专利名称：相互可连接元件的快速连接与脱开方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可连接元件的快速连接与脱开方法，这些可连接元件特别是管或杆和/或能够固定在上述管或杆上的驱动元件和/或加工元件，例如钻头或者类似物等，其中一个具有一个成形端块的元件导入到待与其连接的元件和/或一个中间件或连接件特别是一个衬套或者套筒的一个相应的容纳口内并且力锁合地与第二元件相连。此外，本发明还涉及一种相互可连接元件的快速连接与脱开装置，这些相互可连接元件特别是管或杆和/或能够固定在上述管或杆上的驱动件元和/或加工元件，例如钻头或者类似物等，其中一个具有一个成形端块的元件导入到待与其连接的元件和/或一个中间件或连接件特别是一个衬套或者套筒的一个相应的容纳口内并且力锁合地与第二元件相连。
背景技术：
在例如为管或杆的可连接元件进行连接与脱开的现有技术中，经常会存在快速连接与脱开这些元件或与这些元件相连的驱动元件和/或加工元件的问题，如果需要的话，这种快速连接与脱开甚至必须在恶劣和不利的环境条件下也具有可靠的可行性或者可实现性。在产生钻孔的现有技术中，例如，钻杆经常需要加长，其中已知的螺纹连接不仅要求耗费时间的连接与脱开过程，而且这种螺纹连接还可能存在涉及该连接的正确连接或正确脱开的问题，特别是在使用条件很恶劣的情况下尤其如此。此外，必须要保护的是，例如通过出铁口钻孔机器(Stichloch-Bohrmaschine)在高炉上开出铁口时，在出现高温的熔融物质的过程中，至少部分的钻杆特别是驱动装置能够足够快速地从钻头上脱开，从而至少可以将钻孔机器从出现高温熔融物质的区域上移开。
发明内容
本发明旨在提供一种相互可连接元件的快速连接与脱开的方法和装置，使相互可连接的元件例如甚至在可能恶劣和不利的使用或环境条件下也能够可靠和快速地连接与脱开，这些相互可连接元件例如是管或杆和/或能够固定在上述管或杆上的驱动元件和/或加工元件。
为了达到这些目标，本发明的方法与以前所规定的类型不同，主要的特征在于，为了使两个相互待连接元件进行连接与脱开，成形端块沿轴向或连接方向发生运动后，通过容纳口的一个与该成形端块有互补轮廓的局部区域，在容纳口的一个具有扩大的净横截面的局部区域相对于容纳口发生旋转，随后，又沿轴向运动到容纳口的一个另外的与该成形端块有互补轮廓的局部区域内。通过在各连接的元件之间，特别是在一个元件的成形端块和第二元件的容纳口之间产生多个步骤的相对运动，在这两个元件之间将保持可靠和安全的连接。此外，还确保了，通过一个在旋转运动之前的简单轴向运动和另一个之后的轴向运动，可靠地防止了连接发生任何意外或错误的脱开，同时通过用于使连接元件的进行连接与脱开的相对协调的致动和移动步骤实现快速并且安全的连接与脱开。螺纹连接不仅需要连接螺纹件的极紧密的配合，而且在应力作用下采用螺纹连接可能会在其脱开过程中出现问题，并且无论如何都会由于元件需要彼此相对进行多次旋转运动而导致相应高的时间浪费，与螺纹连接不同，根据本发明所建议的交替的轴向运动和周向或者旋转方向上的运动，确保了快速的连接与脱开。这种旨在用于连接与脱开的与旋转运动交替进行的轴向运动所组成的运动过程也容易实现自动化。
为了在连接处的轴向上所发生的非期望的运动过程中安全地避免连接的任何错误的脱出或者脱开，本发明的优选实施例提出，在各轴向运动阶段之间进行一次最大为180°，特别是大致为60°的旋转。容纳口区域内轮廓的错位配置要求在两个轴向运动步骤之间要有旋转运动，确保了能够安全地防止仅仅因相互连接部件的轴向位移而使连接脱开。
