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Die
Erfindung betrifft ein Bauteil einer Bohranlage für das Bohren
in einer geologischen Gesteinsschicht. Eine derartige Bohranlage
wird insbesondere für
die Erschließung
von Erdöl- oder Erdgasvorkommen
eingesetzt.
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Das
Bohren nach Erdöl
oder Erdgas wird heutzutage üblicherweise
nach dem sogenannten Rotary-Bohrverfahren durchgeführt. Das
Bohren erfolgt dazu mittels eines Bohrmeißels, der am unteren Ende eines
aus Rohrelementen zusammengesetzten Hohlgestänges geführt ist. Die Führung des
Hohlgestänges
erfolgt mittels eines Bohrturms. Für den Bohrvorgang wird das
Bohrgestänge
mittels eines in der Basis des Bohrturms angeordneten Drehtischs
in eine Drehbewegung versetzt.
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Als
Bohrmeißel
wird beispielsweise ein Rollenmeißel eingesetzt, wie er in der
EP 101 3876 B1 beschrieben
ist. Dieser Rollenmeißel
weist Rollen mit Zähnen
auf, die bei der Drehbewegung eine scherende und damit abtragende
Wirkung auf das Gestein der Gesteinsschicht haben. Mittels einer
auf das Haltgestänge
ausgeübten
Kraft wird der Rollenmeißel
in die Gesteinsschicht getrieben. Auf diese Weise wird ein zylinderförmiges Bohrloch
ausgehoben. Dabei ist der Bohrmeißel einer hohen thermischen
und mechanischen Belastung ausgesetzt.
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Da
eine Führung
des Bohrmeißels
mit zunehmender Eindringtiefe immer schwieriger wird, verwendet
man mit zunehmender Tiefe Bohrmeißel eines immer geringeren
Bohrmeißeldurchmessers, so
dass das Bohrloch mit zunehmender Tiefe Bohrlochabschnitte mit einem
immer geringeren Bohrlochdurchmesser aufweist. Die einzelnen Bohrlochabschnitte
werden durch von der Erdoberfläche
eingebrachte Stützrohre
abgestützt,
die einen etwas geringeren Außendurchmesser
aufweisen als der Bohrlochdurchmes ser des Bohrlochabschnitts. Die
Stützrohre
verbleiben im Bohrloch und werden einzementiert.
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Für einen
Wechsel des Bohrmeißels
muss das gesamte Hohlgestänge
aus dem Bohrloch gezogen werden. Ein Wechsel des Bohrmeißels ist
nicht nur notwendig, wenn mit einem Bohrmeißel mit einem geringeren Bohrmeißeldurchmesser
weiter gebohrt werden soll. Er ist auch jedes Mal dann notwendig,
wenn der Bohrmeißel
durch die beim Bohrvorgang auf ihn wirkende thermische und mechanische Belastung
verschlissen ist, so dass kein nennenswerter Vortrieb des Bohrers
mehr stattfindet. Ein Tauschen des Bohrmeißels ist insbesondere bei harten Gesteinsschichten
oft notwendig.
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Das
Austauschen des Bohrmeißels
verursacht daher nicht nur Materialkosten, sondern aufgrund des
Zeitaufwands auch weitere Kosten, wie beispielsweise Personalkosten.
Weitere Kosten entstehen durch eine verzögerte Ausbeutung des Erdöl- oder Erdgasvorkommens.
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Für die Kühlung und
Schmierung des Bohrmeißels
wird eine Spülflüssigkeit
aus einem Spültank mittels
einer Pumpe durch das Hohlgestänge
bis zum Bohrmeißel
gepumpt. Beim Bohrmeißel
tritt die Spülflüssigkeit
aus und umspült
diesen zur Kühlung
und Schmierung. Anschließend
steigt die Spülflüssigkeit im
Ringspalt zwischen Hohlgestänge
und Futterrohr zur Oberfläche
und transportiert beim Bohrvorgang abgearbeitete Gesteinssplitter
mit sich. Die Flüssigkeitssäule der
Spülflüssigkeit
stützt
außerdem
die Stützrohre
gegen den Druck der angrenzenden Gesteinsschicht ab.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil für eine Bohranlage
mit einer erhöhten Standzeit
anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Bauteil, das einen Grundkörper
aufweist, auf den eine Beschichtung aufgebracht ist, die einen duktilen
metallischen Grundwerkstoff mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln
umfasst.
