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Schlagbohrer
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bohrers, aus der die Anordnung der verschleissfesten Einsätze und andere Einzelheiten des unteren Teiles des Bohrers ersichtlich sind, Fig. 4 eine abgewickelte Seitenansicht des halben Bohrlochbodens mit einer
Darstellung der verschleissfesten Bohreinsätze, die zur Erläuterung der durch diese Einsätze am Bohr- lochboden hervorgerufenen Abschürfungen dient.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform für einen Bohrein- satz mit einem Teil des den Einsatz tragenden Bohrerkörpers in der Ansicht bzw. im Schnitt, Fig. 6 einen Randbohreinsatz mit einem Bohreinsatz der benachbarten Reihe in Abwicklung und dem Metall des Bohrerkörpers im Schnitt und Fig. 7 die Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform des Bohrers, bei der dieser an seinem oberen Ende mit einer Schraubverbindung versehen ist und an seinem unteren
Ende eine abgeänderte Ausbildung aufweist.
In der nachfolgenden Beschreibung sind die verschiedenen Teile des Erfindungsgegenstandes des besseren Verständnisses wegen jeweils mit bestimmten Ausdrücken bezeichnet. Diese bestimmte Aus- drucksweise soll jedoch keine Beschränkung darstellen, sondern alle technischen Äquivalente für die
Teile einschliessen, die in der gleichen Weise wirken und gleichen Zwecken dienen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist gemäss Fig. 1 und 2 der Bohrer insgesamt mit --1-- be- zeichnet. Der Bohrer besteht im einzelnen aus dem oberen Bohrerschaft-31-und einem mit dem
Schaft ein Stück bildenden unteren Bohrerkörper --32--, Am oberen Ende ist der Bohrerschaft --31-- mit horizontalen Schlagflächen --19-- versehen, auf die die starken, wechselnden axialen Kräfte des nicht dargestellten Schlag- bzw. Stossbohrwerkzeuges ausgeübt werden. Die Aussenfläche des Bohrerschaftes --31-- ist so bearbeitet, dass parallel zur Längsachse --12-- des Bohrers --1-- verlaufende
Keilstreifen --15-- mit dazwischen liegenden Keilnuten --33-- gebildet sind, die sich bis zu den Schlagflächen --19-- erstrecken und mit entsprechenden Keilnuten bzw.
Keilstreifen im Eingriff sind, die am unteren Ende des Stossbohrwerkzeuges zur Übertragung der den Bohrer drehenden Umfangskräfte angeordnet sind. Unterhalb des oberen Endes des Bohrerschaftes ist dieser mit einer breiten Umfangsnut - versehen, um zwischen dem Bohrer und dem Stossbohrwerkzeug einen ringförmigen Zwischenraum zur Aufnahme eines nicht dargestellten aufgeschnittenen Ringes zu bilden, der den Bohrer an dem Stossbohrwerkzeug festhält.
Der Bohrerkörper --32-- und der Bohrerschaft --31-- bestehen vorzugsweise aus einem einfachen massiven Stahlstück. Dabei dient der Bohrerkörper als Träger für die Bohreinsätze und bildet die Masse des Bohrers, während der Bohrerschaft als Mittel zur Übertragung der Stösse und der Drehbewegung auf den Bohrerkörper dient. Er muss hiezu so kräftig ausgebildet sein, dass er die durch das Stossbohrwerkzeug ausgeübten Kräfte ohne Beschädigung aufnehmen und übertragen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform gehen der Bohrerschaft --31-- und der Bohrerkörper --32-- mit einem konischen Über- gangsteil --24-- gleichmässig ineinander über.
Der Bohrerkörper --32-- besteht aus einem massiven Zylinder oder Kegelstumpf mit nach oben und innen schwach geneigter Kegelfläche, in den verschiedene Öffnungen bzw. Ausnehmungen eingearbeitet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 bis 6 ist das untere Ende des Bohrers durch eine untere Stirnfläche --3-- des Bohrerkörpers --32-- gebildet, die vorzugsweise rechtwinkelig zur Bohrerlängsachse --12-- verläuft. Diese untere Stirnfläche --3-- schneidet sich an ihrem äusseren Umfang mit einer Fläche --6--, wobei die Schnittkante, wie bei --9-- gezeigt ist, etwas abgeschrägt ist, damit Platz für die vorstehenden Enden der Randbohreinsätze --11-- geschaffen ist.
