DE2652209A1

DE2652209A1 - Gegossener rohling fuer ein elevator- verbindungsglied und verfahren zur herstellung eines elevator-verbindungsgliedes

Info

Publication number: DE2652209A1
Application number: DE19762652209
Authority: DE
Inventors: William Mercer Burstall
Original assignee: BJ Hughes Inc
Current assignee: BJ Hughes Inc
Priority date: 1975-12-10
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1977-06-23
Also published as: US3996737A; AT346003B; JPS5271341A; JPS5910475B2; NO143729C; NL7612705A; NO143729B; CA1042670A; DK524276A; FR2334445B1; FR2334445A1; NO764002L; ATA908576A; GB1540930A

Description

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Dip'. ^J,. ,. VV. Scr,-^D;P ."j. E. Graalh-Dipl. I _ig. w. Wehner
DIpI Phys. W. Carstens L ' jünciiun 2
Mozartstr. 23

BJ-HUGHES Inc.

6505 Paramount Blvd.

Long Beach, Calif.90801, USA

München, 12. November 1976 Anwaltsakte: M-41O8

Gegossener Rohling für ein Elevator-Verbindungsglied und Verfahren zur Herstellung eines Elevator-Verbindunasgliedes

Die Erfindung betrifft einen gegossenen Rohling für ein Elevator-■ Verbindungsglied, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines ein- ! stückigen Elevator-Verbindungsglieds mit einem Schaft, einem Auge an einem Ende des Schafts und einem weiteren Auge am anderen Ende ^; des Schafts. Solche Elevator-Verbindungsglieder werden in aufein-

' ander abgestimmten Paaren zur Aufhängung des Gestängeelevators am Blockhaken einerjölbohrvorrichtung verwendet.

Bisher wurden nicht geschweißte Elevator-Verbindungsglieder nach dem in der US-Patentschrift 1 756 376 beschriebenen Herstellungsverfahren gewonnen. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Stange gleichmäßigen Querschnitts an einem Abschnitt auf einen _; verringerten, mittleren Durchmesser gerollt oder geschmiedet.

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Beiden Enden behalten im Querschnitt dieselbe Abmessung wie die Ursprungsstange. Danach v/erden heide Enden abgeflacht und Öffnungen in die beiden Enden zur Ausbildung der Augen eingeschnitten. In der Praxis werden die Augen und begrenzte, benachbarte Schaftabschnitte in einer offenen Schmiedeform in die Endform gebracht, nachdem die Öffnungen eingeschnitten sind. Schließlich werden die ^: Grate und die Unregelmäßigkeiten entfernt; die Verbindungsglieder, I werden wärmebehandelt, abgeschreckt und in Sätzen so aufeinander ! ' abgestimmt, daß jeweils zwei Verbindungsglieder aus einem Satz j im wesentlichen gleiche Länge besitzen. In der US-Patentschrift :

■ 3 461 666 wird ein in der Zeichnung dargestelltes Elevator-Verj

bindungsglied dadurch hergestellt, daß eine Metallstange mit einer Kornstruktur im wesentlichen parallel zur Achse der Stange

■; zu einem länglichen Ring gebogen wird. Dieser weist im wesent-

' liehen parallele seitliche Abschnitte auf, die voneinander an

gegenüberliegenden Enden einen Abstand aufweisen. Auf diese Weise;

ι werden öffnungen gebildet; die Seitenabschnitte sind zwischen den

■ Öffnungen einander benachbart und bilden so einen Schaftabschnitt _f

; in dem die Enden der Stange im wesentlichen zusammengeführt sind. . Schweißmetall wird auf die Stangenenden aufgebracht, wodurch . diese miteinander verbunden werden. Zusätzliches Schweißmetall

, wird in der Nähe des auf die Enden der Stange aufgebrachten ^: j :

, Schweißmetalls gesetzt, welches zusammen mit dem letzteren die )

I Seitenabschnitte im Schaftabschnitt miteinander verbindet. Nach Abschluß der Schweißung kann der Schaftabschnitt des Verbindungsglieds zur Verringerung des Querschnitts und zur Verlängerung geschmiedet werden. Dabei wird die Kornstruktur des Schweißme-

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tails in Richtung der Verlängerung ausgerichtet. Das andere E leva -j tor-Verbindungsglied, das in der Zeichnung dargestellt ist, ist ; ähnlich, wird jedoch aus zwei Metallstangen hergestellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Herstellungsverfahren für Elevator-Verbindungsglieder zu schaffen, welches weniger Schritte aufweist und preiswerter ist als die bis-> her praktizierten Verfahren.