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Unter
duktilem metallischen Grundwerkstoff wird hierbei ein vergleichsweise
weicher metallischer Grundwerkstoff verstanden, der eine Vickers-Härte von
maximal etwa 180–230
HV01 aufweist. Die Härtebestimmung nach Vickers
ist der Norm DIN EN ISO 6507 zu entnehmen. Die eingelagerten Hartstoffpartikel
weisen demgegenüber
eine deutlich höhere Härte auf,
beispielsweise eine um mehr als den Faktor 2 größere Härte als der Grundwerkstoff.
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Durch
die Kombination eines duktilen Werkstoffes mit darin eingelagerten
Hartstoffpartikeln wird das Bauteil mit einer Beschichtung versehen,
die den extremen Belastungen standhält. Durch die Duktilität besteht
im Vergleich zu einer durchgehend harten und spröden Beschichtung, wie einer
Diamantbeschichtung, eine deutlich geringere Gefahr, dass im Laufe
des Betriebs die Beschichtung beschädigt wird und Risse oder Mikrorisse
auftreten, was aufgrund der Umspülung
des Bauteils mit Spülflüssigkeit schnell
zu einer unerwünschten
starken Korrosion und damit zu einer Verringerung der mechanischen Festigkeit
und zum Ausfall des Bauteils führen
würde.
Auch ist die Gefahr eines Abplatzens von Teilstücken der Beschichtung bei mechanischer
Belastung aufgrund der hohen Duktilität deutlich geringer als bei einer
spröden
Beschichtung. Zugleich wird durch die eingelagerten Hartstoffpartikel
eine sehr hohe Abriebfestigkeit und damit eine quasi sehr hohe Oberflächenhärte erhalten,
so dass selbst bei hohen mechanischen Belastungen und hohen Abriebkräften eine lange
Lebensdauer erreicht ist.
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Das
beschichtete Bauteil ist in einer bevorzugten Ausgestaltung ein
Gesteinsbohrer oder zumindest ein Teil eines solchen Gesteinsbohrers,
wie zum Beispiel ein Bohrmeißel,
eine Kegelrolle oder die auf der Kegelrolle angebrachten Zähne. Da
diese Bauteile unmittelbar für
das Abräumen
der Gesteinsschichten vorgesehen sind, ist deren thermisch-mechanische
Belastung sehr groß.
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Alternativ
oder ergänzend
hierzu wird als Bauteil zweckdienlicherweise ein Stützrohr mit
der Beschichtung versehen, welches in das Bohrleich eingetrieben
wird. Auch dessen Oberflächen
sind insbesondere mechanisch stark belastet aufgrund des Abtransportes
der durch den Bohrmeißel
zerkleinerten Gesteinsbrocken.
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In
der Folge werden Varianten für
die Beschichtungen von Bauteilen der Bohranlage beschrieben. Dabei
ist auch eine unterschiedliche Beschichtung der Bauteile umfasst,
um einer unterschiedlichen thermischen oder mechanischen Belastung
der Komponenten während
des Bohrvorgangs Rechnung zu tragen.
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Zweckdienlicherweise
wird als Grundwerkstoff Nickel oder eine Nickellegierung verwendet.
Der besondere Vorteil der Nickelbeschichtung für derartige Bauteile ist in
der sehr hohen Dichtheit der Nickelbeschichtung zu sehen, wodurch
das Bauteil sehr effektiv vor Korrosion geschützt wird. Zugleich weist Nickel
eine gute Wärmeleitfähigkeit
auf, so dass über diese
Beschichtung auch ein guter gesteuerter Wärmeabfluss ermöglicht wird.