Zum Wegnehmen des beim Betrieb des Bohrers-l-durch ihn gelösten Bohrgutes ist in dem Bohrerschaft --31-- ein mittlerer Spülmittelkanal --18-- angeordnet, der mit einem entsprechenden Ka- nal in dem Stossbohrwerkzeug in Verbindung gebracht werden kann und mit einem oder mehreren Ka- nälen --16-- verbunden ist, die sich durch den bohrerkörper --32-- bis zu dessen unterer Stirnfläche - erstrecken. Das gelöste Bohrgut wird von der Spülflüssigkeit aufgenommen und durch diese von dem Bohrlochboden weg über Rückleitungskanäle --21, 22-- an dem Bohrerkörper --32-- vorbei nach
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--21'-- oder- 3-- gelegenen Stelle nach oben und aussen geneigt sind und zu einer flachen Ausnehmung --34-- der Umfangsfläche --6-- führen.
Für den dargestellten Bohrer (Durchmesser 18, 84cm) hat sich die gemein-
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Die dargestellten Bohreinsätze sind zylindrische Körper aus verschleissfestem Material, vorzugsweise Wolframcarbid (manchmal als hartes Wolframcarbid bezeichnet). Derartige Bohreinsätze können an sich verschiedene Form und Grösse haben. Die dargestellten zylindrischen Einsätze sind mit halb-
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Die Anordnung und Verteilung der Bohreinsätze --30-- am Boden des Bohrerkörpers ist abhängig von der auf die Einsätze bei verschiedenen Radien entfallenden Arbeitsleistung. Die grösste Arbeitsleistung zum Brechen des Gesteins ist an der Stelle aufzuwenden, an der die Bohrlochwandung mit der Bohrloch- sohle zusammentrifft. Ebenso ist an dieser Stelle bzw. diesem Rand der Verschleiss der Schneideinsätze wegen des grossen Arbeitsweges derselben grösser. Hier ist daher eine grosse Anzahl von Bohreinsätzen erforderlich. Die Randreihe --11-- der dargestellten Ausführungsform, die einen Durchmesser von
18, 84 cm hat, weist daher zwölf Bohreinsätze auf. Die nächste nach innen folgende Umfangsreihe --10-- ist dagegen nur mit vier Bohreinsätzen versehen.
Die Zahl der Bohreinsätze jeder Umfangsreihe nimmt dann mit abnehmendem Radius bis zu den zwei innersten Reihen ab, in denen jeweils nur ein Bohrein- satz erforderlich ist, vgl. Fig. 4, in der die Anzahl der Bohreinsätze einer Reihe durch die in der rechten oberen Ecke der Einsätze --30-- eingetragene Zahl kenntlich gemacht ist. Diese Anordnung kann zur Anpassung an verschiedene Gesteinsformationen geändert werden, Änderungen dieser Anordnung können auch bei unterschiedlicher Grösse der zum Stossbohren verwendeten Bohrer erforderlich werden. Wie in Fig. 5 bei --2-- gestrichelt angedeutet ist, kann zur Befestigung der Bohreinsätze zusätzliches Stützmetall angewendet werden, wodurch die Anwendung stark vorspringender Einsätze ermöglicht wird.
Die Anordnung der Bohreinsätze --30-- ist derart, dass bei einer Drehung in einer Ebene (Fig. 4) im Boden vorstehende ungeschnittene Teile bzw. Ringe --4-- verbleiben, die durch Zerbrechen zerkleinert werden. Diese ungeschnittenen Bodenteile sollen nicht zu gross sein, da sonst ein Zerbrechen quer zu den Ringen nicht stattfindet und eine rasche Abnutzung der Bohreinsätze erfolgt. Das Zerbrechen quer zu den Ringen ist vorteilhaft, da hiebei der Verschleiss der Bohreinsätze --30-- entsprechend den gestrichelten Linien --5-- in Fig. 4 erfolgt.
Die einzelnen Bohreinsätze werden, wie auch in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie --7 -- angedeu- tet ist, derart abgenutzt, dass eine allgemein abgeflachte Form der Schneidrücken entsteht. Überraschenderweise verringert sich aber hiebei das Eindringmass gegenüber dem anfänglichen Eindringmass nicht wesentlich. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen, dass das Bohrmass von dem Wirkungsgrad der Energieübertragung, und nicht von einer mehr oder weniger grossen Schärfe der Bohreinsätze abhängig ist und der Wirkungsgrad der Energieübertragung durch die beim Stumpfwerden der Einsätze erfolgende Änderung der kugelförmigen zur abgeflachten Form nicht durchgreifend geändert wird.