Dabei sollen Verbindungsglieder mit verschiedenen Längen aus identischen gegossenen Rohlingen hergestellt werden können.

■ Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 beschrieben.

j Der erfindungsgeinäße gegossene Rohling für ein Elevator-Verbindungsglied ist durch die in Anspruch 5 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet.

! Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen gegossenen Rohling, der für die Erfindung exemplarisch ist und aus dem ein Elevator-Verbindungsglied hergestellt wird;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie 2-2 von Fig. 1, in Richtung der Pfeile gesehen; -4-

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\ Fig. 3 eine Ansicht, ähnlich wie Fig. 1, eines Elevator-Verbindungsgliedes, das aus dem in den Fign. 1 und 2 gezeigten Rohling hergestellt ist;

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie 4-4 von Fig. 3, in Richtung
der Pfeile gesehen.

Der in den Fign. 1 und 2 gezeigte Rohling 10 für ein Elevator-Verbindungsglied besitzt einen mittleren zylindrischen Abschnitt

! 11, der in zwei kegelstumpfförmige, konische Abschnitte 12 und 13|

i übergeht. Jeweils ein solcher konischer Abschnitt befindet sich ;

an den beiden Enden des zylindrischen Abschnitts 11 und besitzt i

ein größere Basis 14 bzw. 15, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des Mittelabschnitts ist. Er verjüngt sich jeweils nach ι außen von den gegenüberliegenden Enden des Mittelabschnitts weg. I Die konischen Abschnitte besitzen dieselbe Höhe und gleiche,
kleinere Basen 16 und 17. Die kleineren Basen beendigen den
Schaftabschnitt 20 des Rohlings, der sich zwischen ihnen befindet

Die Figuren der Zeichnung zeigen den Rohling und das Verbindungs-j glied in horizontaler Stellung. Es versteht sich, daß in der Verwendung die zwei Verbindungsglieder, welche den Gestänge-Elevator an einem Blockhaken tragen, vertikal angeordnet sind. Ihre linker Enden, in der Sicht der Figuren, befinden sich oben und ihre
rechten Enden unten.

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Das obere Auge 18 erstreckt sich von der kleineren Basis 16 zum freien Ende 19. Das Auge besitzt einen kurzen zylindrischen Hals 21, der sich von der kleineren Basis 16 weg erstreckt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Rohlings ist der Durchmesser des Halses der gleiche wie der Durchmesser des Schafts des I fertig gestellten Verbindungsgliedes. Der Hals geht in einen im wesentlichen ovalen Teil des Auges über. Dieses besitzt eine ; öffnung 22, welche eine herkömmliche Trägeröse an einem Block- i haken aufnimmt. Das Auge besitzt einen inneren, distalen Punkt 23| der auf der Trägeröse ruht. Die Dicke des Teiles des Auges zwi- , sehen dem freien Ende 19 und dem Punkt 23 ist größer als die -" Dicke der Seiten 24 und 25, wodurch eine gewisse Abnutzung möglich wird. Am inneren Ende der öffnung 22 ist zur Stärkung des oberen Auges ein einstückiger Zwickel 26 vorgesehen. Ein quadratischer Vorsprung 27, auf dem bestimmte Merkmale (nicht gezeigt) eingestanzt oder eingraviert werden können, ist auf dem Auge ausgebildet. Normalerweise sind diese Merkmale unter anderem die Baunummer, die Kapazität und die Länge eines aufeinander abgestimmten Paares fertiggestellter Verbindungsglieder.

