DE102021002424A1 - Regeneration drill string and method of manufacture - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Regenerationsbohrgestänge, aufweisend einen Bohrgestängegrundkörper (10), eine Regenerationshülse (20) und eine Kopplungszone (30), wobei der Bohrgestängegrundkörper (10) mindestens einen endseitigen Verbindungsabschnitt (11) aufweist, der eine Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) aufweist, wobei die Regenerationshülse (20) hohlzylindrisch ausgebildet ist, konzentrisch zumindest abschnittsweise den Verbindungsabschnitt (11) umschließt und einen Hülsenkörper (21) und eine Hülseninnenmantelfläche (22) aufweist, wobei der Hülsenkörper (21) einen Hartstoffkörpereinschluss (23) aufweist, wobei die Kopplungszone (30) die Verbindungsabschnittaußenmantelfläche (12) und die Hülseninnenmantelfläche (22) flächig als eine Hybridkopplung mittels einer Reibschweißnaht stoffschlüssig und mittels einer Aufschrumpfung kraftschlüssig miteinander verbindet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein solches Regenerationsbohrgestänge.
Furthermore, the invention relates to a manufacturing method for such a regeneration drill string.
Description
Die Erfindung betrifft ein regeneriertes Bohrgestänge, insbesondere für gewindegekoppelte Bohrgestänge, und ein Verfahren zur Herstellung eines Regenerationsbohrgestänges.The invention relates to a regenerated drill string, in particular for threaded drill strings, and a method for producing a regeneration drill string.
Aus dem Stand der Technik sind Bohrgestänge für Bohrungen im Erdreich als solche bekannt. Diese werden regelmäßig mehrteilig ausgebildet und weisen hierfür Kopplungsgewinde auf, an denen die einzelnen Gestänge in axialer Abfolge gekoppelt werden um so ausreichende Bohrtiefen oder Bohrlängen zu erreichen.Drill rods for drilling in the ground are known as such from the prior art. These are regularly designed in several parts and for this purpose have coupling threads on which the individual rods are coupled in an axial sequence in order to achieve sufficient drilling depths or drilling lengths.
Hierbei besteht das technische Problem, dass die Bohrgestänge einer erheblichen abrasiven Belastung durch die Mantelreibung gegenüber dem umliegenden Erdreich unterliegen. Die Bohrgestänge sind üblicherweise tailliert ausgebildet, so dass an den sogenannten Köpfen, also nahe den Kopplungsgewinden, der größte Materialabtrag stattfindet. Zudem ist dieser Bereich auch maßgeblich für das Verschleißmaß.The technical problem here is that the drill rods are subject to considerable abrasive stress due to skin friction in relation to the surrounding soil. The drill rods are usually tapered, so that the greatest amount of material is removed at the so-called heads, i.e. near the coupling threads. In addition, this area is also decisive for the degree of wear.
Um einen kostenaufwändigen Austausch der Bohrgestänge zu vermeiden ist es dem Grunde nach bekannt, den abrasiven Materialverlust durch Auftragsschweißen wieder aufzufüllen und so die Bohrgestänge wieder zu ertüchtigen.In order to avoid a costly replacement of the drill rods, it is basically known to refill the abrasive loss of material by build-up welding and thus to strengthen the drill rods again.
Beispielsweise beschreibt
Ferner beschreibt
Die beschriebenen Lösungen nach den Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass zusätzliche Maßnahmen zur Erzielung einer gleichmäßigen Auftragsdicke erforderlich sind und dass stets ein Kompromiss zwischen den abrasiven Eigenschaften und der Schweißfähigkeit des Auftragsmaterials eingegangen werden muss.The solutions described according to the prior art have the disadvantage that additional measures are required to achieve a uniform application thickness and that a compromise always has to be made between the abrasive properties and the weldability of the application material.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik ein regeneriertes Bohrgestänge aufzuzeigen, dass eine hohe abrasive Beständigkeit aufweist, aus Bohrgestänge unterschiedlichen Verschleißgrades erstellbar sowie prozesssicher und kostengünstig herstellbar ist. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Regenerationsbohrgestänges anzugeben.It is the object of the invention, while overcoming the disadvantages of the prior art, to show a regenerated drill rod that has a high abrasive resistance, can be produced from drill rods with different degrees of wear, and can be produced reliably and cost-effectively. Furthermore, it is the object of the invention to specify a method for producing such a regeneration drill string.