此外，为了达到开始所提出的目标，上述类型的装置的主要特征在于，一个元件在一个待容纳的端块上设有一个能够被插入到一个待连接于其上的第二元件和/或连接件或中间件的一个容纳口内的特别是多边形的轮廓，其中，从容纳口的进口端出发，容纳口沿轴向或连接方向形成有一个局部区域，该局部区域具有与待容纳的端块的轮廓互补的轮廓，还形成有一个相对于进口端具有扩大的净横截面的区域以及还有一个与其连接的、具有与待容纳端块的轮廓相匹配的轮廓的区域。各自具有其协调轮廓的所述局部区域能够以相对简单、经济的方式形成在各连接元件上，此外，正如在上面已经指出的，还确保了在连接元件的连接与脱开过程中非常简单的操作。这样，将在待容纳的元件的端块上提供了合适的轮廓，同时在第二元件的容纳端提供了彼此分开的、具有与待容纳的端部轮廓相匹配的互补轮廓的局部区域，上述局部区域被一个具有相应扩大的净通道横截面的局部区域分隔开，以便于在相互待连接元件之间进行可靠的旋转运动。
为了防止仅仅由于两个元件的轴向位移而使连接脱开，最优实施例建议，具有与端块轮廓相匹配的互补轮廓的局部区域被设计为在周向上相互错位。
为了实现使两个相互待连接元件在进行了沿轴向或连接方向的第一运动后产生本发明所建议的旋转运动，本发明的另一最佳实施例建议，待容纳的端块上的轮廓的外形具有的横截面比连接在其上的第一元件的局部区域的横截面大。这样，具有外轮廓的、从而直接与连接区域或端部相邻的第一元件包括具有相对于所述轮廓的外形较小的外部横截面的区域。
为了在单个的、相互待连接元件之间，沿轴向或连接方向的两个运动过程之间产生简单和可靠的相对旋转运动，本发明的另一最佳实施例建议为，具有扩大净横截面的容纳口的中间区域沿轴向或连接方向具有的长度超过待容纳的端块的轮廓的轴向尺寸。为了确保两个连接元件的正确的固定，第一元件的端块必须具有适当长度的外轮廓，从而使其能够在随后例如在钻孔或旋转冲击钻孔过程中传递可能大的力。通过适当地选择轮廓，一个任意短的外轮廓长度即可起作用，因此，可以使在容纳端的区域内用于旋转运动的部分或区域也相应地短。
为了实现一种容易装配并且确保在相应的支承表面下在各单独的、相互待连接元件之间产生可靠的力传递的轮廓，另一最佳实施例建议为，待容纳的端块上的轮廓由规则的多边形形成。特别是在待连接的连接区域的简单加工和制造的现有技术中，另一最佳实施例建议为，多边形为具有圆形顶部或顶点的三角形断面。
为了在第二元件或连接件或中间件的容纳口的区域内提供不同设计的局部区域的特别简单的配置，另一最佳实施例建议为，容纳口的进口端上的轮廓形成在与容纳元件相连接的、特别是与容纳元件焊接在一起的单独的板形或盘形元件上。这样，以简单的方式在容纳口的区域内形成具有扩大净横截面以便允许发生旋转运动的区域，之后，形成沿轴向延伸并且带有互补轮廓的区域，在此之上，在内部以错位的方式，将具有与所述轮廓互补的轮廓的板形或盘形元件固定在容纳口的连接端或进入端，。
当连接各连接元件，特别是管形或杆形元件或者将这种管形或杆形元件与驱动件和/或工件相连时，本发明的装置以及本发明方法的应用在大范围的应用领域内都是可行的，同时，一个特别的最优实施例提议，将本发明的装置用于带有特别是可加长的钻杆以及特别是出铁口钻孔机器，正如上面已经指明，由于为了在具有很高温度的熔融物质快速涌出的情况下至少保护钻孔机器免受出现的高温熔融物质的影响，杆的各单独部分的快速脱开或断开将会是有益的或者是必须的。
下面，将借助附图中所示的示范性实施对本发明进行详细的说明。其中图1 出铁口钻孔机器的示意侧视图，其中为了实现本发明的方法采用了本发明的装置；图2 用于实现本发明的方法的本发明的装置的实施例的放大图，图2a示出了两个相互待连接元件之间的连接状态，图2b示出了相互待连接元件发生部分脱开的状态；图3 从箭头III看去的本发明的装置的容纳口的进口侧面或端面的放大图。
具体实施例方式
在图1中，整体上由1表示一台出铁口钻孔机器，它包括一个驱动装置2，用于在用3示意性表示的一个高炉的壁上形成一个出铁口或一个钻孔。其中一个用5示意性表示的钻头安装在一个钻杆4上。
为了将钻杆4固定在出铁口钻孔机器1的冲击和/或旋转驱动装置的一根驱动轴6上，该钻杆4通过一个用于连接两个杆形或管形元件4和6的装置的一个在图1中整体用7表示的中间件进行固定，所述装置将在图2中进行更详细地描述。
