Trepanning is a process used to create a hole in a workpiece by machining only the outer area of the hole, leaving an unmachined core in the center. A BTA drill creates the same hole by turning all of the material into chips, leaving no core behind. This gives manufacturers two distinct ways to create a hole from solid material.

oil field manufacturing application example

WANN IST KERNBOHREN DIE RICHTIGE WAHL?

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Kernbohren ist ein Verfahren, bei dem ein Bohrung in ein Werkstück durch Bearbeitung nur des äußeren Bereichs erzeugt wird, wobei ein unbearbeiteter Kern im Inneren verbleibt. Im Gegensatz dazu erzeugt ein BTA-Vollbohrwerkzeug dieselbe Bohrung, indem das gesamte Material zu Spänen zerkleinert wird, sodass kein Kern zurückbleibt. Dies bietet Herstellern zwei unterschiedliche Möglichkeiten, ein Bohrung in Vollmaterial einzubringen.

Das BTA-Vollbohren ist vom Prinzip her einfach: Maschine einrichten,  Bohrung erzeugen, Werkstück entnehmen und Spänebehälter leeren, sobald er voll ist. Viele Hersteller wählen dieses Verfahren aufgrund seiner unkomplizierten Handhabung und der einfachen Spänerückführung. Kernbohren ist nicht unbedingt schwieriger, erfordert aber mehr Bedienereingriff. Nach Fertigstellung der Bohrung muss der verbleibende Kern zwischen den Bohrzyklen aus dem Werkzeug entfernt werden.

Kernbohren und BTA-Vollbohren verwenden die gleichen Kühlmittelzufuhr- und Späneabfuhrsysteme. Das Kühlmittel wird außen am Werkzeug zugeführt, die Späne werden durch das Bohrrohr abgeführt. Beim BTA-Bohren strömt das Kühlmittel frei durch das Rohr und transportiert die Späne zum Förderband. Beim Kernbohren die vom Kühlmittel mitgeführten Späne den Werkstückkern im Inneren des Rohrs passieren. Die Bohrungsqualität beider Verfahren kann ähnlich sein, hängt aber von der Werkzeugkonstruktion ab. Kernbohrwerkzeuge mit ausreichender Schnittbreite für den Eingriff in die Führungsplatten erreichen Durchmessertoleranzen, die mit denen des Vollbohrens vergleichbar sind. Werkzeuge, die für die geringste Schnittbreite (und damit für den größten Kern) ausgelegt sind, führen im Allgemeinen zu einer geringeren Bohrungsqualität. Für sehr tiefe Bohrungen werden häufig gegenläufige rotierende Werkzeuge und Werkstücke verwendet. Da sich der Materialkern mit dem Werkstück dreht, können Probleme durch Vibrationen oder unerwartete Belastungen auftreten. Sobald diese Unterschiede verstanden sind, stellt sich die entscheidende Frage: Wann ist Kernbohren die richtige Wahl?

VORTEILE DES KERNBOHR-VERFAHRENS

Erhaltung des Bohrkerns: Einer der größten Vorteile des Kernbohrens ist die Möglichkeit, den Bohrkern zu erhalten. Dieser kann für die Qualitätsprüfung oder Zertifizierung kritischer Bauteile von Bedeutung sein. Da er aus demselben Rohmaterial wie das fertige Bauteil stammt, können metallurgische Proben dokumentiert oder als Referenz für spätere Untersuchungen aufbewahrt werden, falls ein fertiges Bauteil versagt. In manchen Fällen kann der Bohrkern zu einem kleineren Werkstück weiterverarbeitet werden, was einen wirtschaftlichen Vorteil bietet. Je nach Größe und Material kann der Schrottwert des Bohrkerns sogar den Wert der beim Vollbohren entstehenden Späne übersteigen.

trepanning tool for oilfield

Geringerer Leistungsbedarf bei der Bearbeitung (manchmal): Wenn der Kern des Werkstücks nicht zerspant wird, können die Bearbeitungskräfte im Vergleich zum Vollbohren reduziert werden. Dieser Vorteil zeigt sich besonders deutlich, wenn das Werkzeug im Verhältnis zum Bohrungsdurchmesser eine geringe Schnittbreite aufweist und die Tiefe nicht so groß ist, dass sich der Bohrkern im Bohrrohr verbiegt oder reibt. Andernfalls würde Reibung entstehen und mehr Kraftaufwand erforderlich.