Aus diesem Grund könnten die Einsätze auch anfänglich eine der gestrichelten Linie --7-- der Fig. 5 entsprechend abgeflachte Form oder irgendeine andere abgestumpfte Form haben. Jedoch wird die bevorzugte Halbkugelform als die beste Form angegeben, weil hiebei keine Beanspruchung auftritt, die zur Bildung von scharfen Ecken, die einen Bruch der Einsätze verursachen könnten, führen könnte. Die halbkugelförmigen Enden tragen auch dazu bei, die Beanspruchung in dem Gestein zu lokalisieren, weil beim Abstumpfen der Einsätze nur eine erstaunlich geringe Abnahme des Eindringmasses auftritt.
Die vorteilhafte Wirkung der kleinen Bohreinsätze ist aus einem andern Grunde unerwartet. Die grossen bzw. langen Einsätze der Bohrer mit querverlaufenden Meisselschneiden zerbrechen sogar in ihren grossen Teilen häufig. Hiedurch könnte man zu der Annahme verleitet werden, dass die viel kleineren Einsätze noch bruchempfindlicher seien. Die bereits gegebene Erklärung des Verhaltens der gro- ssen Einsätze, die mit langen starren Trägern vergleichbar sind, erscheint berechtigt. Das Ergebnis ist, wie auch immer die richtige Erklärung sein mag, dennoch völlig überraschend.
Eine andere unerwartete Wirkung der kleinen Bohreinsätze besteht darin, dass das Verkeilen an dem äusseren unteren Rand des Bohrers vermieden wird. Wie bereits erwähnt, erfordern die bekannten Bohrer nach verhältnismässig kurzer Gebrauchsdauer ein Nachschärfen, weil entweder die mit der Seitenfläche - des dargestellten Bohrers vergleichbare Randfläche oder die Schneidenkonstruktion oder beide keilförmig in der Weise abgenutzt werden, dass eine sich nach unten und innen erstreckende Verjüngung von der Randfläche zur unteren Fläche oder eine abgerundete Kante zwischen diesen Flächen entsteht. Versuche, eine derartige Verschleissverformung der bekannten Bohrer zu vermeiden, gingen alle davon aus, die Verschleissfestigkeit der Randfläche zu erhöhen.
Demgegenüber geht die Erfindung gerade den umgekehrten Weg der Herabsetzung der Verschleissfestigkeit der Umfangsfläche --6-- in einem solchen Mass, dass die Randfläche mindestens ebenso schnell verbraucht wird, wie die die Bohrlochwandung berührenden Teile der Bohreinsätze der Randreihe --11--.
Dies wird wesentlich dadurch unterstützt, dass die Bohreinsätze der Randreihe --11-- in einem spitzen Winkel sowohl zur Umfangsfläche --6-- als auch zur unteren Stirnfläche --3-- (und ebenso zur
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Längsachse-12-) angeordnet werden, so dass ihre inneren Enden ganz in dem Metall des Bohrerkörpers eingebettet sind und in diesem sicher festgehalten werden, was nicht der Fall wäre, wenn die Einsätze so angeordnet wären, dass sie mit vorstehenden Teilen die Seitenwandung des Bohrloches und dessen Boden berühren würden, d. h. wenn sie mit ihrer Längsachse entweder parallel zu der Umfangsfläche oder der unteren Stirnfläche des Bohrerkörpers angeordnet wären. Bei der Anordnung nach der Erfindung werden die Bohreinsätze trotz des Verschleisses des Bohrers an der Seiten- bzw.
Randfläche --6-- und der unteren Stirnfläche --3-- einwandfrei festgehalten, während sie bei der erwähnten andern Anordnung durch den Verschleiss des Metalles allmählich freigelegt und aus dem Metall herausgebrochen würden.
Wie aus Fig. 4 und 6 ersichtlich ist, weisen die Bohreinsätze der Randreihe --11-- an ihren freien Enden die anfängliche halbkugelförmige Gestaltung --8-- auf, wobei die Seitenwandung des Bohrloches und dessen Boden durch einen entsprechenden halbkreisförmigen Bogen verbunden sind. Beim Verschluss
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kann.
