung, insbesondere für ein Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen ein Ende mit einem Innengewinde 20 und ein Ende mit einem Außengewinde 40 aufweisen.The FIGS. 1 to 3 show a first embodiment of the invention of a conical threaded connection, in particular for a drill pipe for rotary impact drilling, in particular for Overlay drilling, the individual drill rods having an end with an internal thread 20 and an end with an external thread 40.

Figur 1 zeigt dabei einen Ausschnitt aus einem Profil des konischen Innengewindes 20 einer Muffe 10 eines Endes einer Bohrstange ∅102. Das Innengewinde 20 der Muffe 10 umgibt eine Gewindemittelachse 22. Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Profil des entsprechenden Außengewindes 40 eines Zapfens 30 mit konischem Gewinde. Das Außengewinde 40 des Zapfens 30 umgibt eine Gewindemittelachse 42. FIG. 1 shows a section of a profile of the conical internal thread 20 of a sleeve 10 of one end of a drill rod ∅102. The internal thread 20 of the sleeve 10 surrounds a threaded central axis 22. FIG. 2 shows a section of a profile of the corresponding external thread 40 of a pin 30 with conical thread. The external thread 40 of the pin 30 surrounds a threaded central axis 42.

Der Neigungswinkel β gegen die jeweilige Gewindemittelachse 22, 42 ist der halbe Konuswinkel und liegt vorzugsweise unter 5°, vorzugsweise bei 4,5°.The inclination angle β against the respective thread center axis 22, 42 is half the cone angle and is preferably less than 5 °, preferably 4.5 °.

Das Innengewinde 20 weist eine erste Flanke 12 und eine zweite Flanke 14 auf. Die erste Flanke 12 ist im Profil größer als die zweite Flanke 14 ausgebildet. Die erste Flanke 12 ist als Einlaufflanke während des Verschraubens vorgesehen, was vorteilhaft den Verschleiß verringert. Die kleinere Flanke 14 hingegen dient als Tragflanke, wenn das Innengewinde 20 mit dem Außengewinde 40 verschraubt und die Gewindeverbindung hergestellt wird. Die beiden Flanken 12, 14 schließen einen Winkel α10 von mehr als 70° ein, insbesondere beträgt der Winkel α10 bei dem konischen Gewinde mindestens 75°, bevorzugt 80°.The internal thread 20 has a first flank 12 and a second flank 14. The first edge 12 is formed in profile larger than the second edge 14. The first flank 12 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear. The smaller flank 14, however, serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made. The two flanks 12, 14 enclose an angle α10 of more than 70 °, in particular the angle α10 in the conical thread is at least 75 °, preferably 80 °.

Das Profil des Innengewindes 20 weist eine abgeflachte Gewindespitze 18, insbesondere eine gerade Gewindespitze 18, und einen gerundeten Gewindegrund 16 auf. Der Radius R10 des Gewindegrunds liegt günstiger Weise zwischen 1,5mm und 3,0mm, bevorzugt 1,6mm.The profile of the internal thread 20 has a flattened thread crest 18, in particular a straight thread crest 18, and a rounded thread root 16. The radius R10 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.

Das Außengewinde 40 in Figur 2 weist eine erste Flanke 32 und eine zweite Flanke 34 auf. Die erste Flanke 32 ist im Profil größer als die zweite Flanke 34 ausgebildet. Die erste Flanke 32 ist als Einlaufflanke während des Verschraubens vorgesehen, was vorteilhaft den Verschleiß verringert. Die kleinere Flanke 34 hingegen dient als Tragflanke, wenn das Innengewinde 20 mit dem Außengewinde 40 verschraubt und die Gewindeverbindung hergestellt wird.The external thread 40 in FIG. 2 has a first flank 32 and a second flank 34. The first edge 32 is formed in profile larger than the second edge 34. The first flank 32 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear. The smaller edge 34, however, serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made.