Bessere Werkzeugkosten: Da beim Kernbohren der Bohrungskern nicht bearbeitet wird, ist kein zentrierter Hartmetalleinsatz erforderlich, und in manchen Fällen kann auch der Zwischeneinsatz entfallen. Dies kann in der Fertigung zu erheblichen Werkzeugkosteneinsparungen führen.

ADVANTAGES OF TREPANNING

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Saving the Core: One of the most significant advantages of trepanning is the ability to retain the core. The core may hold value for quality inspection or certification of critical parts. Because it originates from the same piece of raw material as the finished component, metallurgical samples can be documented or kept as a coupon for future evaluation if a finished part fails. In some cases, the core can be repurposed as a smaller workpiece, offering an economic advantage. Depending on size and material, the scrap value of the core may even exceed that of chips created through solid drilling.

Less Power for Machining (Sometimes): When the center of the workpiece isn’t machined away, machining forces can be reduced compared to solid drilling.This advantage is most evident when the tool is cutting a narrow width relative to the hole size and the depth isn’t great enough for the core to bend or rub inside the drill tube, which would otherwise create friction and require more power.

Better Economics in Tooling: Because trepanning does not machine the hole center, a center carbide insert isn’t required, and in some cases, the intermediate insert can also be eliminated. This can lead to significant tooling cost savings in production environments.

“Kernbohren ist nicht nur eine Alternative zum BTA-Vollbohren – es ist eine strategische Wahl, wenn Kerngewinnung, Energieeffizienz oder Werkzeugwirtschaftlichkeit mit den Produktionszielen übereinstimmen.”

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EINSCHRÄNKUNGEN UND ABWÄGUNGEN

Kernmanagement: Das Management und die Entnahme des Kerns können insbesondere bei langen Werkstücken eine Herausforderung darstellen. Die Stirnfläche des Kerns weist typischerweise eine scharfe, klingenartige Kante vom letzten Schnitt auf. Die Bediener müssen entsprechend geschult sein und die Kerne sorgfältig handhaben, um Verletzungen zu vermeiden. Die Kerne müssen nach dem Bohren während des Transports durch die Anlage sicher gehandhabt werden. Auch der Werkzeugkopf kann bei der Kernentnahme beschädigt werden. Hartmetalleinsätze und -kassetten sollten nach jedem Zyklus geprüft werden, um sicherzustellen, dass sie für das nächste Werkstück bereit sind.

Schneidplattenwechsel währen der Bearbeitung: Wenn eine Schneidplatte beim Kernbohren stumpf wird, ist es schwierig, sie mitten im Zyklus zu wechseln. Das Werkzeug muss zurückgezogen werden, wobei oft der Bohrkern noch Kontakt mit den Schneidplatten hat. Im Gegensatz dazu ermöglicht ein Vollbohrung das Zurückziehen des Werkzeugs, den Austausch der Schneidplatten und das einfachere Fortsetzen des Bohrvorgangs.

Sackbohrungen: Wenn eine Bohrung vollständig durch das Werkstück verläuft, ist das Kernbohren unkompliziert. Bei einer Sackbohrung – das nur teilweise in das Werkstück reicht – bleibt der Bohrkern am Boden befestigt. Spezielle Kerntrennverfahren oder Kernabschneidwerkzeuge können den Bohrkern abtrennen, erhöhen aber die Komplexität des Prozesses.