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Zweckdienlicherweise
ist die Beschichtung hierbei derart ausgebildet, dass die Nickel-Matrix eine
Oberfläche
definiert, über
die die Hartstoffpartikel zumindest im mikroskopischen Bereich überstehen.
Aufgrund dieser Ausgestaltung erfolgt der tatsächliche mechanische Kontakt über die
harten und abriebfesten Hartstoffpartikel und nicht über die
vergleichsweise weiche Nickelmatrixbeschichtung. Auf diese Weise
wird die Wärme
von einem Bauteil, insbesondere vom Bohrmeißel während eines Bohrvorgangs schnell
an die Spülflüssigkeit
abgeführt.
Durch die rasche Abkühlung
ist das Risiko der plastischen Verformung des Bauteils, insbesondere
des Bohrmeißels,
infolge von Überhitzung
verringert.
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Bei
der Verwendung einer Nickellegierung für den Grundwerkstoff oder die
Grundmatrix liegt der Nickelanteil vorzugsweise im Bereich zwischen
65 und 95 Vol% und liegt insbesondere im Bereich von etwa 75 Vol%,
bezogen jeweils auf das Gesamtvolumen der Beschichtung. Als Legierungsbestandteile sind
vorzugsweise Wolfram und/oder Eisen und/oder Kobalt vorgesehen.
Besonders bevorzugt wird hierbei Kobalt eingesetzt. Auch eine Beschichtung
bestehend aus den Bestandteilen Nickel, Wolfram und Eisen hat sich
als geeignet herausgestellt.
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Zweckdienlicherweise
liegt hierbei der Anteil der Legierungsbestandteile in einem Bereich
zwischen etwa 10 und 20 Vol%. Weiterhin liegt vorzugsweise der Anteil
der Hartstoffpartikel in einem Bereich zwischen 5 und 30 Vol%.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass die Hartstoffpartikel vorzugsweise eine Größe im nanoskaligen Bereich,
beispielsweise im Bereich zwischen 50 und 1.000 nm oder alternativ
auch im μm-Bereich, beispielsweise
im Bereich von 1 und 500 μm,
aufweisen. Die Verwendung wahlweise von Nano-Hartstoffpartikeln
oder Mikro-Hartstoffpartikeln hängt
von der jeweiligen Anwendung und dem Einsatzzweck bzw. den mechanischen
Anforderungen ab.
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Als
Hartstoffpartikel werden hierbei vorzugsweise Borcarbidpartikel,
Wolframcarbidpartikel oder Diamantpartikel eingesetzt. Es werden
also insbesondere auch keramische Partikel wie die Borcarbidpartikel
eingesetzt, die sich durch ihre extrem hohe Härte auszeichnen.
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Zweckdienlicherweise
werden als Hartstoffpartikel in einer Variante so genannte CNT-Partikel(CNT:
Carbon Nano Tubes) herangezogen. Die Carbon-Nano-Tubes sind Kohlenstoffnanoröhrchen, deren
Durchmesser typischerweise kleiner als 100 nm bis hin zu wenigen
nm ist. Die Wände
dieser röhrenförmigen Gebilde
bestehen aus Kohlenstoff. Die CNT-Partikel bestehen aus einer Vielzahl
derartiger Kohlenstoffnanoröhrchen.
Der besondere Vorteil der Verwendung von CNT-Partikeln als Hartstoffpartikel liegt
in ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit
sowie in ihrer mechanischen Widerstandsfähigkeit. Aufgrund der hohen
Wärmeleitfähigkeit
ist daher eine besonders rasche Abkühlung einer Komponente, insbesondere des
Bohrmeißels,
sicher gestellt. Damit ist das Risiko einer plastischen Verformung
der Komponente besonders gering.
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Die
Dicke der Beschichtung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen etwa
0,7 bis etwa 6 mm und liegt insbesondere im Bereich zwischen etwa
2 und 3 mm. Es hat sich gezeigt, dass die Beschichtung mit einer
derartigen Schichtdicke den hohen Anforderungen besonders genügt.
