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Verwendung eines bekannten Verbundrohres für Bohrgestänge für Bohrarbeiten
im Gestein und anderen Mineralien Es sind bereits aus zwei ineinandergefügten Rohren
bestehende Verbundrohre bekannt, die in der Weise hergestellt sind, daß ein äußeres,
dünnwandiges Rohr mit einem solchen Spielraum auf ein stärkeres Trägerrohr mit geringerem
Außendurchmesser aufgebracht und während des Ziehvorgangs das äußere Rohr unter
möglichster Vermeidung der Längung derart verformt wird, daß ein Teil des Materials
des äußeren Rohres zur Bildung von Rippen, Windungen verwendet wird und die beiden
Rohre fest und unverrückbar aufeinandergepreßt werden.
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Gemäß der Erfindung wird ein solches Verbundrohr für Bohrgestänge
für Bohrarbeiten z. B. zur Herstellung von Sprenglöchern im Gestein und anderen
Mineralien verwendet. Die aufgepreßten Windungen können dann Transportschnecken
für das Bohrrnehl sein.
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Bei den bekannten Hohlbohrgestängen zum Bohren von Sprenglöchern dient
die Bohrung dem Durchlaß der Spülflüssigkeit, z. B. Luft oder Wasser und auch zur
Trockenabsaugung des Bohrmehls bei dem sogenannten Trockenbohren und bei Gesteinsbohrungen
größerer Durchmesser zur Aufnahme des Bohrkerns. Die Bohrgestänge unterliegen bei
der Benutzung erheblichen Beanspruchungen auf Schlag, Biegung, Verdrehung und Korrosion.
Soweit es die innere Bohrung bei Anwendung von Wasserspülung angeht, ist es bereits
vorgeschlagen worden, die Rohre nahtlos kalt zu ziehen und die Innenfläche durch
Blank- oder Kaltziehen mit einem Dorn zu verdichten. Dagegen war es nicht möglich,
die frühzeitigen Brüche der Gestänge zu vermeiden, die durch mechanische Beschädigungen
der Außenfläche entstanden und die im Anfang vielfach nur kaum feststellbare Narben
oder Schlagstellen sind, aber infolge der Härtung des Bohrers in kurzer Zeit eine
Bruchgefahr bedeuten.
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Eine besondere Schwierigkeit beim Bohren entsteht beispielsweise beim
Bohren von klüftigen oder zerrissenen Gesteinen, bei denen sich die Wasser-oder
Luftspülung in den Klüften verläuft und unwirksam wird, oder bei solchem Gebirge,
bei welchem sich kleine Gesteinsbrocken aus der Bohrlochwandung lösen und das Herausziehen
des Bohrers erschweren, oder auch beim sogenannten Cardox-Sprengverfahren, bei welchem
Bohrgestänge mit einem größeren Durchmesser Verwendung finden und eine restlo#se
Entfernung des Bohrinehls erforderlich ist. In einigen dieser Fälle hat man den
sogenannten Schlangenhohlbohrstal verwendet, der mit einer zentralen Spülbohrung
und auf der Oberfläche des Bohrerschaftes mit Windungen für den Abtransport des
Bohrmehls versehen ist. Diese Bohrgestänge wiesen erhebliche Nachteile auf, die
im Herstellungsverfahren begründet sind. Die Herstellung erfolgt in der Weise, daß
nach dern bekannten Metallkern -Walzverfahren ein hohler Stahl in Schwertprofil
gewalzt und anschließend erwärmt und verdreht und gehärtet wird. Bei diesem Walzverfahren
bilden sich in der Innenbohrung Zunderreste, die mit eingewalzt werden und zu frühzeitigen
Innenbrüchen Veranlassung geben und dir, Korrosion begünstigen. Durch die nachträgliche
Verdrehung des Rohres zwecks Bildung der Schlangenwindungen bildet sich eine Verdrehung
der Walzfaser auch an der inneren Bohrung.
