DE970565C - Herstellung von Gesteinsbohrern oder Bohrgestaengen - Google Patents

Description

Bei Gesteinsbohrern und Bohrgestängen für die Herstellung von Sprenglochbohrungen zeigen sich vielfach Brüche, die auf verschiedene Einflüsse zurückzuführen sind. Hauptsächlich treten sogenannte Dauer- und Schwingungsbrüche auf, die durch die schlagende Wirkung und die Durchbiegungen bei der Arbeit veranlaßt werden. Daneben entstehen auch Brüche durch Korrosion infolge von Grubenfeuchtigkeit, Wasserspülung und in dem Spülwasser vorhandene zerstörende Mittel. Untersuchungen haben ergeben, daß beide Arten von Brüchen auf die gleiche Ursache zurückzuführen sind. Man benutzte nämlich bisher sogenannten Hohlbohrstahl, dessen Längsbohrung durch Auswalzen über einen nachgiebigen Metallkern hergestellt wird. Es ergeben sich hierbei quer zur Längsrichtung des Bohrers verlaufende Rippen und Einschnürungen, auch kommt es vor, daß die Bohrung unrund oder exzentrisch wird. Bei der Arbeit bilden sich nun infolge der Durchbiegung des Gestänges an diesen Rippen und Vertiefungen feine Risse, die zu einem vorzeitigen Bruch des Gestänges führen können und gleichzeitig auch die Zerstörung oder Schwächung des Rohres durch Korrosion erheblich begünstigen.

Zur Beseitigung der Korrosionsschäden ist versucht worden, die Längsbohrung mit einem nichtrostenden Metall, z. B. Messing oder V2A-Stahl, auszukleiden. Bohrer der letzterwähnten Art sind aber praktisch kaum verwendet worden, weil die Messingeinlagen beim Schmieden flüssig wurden und eingelegte Röhrchen aus VaA-Stahl sich beim Bohren lösten.

Die Dauer- oder Schwingungsbrüche hat man dadurch zu vermeiden oder zu verringern versucht, daß

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man zur Herstellung der in Frage stehenden Bohrer und Gestänge legierte Stähle verwendete; dies führte jedoch nicht zum Erfolg, weil der Grund der Brüche nicht in einer mangelhaften Festigkeit des Stahles, S sondern vielmehr in der Formgebung der zur Herstellung verwendeten Rohre lag.

Ein weiterer Vorschlag, die Schwingungsbrüche zu vermeiden, ging dahin, die Längsbohrung des Bohrerschaftes oder Bohrgestänges über das für die ίο Spülung erforderliche Maß hinaus zu vergrößern, ohne gleichzeitige Vergrößerung des Bohrstangenquerschnittes. Dieser Vorschlag brachte zwar einen gewissen Erfolg, hatte aber den Nachteil, daß sich durch die infolge der vergrößerten Bohrung entstehende geringere Wandstärke beim Anstauchen des Bundes und des Einsteckendes Schwierigkeiten ergaben, weil die Walzfasern zerstört wurden und dadurch wiederum ein frühzeitiger Bruch eintrat. Man konnte diesen Nachteil nur durch Teilung des Bohrgerätes in einen Schaft und einen davon unabhängigen Bohrerkopf und Einsteckende beseitigen, mußte aber dafür den Nachteil der Verbindung der drei .Teile durch konische Passungen in Kauf nehmen.

Die Erfindung bezweckt nun die Beseitigung sowohl der Dauer- und Schwingungsbrüche als auch der durch Korrosion entstehenden Brüche. Es werden daher gemäß der Erfindung zur Herstellung der in Frage stehenden Gesteinsbohrer und Bohrgestange an Stelle des bisher benutzten Hohlbohrstahls Rohre gleichmäßiger Wandstärke verwendet, die in einem oder mehreren Arbeitsgängen, z. B. Schmieden, Walzen oder Ziehen, kalt oder warm hergestellt und innen und außen mit verfestigten und verdichteten Oberflächen versehen sind. Die der Oberiläclienverfestigung nachfolgenden Erwärmungen bzw. Verformungen haben "keinen nachteiligen Einfluß auf die im vorliegenden Fall erstrebte Wirkung. Ein grobkrisitallines Gefüge, das schädlich wäre, tritt beim Meiden der es herbeiführenden kritischen Kaltverarbeitungsgrade bzw. Erwärmungsbereiche nicht ein.

