DE3700758A1 - Verfahren zur formung eines gewindes und rohrkoerper mit gewinde - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Rohrkörper entsprechend den Ober­ begriffen der Ansprüche 4 und 5 sowie auf Anwendungen entsprechend den Ansprüchen 7 und 8.

Es ist üblich, die Verlängerungsstangen von Gebirgsankern, Bohrstangen und dergleichen durch Schraubenverbindungen untereinander zu verbinden. Hierzu weisen die beiden ein­ ander gegenüberstehenden, miteinander zu verbindenden Bohrstangen- bzw. Gebirgsankerteile ein Außengewinde auf und werden mittels einer ein entsprechendes Innengewinde aufweisenden Verbindungsmuffe aneinandergesetzt. Insbeson­ dere bei Bohrstangen dienen diese Gewindeabschnitte gleich­ zeitig als Kupplungsstellen für die Ankupplung eines Bohr­ hammers oder eines sonstigen Antriebsaggregates. Um die leichte Handhabbarkeit dieser Gewindeverbindung ange­ sichts der hohen aufzunehmenden Belastungen auch bei starker Verschmutzung zu ermöglichen, wird üblicherweise von einem Rundgewinde oder einem angenäherten Rundgewinde Gebrauch gemacht.

Es ist bekannt, ein Innengewinde derartiger Verbindungs­ muffen durch einen Zerspanungsvorgang, insbesondere durch Gewindeschneiden bzw. herzustellen. Von Nachteilen ist hierbei jedoch nicht nur der Umfang der zu leistenden Zerspanungsarbeit, sondern auch die durch das abgespante Werkstoffvolumen bedingte Querschnittsschwächung der Muffe sowie die durch die Zerspanung bedingte Kerbwirkung insbesondere im Grund der einzelnen Gewindegänge, durch welche die Dauerfestigkeit der Muffe erheblich beein­ trächtigt wird.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur spanlosen Formung eines Gewindes und einen ein Gewinde tragenden Rohrkörper zu konzipieren, welche jeweils einfach durchführbar bzw. herstellbar sind, insbesondere mit geringen Herstellungskosten verbunden sind und die Bereitstellung einer eine hohe Festigkeit gewährleistenden Schraubverbindung ermöglichen. Diese Aufgabe, soweit das Verfahren betroffen ist, wird bei einem gattungsggemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungswesentlich ist, daß bei einem an sich bekannten spanlosen Umformvorgang durch das jeweilige, in die eine Seite des rohrförmigen Grundkörpers eingreifende Umformwerkzeug das herzustel­ lende Gewinde nur mittelbar geformt wird, da als dieses bei einem beispielsweise außenseitigen Verformungsein­ griff das sich innenseitig ergebende Abbild dieser Ver­ formung gilt. Bei der Herstellung einer Muffe kann somit von einem glatten Rohrstück ausgegangen werden, welches durch außenseitige Verformung ein Innengewinde erhält, dessen Profil demjenigen eines Rundgewindes ähnelt. Die Abmessungen des ursprünglich glattwandigen Ausgangsteils sind in Abhängigkeit von den Abmessungen des Gegengewindes, auf welches die Muffe aufgeschraubt werden soll, derart bemessen, daß sich ein Mindestspiel zwischen den, mitein­ ander in Eingriff bringbaren Gewindegängen ergibt. Von besonderem Vorteil ist, daß sich das auf diese Weise geformte Innengewinde in einem einzigen Verformungsgang herstellen läßt. Im Vergleich zu einem Gewindeschneidvorgang lassen sich so die Herstellungskosten einer mit Innengewinde versehenen Muffe erheblich senken.

Die Herstellung eines Innengewindes in einer Muffe gemäß Anspruch 2 stellt den wichtigsten Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Grundsätzlich können alle spanlosen Umformverfahren bei der Herstellung einge­ setzt werden, und zwar sowohl Warmumform- als auch Kalt­ umformverfahren. Besonders vorteilhaft, insbesondere aufgrund der erzielbaren geringen Toleranzen sowie der durch die Umformung bedingten Werkstoffverfestigung sind jedoch die Kaltumformverfahren.

Die Merkmale des Anspruchs 3 bringen den Vorteil mit sich, daß das gleiche Arbeitsverfahren sowohl für die Herstellung des Innengewindes als auch für die Herstellung des mit diesem zusammenwirkenden Außengewindes eingesetzt werden kann, wobei lediglich das Umformwerkzeug zwecks Anpassung an die gekrümmten Gewindeflanken des Innengewindes sowie zur Einstellung eines notwendigen Spiels zwischen Innen- und Außengewinde geringfügig angepaßt werden muß.