Die Aufgabe wird in Bezug auf das Regenerationsbohrgestänge durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale und in Bezug auf das Verfahren durch die im Patentanspruch 5 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved with regard to the regeneration drill string by the features listed in patent claim 1 and with regard to the method by the features listed in patent claim 5 . Preferred developments result from the dependent claims.
Mit dem erfindungsgemäßen Regenerationsbohrgestänge wird eine Lösung aufgezeigt, wie aus einem verschlissenen Bohrgestänge ein ertüchtigtes Bohrgestänge, nachfolgend Regenerationsbohrgestänge bezeichnet, bereitgestellt wird. Als Regenerationsbohrgestänge sind alle Bohrgestänge für Bohrungen im Erdreich zu verstehen, wobei es sich insbesondere um Bohrgestänge für Vertikalbohrungen und um Bohrgestänge für Horizontalbohrungen handeln kann.With the regeneration drill string according to the invention, a solution is shown as to how a strengthened drill string, hereinafter referred to as regeneration drill string, is made available from a worn drill string. All drill rods for boreholes in the ground are to be understood as regeneration drill rods, which can in particular be drill rods for vertical boreholes and drill rods for horizontal boreholes.
Das erfindungsgemäße Bohrgestänge weist als Grundkomponenten einen Bohrgestängegrundkörper, eine Regenerationshülse und eine Kopplungszone auf.The basic components of the drill rod according to the invention are a drill rod main body, a regeneration sleeve and a coupling zone.
Der Bohrgestängegrundkörper liegt als ein gebrauchtes Bohrgestänge vor und weist mindestens einen endseitigen Verbindungsabschnitt auf. In der Regel liegt jedoch an beiden Enden jeweils ein Verbindungsabschnitt vor. An dem Verbindungsabschnitt erfolgt die axiale Ankopplung an ein weiteres Bohrgestänge, so dass sich im bestimmungsgemäß montierten Zustand die Verbindungsabschnitte der verbunden Bohrgestänge gegenüberliegen. An den Verbindungsabschnitten sind die Bohrgestänge bevorzugt mit einem größeren Durchmesser ausgebildet, so dass sich eine taillierte Grundform eines solchen Bohrgestänges ergibt.The drill rod main body is available as a used drill rod and has at least one connecting section at the end. As a rule, however, there is a connecting section at both ends. The axial coupling to a further drill rod takes place at the connecting section, so that the connecting sections of the connected drill rods face each other in the installed state as intended. The drill rods are preferably designed with a larger diameter at the connecting sections, resulting in a tapered basic shape of such a drill rod.
Der Bohrgestängegrundkörper weist an dem endseitigen Verbindungsabschnitt eine Verbindungsabschnittaußenmantelfläche auf. Es handelt sich dabei um den Abschnitt der Bohrgestängeaußenmantelfläche im Bereich des Verbindungsabschnitts.The drill rod main body has a connecting section outer jacket surface on the end-side connecting section. This is the section of the outer surface of the drill rod in the area of the connecting section.
Erfindungsgemäß weist das Regenerationsbohrgestänge ferner eine Regenerationshülse auf. Die Regenerationshülse ist hohlzylindrisch ausgebildet. Als hohlzylindrisch wird im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht eine geometrische Kategorie, sondern eine rohrförmige Grundform verstanden, so dass beispielsweise auch Konizitäten des Innenmantels und/oder des Außenmantels erfasst sind.According to the invention, the regeneration drill string also has a regeneration sleeve. The regeneration sleeve is designed as a hollow cylinder. For the purposes of the present invention, hollow-cylindrical is not a geometric category, but a tubular basic shape, so that, for example, conicities of the inner casing and/or the outer casing are also covered.
Die Regenerationshülse ist in einer Montagelage konzentrisch zu der Hauptlängsachse des Bohrgestängegrundkörpers angeordnet und umschließt konzentrisch zumindest abschnittsweise den Verbindungsabschnitt.In a mounting position, the regeneration sleeve is arranged concentrically with respect to the main longitudinal axis of the main body of the drill rod and encloses it concentrically, at least in sections, the connecting section.
Die Regenerationshülse weist erfindungsgemäß einen Hülsenkörper und eine Hülseninnenmantelfläche auf.According to the invention, the regeneration sleeve has a sleeve body and an inner sleeve surface.