Die Herstellung derartiger Rohre ist an sich bekannt, und man hat sie auch schon zur Herstellung von Bohrgestängen benutzt, aber lediglich als ein beiderseits offenes Rohr, an dem an dem einen Ende ein Bohrer und an dem anderen Ende ein Hämmernippel, bestehend aus Bund, Spülkopfsitz und Einsteckende, durch eine konische Bohrung befestigt wurde. Im Gegensatz hierzu handelt es sich bei der Erfindung um einen Bohrer, bei dem das Einsteckende, der Bund und der Spülkopf durch Stauchen oder Schmieden aus" dem Schaftmaterial des Rohres geformt sind. Die Anwendung derartiger Rohre für den angegebenen Zweck ist jedoch neu mit dem Erfolg, daß dadurch die durch die bisher vorhandenen Rippen und Vertiefungen eingeleiteten Rißbildungen weitgehend vermieden werden.

Wenn die Rohre in entsprechender Weise bemessen sind, kann man hierbei auch den Fehler der bisherigen Ausführungen vermeiden, daß beim Anstauchen die Walzfasern durch eine starke Knickung zerstört wurden. Die geknickten Walzfasern bewirkten sonst ebenfalls frühzeitige Brüche. Gleichzeitig kann man durch die Wahl eines geeigneten Querschnittes das Einlegen von Stiften beim Schmieden des Einsteckendes vermeiden.

Durch die genaue Ausbildung der Längsbohrung und die gleichmäßige Wandstärke der in der angegebenen Weise behandelten Rohre ist es auch möglieh, den Teilen der Bohrer, die bei der Bohrarbeit am stärksten beansprucht werden, eine genaue Form und gleichmäßige Stärke zu geben.

Besonders vorteilhaft ist es, die Wärmebehandlung der Bohrgestänge zum Schmieden der Einsteckenden und zur Härtung und Vergütung in einem Hochfrequenz-Induktionsgerät vorzunehmen und die Bohrstähle über Rollen und Haltevorrichtungen möglichst in senkrechter Richtung durch die Heizzone zu führen. Es ist an sich bekannt, zum Zweck einer örtlichen Erhitzung für die Verarbeitung oder Vergütung von Werkstücken die Hochfrequenz-Induktionserhitzung zu wählen und längere Werkstücke zur Vermeidung von Durchbiegungen beim Erwärmen senkrecht zu führen und in dieser Rieh- 8g tung unmittelbar aus der Erhitzungsanlage in das Kühlmittel zu bringen.

Üblicherweise wurden die Rohre auf besonderen Fahrgestellen in Horizontalofen erwärmt. Es ergaben sich dabei Durchhänge und Verbiegungen, insbesondere beim Einbringen in das ölbad, auch war die Erwärmung vielfach nicht gleichmäßig.

Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung, und zwar ist

Abb. ι ein geschmiedetes oder gewalztes oder blank gezogenes Rohr, das zur Herstellung des Bohrers dient;

Abb. 2 ist ein Querschnitt durch Abb. 1 in vergrößertem Maßstab;

Abb. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein außen sechskantig geformtes Rohr;

Abb. 4 ist der aus diesem Rohr hergestellte Gesteinsbohrer mit angestauchtem Bund, Spülkopfsitz und Einsteckende an der einen Seite und einem angestauchten Bohrerkopf an der anderen Seite; Abb. 5 ist ein Längsschnitt durch Abb. 4; Abb. 6 ist eine Seitenansicht eines Bohrers entsprechend der Abb. 4, nur ist hier an Stelle des angesiauchten Bohrerkopfes ein konischer Zapfen vorgesehen, an dem ein Bohrerkopf lösbar befestigt wer- no den kann;