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Die Erfindung soll nun ein Rohr, insbesondere ein Bohrgestänge für
Bohrarbeiten im Gestein schaffen, das trotz der verschiedenen Beanspruchung an der
Außen- und Innenseite und der Notwendigkeit einer verschiedenen Behandlung der Außen-
und Innenfläche bei der Herstellung vorzeitige Brüche ausschließt, wobei noch der
besondere Vorteil gegeben ist, daß als Ausgangswerkstoffe solche Verwendung finden
können, die in allen gewünschten Abmessungen und allen Stahlqualitäten als glatte,
dünne oder starkwandige Rohre der Edelstahlfertigung handelsüblich hergestellt werden,
so daß man Bohrgestänge, mit glatten Außenflächen oder solche mit Transportschnecken
an der Außenfläche mit allen gewünschten Stahl- und Vergütungseigenschaften herstellen
kann.
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Bei Verwendung von Doppelrohren ist es beispielsweise möglich,
zwei Rohre einer unterschiedlichen Stahlqualität und mit unterschiedlichen Härten
und physikalischen Eigenschaften zu verwenden. Die bisherigen, häufigen Beschädigungen
und frühzeitigen
Brüche, die nicht auf die überaus hohen Schlag-
und Biegebeanspruchungen, sondern infolge äußerlicher Beschädigung im rauhen Bergbaubetrieb
auftreten, kommen bei Verwendung eines Doppelrohres deshalb nicht zur Auswirkung,
weil eine Beschädigung des äußeren Rippenrohres keinen nachteiligen Einfluß auf
das Trägerrohr haben kann. Weder das Trägerrohr noch das Außenrohr erhält eine Verdrehung
der Walzfaser, so daß letztere in ihrer Richtung, zumindest ohne scharfe Knickung,
erhalten bleibt.
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Zweckmäßig kann man die Innenbohrung des Trägerrohres blank ziehen
und/oder als Trägerrohr eine solche Stahlsorte wählen, deren Härte- oder Vergütungstemperatur
mit der Temperatur abgestimmt wird, unter welcher gleichzeitig in die Hohlbohrung
ein Korrosionsschutz in Form einer bei dieser Temperatur flüssigen Metall-Legierung
(Tauchen) als Überzeug eingebracht werden könnte.
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Die Zeichnung zeigt als Beispiel mehrere Ausführungsforrnen der Erfindung,
und zwar veranschaulicht Abb. 1 ein Außenrohr mit spiraligen Windungen an
der Außenseite, das in dem ersten Ziehvorgang ohne Innenrohr im Durchmesser verringert
und entsprechend der Gangzahl der gewünschten. Transportschnecke durch Ausbiegen
mit vorstehenden Rippen versehen wird; Abb. 2 ist ein Querschnitt durch das Rohr
gemäß Abb. 1 nach dem ersten Ziehvorgang, wobei das Kernrohr in strichpunktierten
Linien eingezeichnet ist; Abb. 3 zeigt das Außenrohr mit dem eingefügten
Kernrohr nach einem zweiten Ziehvorgang, in dem die spiraligen Rippen vervollständigt
und die Spielräume zwischen Außen- und Innenrohr beseitigt, die Rohre also aufeinander
gebracht sind; Abb. 4 ist ein Schnitt durch Abb. 3 in vergrößertem Maßstab;
Abb. 5 zeigt einen Verbindungsnippel zwischen dem Schlangenbohrstahl nach
Abb. 3 mit Einsteckende; Abb. 6 zeigt einen Bohrkopf zum Aufstecken
auf eine Bohrstange nach Abb. 3;
Abb. 7 ist ein Bohrgestänge, mit spiraliger
Außenfläche, entsprechend Abb. 3 mit größeren Bohrerdurchmessern zum Erbohren
von Gesteinskernen, und Abb. 8 ist ein Schnitt durch Abb. 7.
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In der Zeichnung ist das Innenrohr 1 mit einer Bohrung 2 versehen,
die zum Durchlaß der Spül-
flüssigkeit oder zum Absaugen des Bohrmehls dient.
Wenn es sich um Rohre mit größerem Bohrdurchmesser handelt, z. B. für Kernbohrungen,
ist die Innenbohrung 2 a, wie in Abb. 8 gezeigt, entsprechend größer
gehalten und dient zur Aufnahme des Bohrkerns.
