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Bohrgestänge für Bohrarbeiten im Gestein und anderen Mineralien.
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Bei den bekannten Hohlbohrgestängen zum Bohren von Spreng.... löchern
dient die Bohrung dem Durchlass der Spülflüssigkeit, z. B.
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Luft oder Wasser und auch zur Trockenabsaugung des Bohrmehls bei dem
sogenannten Trockenbohren und bei Gesteinsbohrungen grösserer Durchmesser zur Aufnahme
des Bohrkern. Die Bohrgestänge unterliegen bei der Benutzung erheblicher Beanspruchurg
auf Schlag, Biegung, Verdrehung und Korrosion. Soweit es die innere Bohrung bei
Anwendung von Wasserspülung angeht, ist es bereits vorgeschlagen worden, die Rohrenahtlos
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 losen und das Herausziehen
des
Bohrers erschweren, oder auch beim sogenannten Cardox-Sprengverfahren, bei welchem
Bohrgestänge mit einem grösseren Durchmesser Verwendung finden und eine restlose
Entfernung des Bohrmehls erforderlich ist. In einigen dieser Fälle hat man den sogenannten
Schlangenbohrstahl verwendet, der mit einer zentralen Spülbohrung und auf der Oberfläche
des Bohrerschaftes mit Windungen für den Abtransport des Bohrmehls versehen ist.
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Diese Bohrgestänge wiesen erhebliche Nachteile auf, die im Herstellungsverfahren
begründet sind « Die Herstellung erfolgt in der Weise, dass nach dem bekannten Metallkern-Walzverfabren
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
die 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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Es sind zwar für andere Zwecke Verbundrohre, die aus zwei ineinander
gefügten Rohren bestehen, bereits bekannt, die in der Weise hergestellt werden,
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
und dgl. verwendet wird die beiden Rohre fest und unverrückbar aufeinander gepresst
werden.
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Es ist aber neu, aus derartigen Rohren Bohrgestänge für Bohrarbeiten
im Gestein und anderen Mineralien, insbesondere zur Herstellung
von
Sprenglöchern im Gestein herzustellen. Bei derartigen Bohrrohren können zusätzlich
zu den bereits angegebenen Vorteilen
| aufgepresste Windungen als Transportschnecken für das Bohrmehl
die- |
| neu |
| Die Zeichnung zeigt als Beispiel mehrere Ausführungsformen |
| der Erfindung, und zwar veranschaulicht |
Fig. 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, Fig, 2 ist ein Querschnitt durch das Rohr gemäss Fig. nach dem ersten Ziehvorgang,
wobei das Kernrohr in strichpunktierten Linien eingezeichnet ist, Fig. 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, Fig. 4 ist ein Schnitt durch
Fig. 3 in vergrössertem Masstab Fig. 5 zeigt einen Verbindungsnippel zwischen dem
Schlagenbohrstahl nach Fig. 3 mit Einsteckende, Fig. 6 zeigt einen Bohrkopf zum
Aufstecken auf eine Bohrstange
| nach Fig. 3, |
| Fig. 7 ist ein Bohrgestänge mit spiraliger Außenfläche, ent- |
| sprechend Fig. 3 mit grösseren Bohrerdurchmessern zum Erbohren
von |
Gesteinskernen, und Fig. 8 ist ein Schnitt durch Fig. 7.
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In der Zeichnung ist das Innenrohr 1 mit einer Bohrung 2 versehen,
die zum Durchlass der Spülflüssigkeit oder zum Absaugen des
| Bohrmehls dient. Wenn es sich um Rohre mit grösserem Bohrdurchmesser |
| t |
| handelt, z. bk für Kernbohrungen, ist die Innenbohrung 2a,
wie in |
| Fig. 8 gezeigt, entsprechend grösser gehalten und dient zur
Aufnahme |
des Bohrkern.
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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 Rohres, 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 seinem Enden ist das Innenrohr
mit den üblichen Anschlüssen versehen, beispielweise mit konischen Ausnehmungen
oder konischen Zapfen 5 zum Aufstecken eines Verlängerungsrohres oder eines Verbindungsnippels
gemäss Fig. 5 oder eines Bohrkopfes gemäss Fig. 6.
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Das Aussenrohr 6 kann eine dünne Wand stärke 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 zähen
Stahlmaterial hergestellt sein. In gewissen Fällen hat sich hierfür auch nichtrostendes
Metall bewährt. Die beiden Rohre werden nun durch einen
gewöhnlichen
Ziehvorgang 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. Fig. 1 und 2 veranschaulichen ein Aussenrohr
nach der Durchs führung des ersten Ziehvorganges. Es entstehen an dem Rohr bei einer
zweigängigen Schnecke zwei einander gegenüberliegende Wulste 9, 9a* Der Innendurchmesser
des Rohres ist aber nur soweit 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 Fig. 3
und 4 vorgenommen, d. h. die spiraligen Rippen erhalten ihre endgültige Form 11,
11a, der Zwischenraum 10 verschwindet und die beiden Rohre werden durch Verringerung
des inneren Durchmessers des Aussenrohres mit einer Vorspannung miteinander vereinigte
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 mm 0 bis etwa 500 mm 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 werden* Vorzugsweise
verwendet man ein Ziehwerkzeug, dessen Formgebungteile 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 aufeinander gesteckten Rohr gleichzeitig durch die Ziehbank hindurch,
ohne dass sie irgend eine 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 Walzfasem erfolgen kann,
so dass auch alle durch eine solche Verdrehung entstehenden Nachteile in Fortfall
kommen, Fig. 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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Fig. 6 zeigt einen Bohrkopf 17, der zum schlagenden Bohren dient.
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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 Fig. 7 und 8 zeigen einen Teil eines Bohrgestänges, das im wesentlichen
der Ausführung nach Fig. 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 Kern 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.
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Das Aussenrohr kann ein beliebiges Profil aufweisen, wobei selbst
verständlich 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 der 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 Schweisarbeit mit Wasser oder einem sonstigen Kühlmittel gefüllt
oder durchspült wird.