Abb. 7 ist eine ähnliche Ausführung, jedoch ist an Stelle eines Vollkonus zur Aufnahme des Bohrerkopfes ein Hohlkonus gezeigt;

Abb. 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochfrequenz-Induktionsheizeinrichtung zur Erwärmung der Bohrer;

Abb. 9 ist ein Diagramm, aus dem die zu verwendenden Rohrquerschnitte zu entnehmen sind.

In Abb. .1 ist ein an sich bekanntes Rohr 1 gezeigt, iao das durch Schmieden, Walzen oder Blankziehen hergestellt ist. Da dieses Rohr bei der Herstellung nicht nur an der Oberfläche 2, sondern auch an der Innenwandung 3 der Bohrung 4 mindestens einem die Fläche verfestigenden und verdichtenden Arbeits- ias gang unterworfen ist, sind bei diesem Rohr keiner-

lei quer zur Bohrrichtung verlaufende Rippen oder Vertiefungen vorhanden. Um die Genauigkeit zu erhöhen und alle Flächenteilchen nach einer Richtung auszurichten, ist es vorteilhaft, ein Kalibrieren und Glätten des Bohrers mittels eines Hartmetallkernes vorzunehmen. Es wird hierbei nicht nur der Außendurchmesser des Bohrers genau kreisrund, sondern auch der Innendurchmesser hat eine solche Form und ist genau konzentrisch zu dem Außendurchmesser, so daß sich eine gleichmäßige Wandstärke 5 ergibt. Es können runde Rohre verwendet werden oder auch solche mit einem polygonalen Querschnitt 6, z. B. sechskantige Rohre, wie ein solches im Querschnitt in Abb. 3 gezeigt ist.

Bei der Wahl der Außendurchmesser der Rohre geht man von dem normalisierten Durchmesser des Spülkopfsitzes aus. Der Außendurchmesser entspricht also dem gewünschten Durchmesser des Spülkopfsitzes zusätzlich einer kleinen Bearbeitungszugabe von etwa 1 mm für das Schleifen. Es ist in diesem Falle ein Anstauchen oder Schmieden des Spülkopfsitzes nicht erforderlich, vielmehr wird dieser nur abgeschliffen, und lediglich das Einsteckende und der Bund und gegebenenfalls der Bohrerkopf werden angeschmiedet oder angestaucht. Es ist an sich bekannt, den Rohrdurchmesser beim Herstellen von Bohrrohren annähernd gleich dem Durchmesser des Spülkopfsitzes zu wählen.

Abb. 4 zeigt das Rohr nach der Bearbeitung. Der Spülkopfsitz 8 ist nicht angestaucht, sondern nur außen abgeschliffen, der Bund 7 und das Einsteckende 9 sind durch Stauchen und Schmieden aus dem Schaftmaterial des Rohres "hergestellt. Da infolge der geeigneten Wahl des äußeren Durchmessers und einem entsprechenden Innendurchmesser der Rohre genügend Material vorhanden ist, kann das Anstauchen des Bundes erfolgen, ohne daß die Walzfasern so geknickt oder in ihrer Lage verändert werden, daß eine Bruchgefahr besteht; insbesondere wird die Bruchgefahr auch dadurch vermieden, daß die Wandstärke des Rohres über seinem ganzen Umfang gleichmäßig ist. Das Einsteckende kann aus dem gleichen Material geschmiedet werden, ohne daß es notwendig ist, einen Stahlstift od. dgl. zur Ergänzung des erforderlichen Werkstoffes einzusetzen. Der Spülkopfsitz ist in der üblichen Weise mit einer Wasserzuführungsbohrung 10 versehen, die genau in der Längsbohrung 4 ausläuft.

