DE3700758C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren ent­ sprechend dem Oberbegriff des Anspruchs.

Es ist üblich, die Verlängerungsstangen von Ge­ birgsankern, Bohrstangen und dergleichen durch Schraubenverbindungen untereinander zu verbinden. Hierzu weisen die beiden einander gegenüberstehenden, miteinander zu verbindenden Bohrstangen, bzw. Ge­ birgsankerteile ein Außengewinde auf und werden mittels einer ein entsprechendes Innengewinde auf­ weisenden Verbindungsmuffe aneinander gesetzt. Ins­ besondere bei Bohrstangen dienen diese Gewindeab­ schnitte gleichzeitig als Kupplungsstellen für die Ankupplung eines Bohrhammers oder eines sonstigen Antriebsaggregates. Um die leichte Handhabbarkeit dieser Gewindeverbindung angesichts der hohen auf­ zunehmenden Belastungen auch bei starker Verschmutzung zu ermöglichen, wird üblicherweise von einem Rund­ gewinde oder einem angenäherten Rundgewinde Gebrauch gemacht.

Es ist bekannt, ein Innengewinde derartiger Verbindungs­ muffen durch einen Zerspanungsvorgang, insbesondere durch Gewindeschneiden herzustellen. Von Nachteil ist hierbei jedoch nicht nur der Umfang der zu leistenden Zerspanungs­ arbeit, sondern auch die durch das abgespante Werkstoff­ volumen bedingte Querschnittsschwächung der Muffe sowie die durch die Zerspanung bedingte Kerbwirkung insbesondere im Grund der einzelnen Gewindegänge, durch welche die Dauerfestigkeit der Muffe erheblich beeinträchtigt wird.

Aus der FR-PS 13 73 178 ist ein Verfahren zur Herstellung des Innengewindes eines rohrförmigen, verhältnismäßig dünnwandigen Grundkörpers bekannt, gemäß welchem der Grundkörper axial über einen sich drehenden, mit Außen­ gewinde versehenen Gewindedorn geschoben wird, wobei die Wandungen des Grundkörpers mittels außenseitig umlaufender Drückwalzen in das gesamte Außengewindeprofil gedrückt werden. Da bei diesem Verfahren eine Relativbewegung zwischen dem Gewindedorn einerseits und dem Grundkörper andererseits vorausgesetzt wird, ist dessen Verwendung bei höheren Wandstärken des Grundkörpers, insbesondere bei größeren Längen des Gewindes problematisch, und zwar aufgrund der den entsprechend höheren Verformungskräften zugeordneten Reibungskräfte. Es ist somit die Anwendung dieses bekannten Verfahrens bei vergleichsweise dick­ wandigen Rohrkörpern wie z. B. Verbindungsmuffen für die Verlängerung von Bohrstangen und Gebirgsankern des Stollen- bzw. Tunnelbaus kaum möglich.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur spanlosen Formung eines Innengewindes zu konzipieren, welches einfach und kostengünstig durchführbar ist, die Bereitstellung einer eine hohe Festigkeit gewährleisten­ den Schraubverbindung ermöglicht und insbesondere bei der Herstellung von Langgewinden von vergleichsweise starkwandigen rohrförmigen Grundkörpern verwendbar ist. Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch angegebene Erfindung gelöst.

Erfindungswesentlich ist, daß bei einem an sich bekannten spanlosen Umformvorgang durch das in die Außenseite des rohrförmigen Grundkörpers eingreifende Umformwerkzeug das herzustellende Gewinde nur mittelbar geformt wird, da als dieses das sich innenseitig ergebene Abbild der Verformung 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 Ausgangs­ teils sind in Abhängigkeit von den Abmessungen des Gegen­ gewindes, auf welches die Muffe aufgeschraubt werden soll, derart bemessen, daß sich ein Mindestspiel zwischen den, miteinander 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 Gewindeschneidvor­ gang lassen sich so die Herstellungskosten einer mit Innengewinde versehenen Muffe erheblich senken. Grund­ sätzlich können alle spanlosen Umformverfahren bei der Herstellung eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft, ins­ besondere aufgrund der erzielbaren geringen Toleranzen sowie der durch die Umformung bedingten Werkstoffverfesti­ gung sind jedoch die Kaltumformverfahren. Besonders vor­ teilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens bei der Herstellung von Verbindungsmuffen, die bei der Ankupplung von Verlängerungsstangen eines Gebirgs­ ankers, einer Bohrstange oder dergleichen Verwendung fin­ den. Es wirkt sich in diesem, durch eine extrem hohe mechanische Belastung charakterisierten Fällen insbesondere der Umstand günstig aus, daß die Verbindungsmuffe durch den vorangehenden Umformprozeß verfestigt ist und dem­ zufolge eine hohe Festigkeit aufweist. Auch muß in diesen Anwendungsfällen aufgrund der zu erwartenden starken Verschmutzung ein Rundgewinde oder ein diesem ähnlicher Gewindetyp eingesetzt werden, um unter den anstehenden Betriebsbedingungen eine einwandfreie Handhabung sicher­ zustellen. Da das erfindungsgemäße Herstellverfahren mit einem Fließen des Werkstoffs verbunden ist, ist er 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 erstellen sind. Zweckmäßigerweise sind im Falle von Bohrstangen 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 die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch bei Herstellung von Verbindungsmuffen, die bei Kanalstreben eingesetzt werden. Es wirkt sich hier der Umstand günstig aus, daß die erfindungsgemäßen Verbin­ dungsmuffen praktisch beliebig lang ausgebildet werden können. Hieraus folgt neben einer guten Führung der Gewindespindeln auch eine verschleißgünstige Konstruktions­ form.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in Zeichnungen dargestellte Ausfüh­ rungsbeispiel einer Gewindeverbindung näher erläutert werden. Es zeigt

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.

Ein bohrlochseitiges Endteil 1 eines Gebirgsankers wird gleichzeitig als Bohrstange benutzt. 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 terialveränderung 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 4 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.

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 eine 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 (1)

1. Verfahren zur spanlosen Formung des Innengewindes eines rohrförmigen Grundkörpers, insbesondere einer Verbin­ dungsmuffe für Bohrstangen, Gebirgsanker oder dergleichen, wobei in die Außenseite des Grundkörpers Gewindegänge durch Walzen, bzw. Rollen eingeformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Innengewinde durch eine der außenseitigen Verformung entsprechende freie Verfor­ mung der Innenseite (11) des Grundkörpers hergestellt wird.