Bei manchen Bohrergrössen und Gesteinsformationen kann es erforderlich sein, zwischen den Einsätzen der Randreihe --11-- Längsschlitze --26-- (vgl. insbesondere Fig. 2) anzuordnen, um zu gewährleisten, dass die Fläche --6-- mindestens ebenso schnell wie die äusseren Teile der Bohreinsätze verschleisst. Die ideale Bedingung eines gleichen Verschleisses hängt von der Härte und Verschleissfestigkeit der Seitenwand und der Randeinsätze, von der Grösse des Berührungsbereiches jedes Randeinsatzes mit der Bohrlochwandung und von der Art der Gesteinsformation ab. In manchen Fällen kann es erforderlich werden, zusätzliche Schabloneneinsätze aus verschleissfestem Material in der Randfläche anzuordnen, wie bezin Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Ein anderes unerwartetes Ergebnis der Ausbildung nach der Erfindung wird durch die Führung des Spülmittels und des von ihm mitgenommenen Bohrgutes herbeigeführt. Wenn das Spülmittel aus dem Auslass --17-- in der unteren Stirnfläche --3-- austritt, so nimmt es abgeschürfte Teilchen des Gesteins oder Erdreiches auf, wodurch die Bohrerstirnfläche --3-- ausgewaschen wird. Diese Wirkung begünstigt die Beibehaltung der jeweiligen Eindringtiefen des Bohrers. Die Bohreinsätze ragen bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung etwa 5,6 mm aus der Stirnfläche --3-- des Bohrers heraus.
Bei jeder Umdrehung des Bohrers dringen sie nur wenig in die Erdformation ein. Es bleibt daher ein Zwischenraum, durch den die abgeschürften Teile von dem Boden weggeführt werden können. Wenn sich die Einsätze z. B. etwa bis zu der strichlierten Linie --7-- der Fig. 5 abnutzen, so verringert sich das Mass, um das sie aus der Fläche --3-- vorstehen. Das abgeschürfte Gut kann daher nicht mehr so leicht durch den kleineren Zwischenraum weggeführt werden, so dass erwartet werden müsste, dass die Eindringtiefe mit grösser werdender Ansammlung von Schürfgut auf dem Bohrlochboden geringer wird.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass das mit dem Schürfgut beladene Spülmittel eine solche unerwünschte Wirkung verhindert. Dies wird dadurch unterstützt, dass die Stirnfläche --3-- des Bohrers und der Bohrlochboden, wie aus Fig. 4 und 7 ersichtlich ist, in einem wesentlichen Bereich parallel sind,
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die Stirnfläche --3-- des Bohrers etwa bis zu der strichlierten Linie --8-- der Fig. 5 ab, während die Einsätze --30-- etwa bis zu der gestrichelten Linie --7-- verschleissen. Dabei wird das Mass, um das die Einsätze anfänglich aus dem Bohrer vorstehen, im wesentlichen beibehalten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. l bis 6 ist die untere Stirnfläche --3-- des Bohrer- körpers --32-- flach ausgebildet. Demgegenüber weist die untere Stirnfläche des in Fig. 7 dargestellten Bohrers --1'--, dessen Bohrerschaft mit einer kegelstumpfförmigen Schraubverbindung --25-- versehen ist, eine konvex nach unten gekrümmte untere Stirnfläche --28-- auf, in der die Bohreinsätze im wesentlichen in der gleichen Weise wie nach Fig. 1 bis 6 angeordnet sein können, um einen ähnlich geformten Bohrerboden --28'-- zu bilden. Eine nach unten konkave untere Bohrerfläche (nicht dargestellt) würde den Vorteil haben, den um seine Mittelachse rotierenden Bohrer an dem dabei gebildeten Kern zu halten.
Eine nach innen und oben abgestufte Fläche, wie sie durch die strichlierte Linie --29-- in Fig. 7 angedeutet ist, würde dem gleichen Zweck dienen und erscheint anwendbar. Jede solche Fläche sollte jedoch vorzugsweise eine Rotationsfläche sein, die durch Drehung um die Bohrerlängsachse --12-- gebildet ist und aus der die Bohreinsätze, ausgenommen am Rand, jeweils um das gleiche Mass vorstehen. Bei jeder Gestaltung der Bodenfläche soll ferner die Anordnung derart sein, dass die Randreihe der
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kugelförmigen Schneidrücken versehen und haben eine Gesamtlänge, die etwas grösser als ihr Durch- messer ist. Dieser beträgt vorzugsweise 0,6 bis 1, 8 cm. Die Einsätze werden mit einfachem Presssitz in entsprechende Öffnungen eingesetzt, die in den Bohrerkörper eingebohrt sind.