Natürlich kann man den Erfindungsgedanken auch für Bohrer verwenden, die an Bohrhämmern verwendet werden sollen, bei denen die Wasserspülung durch den Hammer erfolgt. Der Spülkopfsitz kommt dann in Fortfall, und es wird nur der Bund und das Einsteckende angestaucht bzw. angeschmiedet. Der Bohrerkopf 11 (Abb. 4 und 5), an den in üblicher Weise die Hartmetallschneiden angebracht werden, kann gleichfalls aus dem Schaftmaterial des Rohres gestaucht und geschmiedet werden; man kann aber auch, wie in Abb. 6 und 7 gezeigt, den Schaft an dem Bohrerkopfende mit einem Vollkonus 14 oder einem Hohlkonus 15 versehen, der zur Verbindung mit dem getrennt hergestellten Bohrerkopf dient.

Durch die Herstellung der Bohrer in der beschriebenen Weise wird, wie schon eingangs erwähnt, ihre Lebensdauer erheblich erhöht; man hat dadurch die Möglichkeit, auch bei Bohrern, bei denen der Bohrerkopf in der in Abb. 4 und S ersichtlichen Weise durch Anstauchen und Schmieden hergestellt ist, die Hartmetalleinsätze bis zu ihrer vollständigen Abnutzung aufzubrauchen. Zum Durchlaß der Spiilflüssigkeit oder zum Absaugen des Bohrmehls sind an dem Bohrkopf Bohrungen 13 vorgesehen.

Wesentlich ist, daß die Erwärmung der Rohre zum Schmieden und Stauchen und zum Zwecke der Vergütung oder Härtung so erfolgt, daß die genaue Form der Rohre beibehalten wird, insbesondere die Rohre nicht verbogen oder ungleichmäßig gehärtet werden. Um dies zu erreichen, kann gemäß der Erfindung die Erwärmung durch eine Hochfrequenz-Induktionsanlage vorgenommen werden, wie sie schematisch in Abb. 8 gezeigt ist. Die Rohre werden in senkrechter Richtung durch die Heizzone 16 geführt, hier auf die erforderliche Temperatur erhitzt und sofort kurz unterhalb dieser Zone in einem öl- oder Wasserbad 17 abgeschreckt. Die erhitzten Rohre können also keinerlei Formänderung erfahren, insbesondere ist ein Verbiegen unmöglich. Außerdem erfolgt eine Ersparnis an Wärme dadurch, daß nur das Rohr selbst durch den Hochfrequenzstrom erhitzt wird und kein Ofen erhitzt zu werden braucht.

Vorzugsweise bringt man ein Meßgerät 18 an, das in an sich bekannter Weise- die Vorschubgeschwindigkeit des Rohres 1 durch die Heizzone und damit die Temperatur regelt, auf die das Rohr erhitzt wird.

Die zweckmäßig bei der Herstellung derartiger Bohrer verwendeten Rohrabmessungen lassen sich am besten aus dem in Abb. 9 gezeigten Diagramm entnehmen. In diesem Diagramm sind als Ordina- 10c ten die Außendurchmesser auf der einen Seite bei kreisförmigem Querschnitt, auf der anderen Seite bei sechskantigem Querschnitt in Millimetern angegeben und als Abszissen die mittlere Bohrung. Die eingezeichneten Kurven lassen erkennen, wie bei Wahl eines bestimmten Außendurchmessers und eines bestimmten Durchmessers des Einsteckendes zweckmäßig die mittlere -Bohrung gewählt wird, um eine schädliche Knickung der Walzfaseru zu vermeiden, no

Soll z. B. ein Bohrer hergestellt werden, dessen Spülkopfsitz im Fertigzustand einen Durchmesser von 25 mm aufweist, und rechnet man als Bearbeitungszugabe einen Betrag von 1 mm, so muß man also ein Rohr mit einem äußeren Durchmesser von 26 mm bzw. bei einem Sechskantrohr einen Flächenabstand von 26 mm wählen.