Hierbei weist der Hülsenkörper einen Hartstoffkörpereinschluss auf. Als Hartstoffkörpereinschluss wird vorliegend jede Anordnung von Hartstoff in oder an der Regenerationshülse verstanden. Insbesondere kann der Hartstoffkörpereinschluss als Einlassung mehrerer diskreter Körper wie Stäbe, Kugeln, Prismen oder Ähnlichem mit definierten Anordnungen bestehen. Daneben sind auch unregelmäßige Einschlüsse in Form von Granulaten oder auch Aufträge beispielsweise an der Außenmantelfläche der Regenerationshülse erfasst. Der Hartstoffkörpereinschluss kann insbesondere aus hochwertigen Industriekeramiken wie beispielsweise Siliziumcarbid, Wolframcarbid, Tantalscarbid oder Kompositen hiervon bestehen.In this case, the sleeve body has a hard material body inclusion. In the present case, any arrangement of hard material in or on the regeneration sleeve is understood to be hard material inclusion. In particular, the inclusion of the hard material body can consist of the inclusion of a plurality of discrete bodies such as rods, spheres, prisms or the like with defined arrangements. In addition, irregular inclusions in the form of granules or deposits, for example on the outer surface of the regeneration sleeve, are also recorded. The hard material body inclusion can consist in particular of high-quality industrial ceramics such as silicon carbide, tungsten carbide, tantalum carbide or composites thereof.
Das erfindungsgemäße Regenerationsbohrgestänge ist ferner insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungszone die Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und die Hülseninnenmantelfläche flächig verbindet.The regeneration drill string according to the invention is further characterized in particular in that the coupling zone connects the connecting section outer lateral surface and the sleeve inner lateral surface over a large area.
Dabei liegt die Kopplungszone erfindungsgemäß als eine Hybridkopplung einerseits stoffschlüssig mittels einer Reibschweißnaht und andererseits kraftschlüssig mittels einer Aufschrumpfung vor.According to the invention, the coupling zone is present as a hybrid coupling, on the one hand cohesively by means of a friction weld seam and on the other hand non-positively by means of shrinking.
Dem liegt zu Grunde, dass die Regenerationshülse mit Untermaß auf den Verbindungsabschnitt aufgeschoben wird. Um ein definiertes Untermaß zu erhalten ist es insbesondere vorgesehen, das verschlissene Bohrgestänge an dem Verbindungsabschnitt durch Längsdrehen auf den passenden Durchmesser abzudrehen. Durch eine Verdrehung der Regenerationshülse und des Bohrgestängegrundkörpers wird an der durch das Untermaß erhaltenden umlaufenden Druckkontaktfläche zwischen der Hülseninnenmantelfäche und der Verbindungsabschnittaußenfläche mittels Reibung Wärme erzeugt, bis ein Verschmelzen der Oberflächen der Reibungspartner eintritt. Hierdurch wird die flächige Reibschweißnaht und damit der erfindungsgemäße Stoffschluss erzeugt.This is based on the fact that the regeneration sleeve is pushed onto the connecting section with an undersize. In order to obtain a defined undersize, it is provided, in particular, that the worn drill pipe at the connecting section be turned to the appropriate diameter by longitudinal turning. By twisting the regeneration sleeve and the drill rod body, heat is generated by friction on the circumferential pressure contact surface between the inner sleeve surface and the outer surface of the connecting section until the surfaces of the friction partners fuse. This creates the flat friction weld seam and thus the material connection according to the invention.
Ferner tritt eine stärkere Erwärmung der Regenerationshülse als des Verbindungsabschnitts ein, weil der Bohrgestängegrundkörper zum einen dort eine größere Masse und damit eine größere Wärmekapazität als die Regenerationshülse aufweist und zum anderen die Wärme durch den Bohrgestängegrundkörper aus diesem Abschnitt schneller abgeleitet wird. Vorzugsweise kann dies durch eine Vorerwärmung der Regenerationshülse und durch eine Kühlung des Bohrgestängegrundkörpers unterstützt werden. Infolge der nachfolgenden Abkühlung und der stärkeren thermischen Schrumpfung der Regenerationshülle liegt diese über den Umfang gespannt auf und stellt so den Kraftschluss durch die Aufschrumpfung bereit.Furthermore, the regeneration sleeve heats up more than the connecting section because the drill rod body has a greater mass there and thus a greater heat capacity than the regeneration sleeve and the heat is dissipated faster through the drill rod body from this section. This can preferably be supported by preheating the regeneration sleeve and by cooling the drill rod body. As a result of the subsequent cooling and the greater thermal shrinkage of the regeneration sleeve, it is stretched over the circumference and thus provides the frictional connection through the shrinking.