Der gegossene Rohling besitzt ein unteres Auge 28 an demjenigen Ende, das dem oberen Auge gegenüberliegt. Das untere Auge besitzt einen Hals 28, der zylindrisch ist. Er vedäuft längs von der kleineren Basis 17 nach außen und besitzt denselben Durchmesser wie die kleinere Basis. Dieser stimmt mit dem Schaftdurchmesser überein, der für das fertiggestellte Verbindungsglied angestrebt wird. Der Hals 29 geht in einen im wesentlichen

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ovalen Abschnitt des Auges über. Dieses besitzt eine Öffnung 31, in welche eine herkömmliche Trägeröse am Gestänge-Elevator eingreift. Der Querschnitt des ovalen Abschnitts des unteren Auges, wie er bei 32 in Fig. 2 zu sehen ist, ist über im wesentlichen den gesamten Umfang kreisförmig. Ein Verstärkungszwickel 33 ist am inneren Ende der Öffnung 31 vorgesehen. Wie am besten aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist das äußere bzw. untere Ende des Auges 28 quer gekrümmt, so daß es im wesentlichen zur Stellung der Trägeröse am Gestänge-Elevator, der an zwei fertig gestellten Verbindungsgliedern aufgehängt werden soll, paßt. Ein innerer distaler Punkt 34 ist am Auge 28 ausgebildet. Die Entfernung zwischen dem Punkt 34 und dem entsprechenden inneren distalen Punkt 23 des oberen Auges ist die Nominallänge des gegossenen Rohlings. Das freie Ende des unteren Auges ist mit der Bezugszahl 35 gekennzeichnet.

Der in den Fign. 1 und 2 gezeigte Stahlrohling wird in einer Gußform nach einem Modell mit der erforderlichen Gestalt und Größe gegossen. Das Modell ist das wesentliche Zwischenstück zwischen der Herstellungszeichnung und einem brauchbaren Stahlgußstück, da es seine Gestalt der hitzebeständigen Gußform verleiht, wo sich der geschmolzene Stahl verfestigt und die erwünschte Kontur und die erwünschten Abmessungen einnimmt. Die Form wird hergestellt, indem das Modell in einen Formkasten gebracht wird und indem danach Sand um dieses Modell herum komprimiert oder gelegt wird. Das Modell kann in zwei oder mehrere Teile aufgespalten werden, damit die Herstellung der Gußform erleichtert wird. Das

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abzuformende Modell wird so im Formkasten angebracht, daß es aus ! dem Sand entfernt werden kann, nachdem dieser um das Modell herum, eingedrückt wurde, ohne daß der in der Gußform hinterlassene Eindruck zerstört wird. In der Gußform sind an bestimmten Stellen für den Eintritt von geschlossenem Metall in den Hohlraum und zur Speisung des Gußstücks während der Verfestigung des Metalls große Öffnungen vorgesehen.

Der bei der Herstellung des gegossenen Rohlings bevorzugte Stahl ist ein Legierungsstahl, beispielsweise AISI 4140. Einige Legierungsstahle und ihre Eigenschaften sind beschrieben in "Modern Steels and Their Properties", sechste Auflage, Handbuch 268-H, Bethlehem Steel Corporation, Bethlehem, Pennsylvania, USA, 1967. Es können auch andere Stähle als AISI 4140 verwendet werden, je nach den erwünschten Eigenschaften. Solche andere Stähle sind beispielsweise AISI 8640, AISI 4340 und AISI 9240.

Das obere und das untere Auge des Gußstückes werden auf Größe gegossen, d.h., auf die Kontur, Größe und Gestalt der Augen, die für das fertiggestellte Verbindungsglied erforderlich ist. Der Schaftabschnitt wird jedoch überdimensioniert und muß im Durchmesser verringert werden. Ein Verfahren hierzu besteht gemäß der vorliegenden Erfindung darin, den Schaftabschnitt auf die Endgröße herunter warm zu bearbeiten, beispielsweise, indem der erhitzte Rohling unter Hammerschlägen in einem Gesenk geschmiedet; wird. Während sich der Durchmesser des Schaftabschnitts verringert, vergrößert sich dessen Länge entsprechend.

