DE102014101893A1

DE102014101893A1 - Meißelträger für ein Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE102014101893A1
Application number: DE102014101893.1A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hofmann; Jochen Kern
Original assignee: Betek GmbH and Co KG
Current assignee: Betek GmbH and Co KG
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2015-08-20
Also published as: WO2015121344A2; WO2015121344A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Meißelträger für einen Bohrwerkzeug mit einem Werkzeugkopf, der einen Bohrmeißel drehbar aufnimmt, wobei der Meißelträger im Anschluss an den Bohrmeißel eine von einer Drehachse des Bohrwerkzeugs abgewandte Seitenfläche aufweist. Erfindungsgemäß wird eine Verschleißoptimierung bei einem solchen Werkzeugsystem dadurch erreicht, dass die Seitenfläche zumindest bereichsweise von einer Verschleißschutzplatte abgedeckt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meißelträger für ein Bohrwerkzeug mit einem Werkzeugkopf, der einen Bohrmeißel drehbar aufnimmt, wobei der Meißelträger im Anschluss an den Bohrmeißel eine von einer Drehachse des Bohrwerkzeugs abgewandte Seitenfläche aufweist.
Solche Bohrwerkzeuge werden verwendet, um im Erdreich zu Baumaßnahmen Bohrlöcher auszunehmen. Dazu sind Bohrköpfe endseitig auf einem Bohrgestänge befestigt. Über das Bohrgestänge können die Drehung und der Vorschub einer Antriebseinheit in den Bohrkopf übertragen werden.
Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Horizontalbohrgeräte bekannt, bei denen eine eher horizontale Bohrung in das Erdreich eingebracht wird. Dabei wird der Bohrkopf beispielsweise unter Straßen, Gebäuden oder dergleichen hindurchgetrieben. Die Bohrköpfe weisen üblicher Weise einen Werkzeughalter auf, der an Ansätzen gelagerte Bohrmeißel hält. Wenn der Bohrkopf durch das Erdreich getrieben wird, so rollen die Bohrmeißel auf dem abzutragenden Gut ab und lösen es aus. Es wird fein zerteilt, so dass es mit einer Spülemulsion ausgewaschen werden kann. Die Spülemulsion wird über das Bohrgestänge den Bohrköpfen zugeführt. Die Bohrköpfe sind einem starken Verschleiß unterworfen und müssen daher regelmäßig ausgetauscht werden.
Aus der DE 20 2011 051 653 U1 ist ein Werkzeughalter für einen Bohrkopf mit einem Befestigungsansatz bekannt, der von wenigstens einem Spülkanal durchdrungen ist, oder dem ein solche Spülkanal zugeordnet ist, und wobei an dem Befestigungsansatz mittelbar oder unmittelbar ein Tragkörper angeschlossen ist. Dabei ist es vorgesehen, dass der Tragkörper in Umfangsrichtung zueinander versetzte Werkzeugaufnahmen aufweist. Die Werkzeugaufnahmen können als Steckaufnahmen ausgeführt sein, auf welchen die Meißelträger aufgesteckt werden können. Der Aufbau ermöglicht es, den Werkzeughalter und die Meißelträger entsprechend ihres Verschleißzustandes unabhängig voneinander zu tauschen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Meißelträger der eingangs genannten Art bereitzustellen, der verschleißoptimiert ausgelegt ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Seitenfläche zumindest bereichsweise von einer Verschleißschutzplatte abgedeckt ist. Vorzugsweise drei Meißelträger sind gleich beabstandet an dem Umfang eines Werkzeughalters befestigt und bilden mit dem Werkzeugzhalter und den Bohrmeißeln einen Bohrkopf, welcher, zusammen mit einem Bohrgestänge, das Bohrwerkzeug darstellt. Die Verschleißschutzplatte schützt den mechanisch besonders belasteten Bereich am Außenumfang des Meißelträgers. Dort bewegt sich der Meißelträger durch die Drehung des Bohrwerkzeugs entsprechend der Drehrichtung an der Wandung der Bohrung vorbei. Abraummaterial, welches sich zwischen der Bohrwandung und der Seitenfläche befindet, reibt über die Seitenfläche, wodurch hier ein besonders hoher Verschleiß des Meißelträgers vorliegt. Die erfindungsgemäße Verschleißschutzplatte überdeckt und schützt somit die besonders stark belastete Seitenfläche des Meißelträgers flächig, so dass die Standzeit des Meißelträgers deutlich erhöht wird.