Der Stoffschluss und der Kraftschluss bilden zusammen die erfindungsgemäße Hybridkopplung aus.The material connection and the non-positive connection together form the hybrid coupling according to the invention.
Die erfindungsgemäße Lösung weist insbesondere nachfolgende Vorteile auf:
- Die Verwendung einer vorgefertigten Regenerationshülse ermöglicht es, ein Bauteil in höchster Industriequalität einzusetzen, so dass eine besonders hohe Materialgüte und eine besonders hohe Abrasionsbeständigkeit erreicht werden kann, wie dies mittels Auftragsschweißens nur bedingt möglich ist.
- The use of a prefabricated regeneration sleeve makes it possible to use a component of the highest industrial quality, so that a particularly high material quality and a particularly high abrasion resistance can be achieved, which is only possible to a limited extent with build-up welding.
Zugleich besteht dadurch der Vorteil der hohen Prozesssicherheit und einer stets reproduzierbaren Qualität.At the same time, this has the advantage of high process reliability and consistently reproducible quality.
Insbesondere ist es möglich, hochwertige Hartstoffeinschlüsse in der Regenerationshülse bereitzustellen und so besonders hohe Standzeiten des Regenerationsbohrgestänges zu erreichen.In particular, it is possible to provide high-quality hard material inclusions in the regeneration sleeve and thus to achieve a particularly long service life for the regeneration drill string.
Weiterhin besteht der Vorteil einer kostengünstigen Fertigung, da weniger Zeit für die Herstellung der Hybridkopplung als beispielsweise für einen helixartigen und unter Umständen sogar lagenweisen Aufbau einer Auftragsschicht durch Auftragsschweißverfahren benötigt wird.Furthermore, there is the advantage of cost-effective production, since less time is required for the production of the hybrid coupling than, for example, for a helical and possibly even layered structure of a build-up layer by build-up welding processes.
Zudem wird durch die Regenerationshülse zugleich eine definierte Dicke der Materialergänzung bei der Ertüchtigung ohne etwaige Zusatzmaßnahmen erreicht.In addition, a defined thickness of the material supplement is achieved at the same time during the upgrading without any additional measures through the regeneration sleeve.
Es ist ferner eine Modularität der Fertigung möglich, indem Regenerationshülsen mit standardisierten Maßabstufungen sowohl im Innenmaß, im Außenmaß als auch in der Länge gefertigt werden können. Zudem können je nach Anforderung Regenerationshülsen mit unterschiedlichen definierbaren Abrasionsfestigkeiten bereitgestellt werden.Furthermore, a modularity of production is possible, in that regeneration sleeves can be manufactured with standardized dimensional graduations, both in terms of internal dimensions, external dimensions and length. In addition, depending on the requirement, regeneration sleeves with different, definable abrasion resistances can be provided.
Vorteilhaft kann auch bei einer etwaigen erneuten Ertüchtigung eines Regenerationsbohrgestänges eine verschlissene Regenerationshülse durch eine Auftrennung an deren Umfang leichter demontiert werden, weil somit in einfacher Weise die Kraftschlusskomponente der erfindungsgemäßen Hybridkopplung aufgehoben werden kann.Advantageously, if a regeneration drill string is upgraded again, a worn regeneration sleeve can be dismantled more easily by separating it at its circumference, because the frictional connection component of the hybrid coupling according to the invention can thus be eliminated in a simple manner.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist der Hartstoffkörpereinschluss als ein Ringkörper ausgebildet.