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Um
eine qualitativ hochwertige, gut und dauerhaft haftende Beschichtung
auszubilden, ist die Beschichtung zweckdienlicherweise elektrolytisch
aufgebracht. Zur Ausbildung der Beschichtung wird das zu beschichtende
Bauteil in ein oder mehrere Galvanikbäder eingetaucht. Als Elektrode
wird eine Elektrode bestehend aus dem Grundwerkstoff, beispielsweise
eine Nickel- oder eine Nickellegierung-Elektrode verwendet. Die
Hartstoffe werden hierbei dem Galvanikbad zugegeben, so dass sie
mit den Metallionen der Nickelelektrode zu dem zu beschichtenden Bauteil
wandern und sich dort gemeinsam mit den die Matrix bildenden Nickelionen
ablagert.
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In
einer anderen Variante wird die Beschichtung mit einem so genannten
Kaltgas-Spritzverfahren, auch als Cold-Spray-Verfahren bezeichnet,
aufgebracht. Beim Kaltgasspritzen wird der Beschichtungswerkstoff
für die
aufzubringende Beschichtung in Pulverform mit sehr hoher Geschwindigkeit
auf das Bauteil aufgebracht. Hierzu wird üblicherweise ein Prozessgas
mit Hilfe einer Lavaldüse
auf Überschallgeschwindigkeit
beschleunigt. In diesen Gasstrahl des Prozessgases werden anschließend die
Pulverpartikel injiziert und auf eine ausreichend hohe Geschwindigkeit
beschleunigt, so dass sie beim Aufprall auf das Bauteil aufgrund
der hohen Energie zumindest zum Teil aufschmelzen und eine dichte
und fest haftende Schicht bilden. Im Unterschied zu anderen thermischen
Spritzverfahren, beispielsweise dem Flammspritzen, erfolgt hierbei
daher kein vorangehendes An- oder Aufschmelzen der einzelnen Partikel.
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Der
besondere Vorteil des Spritzverfahrens, insbesondere des Kaltgasspritzens,
ist darin zu sehen, dass es vergleichsweise einfach und kostengünstig durchführbar ist
und beispielsweise durch mehrfaches Überstreichen der zu beschichtenden Oberfläche eine
ausreichende Schichtdicke erzeugbar ist. Insbesondere das Kaltgasspritzen
zeichnet sich hierbei dadurch aus, dass es bei niedrigen Temperaturen
und insbesondere unter Atmosphärendruck
durchgeführt
wird. Dadurch lassen sich vielfältige
Materialien problemlos aufspritzen. Außerdem lassen sich ein Metallpulver
und zugesetzte Hartstoffpartikel in einem beliebigen Verhältnis miteinander mischen,
so dass in einfacher Weise eine nahezu beliebige Schichtzusammensetzung
erreichbar ist.
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Im
Vergleich zu anderen Auftragsverfahren, wie beispielsweise dem sogenannten
Plattierverfahren mittels Aufsprengen, bei dem üblicherweise dünne Metallplatten
auf ein Substrat aufgesprengt werden, ist dieses Verfahren deutlich
kostengünstiger bei
vergleichbaren oder verbesserten thermischen Eigenschaften.
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Typische
Verfahrensparameter für
die Beschichtung mit einem Nickelpulver mittels Kaltgasspritzen
liegen bei einer Korngröße der Nickelpartikel zwischen
500 nm bis 50 μm,
bei einer Temperatur des Pulver-Gas-Gemischs vor dem Beschichten
zwischen 180°C
und 300°C
und bei einer Partikelgeschwindigkeit zwischen 600 m/s und 900 m/s.
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Eine
bevorzugte Beschichtung umfasst eine Nickel-Kobalt-Legierung mit
Borcarbidpartikeln als Hartstoffpartikeln. Eine derartige Beschichtung
hat sich als besonders geeignet für die Beschichtung der Bauteile
herausgestellt.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin
gelöst
durch ein Verfahren gemäß Anspruch
16 oder 17. Die im Hinblick auf das Bauteil angeführten Vorteile
und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:
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1 schematisch
eine Bohranlage zum Bohren nach Erdöl in einer geschnittenen Seitenansicht
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2 einen
Bohrmeißel
in einer Seitenansicht
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Gemäß 1 weist
eine Bohranlage 2 zum Bohren nach Erdöl oder Erdgas in Gesteinsschichten 4 einen
Bohrturm 6 auf. Im Bohrturm 6 ist ein aus mehreren
in der 1 nicht unterscheidbaren Rohrelementen zusammengesetztes
Hohlgestänge 8 an
seinem einen Ende mittels einer als Flaschenzug ausgebildeten Haltevorrichtung 10 gehalten.