Ist es vorgesehen, dass die Seitenfläche eine Ausnehmung aufweist, in die die Verschleißschutzplatte zumindest teilweise eingelassen ist, so ragt diese nicht oder nur wenig über die Seitenfläche hinaus. Durch die Anordnung des Bohrmeißels ist erreicht, dass die Seitenfläche um einen Freischnitt von der Bohrwandung zurückgesetzt ist. Die Ausnehmung bewirkt, dass ein Abstand zwischen der Bohrwandung und der Verschleißschutzplatte verbleibt, so dass die Verschleißschutzplatte nicht in direktem Kontakt mit der Bohrwandung steht. Vorzugsweise ist die Verschleißschutzplatte oberflächenbündig in die Seitenfläche eingelassen.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Verschleißschutzplatte aus einem Hartmaterial, insbesondere aus Hartmetall, gebildet ist. Die Verschleißschutzplatte ist somit sehr abriebfest und bietet einen hohen Verschleißschutz für den aus Stahl gefertigten Meißelträger.
Die Seitenfläche des Meißelträgers schließt im oberen Bereich an dem Bohrmeißel ab. Der Freischnitt wird durch die Anordnung von in Aufnahmen der Außenfläche des Bohrmeißels eingesetzten Hartstoffelementen erreicht, die über den Rand des Bohrmeißels und damit die Seitenfläche hinausragen. Die Seitenfläche ist dabei um einen Anstellwinkel gegenüber der Drehachse des Bohrkopfes derart geneigt, dass sich der Abstand zwischen der Seitenfläche und der Bohrwandung mit steigendem Abstand von dem Bohrmeißel vergrößert. Unmittelbar im Anschlussbereich an den Bohrmeißel ist der Abstand zwischen der Seitenfläche und der Bohrwandung der Bohrung am geringsten und somit die Belastung des Meißelträgers am größten. Um diesen Bereich besonders zu schützen kann es vorgesehen sein, dass die Verschleißschutzplatte in einem oberen, einem Anschlussbereich an den Bohrmeißel zugewandten Bereich der Seitenfläche angeordnet ist. Der weiter von dem Bohrmeißel entfernte Bereich der Seitenfläche ist so weit von der Bohrwandung entfernt, dass er nicht mehr gesondert geschützt werden muss. Die Abmessung der Verschleißschutzplatte kann so auf das notwendige Maß begrenzt und entsprechend ihre Herstellkosten reduziert werden.
Während des Bohrbetriebes verschleißt auch die Verschleißschutzplatte. Die Dicke der Verschleißschutzplatte ist daher so auszulegen, dass ihre Lebenserwartung zumindest der erwarteten Standzeit des Meißelträgers entspricht, dass sie gleichzeitig aber nicht zu weit über die Seitenfläche hinausragt und damit in Kontakt mit der Bohrwandung kommt. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Verschleißschutzplatte eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,5 mm bis 2,5 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 mm und 1,5 mm aufweist. Bei einer Mindestdicke von 0,5 mm bzw. 1 mm bei anspruchsvollen Bohraufgaben ist eine ausreichende Bruchfestigkeit gegeben. Wird eine Dicke von größer 1,5 mm gewählt, können die Verschleißschutzplatten nicht mehr ausreichend maßhaltig gefertigt werden, insbesondere wenn sie aus Hartmetall bestehen. Eine maximale Dichte von 1,5 mm bietet eine gute Maßhaltigkeit bei gleichzeitig geringem Herstellungsaufwand.