Durch die Ausbildung als Ringkörper gemäß dieser Weiterbildung wird vorteilhaft erreicht, dass der unmittelbare abrasive Kontakt zwischen dem Erdreich und dem darin rotierenden Regenerationsbohrgestänge im Wesentlichen ausschließlich an einer Hartstoffoberfläche erfolgt, so dass lediglich ein sehr geringer Materialabtrag erfolgt. Ferner werden so vorteilhaft Absätze und sonstige Versprünge an der Umlauffläche vermieden, so dass der Hartstoffkörper mechanisch weniger belastet wird. Der Ringkörper kann dabei an seiner Innenmantelfläche und/oder an den axialen Ringflächen Formabschnitte aufweisen, die einen sicheren und verdrehfesten Formschluss zu dem übrigen Hülsenkörper herstellen. Es ist auch möglich, mehrere Hartstoffringkörper in einer axialen Abfolge vorzusehen.According to a first advantageous development, the hard material inclusion is in the form of a ring body trained.
Due to the design as a ring body according to this development, it is advantageously achieved that the direct abrasive contact between the soil and the regeneration drill string rotating therein takes place essentially exclusively on a hard material surface, so that only a very small amount of material is removed. Furthermore, steps and other protrusions on the circumferential surface are advantageously avoided in this way, so that the hard material body is subjected to less mechanical stress. The annular body can have shaped sections on its inner lateral surface and/or on the axial annular surfaces, which produce a secure and non-rotatable positive connection with the rest of the sleeve body. It is also possible to provide several hard material ring bodies in an axial sequence.
Entsprechend einer weiterführenden vorteilhaften Weiterbildung ist die Regenerationshülse mehrteilig ausgebildet.
Eine solche mehrteilige Ausbildung ermöglicht es vorteilhaft insbesondere, Hartstoffkörper, insbesondere solche mit einer Ringgeometrie zuverlässig aufzunehmen und verdrehfest festzulegen.According to a further advantageous development, the regeneration sleeve is designed in several parts.
Such a multi-part design advantageously makes it possible, in particular, to reliably accommodate hard material bodies, in particular those with a ring geometry, and to fix them in a non-rotatable manner.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Regenerationsbohrgestänge dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrgestängegrundkörper einen weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt mit einer weiteren Verbindungsabschnittaußenmantelfläche aufweist, dass das Regenerationsbohrgestänge eine weitere Regenerationshülse und eine weitere Kopplungszone aufweist, dass die weitere Regenerationshülse hohlzylindrisch ausgebildet ist und konzentrisch zumindest abschnittsweise den weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt umschließt, und einen weiteren Hülsenkörper mit einer weiteren Hülseninnenmantelfläche und einem weiteren Hartstoffkörpereinschluss aufweist, und dass die weitere Kopplungszone die weitere Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und die weitere Hülseninnenmantelfläche flächig als weitere Hybridkopplung mittels einer weiteren Reibschweißnaht stoffschlüssig und mittels einer weiteren Aufschrumpfung kraftschlüssig miteinander verbindet.According to a further advantageous development, the regeneration drill string is characterized in that the drill string main body has a further end-side connecting section with a further connecting section outer lateral surface, that the regeneration drill string has a further regeneration sleeve and a further coupling zone, that the further regeneration sleeve is designed as a hollow cylinder and concentrically at least in sections the further end-side encloses the connecting section, and has a further sleeve body with a further inner sleeve surface and a further hard material body enclosure, and that the further coupling zone connects the further connecting section outer lateral surface and the further inner sleeve surface over a large area as a further hybrid coupling by means of a further friction weld seam and by means of a further shrink-fitting non-positively with one another.
Gemäß dieser vorteilhaften Weiterbildung weist das Regenrationsgestänge an seinen beiden Enden, an denen sich jeweils die Verbindungsstellen zu dem jeweils anschließenden weiteren Bohrgestänge befinden, eine Regenerationshülse mit einer erfindungsgemäßen Hybridkopplung auf. Insbesondere kann beispielsweise bei dem endseitigen Verbindungsabschnitt als Verbindungsmittel ein Gewindepin und an dem weiteren endseitigen Verbindungsabschnitt als Verbindungsmittel eine Gewindedose angeordnet sein. Die Regenerationshülse und die weitere Regenerationshülse sind dabei bevorzugt in gleicher Weise aufgebaut und mit dem Bohrgestängegrundkörper gekoppelt. Für besondere Anwendungen ist es aber auch möglich, die beiden Regenerationshülsen unterschiedliche auszubilden. Dies kann beispielsweise bei unterschiedlichen Geometrien der beiden Enden oder auch bei unterschiedlichen Verschleißgraden sinnvoll sein.According to this advantageous further development, the regeneration rod assembly has a regeneration sleeve with a hybrid coupling according to the invention at both of its ends, at which the connection points to the respective subsequent further drill rod assembly are located. In particular, for example, a threaded pin can be arranged as a connecting means on the end-side connecting section and a threaded socket can be arranged as a connecting means on the other end-side connecting section. The regeneration sleeve and the further regeneration sleeve are preferably constructed in the same way and are coupled to the drill rod main body. However, for special applications it is also possible to design the two regeneration sleeves differently. This can be useful, for example, if the two ends have different geometries or if there are different degrees of wear.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf.