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Das Innenrohr ist nahtlos gezogenes Rohr, dessen Wand dem jeweiligen
Verwendungszweck entsprechend, verschieden stark ausgebildet sein kann; bei schlagendem
Bohren ist die Wandstärke kräftiger als bei drehendem Bohren, die Wandstärke ist
aber auf alle Fälle so gehalten, daß sie den jeweiligen Beanspruchungen, auch bei
der Fertigstellung des Roh- i res, standhalten kann.
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Das Innenrohr oder Kernrohr kann aus einem Vergütungsstahl hergestellt
und gehärtet und vergütet sein, also in einen solchen Zustand gebracht werden, wie
es für die Verwendung zweckmäßig ist, da bei der nachfolgenden Bearbeitung keinerlei
Erwärmung, Verdrehung oder sonstige auf die Struktur einwirkende Verformung mehr
eintritt. Man kann also die innere Wandung des Innenrohres durch Schmieden verfestigen
oder durch Ziehen über einen Dorn innen kalt blankziehen, um eine längere Standzeit
und einen Schutz gegen Korrosion zu erhalten. An seinen Enden ist das Innenrohr
mit den üblichen Anschlüssen versehen, beispielsweise mit konischen Ausnehmungen
oder konischen Zapfen 5 zum Aufstecken eines Verlängerungsrohres oder eines
Verbindungsnippels gemäß Abb. 5 oder eines Bohrkopfes, gemäß Abb.
6.
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Das Außenrohr 6 kann eine dünne Wandstärke haben. Der Innendurchmesser
des Rohres muß so gewählt werden, daß es über das Innenrohr herübergeschoben werden
und dabei ein gewisser Zwischenraum verbleibt. Das Außenrohr kann aus weichem zähem
Stahlmaterial hergestellt sein. In gewissen Fällen hat sich hierfür auch nichtrostendes
Metall bewährt. Die beiden Rohre werden nun durch einen gewöhnlichen Ziehvergang
miteinander vereinigt, in dem das Außenrohr 6 durch das Ziehwerkzeug in seinem
Durchmesser so stark verjüngt wird, daß es das Kernrohr fest umschließt. Wenn das
Außenrohr außen glatt, also rippenlos, sein soll, weist das Ziehwerkzeug einen so
geringen Durchmesser auf, daß die Wandstärke des Außenrohres nur um einen kleinen
Wert abnimmt. Es wird dadurch gewährleistet, daß es sich in Unebenheiten des Kernrohres
einfügt und sich mit einer Vorspannung um das Kernrohr legt, also praktisch unlösbar
mit diesem verbunden ist, trotzdem wird eine etwaige Beschädigung der Außenfläche
des Verbundrohres nur das Außenrohr selbst schwächen, sich aber nicht auf das Kernrohr
auswirken und in diesem Risse oder Brüche veranlassen können.
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Wenn ein Bohrrohr hergestellt werden soll, das an seiner Außenseite
mit Rippen, insbesondere spiraligen Rippen versehen ist, so verwendet man vorzugsweise
ein Außenrohr von erheblich größerem Durchmesser als der Außendurchmesser des Innenrohres
beträgt. Dieses Rohr wird zunächst einem ersten Ziehvorgang unterworfen, und zwar
mittels eines Ziehwerkzeuges, das mit Drallnuten versehen ist. Wenn man wie üblich
eine zweigängige Schnecke haben will, so weist das Ziehwerkzeug zwei Drallnuten
auf. Die Form der Drallnuten entspricht noch nicht der endgültigen Form der Rippen,
es ist vielmehr ein Vorprofil. Abb. 1 und 2 veranschaulichen ein Außenrohr
nach der Durchführung des ersten Zichvorganges. Es entstehen an dem Rohr bei einer
zweigängigen Schnecke zwei einander gegenüberliegende Wülste 9, 9a. Der Innendurchmesser
des Rohres ist aber nur so weit verringert, daß noch ein genügender Zwischenraum
10 übrigbleibt, um das, Rohr nach dem ersten Ziehvorgang auf das Innenrohr
überschieben und an diesem befestigen zu können. Nach dem Aufstecken des vorgezogenen
Außenrohres auf das Innenrohr, wird durch einen zweiten Ziehvorgang die Verformung
gemäß Abb. 3 und 4 vorgenommen, d. h. die spiraligen Rippen erhalten
ihre endgültige Form 11, lla, der Zwischenraum 10 verschwindet, und
die beiden Rohre werden durch Verringerung des inneren Durchmessers des Außenrohres
mit einer Vorspannung miteinander vereinigt.