Ferner weist das Außengewinde 40 im Profil eine abgeflachte Gewindespitze 38 und einen gerundeten Gewindegrund 36 auf. Der Radius R30 des Gewindegrunds liegt günstiger Weise zwischen 1,5mm und 3,0mm, bevorzugt 1,6mm.Further, the external thread 40 has a flattened thread crest 38 and a rounded thread root 36 in profile. The radius R30 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.

Die beiden Flanken 32, 34 schließen einen Winkel α30 von mehr als 70° ein, insbesondere beträgt der Winkel α30 bei dem konischen Gewinde mindestens 75°, bevorzugt 80°.The two flanks 32, 34 enclose an angle α30 of more than 70 °, in particular the angle α30 in the conical thread is at least 75 °, preferably 80 °.

Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Gewindeverbindung der konischen Innengewinde 20 und Außengewinde 40 aus den Figuren 1 und 2. Durch die Abflachungen 50 der Gewindespitzen 18, 38 und den gerundeten Nutgründen 16, 36 bilden sich dort relativ große Hohlräume 50, welche Platz zur Aufnahme von Verunreinigungen wie Staub und dergleichen bieten. FIG. 3 shows a section of the threaded connection of the conical internal thread 20 and external thread 40 of the Figures 1 and 2 , Due to the flattenings 50 of the thread crests 18, 38 and the rounded groove bases 16, 36, relatively large cavities 50 form there, which offer space for receiving contaminants such as dust and the like.

Die ersten, größeren Flanken 12, 32 bilden einen Flankenwinkel γ gegenüber der Gewindemittelachse 22, 42, der mindestens 20° beträgt, vorzugsweise mindestens 35°, vorzugsweise mindestens 40°, besonders bevorzugt 43° beträgt.The first, larger flanks 12, 32 form a flank angle γ with respect to the thread center axis 22, 42, which is at least 20 °, preferably at least 35 °, preferably at least 40 °, particularly preferably 43 °.

Die zweiten, kleineren Flanken 14, 34 bilden einen Flankenwinkel δ gegenüber der Gewindemittelachse 22, 42, der mindestens 45° beträgt, vorzugsweise mindestens 50°, vorzugsweise mindestens 55°, besonders bevorzugt 57° beträgt.The second, smaller flanks 14, 34 form a flank angle δ relative to the thread center axis 22, 42, at least 45 °, preferably at least 50 °, preferably at least 55 °, particularly preferably 57 °.

Die größeren Flanken 12, 32 sind jeweils die zu den Bohrstangenenden der Bohrstangen 102, 104 weisenden Außenflanken der Gewinde 20, 40.The larger flanks 12, 32 are in each case the outer flanks of the threads 20, 40 facing the boring bar ends of the boring bars 102, 104.

Die Figuren 4 bis 6 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung einer zylindrischen Gewindeverbindung, insbesondere für ein Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen 102, 104 ein Ende mit einem Innengewinde 20 und ein Ende mit einem Außengewinde 40 aufweisen.The FIGS. 4 to 6 show a first embodiment of the invention of a cylindrical threaded connection, in particular for a drill pipe for rotary impact drilling, in particular for overlay drilling, the individual drill rods 102, 104 have an end with an internal thread 20 and an end with an external thread 40.

Figur 4 zeigt dabei einen Ausschnitt aus einem Profil des Innengewindes 20 einer Muffe 10 eines Endes einer Bohrstange 102 mit zylindrischem Gewinde. Das Innengewinde 20 der Muffe 10 umgibt eine Gewindemittelachse 22. Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Profil des entsprechenden Außengewindes 40 eines Zapfens 30 mit zylindrischem Gewindeprofil. Das Außengewinde 40 des Zapfens 30 umgibt eine Gewindemittelachse 42. FIG. 4 shows a section of a profile of the internal thread 20 of a sleeve 10 of one end of a drill rod 102 with a cylindrical thread. The internal thread 20 of the sleeve 10 surrounds a threaded central axis 22. FIG. 5 shows a section of a profile of the corresponding external thread 40 of a pin 30 with a cylindrical thread profile. The external thread 40 of the pin 30 surrounds a threaded central axis 42.