- a) Bereitstellen der Regenerationshülse,
- b) Herstellen eines Übermaßes der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche des Bohrgestängegrundkörpers gegenüber der Hül-seninnenmantelfläche durch Abdrehen,
- c) axiales Fügen der Regenerationshülse auf den endseitigen Verbindungsabschnitt unter elasischer Aufweitung der Regenerationshülse und Herstellung einer Flächenpressung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche,
- d) Verdrehen des Bohrgestängegrundkörpers relativ zu der Regenerationshülse unter Überwindung der Reibung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche und Erzeugung von Wärme bis zur Ausbildung einer Aufschmelzung,
- e) Beenden des Verdrehens und Abkühlenlassen des Bohrgestängegrundkörpers und der Regenerationshülse unter Erstarren der Aufschmelzung und Ausbilden der flächigen Reibschweißnaht zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche,
- f) weiteres Abkühlenlassen der Regenerationshülse mit thermischer Schrumpfung und Ausbilden einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Verbindungsabschnittaußenmantelfläche und der Hülseninnenmantelfläche als Aufschrumpfung.
- a) providing the regeneration sleeve,
- b) producing an oversize of the connecting section outer lateral surface of the drill rod body compared to the sleeve inner lateral surface by turning,
- c) axial joining of the regeneration sleeve to the end connection section with elastic expansion of the regeneration sleeve and production of a surface pressure between the connection section outer lateral surface and the sleeve inner lateral surface,
- d) twisting of the drill rod main body relative to the regeneration sleeve while overcoming the friction between the connecting section outer lateral surface and the sleeve inner lateral surface and generation of heat until melting occurs,
- e) ending the twisting and allowing the drill rod main body and the regeneration sleeve to cool while the melted material solidifies and the planar friction weld seam is formed between the connecting section outer lateral surface and the inner lateral surface of the sleeve,
- f) Allowing the regeneration sleeve to cool down further with thermal shrinkage and forming a non-positive connection between the connecting section outer lateral surface and the inner lateral surface of the sleeve as shrinking.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren stellt durch die beschriebenen Verfahrensschritte eine Hybridkopplung aus einer stoffschlüssigen Verbindung als Reibschweißverbindung - insbesondere erhalten durch Verfahrensschritt e) - und aus einer kraftschlüssigen Verbindung als Haftreibung - insbesondere erhalten durch Verfahrensschritt f) - bereit. Es gelten die Beschreibungsinhalte zu dem Regenerationsbohrgestänge in entsprechender Weise zugleich für das Verfahren zu dessen Herstellung.The manufacturing method according to the invention uses the method steps described to provide a hybrid coupling of a materially bonded connection as a friction weld connection—particularly obtained through method step e)—and from a non-positive connection as static friction—particularly obtained through method step f). The contents of the description of the regeneration drill string apply in a corresponding manner to the method for its production.
Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel anhand von
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1 Teilgeschnittene schematische Seitenansicht als Ausschnitt näher erläutert.
-
1 Partially cut schematic side view explained in more detail as a detail.
Hierbei beziehen sich gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren auf jeweils gleiche Merkmale oder Bauteile. Die Bezugszeichen werden in der Beschreibung auch dann verwandt, sofern sie in der betreffenden Figur nicht dargestellt sind.In this case, the same reference symbols in the various figures refer to the same features or components in each case. The reference symbols are also used in the description if they are not shown in the relevant figure.