Die Verschleißschutzplatte schützt die Seitenfläche des Meißelträgers möglichst großflächig. Demgegenüber ist es aus Kostengründen wünschenswert, die Verschleißschutzplatte so klein wie möglich zu halten. Wesentlich für die auftretende Belastung ist der Abstand zwischen der Seitenfläche und der Bohrwandung, welcher durch den Freischnitt im Anschlussbereich an den Bohrmeißel und den Anstellwinkel der Seitenfläche und somit der Verschleißschutzplatte gegeben ist und mit zunehmendem Abstand von dem Bohrmeißel entlang des Meißelträgers zunimmt. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Verschleißschutzplatte eine in Richtung der Drehachse des Bohrwerkzeuges gemessene Längserstreckung von größer 2 cm, insbesondere größer 3 cm, bei einem Anstellwinkel der Verschleißschutzplatte gegenüber der Drehachse des Bohrwerkzeugs in einem Bereich zwischen 1° und 8°, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3° und 5°, aufweist. Ab einem Anstellwinkel von 1° nimmt der Abstand zwischen Seitenfläche und Bohrwandung mit steigendem Abstand zu dem Bohrmeißel derart zu, dass der dem Bohrmeißel abgewandte untere Bereich der Seitenfläche nicht mehr gesondert gegenüber Verschleiß geschützt werden muss. Bei diesem vergleichsweise geringen Anstellwinkel ist eine längere Verschleißschutzplatte größer 3 cm vorteilhaft, um einen ausreichend großen Bereich der Seitenfläche zu schützen. Mit steigendem Anstellwinkel kann die Länge der Verschleißschutzplatte reduziert werden. Insbesondere der Winkelbereich zwischen 3° und 5° für den Anstellwinkel bildet ein Optimum bezüglich der Reibung zwischen dem Meißelträger und der Bohrwandung. Für einen solchen Anstellwinkel ergibt sich eine Ausdehnung des besonders belasteten Bereichs der Seitenfläche in Richtung der Längserstreckung des Meißelträgers von mindestens 2 cm, ausgehend von dem Abschluss des Meißelträgers auf der Seite des Bohrmeißels. Dieser besonders belastete Bereich wird durch eine Verschleißschutzplatte mit einer Länge größer 2 cm überdeckt und somit geschützt. Anstellwinkel größer 8° bewirken keine wesentliche zusätzliche Entlastung der Seitenfläche mehr, reduzieren jedoch die Materialstärke des Meißelträgers oder des Tragkörpers, so dass der Anstellwinkel vorteilhaft auf weniger als 8° begrenzt ist.
Ein weitestgehender Schutz des oberen, besonders belasteten Bereichs des Meißelträgers wird dadurch erreicht, dass die Verschleißschutzplatte die Seitenfläche in Drehrichtung des Bohrwerkzeugs über einen Winkel von mindestens 20°, gemessen von der Drehachse des Bohrwerkzeugs, überdeckt. Vorteilhaft wird der Meißelhalter über seine komplette Breite von der Verschleißschutzplatte überdeckt.
Die Verschleißschutzplatte wird als Hartstoffelement in einem gesonderten Fertigungsschritt hergestellt und anschließend mit dem Meißelträger verbunden. Um die Verschleißschutzplatte flächig aufliegend mit dem Meißelträger verbinden zu können kann es vorgesehen sein, dass die Verschleißschutzplatte entsprechend der Kontur des überdeckten Bereichs der Seitenfläche oder der Ausnehmung geformt ist und/oder dass die Verschleißschutzplatte konvex geformt ist. Hohlräume zwischen der Verschleißschutzplatte und dem Meißelträger, die zum Bruch der Verschleißschutzplatte bei Belastung führen können, sowie abstehende Bereiche, insbesondere am Rand der Verschleißschutzplatte, mit einem dadurch bewirkten erhöhten Verschleiß in diesen Bereichen werden so vermieden.
Die Verbindung zwischen der Verschleißschutzplatte und dem Meißelträger kann dadurch erfolgen, dass die Verschleißschutzplatte stoffschlüssig mit dem Meißelträger verbunden ist, insbesondere dass die Verschleißschutzplatte durch Löten oder Kleben mit dem Meißelträger verbunden ist, besonders bevorzugt dass die Verschleißschutzplatte in die Ausnehmung eingelötet ist. Dabei steht mit Kleben eine kostengünstige Verbindungstechnologie zur Verfügung, während durch Löten eine mechanisch sehr beständige Verbindung erreicht wird. Das Einlöten in die Ausnehmung bietet den Vorteil, dass die Ausnehmung eine Positionierhilfe für die Verschleißschutzplatte sowie durch ihren vorzugsweise umlaufenden Rand ein Reservoir für das Lot darstellt. Durch ein gleichmäßiges Aufwärmen der Verschleißschutzplatte und des Meißelhalters beim Löten kann ein Verzug der Verschleißschutzplatte sicher vermieden werden.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Verschleißschutzplatte eine gleichmäßige Dicke aufweist und/oder dass die Ausnehmung eine gleichbleibende Tiefe aufweist. Die Verschleißschutzplatte und die Ausnehmung können so kostengünstig und passgenau hergestellt werden.