为了将出铁口钻孔机器1的驱动轴6的区域与钻杆4连接，在图2所示的实施例中，设置有一个形成所述装置的连接件或中间件7，其中驱动轴6在图2所示的左侧的局部区域中牢固地容纳在该中间件7内。
为了固定钻杆4，该钻杆在其面对着中间件7的前块上具有一个多边形的外部形状9。在图2a所示的连接状态下，钻杆4的设有一个多边形外部形状的端部区域9与中间件7的一个整体上由11表示的容纳口的一个局部区域10嵌接，该局部区域10沿轴向延伸并且设有一个互补的轮廓。
为了通过中间件7使钻杆4与旋转或旋转冲击式驱动装置6之间的连接脱开，如图2b所示，中间件7按照箭头12沿轴向方向或连接方向离开钻杆4，使得设有一个外部轮廓的局部区域9到达容纳口11的一个具有扩大的净横截面的区域13中。
在图2b所示的部分脱开位置，一个在驱动轴6或中间件7以及钻杆4之间的相对旋转沿箭头14的方向旋转例如大致为60°的角，此后，钻杆4与驱动轴6或中间件7之间又以箭头12的方向发生轴向位移，其中，钻杆4的设有多边形外形的区域9穿过容纳口11的一个另外的区域15，该区域也具有一个如图3所示的相应的多边形轮廓，与钻杆4的局部区域9的多边形外横截面相匹配。为了改善钻杆4在中间件7的区域内的对中性，在设有多边形轮廓的局部区域9上连接一个基本上呈圆柱形的区域16以及一个对中销子17，特别是可以从图2b中清楚地看到，在连接状态下，它们进入到一个相应的圆柱部分18和一个对中开口19内。
正如从图2中可明显地看出的那样，也具有多边形互补轮廓的局部区域15形成在一个板形或盘形元件20上，该板形或盘形元件20在容纳口11的端面21的区域内与中间件7焊接在一起。
图3清楚地示出了在两个相互待连接的元件的固定区域内的不同多边形轮廓的相对位置。中间件7的外形由22表示，板形元件20的端面侧部的焊接区由23表示。板形元件20包括与局部区域15相对应的多边形轮廓24，该轮廓24与钻杆4的局部区域9的外形一致。具有轮廓24的局部区域20位于具有扩大净横截面的局部区域之后并且与图2中相对应，它的外轮廓也由13表示，这样，当钻杆4的局部区域9穿过具有多边形外形24的局部区域15时，钻杆4，特别是具有多边形的局部区域9能够发生自由转动。在旋转了60°后，具有多边形外截面的局部区域9进入到位于轴向方向上并且也具有多边形外形的局部区域，由25表示的第二多边形外形与中间件的区域10相对应。
从图3中可以明显地看到，两多边形24和25的错位设置甚至在相互待连接元件4和6之间发生偶然的轴向位移的情况下也不能从连接区域错误地脱出。
此外，从图3中还可以明显地看到多边形外形例如可以由具有圆形顶部或顶点的三角形形成。不用说，待连接在一起的元件4和6不通过中间件或连接件7来进行固定，这些元件中的一个可以形成有合适的容纳口，该开口具有与中间件或连接件7相应的不同的形状的局部区域，这样就会为待连接在一起的两个元件4和6产生快速和容易的连接与脱开布置。
除了如前面的图所示的将钻杆4固定到驱动轴6上的方式，还可以通过所述的用于快速连接与脱开的装置来连接单独的管形或杆形元件，例如在延长钻杆4时，或也可以通过快速和容易的待脱开或待连接装置或接头将例如一个钻杆4固定在一个钻头5上。
除了具有带有圆形顶点的基本上为三角多边形结构的配置外，当然，还可以选择任何其它基本上对称或者规则的多边形结构，待连接在一起的元件之间的旋转角调整至多边形单个顶点或顶部的相互的角位移。
权利要求