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Die Fign. 3 und 4 zeigen das Verbindungsglied 10a in Endgröße und -form nach dem Schmiedevorgang, der an dem Rohling der Fign. 1 und 2 vorgenommen wurde. Wie oben beschrieben haben das obere und das untere Auge 18 bzw. 28 des Verbindungsgliedes 10a die-

!selben Abmessungen wie die entsprechenden Augen des Rohlings 10.

:Der Schaftabschnitt 20 des Rohlings im Verbindungsglied 10a ist jedoch auf einen zylindrischen Schaft 20a mit gleichförmigem Durchmesser reduziert, der gleich dem Durchmesser der Hälse 21 und 29 ist.

Ein erstes Beispiel der Veränderungen, die aus dem Schmiedevorgang resultieren, ist wie folgt: Ein gegossener Rohling, wie er in den Fign. 1 und 2 gezeigt ist, besitzt die folgenden Abmessungen:

Gesamtlänge (zwischen den freien

Enden 19 und 35) 160 cm (66")

Länge des konischen Abschnitts 12 9,7 cm (4")

Länge des zylindrischen Abschnitts 11 24 cm (10")

Länge des konischen Abschnitts 13 9,7 cm (4")

Länge des Schaftabschnitts 20 43,5cm (18")

: Durchmesser der kleineren Basen 16 und 17 8,5 cm (3,5")

Durchmesser der größeren Basen 14 und 15 22,4cm (9 1/4")

j
Das in den Fign. 3 und 4 gezeigte und durch Gesenkschmieden des j Schaftabschnitts des oben beschriebenen Rohlings hergestellte Verbindungsglied hat die folgenden Abmessungen:

Gesamtlänge 338 cm (139-3/4"

j Länge des Schafts zwischen den kleineren

■ Basen 16 und 17 222 cm (9Ί-3/4")

1 Durchmesser des Schafts _ 5,5 cm (3,5"}

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Als Folge des Gesenkschmiedens tritt bei dem oben beschriebenen
Beispiel eine Gesamtverlängerung von 112% und im Schaft eine Verlängerung von 410% auf.

Bei dem beschriebenen Beispiel sind die Abmessungen des Rohlings j angenommen, aber typisch. Die Abmessungen des Verbindungsglieds, ; das durch Gesenkschmieden des Rohlings erzeugt wird, sind unter j

der Annahme berechnet, daß das Volumen des Schafts nach dem Gesenkschmieden dasselbe ist wie das Volumen vor dem Gesenkschmie-

j den.

; In der Praxis werden aufgrund von Variationen in den Abmessungen
der Gußstücke und Variationen beim GesenkschmiedeVorgang beträchtliche Dimensionstoleranzen hingenommen. Konkret ist es
möglich, einzelne Verbindungsglieder herzustellen, die in der

: Länge, zwischen den Punkten 23 und 34 gemessen, um nicht mehr

als 1" (2,4 cm) über und nicht mehr als 1/2" (1,2 cm) unter

der Nominallänge liegen. Zwei Verbindungsglieder, die um weniger . als 1/8" (etwa 0,3 cm) in der Länge voneinander abweichen, werden als aufeinander abgestimmtes Paar angesehen. Sie werden mit derselben Fabrikationsnummer zur Identifikation und zum Gebrauch alsj

Paar markiert.

Der Gußrohling kann zur Herstellung des längsten, herzustellenden Verbindungsgliedes ausgelegt werden. Bei der Herstellung
von kürzeren Verbindungsgliedern wird der Schaft des Gußstücks
abgedreht oder in anderer Weise auf eine bestimmte Größe gebracht

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welche beim darauffolgenden Gesenkschmieden des Schafts auf die Nominalgröße die angegebene kürzere Länge ergibt.