Der Bohrgestängegrundkörper 10 weist einen endseitigen Verbindungsabschnitt 11 auf, der gegenüber dem übrigen Gestänge einen größeren Durchmesser aufweist. In dem Ausführungsbeispiel liegt ein Bohrgestängegrundkörper 10 mit einer Länge von ca. 3 m vor. Die endseitigen Verbindungsabschnitte 11 weisen dabei eine Länge von ca. 25 cm auf und sind aus einer abriebbeständigen Chrom-Molybdän-Stahllegierung gebildet. In dem Bereich zwischen den Verbindungsabschnitten 11 ist der Bohrgestängegrundkörper aus einem Stahl mit höherer Elastizität, beispielsweise ST 52 hergestellt. Der eine - hier dargestellte - Verbindungsabschnitt 11 weist an seinem Ende den Gewindepin mit einem konischen Außengewinde auf. Der weitere - hier nicht dargestellte Verbindungsabschnitt weist die Gewindedose mit einem konischen Innengewinde auf. Gewindepin und Gewindedose korrespondieren zueinander, so dass der Gewindepin in die Gewindedose des axial nachfolgenden Bohrgestänges eingeschraubt werden kann.The drill rod
Bei der Mantelfläche des Verbindungsabschnitts 11 handelt es sich um die Verbindungsabschnittaußenmantelfläche 12, die hier überwiegend von der Regenerationshülse 20 überdeckt ist.The lateral surface of the connecting
Die Regenerationshülse 20 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem zweiteiligen Hülsenkörper 21 gebildet, der den Hartstoffkörpereinschluss trägt, der hier als ein Ringkörper aus einer hochabrasionsbeständigen Industriekeramik besteht. Durch den zweiteiligen Hülsenkörper 21 ist der Ringkörper zuverlässig formschlüssig und verdrehfest gefasst. Die beiden Teile des Hülsenkörpers sind vor der Ankopplung der Regenerationshülse 20 an den Bohrgestängegrundkörper 10 miteinander verbunden worden, so dass die Regenerationshülse als eine einheitliche Vorbaugruppe vorliegt. Die innere Mantelfläche der Regenerationshülse 20 ist die Hülseninnenmantelfläche 22.In the present exemplary embodiment, the
Zur Herstellung der Hybridkopplung ist die Verbindungsabschnittmantelfläche 12 auf einen definierten Durchmesser abgedreht worden, so dass ein geringfügiges Übermaß gegenüber dem Durchmesser an der Hülseninnenmantelfläche 21 vorliegt. Die Regenerationshülse 20 wird unter elastischer Beulung auf den endseitigen Verbindungsabschnitt 11 aufgeschoben, so dass sich die Verbindungsabschnittmantelfläche 12 in dem überdeckten Bereich und die Hülseninnenmantelfläche 22 in einer geeigneten Flächenpressung gegenüberliegen. Die Regenerationshülse 20 und der Bohrgestängegrundkörper werden unter Überwindung des Reibungswiderstands mit hoher Drehzahl gegeneinander verdreht, wodurch aufgrund der Flächenreibung eine starke Erhitzung direkt an der Oberfläche der Reibungspartner mit der Folge der Entstehung einer flächigen Reibschweißnaht zwischen den beiden Mantelflächen 12, 22 und damit eine stoffschlüssige Verbindung bereitgestellt wird. Ferner wird durch die nachfolgende Abkühlung der Regenerationshülse 20 die Flächenpressung an den beiden Mantelflächen 12, 22 erhöht und somit die zweite Komponente der Hybridkopplung bereitgestellt.To produce the hybrid coupling, the connecting section
Zur besseren Darstellung sind die Längen- und Durchmesserrelationen bei dem Verbindungsabschnitt 11 und der Regenerationshülse 20 in
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Bohrgestängegrundkörperdrill pipe body
- 1111
- endseitiger Verbindungsabschnittterminal connection section
- 1212
- VerbindungsabschnittaußenmantelflächeConnection section outer lateral surface
- 1313
- Gewindepinthreaded pin
- 2020
- Regenerationshülseregeneration sleeve
- 2121
- Hülsenkörpersleeve body
- 2222
- Hülseninnenmantelflächeinner sleeve surface
- 2323
- Hartstoffkörpereinschlusshard body inclusion
- 3030
- Kopplungszonedocking zone
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 2004206726 A1 [0005]US2004206726A1 [0005]
- DE 3533344 A1 [0006]DE 3533344 A1 [0006]
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-
2021
- 2021-05-07 DE DE102021002424.9A patent/DE102021002424A1/en active Pending
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