Die Anordnung und Verteilung der Bohreinsätze-30-- am Boden des Bohrerkörpers ist abhängig von der auf die Einsätze bei verschiedenen Radien entfallenden Arbeitsleistung. Die grösste Arbeitsleistung zum Brechen des Gesteins ist an der Stelle aufzuwenden, an der die Bohrlochwandung mit der Bohrloch- sohle zusammentrifft. Ebenso ist an dieser Stelle bzw. diesem Rand der Verschleiss der Schneideinsätze wegen des grossen Arbeitsweges derselben grösser. Hier ist daher eine grosse Anzahl von Bohreinsätzen erforderlich. Die Randreihe --11-- der dargestellten Ausführungsform, die einen Durchmesser von 18, 84cm hat, weist daher zwölf Bohreinsätze auf. Die nächste nach innen folgende Umfangsreihe-10-- ist dagegen nur mit vier Bohreinsätzen versehen.
Die Zahl der Bohreinsätze jeder Umfangsreihe nimmt dann mit abnehmendem Radius bis zu den zwei innersten Reihen ab, in denen jeweils nur ein Bohrein- satz erforderlich ist, vgl. Fig. 4, in der die Anzahl der Bohreinsätze einer Reihe durch die in der rechten oberen Ecke der Einsätze --30-- eingetragene Zahl kenntlich gemacht ist. Diese Anordnung kann zur Anpassung an verschiedene Gesteinsformationen geändert werden, Änderungen dieser Anordnung können auch bei unterschiedlicher Grösse der zum Stossbohren verwendeten Bohrer erforderlich werden. Wie in
Fig. 5 bei --2-- gestrichelt angedeutet ist, kann zur Befestigung der Bohreinsätze zusätzliches Stütz- metall angewendet werden, wodurch die Anwendung stark vorspringender Einsätze ermöglicht wird.
Die Anordnung der Bohreinsätze --30-- ist derart, dass bei einer Drehung in einer Ebene (Fig. 4) im Boden vorstehende ungeschnittene Teile bzw. Ringe --4-- verbleiben, die durch Zerbrechen zerkleinert werden. Diese ungeschnittenen Bodenteile sollen nicht zu gross sein, da sonst ein Zerbrechen quer zu den Ringen nicht stattfindet und eine rasche Abnutzung der Bohreinsätze erfolgt. Das Zerbrechen quer zu den Ringen ist vorteilhaft, da hiebei der Verschleiss der Bohreinsätze --30-- entsprechend den gestrichelten Linien --5-- in Fig. 4 erfolgt.
Die einzelnen Bohreinsätze werden, wie auch in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie-7-angedeutet ist, derart abgenutzt, dass eine allgemein abgeflachte Form der Schneidrücken entsteht. Überraschenderweise verringert sich aber hiebei das Eindringmass gegenüber dem anfänglichen Eindringmass nicht wesentlich. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen, dass das Bohrmass von dem Wirkungsgrad der Energieübertragung, und nicht von einer mehr oder weniger grossen Schärfe der Bohreinsätze abhängig ist und der Wirkungsgrad der Energieübertragung durch die beim Stumpfwerden der Einsätze erfolgende Änderung der kugelförmigen zur abgeflachten Form nicht durchgreifend geändert wird. Aus diesem Grund könnten die Einsätze auch anfänglich eine der gestrichelten Linie --7-- der Fig. 5 entsprechend abgeflachte Form oder irgendeine andere abgestumpfte Form haben.
Jedoch wird die bevorzugte Halbkugelform als die beste Form angegeben, weil hiebei keine Beanspruchung auftritt, die zur Bildung von scharfen Ecken, die einen Bruch der Einsätze verursachen könnten, führen könnte. Die halbkugelförmigen Enden tragen auch dazu bei, die Beanspruchung in dem Gestein zu lokalisieren, weil beim Abstumpfen der Einsätze nur eine erstaunlich geringe Abnahme des Eindringmasses auftritt.
Die vorteilhafte Wirkung der kleinen Bohreinsätze ist aus einem andern Grunde unerwartet. Die grossen bzw. langen Einsätze der Bohrer mit querverlaufenden Meisselschneiden zerbrechen sogar in ihren grossen Teilen häufig. Hiedurch könnte man zu der Annahme verleitet werden, dass die viel kleineren Einsätze noch bruchempfindlicher seien. Die bereits gegebene Erklärung des Verhaltens der gro- ssen Einsätze, die mit langen starren Trägern vergleichbar sind, erscheint berechtigt.