Die Ausnehmung kann sowohl umlaufend geschlossen als auch zumindest einseitig offen ausgeführt sein. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Ausnehmung umlaufend durch eine radial nach außen gerichtete Kante begrenzt ist oder dass die Ausnehmung umlaufend durch eine radial nach außen gerichtete Kante mit einem der Kontur des Meißelträgers im Anschlussbereich an den Bohrmeißel folgenden oberen Kantenabschnitt begrenzt ist oder dass die Ausnehmung durch einen dem Bohrmeißel zugewandten oberen Kantenabschnitt und eine dem oberen Kantenabschnitt gegenüberliegende untere Kante begrenzt ist und/oder dass der obere Kantenabschnitt der Kontur des Meißelträgers im Anschlussbereich an den Bohrmeißel folgt. Eine umlaufende Kante umschließt die eingesetzte Verschleißschutzplatte an deren kompletten Umfang, wodurch eine korrekte Positionierung der Verschleißschutzplatte sichergestellt und ein Reservoir für das Lot vorgeben ist. Folgt der obere Kantenabschnitt der Kontur des Meißelträgers im Anschlussbereich an den Bohrmeißel, kann die entsprechend geformte Verschleißschutzplatte bis unmittelbar an den Bohrmeißel und damit in den mechanisch am stärksten belasteten Bereich der Seitenfläche geführt werden. Ist die Ausnehmung nur oben und unten begrenzt und seitlich offen liegen, die seitlichen Kanten der eingebrachten Verschleißschutzplatte frei. Dadurch kann insbesondere an der in Drehrichtung vorderen Kante des Meißelträgers der Verschleiß reduziert werden, da jetzt die Kante der harten Verschleißschutzplatte an der Bohrwandung vorbeigeführt wird.
Entsprechend einer weiteren Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass die Seitenfläche zumindest aus einer in Drehrichtung des Bohrwerkzeugs vorne angeordneten Ableitfläche und einer davon über eine Räumkante getrennte radial äußere Seitenfläche gebildet ist und dass die Verschleißschutzplatte mit der radial äußeren Seitenfläche verbunden und mit einer vorderen Seitenkante bis an die Räumkante herangeführt ist. Die Ableitfläche bildet den in Drehrichtung vorderen Abschluss des Meißelträgers und ist vorzugsweise in einem stumpfen Winkel zur Drehrichtung ausgerichtet. Die Räumkante ist vorzugsweise am weitesten von der Drehachse beabstandet, so dass auch durch sie ein Freischnitt für die in Drehrichtung nachfolgende, radial äußere Seitenfläche gebildet wird. Durch die Verschleißschutzplatte wird die radial äußere Seitenfläche, welche an der Bohrwandung vorbeigeführt wird, geschützt. Die vordere Seitenkante der Verschleißschutzplatte bildet zumindest einen Abschnitt der mechanisch stark belasteten Räumkante, wodurch der Verschleiß der Räumkante verringert und die Standzeit des Meißelträgers deutlich erhöht wird.
Entsprechend kann es vorgesehen sein, dass die Seitenfläche zumindest aus der radial äußeren Seitenfläche und einer der radial äußeren Seitenfläche in Drehrichtung des Bohrwerkzeugs nachfolgenden Freifläche gebildet ist und dass die Verschleißschutzplatte mit der radial äußeren Seitenfläche verbunden und mit einer hinteren Seitenkante bis an die Freifläche herangeführt ist. Die Freifläche bildet den in Drehrichtung hinteren Abschluss des Meißelträgers und ist vorzugsweise in einem stumpfen Winkel zur Drehrichtung ausgerichtet. Die radial äußere Seitenfläche ist durch die Verschleißschutzplatte geschützt. Die sich zwischen der radial äußeren Seitenfläche und der Freifläche ausbildende und mechanisch stark belastete Kante ist durch die Seitenkante der Verschleißschutzplatte zumindest in einem dem Bohrmeißel zugewandten Abschnitt entsprechend verschleißbeständig ausgebildet.