Das Einsteckende ist im allgemeinen vierkantig, sechskantig oder rund. Für alle drei Fälle zeigen die Kurven den erforderlichen Innendurchmesser. Bei dem erwähnten Spülkopfsitz von 25 mm geht man von der Zahl 26 an der linken Seite des Diagramms aus; man findet dann, wenn das Einsteckende beispielsweise ein Vierkant von 18,5 mm Seitenlänge sein soll, auf der zugehörigen Kurve, in dem Diagramm die unterste Kurve, einen Schnittpunkt mit

dieser, der bei einer Abszisse von ungefähr 15,3 liegt. In diesem Falle würde also der Innendurchmesser 15,3 mm betragen. Es ist dies aber der Höchstdurchmesser der Innenbohrung, der gewählt werden darf, um noch einen ausreichenden Mindestquerschnitt für das Stauchen und Schmieden zu erhalten. Vorzugsweise bleibt man unter diesem Durchmesser, man würde also bei dem erwähnten Beispiel etwa einen Innendurchmesser von 8 bis 14 mm wählen.

Bei einem Sechskanthohlbohrrohr von 25 mm Flächenabstand muß man ebenfalls von der Zahl 26 auf der rechten Seite des Diagramms ausgehen. Soll das Einsteckende 22 mm Sechskant sein, so sucht man den Schnittpunkt der von der rechten Zahl 26 ausgehenden Abszisse mit der zweiten Kurve von unten und erhält den Punkt 14. Es würde also in diesem Falle eine innere Bohrung von 14 mm als Höchstmaß gewählt werden dürfen. Zweckmäßig nimmt man in diesem Falle eine Bohrung von 7 bis 11 mm. Man kann bei einer solchen Wahl des Querschnittes sicher sein, daß das Einsteckende und der Bund und gegebenenfalls auch der Bohrerkopf ohne schädliche Knickung der Walzfasern durch Schmiedten oder Stauchen angearbeitet werden können.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Die Verwendung von Rohren gleichmäßiger Wandstärke, die in einem oder mehreren Arbeitsgängen, wie Schmieden, Walzen oder Ziehen, kalt oder warm hergestellt und innen und außen mit verfestigten und verdichteten Oberflächen versehen sind, für die Herstellung von Gesteinsbohrern oder Bohrgestängen, bei denen der Bund, das Einsteckende und gegebenenfalls auch der Spülkopf und der Bohrerkopf durch Anstauchen und Schmieden geformt werden.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Gesteinsbohrern oder Bohrgestängen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Bohrers zum Anstauchen und Schmieden und zur Vergütung oder Härtung durch Hochfrequenz-Induktiansstrom erfolgt und daß das erhitzte Rohr in der gleichen Richtung unmittelbar nach seiner Erwärmung in die Kühlzone gelangt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Bohrrohres bei der Erwärmung und in die Kühlzone hinein in senkrechter Richtung erfolgt.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Steuerung, die durch den jeweiligen Grad der Erwärmung des Rohres beeinflußt wird und die Vorschubgeschwindigkeit steuert.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 503 309; französische Patentschrift Nr. 962 913; USA.-Patentschriften Nr. 2 254 700, 2 354 656;

   Werkstoff-Handbuch Stahl u. Eisen, 2. Auflage, 1944, E 1—2;

   Stähl und Eisen, Werkstoff-Handbucih von Daeves, 1944, E 21—5;

   Zeitschrift »Glückauf«, 86. Jahrgang, Heft 45/46, S. 1110;

   VDI-Zeitschrift, 1950, Bd. 92, Nr. 12, vom 21. April 1950, S. 285 bis 290;

   Dubbelj Taschenbuch für den Maschinenbau, 10. Auflage, 1949, S. 446;

   »Das technische Eisen« von Dr.-Ing. Paul Oberhoffer, 3. Auflage, 1936, S. 371, 372; Betriebsanweisung der Fa. Flottmann Nr. PA vom 24. Mai 1937.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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