Das Ergebnis ist,
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--6-- inLängsachse-12-) angeordnet werden, so dass ihre inneren Enden ganz in dem Metall des Bohrerkörpers eingebettet sind und in diesem sicher festgehalten werden, was nicht der Fall wäre, wenn die Einsätze so angeordnet wären, dass sie mit vorstehenden Teilen die Seitenwandung des Bohrloches und dessen Boden berühren würden, d. h. wenn sie mit ihrer Längsachse entweder parallel zu der Umfangsfläche oder der unteren Stirnfläche des Bohrerkörpers angeordnet wären. Bei der Anordnung nach der Erfindung werden die Bohreinsätze trotz des Verschleisses des Bohrers an der Seiten- bzw.
Randfläche --6-- und der unteren Stirnfläche --3-- einwandfrei festgehalten, während sie bei der erwähnten andern Anordnung durch den Verschleiss des Metalles allmählich freigelegt und aus dem Metall herausgebrochen würden.
Wie aus Fig. 4 und 6 ersichtlich ist, weisen die Bohreinsätze der Randreihe --11-- an ihren freien Enden die anfängliche halbkugelförmige Gestaltung --8-- auf, wobei die Seitenwandung des Bohrloches und dessen Boden durch einen entsprechenden halbkreisförmigen Bogen verbunden sind. Beim Verschluss des Bohrers nutzen sich die Bohreinsätze der Randreihe --11-- etwa dem Verlauf der gestrichelten Linie
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ab. Hiedurch wird ein etwaiges Verkeilen vermieden, da sich keine keilförmige Gestaltung entwickeln kann.
Bei manchen Bohrergrössen und Gesteinsformationen kann es erforderlich sein, zwischen den Einsätzen der Randreihe-11-Längsschlitze-26- (vgl. insbesondere Fig. 2) anzuordnen, um zu gewährleisten, dass die Fläche --6-- mindestens ebenso schnell wie die äusseren Teile der Bohreinsätze verschleisst. Die ideale Bedingung eines gleichen Verschleisses hängt von der Härte und Verschleissfestigkeit der Seitenwand und der Randeinsätze, von der Grösse des Berührungsbereiches jedes Randeinsatzes mit der Bohrlochwandung und von der Art der Gesteinsformation ab. In manchen Fällen kann es erforderlich werden, zusätzliche Schabloneneinsätze aus verschleissfestem Material in der Randfläche anzuordnen, wie bei --27-- in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Ein anderes unerwartetes Ergebnis der Ausbildung nach der Erfindung wird durch die Führung des Spülmittels und des von ihm mitgenommenen Bohrgutes herbeigeführt. Wenn das Spülmittel aus dem Auslass --17-- in der unteren Stirnfläche --3-- austritt, so nimmt es abgeschürfte Teilchen des Ge-
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vorzugten Ausführungsform der Erfindung etwa 5,6 mm aus der Stirnfläche --3-- des Bohrers heraus.
Bei jeder Umdrehung des Bohrers dringen sie nur wenig in die Erdformation ein. Es bleibt daher ein Zwischenraum, durch den die abgeschürften Teile von dem Boden weggeführt werden können. Wenn sich die Einsätze z. B. etwa bis zu der strichlierten Linie --7-- der Fig. 5 abnutzen, so verringert sich das Mass, um das sie aus der Fläche --3-- vorstehen. Das abgeschürfte Gut kann daher nicht mehr so leicht durch den kleineren Zwischenraum weggeführt werden, so dass erwartet werden müsste, dass die Eindringtiefe mit grösser werdender Ansammlung von Schürfgut auf dem Bohrlochboden geringer wird. Überraschenderweise wurde gefunden, dass das mit dem Schürfgut beladene Spülmittel eine solche unerwünschte Wirkung verhindert.
Dies wird dadurch unterstützt, dass die Stirnfläche --3-- des Bohrers und der Bohrlochboden, wie aus Fig. 4 und 7 ersichtlich ist, in einem wesentlichen Bereich parallel sind,
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die Stirnfläche --3-- des Bohrers etwa bis zu der strichlierten Linie --8-- der Fig. 5 ab, während die Einsätze --30-- etwa bis zu der gestrichelten Linie --7-- verschleissen. Dabei wird das Mass, um das die Einsätze anfänglich aus dem Bohrer vorstehen, im wesentlichen beibehalten.