Der Bohrmeißel ist drehbar an einem Werkzeugkopf des Meißelhalters gelagert. Zur Befestigung des Bohrmeißels können Lagerkugeln vorgesehen sein, die in eine umlaufende innere Haltenut an dem Werkzeugkopf und eine dieser inneren Haltenut gegenüber angeordnete äußere Haltenut des Bohrmeißels eingebracht sind. Die Lagerkugeln ermöglichen so eine Drehung des Bohrmeißels um seine Drehachse, während eine axiale Verschiebung des Bohrmeißels blockiert ist. Die Lagerkugeln werden über eine Bohrung in den durch die beiden Haltenuten gebildeten Haltebereich eingebracht, wenn der Bohrmeißel zur Montage auf den Werkzeugkopf aufgesteckt ist. Dazu ist die Bohrung vorzugsweise von der Seitenfläche des Meißelhalters zu dem Haltebereich geführt. Nachdem die Lagerkugeln in die Haltenuten eingebracht sind wird die Bohrung verschlossen. Entsprechend einer Erfindungsvariante kann es vorgesehen sein, dass eine Bohrung zum Einbringen von Lagerkugeln von der Seitenfläche zu einem Haltebereich des Werkzeugkopfes vorgesehen ist und dass die Bohrung von der Verschleißschutzplatte überdeckt ist. Die Bohrung ist somit sicher verschlossen, ohne dass sich Kanten in der Seitenfläche, beispielsweise am Rand der Bohrung, ausbilden, an denen ein erhöhter Verschleiß auftritt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 in Seitenansicht einen Bohrkopf mit einem Werkzeughalter sowie daran montierten Meißelträgern mit Bohrmeißeln,
2 den Bohrkopf gemäß 1 in Seitenansicht und im Teilschnitt.
1 zeigt in Seitenansicht einen Bohrkopf mit einem Werkzeughalter 10 sowie daran montierten Meißelträgern 20 mit Bohrmeißeln 30. Der Bohrkopf weist als Basisteil einen Tragkörper 12 aufweist. An dem Tragkörper 12 ist ein nach unten abstehender Befestigungsansatz 11 einstückig angeformt. Dabei weist der Befestigungsansatz 11 ein konisches Außengewinde auf, an den ein nicht dargestelltes Bohrgestänge angeschlossen werden kann. Der Tragkörper 12 ist mit drei Werkzeugaufnahmen 13 ausgestattet, die zueinander um 120° versetzt außenseitig an dem Tragkörper 12 angeordnet sind. An den Werkzeugaufnahmen 13 können die Meißelträger 20 befestigt werden. Dazu weisen die Werkzeugaufnahmen 13 nicht dargestellt jeweils eine Prismenführung auf, auf welche die Meißelträger 20 aufgesteckt sind. An dem Meißelträger 20 ist eine Befestigungsaufnahme 21.1 in Form einer Bohrung angebracht.
Wie 2 zeigt, weist die Werkzeugaufnahme 13 eine zu der Befestigungsaufnahme 21.1 korrespondierende Haltebohrung 13.1 auf. Im montierten Zustand steht die Befestigungsaufnahme 21.1 in Flucht zu der Haltebohrung 13.1. Dann kann ein entsprechendes Befestigungselement, beispielsweise eine Spannhülse, durch die fluchtenden Befestigungsaufnahmen 21.1 des Steckansatzes 21 und die Haltebohrung 13.1 der Werkzeugaufnahme 13 geschoben werden. Damit ist der Versatz des Meißelträgers 20 gegenüber dem Werkzeughalter 10 in Führungsrichtung blockiert. Zum Austausch eines Meißelträgers 20 kann das Befestigungselement gelöst und der Meißelträger 20 von der Werkzeugaufnahme 13 geschoben werden.