Das Innengewinde 20 weist eine erste Flanke 12 und eine zweite Flanke 14 auf. Die erste Flanke 12 ist im Profil größer als die zweite Flanke 14 ausgebildet. Die erste Flanke 12 ist als Einlaufflanke während des Verschraubens vorgesehen, was vorteilhaft den Verschleiß verringert. Die kleinere Flanke 14 hingegen dient als Tragflanke, wenn das Innengewinde 20 mit dem Außengewinde 40 verschraubt und die Gewindeverbindung hergestellt wird. Die beiden Flanken 12, 14 schließen einen Winkel α10 von mehr als 70° ein, insbesondere beträgt der Winkel α10 bei dem zylindrischen Gewindeprofil mindestens 90°, bevorzugt 100°.The internal thread 20 has a first flank 12 and a second flank 14. The first edge 12 is formed in profile larger than the second edge 14. The first flank 12 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear. The smaller flank 14, however, serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made. The two flanks 12, 14 enclose an angle α10 of more than 70 °, in particular the angle α10 in the cylindrical thread profile is at least 90 °, preferably 100 °.

Das Profil des Innengewindes 20 weist eine abgeflachte Gewindespitze 18, insbesondere eine abgeflachte Gewindespitze 18, und einen gerundeten Gewindegrund 16 auf. Der Radius R10 des Gewindegrunds liegt günstiger Weise zwischen 1,5mm und 3,0mm, bevorzugt 1,6mm.The profile of the internal thread 20 has a flattened thread crest 18, in particular a flattened thread crest 18, and a rounded thread root 16. The radius R10 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.

Das Außengewinde 40 in Figur 5 weist eine erste Flanke 32 und eine zweite Flanke 34 auf. Die erste Flanke 32 ist im Profil größer als die zweite Flanke 34 ausgebildet. Die erste Flanke 32 ist als Einlaufflanke während des Verschraubens vorgesehen, was vorteilhaft den Verschleiß verringert. Die kleinere Flanke 34 hingegen dient als Tragflanke, wenn das Innengewinde 20 mit dem Außengewinde 40 verschraubt und die Gewindeverbindung hergestellt wird.The external thread 40 in FIG. 5 has a first flank 32 and a second flank 34. The first edge 32 is formed in profile larger than the second edge 34. The first flank 32 is provided as an inlet flank during the screwing, which advantageously reduces the wear. The smaller edge 34, however, serves as a support flank when the internal thread 20 is screwed to the external thread 40 and the threaded connection is made.

Ferner weist das Außengewinde 40 im Profil eine abgeflachte Gewindespitze 38 und einen gerundeten Gewindegrund 36 auf. Der Radius R30 des Gewindegrunds liegt günstiger Weise zwischen 1,5mm und 3,0mm, bevorzugt 1,6mm.Further, the external thread 40 has a flattened thread crest 38 and a rounded thread root 36 in profile. The radius R30 of the thread base is favorably between 1.5mm and 3.0mm, preferably 1.6mm.

Die beiden Flanken 32, 34 schließen einen Winkel α30 von mehr als 70° ein, insbesondere beträgt der Winkel α30 bei dem zylindrischen Gewinde mindestens 90°, bevorzugt 100°.The two flanks 32, 34 enclose an angle α30 of more than 70 °, in particular the angle α30 in the cylindrical thread is at least 90 °, preferably 100 °.