Dabei ist die Längsachse
des Hohlgestänges 8 senkrecht
zur Erdoberfläche 14 in
Längsrichtung 12 orientiert.
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Am
anderen Ende des Hohlgestänges 8 ist ein
Bohrmeißel 16 befestigt.
Der Bohrmeißel 16 ist
in Längsrichtung 12 mittels
des Hohlgestänges 8 mit
einer Gewichtskraft belastbar. Der Bohrmeißel 16 trägt zur Erzeugung
eines in Richtung der Längsachse 12 verlaufenden
Bohrlochs 18 die Gesteinsschichten 4 sukzessive
ab. Der Bohrmeißel 16 weist
einen Haltekörper 20 auf,
an dessen in Längsrichtung 12 gesehen
oberen Ende ein Gewindeanschluss 22 zum Anschrauben an
das untere Ende des Hohlgestänges 8 vorgesehen
ist. An seinem in Längsrichtung 12 gesehen
unteren Ende weist der Haltekörper 20 drei
Haltearme 24 auf, an denen jeweils eine mit Zähnen 28 besetzte
Kegelrolle 26 um eine Drehachse 30 drehbar gelagert
ist.
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Die
drei Kegelrollen 26 sind von ihren Haltearmen 24 derart
gehalten, dass sie schräg
gegen die Längsachse 12 geneigt
sind und sich in der parallel zur Längsrichtung 12 verlaufenden
Mittellängsachse 32 des
Bohrmeißels 16 treffen.
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Mittels
eines in 1 dargestellten Drehtisches 33 wird
das Hohlgestänge 8 mit
dem an seinem Ende befestigten Bohrmei ßel 16 in eine Rotation 34 versetzt.
Dabei reißt
der gewichtsbelastete Bohrmeißel 16 mit
den Zähnen 28 seiner
Kegelrollen 26 Gesteinsstücke aus der Gesteinsschicht 4 und
treibt so das Bohrloch 18 in die Tiefe. Durch die beim
Bohren auftretende Reibung ist der Bohrmeißel 16 insbesondere
mit seinen Kegelrollen 26 und deren Zähnen 28 einer hohen
thermischen und mechanischen Belastung ausgesetzt. Aufgrund seiner
daraus resultierenden Abnutzung muss der Bohrmeißel 16 in bestimmten
Zeitintervallen getauscht werden.
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Weist
das Bohrloch eine bestimmte Tiefe auf, so wird ein aus mehreren
in der 1 nicht zu erkennenden Rohrelementen bestehendes
Stützrohr 36 mittels
eines Zements 38 in das Bohrloch 18 hinein zementiert.
Dadurch wird das Bohrloch 18 vor einem Einbrechen der Gesteinsschichten 4 geschützt.
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Zur
Kühlung
des Bohrmeißels 16 wird
eine Spülflüssigkeit,
die Schmierzusätze
enthält,
mittels einer Pumpe 40 über
einen Vorlauf 42 in das Hohlgestänge 8 gepumpt. Die
Spülflüssigkeit
tritt über
eine Bohrung 44 am Gewindeanschluss 22 des Bohrmeißels 16 in
das Innere des Haltekörpers 20 ein
und umspült
die Kegelrollen 26 und deren Zähne 28 zur Kühlung. Die
Spülflüssigkeit
wird anschließend
vom Bohrmeißel 16 in
Längsrichtung 12 im
Ringspalt 46 zwischen der Außenseite des Hohlgestänges 8 und der
Innenseite des Stützrohrs 36 zur
Erdoberfläche 14 zurückgeführt. Dabei
transportiert die Spülflüssigkeit
den Abraum in Form der vom Bohrmeißel 16 aus der Gesteinsschicht 4 heraus
geschlagenen Gesteinsstücken
mit sich. Über
einen Rücklauf 48 wird die
Spülflüssigkeit
in einer Reinigungsanlage 50 aufbereitet. Dabei wird insbesondere
der Abraum von der Spülflüssigkeit
abgetrennt. Anschließend
wir die aufbereitete Spülflüssigkeit
wieder mittels des Vorlaufs 42 über das Hohlgestänge 8 zum
Bohrmeißel 16 gepumpt.