Ein Beispiel für diese Verfahrensweise ist folgendes: Der Schaft eines gegossenen Rohlings mit den Abmessungen, die für das obere

j erste Beispiel angegeben wurden, wird auf einer Drehbank auf

einen Durchmesser von 8-1/4" (etwa 20 cm) abgedreht. Der bearbei-

tete Schaft wird dann auf einen Durchmesser von 3,5" (8,5 cm) '. herunter geschmiedet. Das sich ergebende Verbindungsglied bej sitzt die folgenden Abmessungen:

j Gesamtlänge 309 cm (127-3/4")

j Länge des Schafts zwischen den

\ kleineren Basen 16 und 17 193 cm (79-3/4") ^;

Durchmesser des Schafts 8,5 cm (3,5")

Bei diesem Beispiel ist die Gesamtverlängerung 94 %, die Verlängerung des Schafts 343%. Die Dimensionsveränderungen dieses Beispiels sind gerechnet.

Wenn der Verfahrensschritt der maschinellen Bearbeitung des Schafts ausgeführt wird, um kürzere Verbindungsglieder herzustellen, sind die so erzeugten Verbindungsglieder im allgemeinen von gleichförmiger Länge als diejenigen, die direkt aus den Gußstücken hergestellt werden. Dies beruht darauf, daß die maschinell bearbeitenden Schäfte gleichförmigere Durchmesser als die gegossenen Schäfte besitzen. Die kürzeren Verbindungsglieder werden in Paaren aufeinander abgestimmt, wie dies

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zuvor für die direkt aus den Gußstücken hergestellten Verbin- ! dungsglieder beschrieben wurde.

Nach dem Schmieden des Schafts v/erden von den Verbindungsgliedern Unregelmäßigkeiten entfernt. Sie werden dann wärmebehandelt, indem sie auf die geeignete Temperatur gebracht und danach in ! Öl abgeschreckt werden. Danach werden die Verbindungsglieder an-

! gelassen, indem sie auf eine bestimmte Temperatur wieder erwärmt

und in der Atmosphäre abgekühlt v/erden. Dabei werden ihnen die ί erwünschten physikalischen und mechanischen Eigenschaften ver-

liehen; gleichzeitig wird die Struktur des Stahls gefrischt.Diese j Wärmebehandlung und Anlassung sind dem Fachmann wohl bekannt und in der oben angegebenen Veröffentlichung der Bethlehem Steel Corporation beschrieben. Dort sind die Wärmebehandlungen von

\ Legierungsstählen auf den Seiten 38 bis 41 und die Eigenschaften und Daten für AISI Stahl 4140 auf den Seiten 122 und 123 angege- ! ben.

Nach dem Anlassen wird der Zunder entfernt, die Verbindungsglieder werden inspiziert unter Verwendung von nicht zerstörenden Testverfahren, beispielsweise durch Magnettesten und radiografische Inspektion. Die Verbindungsglieder werden, falls gewünscht, lackiert.

Nach dem vorliegenden Verfahren werden die oberen und unteren Augen durch Gießen und der Schaft sowohl durch Gießen als auch durch Schmieden hergestellt. Beim aus der US-Patentschrift 1 756 376 bekannten Verfahren muß das gesamte Verbindungsglied ',

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geschmiedet und die Öffnungen in den oberen und unteren Augen

! müssen eingeschnitten werden. Daher bedeutet das vorliegende J Verfahren weniger Arbeit bei der Handhabung und Manipulation S der Verbindungsglieder v/ährend des Schmiedens; es müssen keine

; öffnungen für die Augen mehr eingeschnitten werden; auch müssen die Augen selbst nicht mehr geschmiedet v/erden.