Bei der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. l bis 6 ist die untere Stirnfläche --3-- des Bohrer- körpers --32-- flach ausgebildet. Demgegenüber weist die untere Stirnfläche des in Fig. 7 dargestellten Bohrers --1'--, dessen Bohrerschaft mit einer kegelstumpfförmigen Schraubverbindung --25-- versehen ist, eine konvex nach unten gekrümmte untere Stirnfläche --28-- auf, in der die Bohreinsätze im we-
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würde den Vorteil haben, den um seine Mittelachse rotierenden Bohrer an dem dabei gebildeten Kern zu halten. Eine nach innen und oben abgestufte Fläche, wie sie durch die strichlierte Linie --29-- in Fig. 7 angedeutet ist, würde dem gleichen Zweck dienen und erscheint anwendbar.
Jede solche Fläche sollte jedoch vorzugsweise eine Rotationsfläche sein, die durch Drehung um die Bohrerlängsachse --12-- gebildet ist und aus der die Bohreinsätze, ausgenommen am Rand, jeweils um das gleiche Mass vorstehen. Bei jeder Gestaltung der Bodenfläche soll ferner die Anordnung derart sein, dass die Randreihe der
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Einsätze zur Vermeidung einer Verkeilung vorzugsweise einen verhältnismässig plötzlichen Übergang zwischen der Bohrlochsohle und der Bohrlochwandung herstellen, wie dies bei --8-- in Fig. 4 und 6 gezeigt ist.
Ein gemäss der Fig. 1 entsprechender Bohrer wird vorzugsweise wie folgt hergestellt :
Ein Stück Stabstahl hoher Qualität, z. B. aus foigem Nickelstahl, wird etwa auf die Solldurchmesser abgedreht. Über der unteren Fläche --3-- und der Seitenfläche --6-- wird eine etwa 5 mm dicke Aufkohlungsmasse belassen, um hohe Kohlenstoffanteile zurückzuhalten ; denn es ist bekannt, dass das den Einsätzen benachbarte Metall, wenn es eine zu grosse Härte hat, zu Ermüdungsfehlern neigt. Das
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Der Bohrerschaft --31-- wird dann auf seine fertigen Abmessungen bearbeitet, wobei die Keilstrei- fen --15-- ausgefräst werden, und die Nut --23-- für den Haltering eingedreht wird. Sodann wird das bearbeitete Stück in einen Glühofen eingebracht, in dem die ungeschützten Flächen von 2, 3 bis 2, 8 mm
Einsatztiefe mit nahezu 501o Oberflächenkohlenstoff aufgekohlt werden. Nach dem Herausnehmen aus dem Ofen wird die untere Stirnfläche auf ihre endgültigen Abmessungen und einem Aussendurchmesser von 17,86 cm bearbeitet, wobei die Umfangsfläche --6-- eine Abschrägung von 20 erhält und die Öff- nungen zum Befestigen der Schneideinsätze gebohrt werden.
Es werden sodann fünf Luftkanäle gebohrt, von denen die vier äusseren einen Durchmesser von
1,7 cm und die innere Bohrung einen Durchmesser von 1,6 cm aufweisen, wobei die Rückleitungska- näle --21, 22 und 34-- mit Rundfräsern ausgefräst werden. Das Werkstück wird dann durch Einbringen in einen Glühofen mit einer Atmosphäre, die im Gleichgewicht mit 0, 10 bis 0,156lu Kohlenstoffstahl ist, gehärtet, wobei die aufgekohlten Flächen mit einem gegen hohe Temperatur beständigen Anstrich versehen sind, um ein Entkohlen zu verhindern.
Schliesslich wird das Werkstück von 770 bis 7800C mit Öl abgeschreckt und unmittelbar bei 163 bis 1680C gezogen, wobei der aufgekohlten Fläche eine Rock- well"C"-'Härte von etwa 56 und den nicht aufgekohlten Flächen eine Rockwell"C"-Härte von etwa 38 gegeben wird.
Nach der Wärmebehandlung werden die Bohrungen für die Bohreinsätze aufgerieben, um Ungleich- mässigkeiten zu beseitigen und die Bohrungen für die Aufnahme der Einsätze vorzubereiten. Dann wer- den die die Einsätze, die für die Randreihe und die zwei folgenden Innenreihen einen Durchmesser von
1,27 cm und für die restlichen Innenreihen einen Durchmesser von 1, 11 cm haben, in die Bohrungen, die je nach den Bearbeitungstoleranzen einen um etwa 0, 25 bis 0,07 mm kleineren Durchmesser als die Einsätze haben, eingepresst. Die Einsätze sollen um 4,7 mm vorstehen.