Die im Ringspalt 46 nach oben steigende Spülflüssigkeit
stützt
zudem das Futterrohr 36 ab und schützt das Bohrloch 18 zusätzlich vor
einem Einbrechen einer benachbarten Gesteinsschicht 4.
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Die
Gesteinsstücke
schlagen während
des Abtrennvorgangs gegen den Bohrmeißel 16. Sie können dabei
ebenso wie bei ihrem Aufsteigen im Ringspalt an der Außenseite
des Hohlgestänges 8 oder
an der Innenseite des Futterrohrs 36 mechanische Beschädigungen
hervorrufen. Durch die korrosive Wirkung der Spülflüssigkeit werden die mechanischen Beschädigungen
anschließend
verstärkt.
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Um
seine Lebensdauer zu erhöhen,
ist der Bohrmeißel 16 aus
einem zunderungsbeständigen, warmfesten
Stahl gefertigt. Bei den Rohren des Haltegestänges und beim Stützrohr 36 können auch Stähle einer
niedrigeren Qualität
gewählt
werden.
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Für die einzelnen
Bauteile, den Bohrmeißel 16 mit
seinen Kegelrollen 26 und deren Zähnen 28, das Haltgestänge 8 und
die Stützrohre 36,
ist eine Beschichtung bzw. ein Beschichtungssystem vorgesehen, welches
an die speziellen Anforderungen angepasst ist und für jedes
dieser Bauteile deren Standzeit und Lebensdauer im Vergleich zu
Bauteilen ohne Beschichtung teilweise erheblich verbessert. Der Aufbau
und die Zusammensetzung der Beschichtung bzw. des Beschichtungssystems
wird nachfolgend anhand der 3 und 4 erläutert.
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Die
Beschichtung 52 ist jeweils auf einem Grundkörper 54 des
jeweiligen Bauteils 8, 16, 26, 28, 36 aufgebracht.
Der Grundkörper 54 bildet
also zusammen mit der Beschichtung das Bauteil 8, 16, 26, 28, 36.
Der Grundkörper 54 besteht
aus einem warmfesten Stahl, der hohen Temperaturbelastungen und hohen
mechanischen Belastungen standhält,
ohne sich zu verformen. Auf diesen Grundkörper 54 wird jeweils
eine im Folgenden als Grundbeschichtung 52 bezeichnete
Beschichtung auf Nickelbasis beispielsweise elektrolytisch aufgebracht.
Die Grundbeschichtung 52 umfasst neben einer als Grundwerkstoff 56 bezeichneten
Nickelmatrix einen Anteil an Hartstoffpartikeln 58, insbesondere
Borcarbidpartikel. Durch die Verwendung von Nickel als Matrixwerkstoff
in Kombination insbesondere von Borcarbid für die Hartstoffpartikel 58 wird
eine sehr gasdichte und damit korrosionsbeständige sowie eine thermisch
sehr gut lei tende Beschichtung 52 mit zugleich sehr hoher
Oberflächenhärte und
geringem Abrieb erzeugt. Die hohe thermische Leitfähigkeit
sorgt für einen
raschen Abtransport der Wärme
und damit für ein
schnelles Abkühlen
des Grundkörpers 54,
sobald der Bohrvorgang abgeschlossen ist.