Wie 2 weiterhin zeigt, weisen die Meißelträger 20 jeweils einen Werkzeugkopf 26 auf, an den ein Steckansatz 21 einteilig angeschlossen ist. Der Steckansatz 21 bildet radial innen liegend eine eingetiefte Befestigungsaufnahme. Dabei ist die Befestigungsaufnahme radial nach innen und in Richtung nach unten geöffnet und bildet eine Schiebeführung zu der Prismenführung der Werkzeugaufnahme 13 aus.
Wie in 1 gezeigt, wird die Außenseite des Meißelträgers 20 von einer Seitenfläche 22 begrenzt. Diese Seitenfläche 22 unterteilt sich in mehrere Teilflächen. In Drehrichtung DR des Bohrkopfes vorne weist die Seitenfläche 22 eine Ableitfläche 22.1 auf. Die Ableitfläche 22.1 ist entgegensetzt der Drehrichtung DR geneigt. Die Ableitfläche 22.1 geht über eine Räumkante 22.4 in eine radial äußere Seitenfläche 22.2 über. Die Räumkante 22.4 erstreckt sich im Wesentlichen in Richtung der Mittellängsachse des Meißelträgers 20. Entgegensetzt zur Drehrichtung DR geht die radial äußere Seitenfläche 22.2 rückseitig in eine Freifläche 22.3 über, wobei zwischen der radial äußeren Seitenfläche 22.2 und der Freifläche 22.3 ebenfalls ein Kantenbereich gebildet ist.
Die Abmessung der Ableitfläche 22.1 ist in Radialrichtung größer als die Abmessung der hinteren Freifläche 22.3. Damit ist die Räumkante 25.6 auf einem anderen, nämlich größeren, Teilkreis (Kreismittelpunkt auf der Drehachse DR), als der Kantenbereich zwischen der Freifläche 22.3 und der radial äußeren Seitenfläche 22.2 angeordnet. Mithin ergibt sich für die radial äußere Seitenfläche 22.2 eine entgegensetzt zur Drehrichtung DR radial nach innen abfallende, verschleißoptimierte Geometrie.
Die radial äußere Seitenfläche 22.2 ist gegenüber der Drehachse DA um einen Anstellwinkel α geneigt, wobei der obere, dem Bohrmeißel 30 zugewandte Bereich der radial äußeren Seitenfläche 22.2 am weitesten von der Drehachse entfernt ist.
Wie in 2 gezeigt trägt der Steckansatz 21 einen Werkzeugkopf 26, an den ein Lagerabschnitt 26.3 einteilig angeformt ist. Im Übergangsbereich zu dem Lagerabschnitt 26.3 trägt der Werkzeugkopf 26 einen ringförmig umlaufenden Ansatz 26.1 und daran anschließend eine umlaufende konzentrische Nut 26.2. Der Ansatz 26.1 und die konzentrische Nut 26.2 bilden Labyrinth-Dichtungsteile. Der Lagerabschnitt 26.3 geht in ein endseitiges Stutzenstück 26.7 über. In dieses Stutzenstück 26.7 ist eine umlaufende Nut 26.5 eingearbeitet. Der Lagerabschnitt 26.3 ist endseitig mit einer Stirnfläche 26.4 abgeschlossen. In diese Stirnfläche 26.4 ist eine Ausnehmung eingearbeitet, in die ein Stützelement 26.6, bestehend aus einem Hartwerkstoff, beispielsweise Hartmetall, eingelötet, eingeklebt oder eingepresst ist.
In die umlaufende Nut 26.5 sind Lagerkugeln 27 eingebracht. Dazu ist in dem Werkzeugkopf 26 eine Bohrung 25 vorgesehen, welche von der radial äußeren Seitenfläche 22.2 durch den Lagerabschnitt 26.3 zu der umlaufenden Nut 26.5 führt.
1 und 2 zeigen, dass mit dem Meißelträger 20 ein Bohrmeißel 30 drehbar verbunden werden kann. Der Bohrmeißel 30 weist eine Außenfläche 31 mit mindestens einer umlaufenden Nut 32, 33 auf. In Bohrungen der Seitenfläche 31 können Hartstoffelemente 34, insbesondere Hartmetallelemente, eingelötet werden.