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Selbstverständlich müssen der Durchmesser des Innenrohres und die
Abmessungen des Außenrohres sowie das Ziehwerkzeug entsprechend aufeinander abgestimmt
sein. Man kann auf diese Weise Bohrgestänge, von etwa 25 bis etwa
500 mm Durchmesser herstellen und beide Rohre mechanisch, also ohne
Erwärmung,
innig miteinander verfestigen, so daß sie sich bei der Arbeit nicht mehr lösen können.
Bei dünnwandigem Außenrohr können die beiden Ziehvorgänge auch zu einem einzigen
Arbeitsgang vereinigt worden.
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Vorzugsweise verwendet man ein Ziehwerkzeug, dessen Formgebungsteile
in eine konisch geformte Bohrung eines Kugellagers eingelegt sind, so daß sich dieser
Teil während des Ziehvorganges, in dem die spiraligen Rippen erzeugt werden, keine
Drehbewegung ausführt. Es laufen also beide aufeinandergesteckten Rohre gleichzeitig
durch die Ziehbank hindurch, ohne daß sie irgendeine Drehbewegung ausführen, und
die Drehbewegung zur Erzeugung der spiraligen Rippen macht das Ziehwerkzeug. Es
wird dadurch erreicht, daß weder beim Innenrohr noch beim Außenrohr eine Verdrehung
der Walzfasern erfolgen kann, so daß auch alle durch eine solche Verdrehung entstehenden
Nachteile in Fortfall kommen.
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Abb. 5 zeigt einen Verbindungsnippel 12 zum Verbinden des Bohrgestänges
mit der Bohrmaschine. Auf den Zapfen 13 wird ein Spülkopf aufgeschoben,
der die Spülflüssigkeit über die Bohrung 14 in die mittlere Bohrung 15 leitet.
Das Einsteckende 16 wird in die Bohrmaschine oder in den Bohrhammer eingefügt.
Natürlich kann auch jede beliebige Verwendungsart gewählt werden, z. B. kann man
das Nippelende unmittelbar an die Aufnahme der Bohrmaschine einschrauben oder einschieben.
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Abb. 6 zeigt einen Bohrkopf 17, der zum schlagenden
Bohren dient. Man kann aber natürlich Bohrkronen aller Art, auch solche für drehendes
Bohren, z. B. solche mit größerem Durchmesser, z. B. Kernbohrkronen an dem vorderen
Teil des Bohrgestänges anbringen.
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Die Abb. 7 und 8 zeigen einen Teil eines Bohrgestänges,
das im wesentlichen der Ausführung nach Abb. 3 und 4 entspricht, nur handelt
es sich hier um eine viergängige Schnecke für Bohrer mit größerem Durchmesser. Die
Bohrung 2a des Innenrohres ist so groß, daß ein Kein darin aufgenommen werden kann.
Die vier Gänge der am Außenumfang des Außenrohres gebildeten Schnecke sind mit
19 bezeichnet. Es empfiehlt sich, bei größerem Durchmesser die Zahl der Gänge
entsprechend zu erhöhen, um die Neigung des Bohrers zum Verlaufen zu verringern,
weil dann das Gestänge allseitig im Bohrloch anliegt-Das Außenrohr kann ein beliebiges
Profil aufweisen, wobei selbstverständlich die innere Bohrung des Außenrohres dem
Außenprofil des Trägerrohres entsprechen und dieses mit einem gewissen Spielraum
umfassen muß. Das profilierte Außenrohr kann bei entsprechender Wandstärke auch
für sich, d. h. ohne ein Kernrohr, Verwendung finden.
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Zur Vergrößerung des Lebensdauer der Transportschnecke ist es vorteilhaft,
die Oberfläche 20 der Schnecke mit hoch verschleißfestem Werkstoff zu verschweißen.
Diese Arbeit kann ohne Nachteile für die Vergütung des Kernrohres durchgeführt werden,
wenn es während der Schweißarbeit mit Wasser oder einem sonstigen Kühlmittel gefüllt
oder durchspült wird.