Späneraum zwischen Kern und Bohrrohr: Beim Kernbohren verbleibt ein Bohrkern in der Mitte des Bohrrohrs, während die Bohrung erzeugt wird. Dieser muss sich den Platz mit den auszhuleitenden Spänen teilen. Die Spankontrolle ist daher entscheidend, ebenso wie die Anpassung der Wandstärke des Bohrrohrs, um die Kompatibilität mit dem Kernbohrkopf, dem angestrebten Bohrungsdurchmesser und der Schnittbreite zu gewährleisten.

MASCHINEN FÜR DAS KERNBOHREN

Viele ältere Kernbohrmaschinen wurden für geringere Leistungsanforderungen entwickelt und sind möglicherweise nicht für moderne BTA-Vollbohrverfahren geeignet. Ebenso können Kernbohrwerkzeuge, die für hohe Bohrgeschwindigkeiten oder kleine Kerne ausgelegt sind, ältere Maschinen, die nicht für diese Leistungsanforderungen konzipiert wurden, überlasten. Die Maschinen der UNISIG B-Serie sind für Kernbohren und BTA-Vollbohren gleichermaßen geeignet. Dies ermöglicht Herstellern die flexible Wahl des Verfahrens, das ihren Produktionszielen am besten entspricht – unabhängig davon, ob die Materialausbeute, die Prozesseffizienz oder die Gesamtmaschinenauslastung im Vordergrund stehen.

LIMITATIONS AND CONSIDERATIONS

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Core Management: Managing and removing the core can be challenging, especially in long workpieces. The end face of the core typically has a sharp, blade-like edge from the final cut. Operators should be properly trained and handle the cores carefully to avoid injury, and the cores must be safely managed as they move through the plant after drilling. The tool head can also be damaged during core removal. Carbide inserts and cartridges should be inspected after each cycle to ensure readiness for the next workpiece.

Cutting Insert Changes During the Cut: If a cutting insert dulls during trepanning, it’s difficult to index the insert mid-cycle. The tool must be retracted, often with the core still in contact with the inserts that were cutting it. In contrast, a solid-drilled hole allows the tool to be backed out, inserts replaced, and drilling resumed more easily.

Blind Holes: When a hole goes all the way through the part, trepanning is straightforward to implement. When a hole is blind—only partially into the workpiece—the core remains attached at the bottom. Special core-breaking strategies or core-cropping tools can separate the core, but these add process complexity.

Chip Clearance Between Core and Drill Tube: The trepanning process will leave a core in the center of the drill tube while producing the hole, which has to compete for space with the chips exiting through the tool. Chip control is very important, as is managing the wall thickness of the drill tube to be compatible with the trepanning head, targeted hole size, and cutting width.

EQUIPMENT FOR TREPANNING

Many older trepanning machines were designed around lower power requirements and may not be suitable for modern BTA solid drilling. Likewise, trepanning tools designed for high penetration rates or small cores can stress older machines not built for that level of performance. UNISIG B-Series machines are designed to support both trepanning and BTA solid drilling. This gives manufacturers flexibility to choose the process that best fits their production goals—whether prioritizing material recovery, process efficiency, or overall machine utilization.

HÄUFIG GESTELLTE FRAGEN

Das Kernbohren ist ideal, wenn die Kerngewinnung oder eine Reduzierung der Werkzeugkosten von Vorteil ist oder wenn die Materialeigenschaften für Tests oder die Wiederverwendung erhalten bleiben müssen.

Das ist möglich, aber anspruchsvoll. Zum Abtrennen des Kerns sind spezielle Werkzeuge zum Kernbrechen oder -abschneiden erforderlich, was den Zeitaufwand und die Komplexität erhöht. .

Die Maschinen müssen leistungsstark und für die Kernbearbeitung ausgelegt sein. Die Maschinen der UNISIG B-Serie können sowohl Kernbohren als auch BTA-Bohrungen durchführen und bieten somit Flexibilität für verschiedenste Anwendungen.

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