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Die
hohe Gasdichtheit wird durch die Nickelmatrix bereits bei einer
sehr geringen Schichtdicke von etwa 10 μm erreicht. Aufgrund der guten
thermischen Leitfähigkeit
des Nickel-Grundwerkstoffs 56 weist die Beschichtung insgesamt
auch eine hohe thermische Leitfähigkeit
auf, so dass ein schneller Wärmeabtransport
gewährleistet
ist.
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Die
mechanische Belastbarkeit der Beschichtung wird insbesondere durch
die eingelagerten Hartstoffpartikel 58 erreicht, die teilweise
auch über
der durch die Nickelmatrix 56 gebildete Oberfläche 60 überstehen,
so dass lediglich die Hartstoffpartikel 58 mit dem Abraum
der Gesteinsschicht 4 in Kontakt kommen.
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In
bevorzugten Ausgestaltungen ist zusätzlich die Aufbringung einer
Diamantschicht 62 auf der Grundbeschichtung 52 vorgesehen,
wie dies in 4 dargestellt ist. Auf diese
Weise kann die Verschleißfähigkeit
eines Bauteils weiter verbessert werden. Das Bauteil weist eine
noch höhere
Temperaturbeständigkeit
und mechanische Beständigkeit
auf. Ein derartiges Bauteil eignet sich für Einsatzgebiete mit hohen
thermischen und mechanischen Belastungen. Dabei wird die Diamantschicht
durch die verschleißfeste
Beschichtung 52 als Zwischenschicht elastisch abgestützt. Die
Haftfestigkeit der Diamantschicht 62 ist somit im Vergleich
einer reinen Diamantschicht deutlich erhöht. Außerdem bricht die so abgestützte Diamantschicht 62 weniger
leicht. Die zusätzliche
Diamantschicht 62 sorgt daher aufgrund im Vergleich zur
Beschichtung 52 höheren
Härte für eine nochmalige
deutliche Erhöhung
der Standzeit gegenüber
der Variante aus 3.
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Ist
auf dem Bauteil nur eine Grundbeschichtung 52 aufgebracht,
so ist als Grundwerkstoff 56 eine Nickel-Kobalt-Legierung
oder auch eine Nickel-Eisen-Wolfram-Legierung vorgesehen, wobei hierbei
jeweils der Nickelanteil insbesondere im Bereich von etwa 75 Vol%
liegt. Der Anteil des Kobalts bzw. von Eisen und Wolfram liegt etwa
zwischen 10 und 20 Vol%. Den Restanteil bilden die Borcarbidpartikel 58,
deren Größe im Mikrometerbereich
liegt. Die Dicke D1 der Grundbeschichtung liegt hierbei etwa im
Bereich zwischen 2 und 3 mm. Zur Verbesserung des mechanischen Abriebs
kann aber auch ein höherer
Anteil an Hartstoffpartikeln 58 vorgesehen sein.
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Inbesondere
für den
Fall, dass eine Komponente lediglich mit der Grundbeschichtung 52 versehen
ist, werden Nano-Hartstoffpartikel 58 verwendet, um eine
hohe Oberflächenqualität zu erzielen.
Auch liegt der Anteil der Hartstoffpartikel 58 für derartige Bauteile
im oberen Bereich zwischen 15 und 25 Vol%. Eine Beschichtung auf
Basis einer Nickel-Kobalt-Legierung weist hierbei beispielsweise
eine Zusammensetzung von etwa 63 Vol% Nickel, 12 Vol% Kobalt und
25 Vol% Borcarbidpartikel 58 auf.
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Mit
der Verwendung eines Schichtsystems, wie es in 4 dargestellt
ist, wird die Standzeit noch einmal erheblich erhöht. Die
Dicke D1 der Grundbeschichtung 32 liegt in diesem Fall
im unteren Bereich zwischen 0,5 und 2 mm. Gleichzeitig beträgt die Dicke
D2 der Diamantbeschichtung etwa 0,5 mm.
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Bereits
durch die zur 3 beschriebene Grundbeschichtung 52 wird
die Lebensdauer eines Bauteils erheblich verlängert, so das Bauteil seltener getauscht
werden muss und somit für
die Wartung der Bohranlage 2 deutlich geringere Kosten
anfallen.