1.一种相互可连接元件(4、6)的快速连接与脱开方法，这些相互可连接元件特别是管或杆和/或能够固定在上述管或杆上的驱动元件(2)和/或加工元件，例如钻头(5)或者类似物等，其中一个具有一个成形端块(9)的元件(4)导入到待与其连接的元件(6)和/或一个中间件或连接件(7)特别是一个衬套或者套筒的一个相应的容纳口(11)内并且力锁合地与第二元件(6)相连，其特征在于，为了使两个相互待连接元件(4、6)进行连接与脱开，成形端块(9)沿轴向或连接方向(12)发生运动后，通过容纳口(11)的一个与该成形端块有互补轮廓的局部区域(15)，在容纳口(11)的一个具有扩大的净横截面的局部区域(13)相对于容纳口(11)发生旋转，随后，又沿轴向运动到容纳口(11)的一个另外的与该成形端块(9)有互补轮廓的局部区域(10)内。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，沿轴向方向(12)的运动阶段之间进行一次最大为180°，特别是大致为60°的旋转运动。
3.一种相互可连接元件(4、6)的快速连接与脱开装置，这些相互可连接元件特别是管或杆和/或能够固定在上述管或杆上的驱动元件(2)和/或加工元件，例如钻头(5)或者类似物等，其中一个具有一个成形端块(9)的元件(4)导入到待与其连接的元件(6)和/或一个中间件或连接件(7)特别是一个衬套或者套筒的相应的容纳口(11)内并且力锁合地与第二元件(6)相连，其特征在于，一个元件(4)在一个待容纳的端块(9)上设有一个能够插入到一个待连接于其上的第二元件(6)和/或连接件或中间件(7)的一个容纳口(11)内的特别是多边形的轮廓，其中，从容纳口(11)的进口端(21)出发，容纳口(11)沿轴向或连接方向(12)形成有一个局部区域(15)，该局部区域(15)具有与待容纳的端块(9)的轮廓互补的轮廓(24)，还形成有一个相对于进口端具有扩大的净横截面的区域(13)以及还有一个与其连接的、具有与待容纳的端块(9)的轮廓相匹配的轮廓(25)的区域(10)。
4.如权利要求3的装置，其特征在于，容纳口(11)的具有与待容纳的端块轮廓相匹配的互补轮廓(24、25)的局部区域(10、15)被设计为在周向上相互错位。
5.如权利要求3或4的装置，其特征在于，待容纳的端块(9)上的轮廓的外形具有的横截面比连接在其上的第一元件(4)的局部区域的横截面大。
6.如权利要求3、4或5的装置，其特征在于，具有扩大的净横截面的容纳口(11)的中间区域(13)沿轴向或连接方向(12)具有的长度超过待容纳端块(9)的轮廓的轴向尺寸。
7.如权利要求3至6任一项的装置，其特征在于，待容纳的端块(9)上的轮廓由一种规则的多边形(24、25)形成。
8.如权利要求7的装置，其特征在于，多边形(24、25)具有一种带有圆形顶部或顶点的三角形断面。
9.如权利要求3至8任一项的装置，其特征在于，容纳口(11)的进口端(21)上的轮廓(24)形成在一个与容纳元件相连接的、特别是与容纳元件焊接在一起的单独的板形或盘形元件(20)上。
10.一种对如权利要求3至8任一项的连接元件快速连接与脱开装置的应用，用于一种特别是可加长的钻杆(4)以及特别是一种出铁口钻孔机器(1)。
全文摘要
本发明涉及一种可连接元件(4、6)的快速连接与脱开方法和装置，这些可连接元件(4、6)特别是管或杆和能够固定在上述管或杆上的驱动元件(2)和/或加工元件，例如钻头(5)或者类似物等，其中一个具有一个成形端块(9)的元件(4)导入到待与其连接的元件(6)和/或特别是为衬套或者套筒的中间件或连接件(7)的一个相应的容纳口(11)内并且力锁合地与第二元件(6)相连，为了使两个元件(4、6)进行连接与脱开，成形端块(9)沿轴向或连接方向(12)发生运动后，经过与该成形端块有互补轮廓的容纳口(11)的局部区域(15)，在容纳口(11)的具有扩大将横截面的局部区域(13)相对于容纳口(11)发生旋转，随后，又沿轴向(12)运动到容纳口(11)的一个另外的与该成形端块(9)有互补轮廓的局部区域(10)内。
文档编号E21B17/046GK1650117SQ03810110
公开日2005年8月3日 申请日期2003年5月27日 优先权日2002年6月7日
发明者约瑟夫·莫奇夫尼克, 埃米尔·罗纳尔迪 申请人:泰西莫开发销售有限公司, 保罗·沃思有限公司