Figur 6 zeigt einen Ausschnitt aus der Gewindeverbindung der zylindrischen Innengewinde 20 und Außengewinde 40 aus den Figuren 4 und 5. Durch die Abflachungen 50 der Gewindespitzen 18, 38 und den gerundeten Nutgründen 16, 36 bilden sich dort relativ große Hohlräume 50, welche Platz zur Aufnahme von Verunreinigungen wie Staub und dergleichen bieten. FIG. 6 shows a section of the threaded connection of the cylindrical internal thread 20 and external thread 40 of the FIGS. 4 and 5 , Due to the flattenings 50 of the thread crests 18, 38 and the rounded groove bases 16, 36, relatively large cavities 50 form there, which offer space for receiving contaminants such as dust and the like.

Die ersten, größeren Flanken 12, 32 bilden einen Flankenwinkel γ gegenüber der Gewindemittelachse 22, 42, der mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 25°, besonders bevorzugt 28° beträgt.The first, larger flanks 12, 32 form a flank angle γ with respect to the thread center axis 22, 42, which is at least 20 °, preferably at least 25 °, particularly preferably 28 °.

Die zweiten, kleineren Flanken 14, 34 bilden einen Flankenwinkel δ gegenüber der Gewindemittelachse 22, 42, der mindestens 45°, vorzugsweise mindestens 47°, weiter vorzugsweise mindestens 50°, besonders bevorzugt 52° beträgt.The second, smaller flanks 14, 34 form a flank angle δ relative to the thread center axis 22, 42, which is at least 45 °, preferably at least 47 °, more preferably at least 50 °, particularly preferably 52 °.

Die größeren Flanken 12, 32 sind jeweils die zu den Bohrstangenenden der Bohrstangen 102, 104 weisenden Außenflanken der Gewinde 20, 40.The larger flanks 12, 32 are in each case the outer flanks of the threads 20, 40 facing the boring bar ends of the boring bars 102, 104.

Bezugszeichenreference numeral

102102
Bohrstange mit InnengewindeBoring bar with internal thread
104104
Bohrstange mit AußengewindeBoring bar with external thread
1010
Muffesleeve
1212
erste Flankefirst flank
1414
zweite Flankesecond flank
1616
Gewindegrundthread base
1818
Abflachungflattening
2020
Innengewindeinner thread
2222
GewindemittelachseThreaded central axis
3030
Zapfenspigot
3232
erste Flankefirst flank
3434
zweite Flankesecond flank
3636
Gewindegrundthread base
3838
Abflachungflattening
4040
Außengewindeexternal thread
4242
GewindemittelachseThreaded central axis
5050
Hohlraumcavity
α10α10
Winkel zwischen FlankenAngle between flanks
α30α30
Winkel zwischen FlankenAngle between flanks
ββ
Neigungswinkel zu GewindemittelachseInclination angle to thread axis
γγ
Flankenwinkel erste Flanke zu GewindemittelachseFlank angle first flank to thread axis
δδ
Flankenwinkel zweite Flanke zu GewindemittelachseFlank angle second flank to thread axis
R10R10
Radiusradius
R30R30
Radiusradius

Claims (20)