Da, wie in Fig. 5 gezeigt, zusätzliches Metall --2-- von etwa 3 mm Stärke für die inneren Reihen verwendet wird, stehen die Einsätze insgesamt um etwa 8 mm über die Stirnfläche --3-- vor. Dieses Mass wurde für ausreichend befunden, um den notwendigen Zwischenraum für das Schürfgut zu bilden. Andere Bohrer können mit Einsätzen von 1, 43 cm Durchmesser hergestellt werden, die etwa 8 mm über die untere Stirnfläche - vorstehen, ohne dass zusätzliches Befestigungsmetall --2-- verwendet wird. Die in das Metall eingreifenden Enden der Einsätze mit 1, 11 cm Durchmesser können, wenn Befestigungsmetall verwendet wird, von diesem aus gemessen etwa 1 cm lang sein, während die Einsätze mit 1, 27 cm Durchmesser etwa 1, 7 cm tief eingesetzt sein können.
Diese Masse ergeben eine ausreichende Kraft zum Halten der Einsätze in dem Metall. Die Einsätze der Randreihe --11-- werden vorzugsweise so eingesetzt, dass sie etwa um 0,8 mm über den Aussenumfang der Fläche --6-- vorstehen, damit von Anfang an ein kleiner Zwischenraum zwischen der Bohrlochwandung und der Umfangsfläche --6-- gebildet wird. Hiedurch wird ermöglicht, dass das Schürfmaterial und das Spülmittel abfliessen und ein kleiner anfänglicher Verschleiss der Randfläche gefördert werden kann.
Die Bohrerausbildung nach der Erfindung erbringt zahlreiche Vorteile; von besonderer Bedeutung ist jedoch der Wegfall des kostspieligen periodischen Nachschärfens. Die Eindringtiefe bleibt im wesentlichen konstant, auch wenn die Einsätze zu einer flacheren Form verschleissen. Ein weiterer grosser Vorteil ist darin zu sehen, dass die Verkeilungsschwierigkeiten vermieden sind. Dabei besteht der besondere Vorteil, dass durch die Gestaltung des unteren Bohrerendes ein wirksames Entfernen des Schürfgutes bei begünstigtem Auswaschen des Metalles des Bohrerkörpers gewährleistet ist.
Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung stellen lediglich Beispiele dar. Die Anordnung der verschiedenen Teile sowie ihre Grösse und Form können mancherlei Änderungen erfahren. Auch die für den Bohrer angegebene Durchmessergrösse von 18, 4 cm stellt nur ein Beispiel dar. Praktisch kann der Bohrer einen Durchmesser ab etwa 5 cm aufwärts haben. Andere Grössen machen eine abgeänderte Anordnung der Einsätze sowie der Luftkanäle und deren Grösse erforderlich. Die Zahl der Einsätze in jeder Reihe kann zur Anpassung des erfindungsgemässen Bohrers an bestimmte Gesteins-
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bzw. Bodenformationen geändert werden. Manche Formationen erfordern mehr Einsätze und einen grö- sseren Kraftaufwand zur Überwindung der Druckfestigkeit besonderer Gesteine.
Der Neigungswinkel der Randeinsätze bei den beschriebenen Bohrern wechselt etwa von 30 bis 380 zur Vertikalen. Dieser Winkel kann jedoch je nach der Art des zu bohrenden Gesteins geändert werden. Aus den gleichen Gründen können jedoch auch Änderungen im Metall des Bohrerkörpers und in der Wärmebehandlung vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schlagbohrer mit einem Bohrerschaft und einem zylindrischen oder sich von der Unterkante nach dem Bohrerschaft zu konisch verjüngenden Bohrerkörper, dessen Stirnfläche etwa quer zur Längsachse des Bohrers verläuft und der mit einer Mehrzahl von an der Stirnfläche verteilten, fest an dem Bohrerkörper angebrachten verschleissfesten Einsätzen versehen ist, die senkrecht zur Stirnfläche verlaufen, wobei an der Kante der Stirnfläche eine Reihe von im Umfangsabstand voneinander angeordneten Bohrereinsätzen vorgesehen ist, deren Längsachsen schräg zur Bohrerachse verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Kante angeordneten Bohrereinsätze (11) mit ihren Spitzen divergierend aus dem Bohrerkopf (32) vorstehen.