Besonders vorteilhaft ist entsprechend dem Anspruch 7 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von Verbindungsmuffen, die bei der Ankupplung von Verlängerungsstangen eines Gebirgsankers, einer Bohrstange oder dergleichen Verwendung finden. Es wirkt sich in diesen, durch eine extrem hohe mechanische Belastung charakterisierten Fällen insbesondere der Umstand aus, daß die Verbindungs­ muffe durch den vorangegangenen Umformprozeß verfestigt ist und demzufolge eine hohe Festigkeit aufweist. Auch muß in diesen Anwendungsfällen aufgrund der zu erwarten­ den starken Verschmutzung ein Rundgewinde oder ein diesem ähnlicher Gewindetyp eingesetzt werden, um unter den anstehenden Betriebsbedingungen eine einwandfreie Hand­ habung sicherzustellen. Da das erfindungsgemäße Herstell­ verfahren mit einem Fließen des Werkstoffs verbunden ist, ist es naturgemäß - ohne Nachbearbeitung der jeweiligen Verformungskontur - auf die Herstellung solcher Gewinde­ arten beschränkt, bei denen keine spitzwinkligen Kanten wie beispielsweise bei einem metrischen Gewinde zu er­ stellen sind. Zweckmäßigerweise sind im Falle von Bohr­ stangen deren gesamte Außenkontur einschließlich derjenigen der Verbindungsmuffe mit Gewindeeinformungen versehen, so daß bei engen Bohrlöchern die außenseitige Abführung bzw. Abschwemmung des Bohrkleins erleichtert wird.

Sehr vorteilhaft ist entsprechend dem Anspruch 8 die An­ wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei der Her­ stellung von Verbindungsmuffen, die bei Kanalstreben ein­ gesetzt werden. Es wirkt sich hier der Umstand günstig aus, daß die erfindungsgemäßen Verbindungsmuffen praktisch belie­ big lang ausgebildet werden können. Hieraus folgt neben einer guten Führung der Gewindespindeln auch eine ver­ schleißgünstige Konstruktionsform.

Die eingangs geschilderte Aufgabe, soweit sie einen mit einem Gewinde versehenen Rohrkörper sowie eine Gewinde­ verbindung als solche betrifft, ist bei einem gattungs­ gemäßen Rohrkörper sowie einer gattungsgemäßen Gewinde­ verbindung entsprechend den Ansprüchen 5 bis 8 durch die kennzeichnenden Merkmale dieser Ansprüche gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel einer Gewindeverbindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines gleichzeitig als Bohrstange benutzten Gebirgsankers;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Ansicht einer erfindungsgemäßen Verbindungsmuffe;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Verbindungsmuffe gemäß Fig. 2 in einer Schnittebene III-III;

Fig. 4 eine schematische, anhand eines Ausschnittes wiedergegebene erfindungsgemäße Gewindeverbindung;

Fig. 5 eine erfindungsgemäße auf einen Einsatz bei einer zweiseitigen Kanalstrebe ausgerichtete Verbindungsmuffe.

Mit 1 ist in Fig. 1 das bohrlochseitige Endteil eines Gebirgsankers bezeichnet, der gleichzeitig als Bohrstange benutzt wird. Dieses Endteil 1 ist somit ein Rohrkörper, welcher auf seinem, der Bohrsohle zugekehrten Ende eine an sich bekannte Bohrkrone 2 trägt. Die Bohrkrone 2 ist in zeichnerisch nicht dargestellter Weise mit einer zentralen Bohrung versehen, welche der Führung eines Spülmediums dient. Diese Bohrung steht mit dem Innenraum des Endteils 1 in leitender Verbindung.

Das Endteil 1 bzw. der Rohrkörper 1 weist einen Gewinde­ abschnitt 3 auf, der über eine Verbindungsmuffe 4 an eine Verlängerungsstange 5 angeschlossen ist. Die Verlängerungs­ stange 5 trägt einen Gewindeabschnitt 6. Die Verlängerungs­ stange 5 ist im übrigen wie das Endteil 1 als Rohrkörper ausgebildet. Grundsätzlich können mehrere derartige Ver­ längerungsstangen 5 aneinandergesetzt und damit die Gesamtlänge des Gebirgsankers in weiten Grenzen den jeweiligen An­ forderungen angepaßt werden. Auch die Darstellung des im Bereich des bohrlochseitigen Endes befindlichen Ab­ schnitts des vorliegenden Gebirgsankers, an welchem während des Bohrbetriebes ein Bohrhammer oder ein sonsti­ ges Antriebsaggregat angekuppelt ist, ist aus Gründen der zeichnerischen Übersichtlichkeit verzichtet worden.