Das erfindungscjemäße Verfahren ist zur Herstellung von Elevator-Verbindungsgliedern innerhalb eines großen Längenbereiches geeignet, wobei dennoch nur ein Modell einer einzigen Größe erforderlich ist. Dieses Modell ist relativ kurz, was die Verwendung I von Formkästen geringer, bequemer Abmessungen erlaubt. Die relatiir

kompakte Konfiguration des Modells und der Gußform erleichtern j

ι die Form- und Gießvorgänge und ermöglichen die Herstellung von j

Gußstücken hervorragender Qualität. ;

Der Schaftabschnitt des Gußstücks und der Schaft des Verbindungsgliedes, wie sie hier beschrieben sind, besitzen kreisförmigen Querschnitt. Es versteht sich, daß auch andere Querschnittsformen, beispielsweise eine ovale, hexagonale und ähnliche Querschnitt sformen möglich sind. Daher ist der Ausdruck "Durchmesser", wie er hier für den Schaft verwendet wird, breit als Parameter für den Querschnitt zu verstehen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

[ 1.JVerfahren zur Herstellung eines einstückigen Elevator-Verbindungsgliedes mit einem Auge an jedem Ende, charakterisiert durch die folgenden Schritte:

Gießen eines einstückigen Rohlings (10) für das Elevator-VerbindungagLied aus einem Legierungsstahl mit einem Schaftabschnitt (20), mit einem ersten Auge (18) am einen Ende und einem zweiten Auge (28) am anderen Ende, wobei die Augen (18,28) im wesentlichen die Gestalt und Form der Augen (18,28) besitzen, die für das fertig gestellte Elevator-Verbindungsglied (10a) erwünscht werden und wobei der Schaftabschnitt (20) einen Durchmesser besitzt, der wesentlich größer als der Durchmesser ist, der für das fertig gestellte Verbindungsglied (10a) erwünscht wird, und eine Länge, die wesentlich geringer ist als die Länge, die für den Schaft (20a) des fertig gestellten Verbindungsglieds (10a) erwünscht wird;

Warmbearbeiten des Schaftabschnitts (20) zur Verringerung des Durchmessers und zur entsprechenden Verlängerung, bis die Entfernung zwischen den inneren distalen Punkten (23,34) der Augen (18,28) im wesentlichen diejenige ist, die bei dem fertig gestellten Elevator-Verbindungsglied (10a) erwünscht wird. |

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Metall von dem Schaftabschnitt (20) vor dem Warmbearbeitungsschritt entfernt wird, wodurch anfänglich der Durchmesser des Schaftabschnitts (20) reduziert wird, und daß der Warmbearbeitungsschritt den Durchmesser des Schaftabschnitts (20) weiter reduziert und diesen entsprechend verlängert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied so geformt wird, daß der Schaftabschnitt (20) kegelstumpfförmige, konische Abschnitte (12,13) an jedem Ende aufweist, die in die Augenabschnitte (18,28) übergehen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das warm bearbeitete Verbindungsglied (10a) wärmebehandelt und angelassen wird.
5. Rohling für ein Elevator-Verbindungsglied, gekennzeichnet durch ein einstückiges Legierungsstahl-Gußstück mit einem Schaftabschnitt (20), mit einem ersten Auge (18) am einen Ende und einem zweiten Auge (28) am anderen Ende, wobei die Augen (18,28) jeweils im wesentlichen die Größe und Form der Augen (18,28) besitzen, die für das fertiggestellte Elevator-Verbindungsglied (10a), das aus dem Rohling hergestellt werden soll, erwünscht werden; wobei der Schaftabschnitt (20) einen Durchmesser besitzt, der wesentlich größer als der Durchmesser ist, der für den Schaft (20a) des fertiggestellten Verbindungsglieds (10a) erwünscht wird, und eine Länge, die wesent-

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lieh kleiner als die Länge, die für den Schaft (2Oa) des ' fertiggestellten Verbindungsglieds (1Oa) erwünscht wird, ist; , und wobei der Rohling (10) so ausgebildet ist, daß sein Schaftabschnitt (20) warmbearbeitet werden kann, wodurch dessen Durchmesser verringert und dieser entsprechend verlängert wird, bis die Entfernung zwischen den inneren distalen Abschnitten (23,34) der Augen (18,28) im wesentlichen derjenige ist, der für das fertiggestellte Elevator-Verbindungsglied (10a) spezifiziert ist.

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