Warmgewalzte Führungsleisten für die Fertigung von Kellystangen
Führungsleisten sind kleine Profile, die entlang der Rohre einer Kellystange aufgeschweisst werden, und sie entscheiden darüber, ob die Teleskopbaugruppe unter Last leichtgängig gleitet oder klemmt. Traditionell werden sie durch Warmwalzen mit anschliessendem Kaltziehen hergestellt, wobei der zweite Arbeitsgang die Toleranzklasse erreichen und die mechanischen Eigenschaften anheben soll. Montanstahl entwickelte einen Walzprozess, der beide Ziele allein erreicht – durch präzise Prozessführung und optimierte Werkzeuge –, sodass die Leisten nun einsatzbereit aus dem Walzwerk kommen, mit weniger Arbeitsschritten und kürzeren Lieferzeiten.
Was eine Führungsleiste in einer Kellystange leistet
Kellystangen sind zentrale Komponenten von Drehbohrsystemen und übertragen Drehmoment und Andruckkraft vom Bohrgerät auf das Werkzeug am Bohrlochgrund. Sie sind als teleskopierbare Stahlrohre aufgebaut und müssen während der gesamten Tiefgründungsarbeiten hohen mechanischen Belastungen standhalten, wobei jedes Segment im nächsten gleitet, während die gesamte Baugruppe auf Torsion beansprucht wird. Führungsleisten werden entlang der Rohre aufgeschweisst, um alles in der Flucht zu halten; sie ermöglichen eine leichtgängige Teleskopbewegung und tragen zur strukturellen Stabilität der Stange bei. Ihre Herstellung bedeutete bisher Warmwalzen mit anschliessendem Kaltziehen, wobei der zusätzliche Durchgang nötig war, um enge Toleranzen zu erreichen und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Das Problem sind die Kosten dieses Schritts, denn er verlängert die Fertigungszeit und verteuert sie, und der Nachteil wächst bei komplexen Geometrien oder grossen Stückzahlen – genau den Bedingungen im Maschinenbau, wo diese Bauteile in Serie gefertigt werden.
Einen Arbeitsgang streichen, ohne auf seine Wirkung zu verzichten
Das Projekt definierte vier Anforderungen, die zusammen erfüllt werden müssen. Die Führungsleisten mussten allein durch Warmwalzen hergestellt werden, ohne Kaltziehstufe – darin liegt der eigentliche Zweck des Vorhabens. Die Masstoleranzen mussten über die gesamte Länge des Profils eng bleiben, nicht nur an den Probenenden, denn eine über mehrere Meter auf ein Rohr geschweisste Leiste überträgt jede Abweichung direkt in das Laufspiel der Teleskopverbindung. Die geforderten mechanischen Eigenschaften mussten erhalten bleiben, da die Leiste strukturell in die Kellystange eingebunden ist und Last trägt, statt nur zu führen. Schliesslich musste das Ergebnis eine echte wirtschaftliche Alternative zur konventionellen Fertigung sein und nicht nur eine marginale Einsparung. Die Schwierigkeit: Das Kaltziehen erfüllte zwei Aufgaben zugleich, nämlich das Kalibrieren des Querschnitts und die Kaltverfestigung des Werkstoffs, sodass ein Walzprozess allein beides ausgleichen muss.
Anwendungskontext
Montanstahl entwickelte einen Warmwalzprozess, der die masslichen und mechanischen Anforderungen ohne Kaltziehen erfüllt. Das Ergebnis beruht auf präziser Prozessführung und optimierten Werkzeugen: Walzenkalibrierung, Temperaturführung und Stichfolge sind so abgestimmt, dass der Querschnitt seine Endmasse direkt im Walzwerk innerhalb des Toleranzbands erreicht, mit gleichbleibender Leistung von einem Fertigungslos zum nächsten. Der Wegfall der zusätzlichen Stufe verringert Komplexität und Kosten und bewahrt zugleich die Qualität und Zuverlässigkeit, die eine Kellystangen-Anwendung verlangt; die Kunden erhalten ein fertiges Produkt mit weniger Arbeitsschritten und kürzeren Lieferzeiten, ohne Abstriche bei der strukturellen Integrität. Die Leisten werden aus vergütbaren legierten Stählen gefertigt, deren mechanische Eigenschaften durch die spezifizierte Wärmebehandlung eingestellt werden können. Kontinuierliche Massprüfungen sind Teil des Qualitätsmanagements von Montanstahl, und Fragen dazu, welcher Fertigungsweg zu einer bestimmten Geometrie passt, beantworten die technischen Q&A.