Die als Außengewinde ausgebildeten Gewindeabschnitte 3, 6 auf den Rohrkörpern 1, 5 sowie das mit diesen zusammen­ wirkende, in Fig. 1 zeichnerisch nicht dargestellte Innengewinde der Verbindungsmuffe 4 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als angenähertes Rundgewinde ausge­ bildet, welches trotz der beim Bohrbetrieb anstehenden starken Verschmutzungen eine problemlose Handhabung er­ möglicht. Erfindungsgemäß ist das Innengewinde der Ver­ bindungsmuffe 4 durch eine spanlose Formgebung, hier durch eine Kaltverformung hergestellt, bei welcher durch ein Verformungswerkzeug auf der Außenseite 7 der Verbin­ dungsmuffe 4 das in Fig. 1 gezeigte Profil hergestellt wird, wobei das Innengewinde durch eine, zu dem außen­ seitigen Profil komplementäre, innenseitig wirksame Ma­ terialverdrängung gebildet wird. Hierauf soll im folgen­ den unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 näher einge­ gangen werden. Wie die in Fig. 2 gezeigte Ansicht einer Verbindungsmuffe 9 erkennen läßt, besteht die Außenseite 7 aus einer schraubenlinienförmig gewundenen, im Quer­ schnitt in etwa kreisbogenförmigen Einformung 8, wobei zwischen den einzelnen Einformungsgängen 8 glatte, nur unwe­ sentlich verformte Oberflächenabschnitte 9 verbleiben.

Fig. 3 läßt erkennen, daß durch den Verformungsprozeß auf der Innenseite 10 der Gewindemuffe sich Gewindegänge 11 bilden, deren Querschnittsgestalt im wesentlichen durch Kreisbögen bestimmt ist und welche somit als Rundgewinde angesehen werden können. Diese Gewindegänge 11 liegen unmittelbar den Einformungen 8 gegenüber. Für den Erfin­ dungsgegenstand wesentlich ist, daß die Ausbildung dieser innenseitigen Gewindegänge 11 sowohl hinsichtlich der Ge­ windetiefe als auch hinsichtlich der Steigung durch die außenseitig wirksame Verformung zumindest so genau steuer­ bar ist, daß die Gewindegänge 11 als Innengewinde bezüg­ lich eines vorgegebenen Außengewindes fungieren können, welches im vorliegenden Fall durch die Gewindeabschnitte 3, 6 gebildet wird.

Fig. 4 läßt die auf diese Weise wirksame Gewindepaarung des Innengewindes der Verbindungsmuffe 4 einerseits und des Außengewindes des Gewindeabschnittes 3 andererseits erkennen. Die Gewindeabschnitte 3, 6 sind ebenfalls durch einen Kaltverformungsprozeß hergestellt und weisen dem­ zufolge ein Profil auf, welches qualitativ demjenigen der Außenseite 7 der Verbindungsmuffe 4 entspricht.