Gewindeverbindung aus einem Innengewinde (20) und einem Außengewinde (40), insbesondere für ein Bohrgestänge zum Drehschlagbohren oder Vibrationsbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren, dessen einzelne Bohrstangen (102, 104) ein Ende mit dem Innengewinde (20) und ein Ende mit dem Außengewinde (40) aufweisen, wobei beide Gewinde (20, 40) jeweils eine erste Flanke (12, 32) und eine zweite Flanke (14, 34) aufweisen, wobei das Profil des Innengewindes (20) eine abgeflachte Gewindespitze (18) und einen gerundeten Gewindegrund (16) und das Profil des Außengewindes (40) eine abgeflachte Gewindespitze (38) und einen gerundeten Gewindegrund (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Flanke (12, 32) länger ist als die zweite Flanke (14, 34).Threaded connection of an internal thread (20) and an external thread (40), in particular for a drill pipe for rotary impact drilling or vibration boring, in particular for overburden drilling, whose individual boring bars (102, 104) have one end with the internal thread (20) and one end with the external thread ( 40), wherein both threads (20, 40) each have a first flank (12, 32) and a second flank (14, 34), wherein the profile of the internal thread (20) has a flattened thread crest (18) and a rounded thread root (16) and the profile of the external thread (40) has a flattened thread crest (38) and a rounded thread root (36), characterized in that the first flank (12, 32) is longer than the second flank (14, 34). Gewindeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken (12, 32; 14, 34) im Längsschnitt gesehen von Gewindegrund (16, 36) zu Gewindespitze (18, 38) jeweils abgeflacht ausgebildet sind.Threaded connection according to claim 1, characterized in that the flanks (12, 32, 14, 34), seen in longitudinal section from the thread base (16, 36) to the thread crest (18, 38), are flattened in each case. Gewindeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindegrund (16) des Außengewindes (20) und der Gewindegrund (36) des Innengewindes (40) im Längsschnitt gesehen gerundet ausgebildet sind.Threaded connection according to one of the preceding claims, characterized in that the thread root (16) of the external thread (20) and the thread base (36) of the internal thread (40) are formed rounded in longitudinal section seen. Gewindeverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundung am Gewindegrund (16, 36) einen Radius (R10, R30) von höchstens 3 mm, vorzugsweise höchstens 2 mm, besonders bevorzugt 1,6 mm aufweist.Threaded connection according to claim 3, characterized in that the rounding on the thread base (16, 36) has a radius (R10, R30) of at most 3 mm, preferably at most 2 mm, particularly preferably 1.6 mm. Gewindeverbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindegrund (16) des Außengewindes (20) und der Gewindegrund (36) des Innengewindes (40) denselben Radius (R10, R30) aufweisen.Thread connection according to claim 3 or 4, characterized in that the thread root (16) of the external thread (20) and the thread base (36) of the internal thread (40) have the same radius (R10, R30). Gewindeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde konisch ausgebildet ist und jeder Gewindegrund (16, 36) und/oder jede Gewindespitze (18, 38) entlang eines Längsschnitts auf einer gedachten Linie liegt, die mit einem Neigungswinkel (β) gegen die Gewindemittelachse (22, 42) geneigt ist.Thread connection according to one of the preceding claims, characterized in that the thread is conical and each thread root (16, 36) and / or each thread crest (18, 38) lies along a longitudinal section on an imaginary line which is inclined at an angle (β). is inclined against the thread axis (22, 42). Gewindeverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (β) zwischen 0,5° und höchstens 6°, vorzugsweise höchstens 5°, besonders bevorzugt 4,5° beträgt.Thread connection according to claim 6, characterized in that the angle of inclination (β) is between 0.5 ° and at most 6 °, preferably at most 5 °, particularly preferably 4.5 °. Gewindeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde zylindriscch ausgebildet ist und jeder Gewindegrund (16, 36) und/oder jede Gewindespitze (18, 38) entlang eines Längsschnitts auf einer gedachten Linie liegt, die parallel zur Gewindemittelachse (22, 42) liegt.
Threaded connection according to one of claims 1 to 5,
characterized in that the thread is cylindrical and each thread root (16, 36) and / or each thread crest (18, 38) lies along a longitudinal section on an imaginary line parallel to the thread center axis (22, 42).
Gewindeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Flanke (12, 14; 32, 34) jeweils einen Winkel (α10, α30) von mehr als 70° einschließen.Threaded connection according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second flank (12, 14; 32, 34) each include an angle (α10, α30) of more than 70 °. Gewindeverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α10, α30) bei einem konischen Gewinde mindestens 75°, bevorzugt 80° beträgt.Threaded connection according to claim 9, characterized in that the angle (α10, α30) in a conical thread is at least 75 °, preferably 80 °. Gewindeverbindung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α10, α30) bei einem zylindrischen Gewinde mindestens 90°, bevorzugt 100° beträgt.Thread connection according to claim 9, characterized in that the angle (α10, α30) in a cylindrical thread is at least 90 °, preferably 100 °. Gewindeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (γ) des Außengewindes (20) und des Innengewindes (40) bezogen auf die ersten Flanken (12, 32) gegenüber der Gewindemittelachse (22, 42) mindestens 20° beträgt.Threaded connection according to one of the preceding claims, characterized in that the flank angle (γ) of the external thread (20) and the internal thread (40) relative to the first flanks (12, 32) relative to the thread center axis (22, 42) is at least 20 °. Gewindeverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (γ) bei einem konischen Gewinde bezogen auf die ersten Flanken (12, 32) gegenüber der Gewindemittelachse (22, 42) mindestens 35°, vorzugsweise mindestens 40°, besonders bevorzugt 43° beträgt.Thread connection according to claim 12, characterized in that the flank angle (γ) in a conical thread relative to the first flanks (12, 32) relative to the thread center axis (22, 42) is at least 35 °, preferably at least 40 °, particularly preferably 43 ° , Gewindeverbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (γ) bei einem zylindrischen Gewindeprofil bezogen auf die ersten Flanken (12, 32) gegenüber der Gewindemittelachse (22, 42) mindestens 25°, bevorzugt 28° beträgt.Thread connection according to claim 12, characterized in that the flank angle (γ) in a cylindrical thread profile with respect to the first flanks (12, 32) relative to the thread center axis (22, 42) is at least 25 °, preferably 28 °. Gewindeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (δ) des Außengewindes (20) und des Innengewindes (40) bezogen auf die zweiten Flanken (14, 34) gegenüber der Gewindemittelachse (22, 42) mindestens 45° beträgt.Threaded connection according to one of the preceding claims, characterized in that the flank angle (δ) of the external thread (20) and the internal thread (40) with respect to the second flanks (14, 34) relative to the thread center axis (22, 42) is at least 45 °. Gewindeverbindung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (δ) bei einem konischen Gewinde mindestens 50°, vorzugsweise mindestens 55°, besonders bevorzugt 57° beträgt.Thread connection according to claim 15, characterized in that the flank angle (δ) in a conical thread at least 50 °, preferably at least 55 °, particularly preferably 57 °. Gewindeverbindung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (δ) bei einem zylindrischen Gewindeprofil mindestens 47°, vorzugsweise mindestens 50°, besonders bevorzugt 52° beträgt.Thread connection according to claim 15, characterized in that the flank angle (δ) is at least 47 °, preferably at least 50 °, more preferably 52 ° in a cylindrical thread profile. Gewindeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Gewindegänge mit steigendem Durchmesser des Gewindes (40) zunimmt.Thread connection according to one of the preceding claims, characterized in that the number of threads increases with increasing diameter of the thread (40). Bohrgestänge zum Drehschlagbohren, insbesondere zum Überlagerungsbohren oder Vibrationsbohren, dessen einzelne Bohrstangen (102, 104) ein Ende mit einem Innengewinde (20) und ein Ende mit einem Außengewinde (40) aufweisen, mit einer Gewindeverbindung wobei beide Gewinde (20, 40) jeweils eine erste Flanke (12, 32) und eine zweite Flanke (14, 34) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Drill pipe for rotary impact drilling, in particular for overburden drilling or vibration drilling, the individual boring bars (102, 104) having an end with an internal thread (20) and an end with an external thread (40), with a threaded connection wherein both threads (20, 40) each have one first flank (12, 32) and a second flank (14, 34), characterized in that the threaded connection is formed according to one of the preceding claims. Bohrgestänge zum Drehschlagbohren nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Flanken (12, 32) länger sind als die zweiten Flanken (14, 34) und die ersten Flanken (12, 32) jeweils die zu den Bohrstangenenden weisenden Außenflanken der Gewinde (20, 40) sind.
Drill pipe for rotary impact drilling according to claim 19,
characterized in that the first flanks (12, 32) are longer than the second flanks (14, 34) and the first flanks (12, 32) are each the outer edges of the threads (20, 40) facing the boring bar ends.
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