Der Erfindungsgegenstand ist nicht auf die Anwendung bei Verbindungsmuffen von Gebirgsankern begrenzt. Er kann grundsätzlich mit Vorteil in allen den Fällen Anwendung finden, bei denen ein rohrförmiger Ausgangskörper innen­ seitig mit einem Rundgewinde oder einem vergleichbaren Gewinde versehen werden muß.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Verbindungsmuffe 4 gezeigt, die bei einer zweiseitigen Kanalstrebe Verwen­ dung finden kann und demzufolge mit zwei unterschiedlichen, nämlich gegenläufigen Gewindeabschnitten 12, 13 versehen ist. In die Endbereiche dieser Verbindungsmuffe 4 werden Gewindespindeln eingesetzt, die in an sich bekannter Weise der Abstützung von Kanalwandungen des Tiefbaus die­ nen. Diese Gewindespindeln weisen ein Außenprofil auf, welches im wesentlichen demjenigen der Rohrkörper 1, 5 der Fig. 1 entspricht, wobei diese Gewindespindeln jedoch aus Gründen der zeichnerischen Übersichtlichkeit nicht dar­ gestellt sind. Um bei einer Relativdrehung der Verbindungs­ muffe 4 gegenüber den Gewindespindeln ein Ausfahren der letzteren bzw. deren Anpressung an die abzustützenden Kanalwandungen zu bewirken, ist die Verbindungsmuffe 4 mit einer zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellten Hilfs­ einrichtung zur Einleitung einer Drehbewegung versehen. Diese Hilfseinrichtung kann im einfachsten Fall eine Boh­ rung sein, in die ein Hebel eingesetzt wird. Es kann je­ doch auf die Verbindungsmuffe 4 auch eine Mutter bzw. ein Formrohr aufgeschweißt sein, welches in Verbindung mit einem entsprechenden Werkzeug der Einleitung einer Dreh­ bewegung dient. Gegebenenfalls kann auch eine Kunststoff­ mutter an der Außenseite der Verbindungsmuffe 4 angegossen bzw. angepreßt sein.

Da die Verbindungsmuffe 4 mit dem erfindungsgemäß herge­ stellten Innengewinde praktisch beliebig lang gemacht werden kann, ist eine besonders zuverlässige, die Knick­ stabilität der Gewindespindeln von Kanalstreben verbes­ sernde Verbindungsmuffe gegeben. Gleichzeitig können auf diese Weise die Einzelteile der Kanalstrebe aufgrund der Länge der Verbindungsmuffe verhältnismäßig klein ausge­ bildet sein.

Claims (8)

1. Verfahren zur spanlosen Formung eines Gewindes in der einen Seite bzw. Mantelfläche eines rohrförmigen, zylindrischen Grundkörpers, insbesondere einer Muffe, dadurch gekennzeichnet, daß in die jeweils andere Seite des Grundkörpers Gewindegänge eingeformt wer­ den, deren durch entsprechende Verformung der jeweils anderen Seite entstehendes Abbild das zu formende Gewinde bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde auf der Innenseite (11) des Grundkör­ pers gebildet wird und daß die Gewindegänge in die Außenseite (8) vorzugsweise im Rahmen einer Kaltum­ formung durch Walzen, Rollen, Drücken oder dergleichen eingeformt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Grundform des durch die Gewindegänge der anderen Seite bzw. der Außenseite (8) des Grund­ körpers gebildeten Gewindeprofils als Gegenprofil für eine Schraubverbindung benutzt wird.

4. Rohrkörper mit Innengewinde nach Art eines angenäherten Grundgewindes, insbesondere Verbindungsmuffe (4), da­ durch gekennzeichnet, daß das Gewinde das Abbild einer außenseitig aufgebrachten gewindeartigen Verformung, beispielsweise Kaltumformung ist.

5. Rohrkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsmuffe (4) von den Stirnseiten ausgehende, gegenläufige Gewinde eingeformt sind, die sich jeweils vorzugsweise bis zur Mitte der Verbindungs­ muffe (4) erstrecken.

6. Rohrkörper mit Außengewinde nach Art eines angenäherten Rundgewindes, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenge­ winde das Abbild einer innenseitig aufgebrachten ge­ windeartigen Verformung, vorzugsweise Kaltumformung ist.

7. Anwendung eines Rohrkörpers nach Anspruch 4 bei einer Ge­ windeverbindung zwischen zwei zylindrischen, insbeson­ dere rohrartigen Bauteilen, beispielsweise Teilen eines Gebirgsankers, einer Bohrstange oder dergleichen, wobei die miteinander zu verbindenden Endabschnitte der Bauteile ein Außengewinde aufweisen, dessen Ge­ windeprofil der Grundform der in die Außenseite des die Verbindungsmuffe (4) bildenden Rohrkörpers einge­ brachten gewindeartigen Verformung entspricht.

8. Anwendung eines Rohrkörpers nach den Ansprüchen 4 und 5 bei einer Gewindeverbindung zwischen zwei zylindrischen, insbesondere rohrartigen Bauteilen, beispielsweise den Gewindespindeln einer Kanalstrebe, wobei die miteinan­ der zu verbindenden Endabschnitte der Gewindespindeln ein Außengewinde aufweisen, dessen Gewindeprofil der Grundform der in die Außenseite des die Verbindungs­ muffe (4) bildenden Rohrkörpers eingebrachten gewinde­ artigen Verformung entspricht.