Wie in 2 gezeigt, weist der Bohrmeißel 30 eine innenliegende Lageraufnahme 37 auf. Diese Lageraufnahme 37 ist in Form einer Bohrung in den Bohrmeißel 30 eingearbeitet. Die Lageraufnahme 37 geht durchmesserreduziert in eine Sacklochbohrung über, die mit einer Nut 38 ausgestattet ist. Die Sacklochbohrung ist mit einer Stirnfläche abgeschlossen, in die eine Aufnahme für ein Stützelement 36 eingebracht ist. Das Stützelement 36 kann aus einem Hartstoff, beispielsweise Hartmetall, bestehen.
Im Anschlussbereich an die Lageraufnahme 37 ist der Bohrmeißel 30 mit einer umlaufenden Stufe 35 ausgestattet.
Zur Montage des Bohrmeißels 30 an dem Meißelträger 20 wird ein Lager 29 in die Lageraufnahme 37 des Bohrmeißels 30 eingebracht beziehungsweise auf den Lagerabschnitt 26.3 des Meißelträgers 20 aufgezogen. Das Lager 29 ist vorliegend als zylindrisches Wälzlager ausgebildet, wodurch eine hohe Tragkraft erreicht werden kann.
Im Bereich zwischen der Lageraufnahme 37 und dem Lagerabschnitt 26.3 ist ein Radialwellendichtring oder eine gleichartige umlaufende Dichtung 28 eingebracht. Im gefügten Zustand greift der umlaufende Ansatz 26.1 des Meißelhalters 20 in die umlaufende Stufe 35 des Bohrmeißels 30 ein, so dass hier eine Labyrinth-Dichtung gebildet ist. Im Anschluss an die Labyrinth-Dichtung dichtet die Dichtung 28 die Lageraufnahme 37 ab, so dass das Lager 29 mittels der Labyrinth-Dichtung und der Dichtung 28 vor eindringendem Gesteinsmaterial und Spülemulsion effektiv geschützt ist. Damit ist sichergestellt, dass das Lager 29 nicht vorzeitig ausfällt. Zur Fixierung des Bohrmeißels 30 auf dem Meißelträger 20 greifen die Lagerkugeln 27 gleichzeitig in die beiden Nuten 26.5 und 38 ein. Hierdurch wird der Bohrmeißel 30 in Richtung der Drehachse unverlierbar, jedoch in Umfangsrichtung frei drehbar gehalten. Der Bohrmeißel 30 stützt sich zur Bildung eines Drehlagers, das die Axialkräfte aufnimmt, mit seinem Stützelement 36 auf dem Stützelement 26.6 des Meißelträgers 20 ab. Bei der Montage des Bohrmeißels 30 werden Lagerkugeln 27 durch die Bohrung 25 in den durch die Nuten 26.5 und 38 gebildeten Haltebereich eingeführt. Anschließend wird die Bohrung beispielsweise durch eingeführte Bolzen verschlossen und ausgangsseitig verschweißt. Die Nuten 26.5 und 38 und die eingeführten Lagerkugeln 27 bilden eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Meißelträger 20 und dem Bohrmeißel 30.
Nachdem alle drei Meißelträger 20 mit ihren Bohrmeißeln 30 an dem Werkzeughalter 10 befestigt sind, ist der Bohrkopf einsatzbereit. Während des Werkzeugeingriffes rotiert der Werkzeughalter 10 und mit ihm die Meißelträger 20 um die Drehachse DA. Dabei kommen die Bohrmeißel 30 in Eingriff mit dem abzutragenden Material. Infolge der Drehbewegung rollen die Bohrmeißel 30 im Bohrloch ab und die Hartstoffelemente 34 zerteilen das abzutragende Gut. Über einen in 2 gezeigten Spülkanal 15 wird eine Emulsion zugeführt, die im Bereich einer Düse 15.1 ausgesprüht wird. Die Emulsion schwemmt das abgetragene und zermahlene Gut aus, wobei die Emulsion dann über in 1 gezeigte Ableitkanäle 14 abfließt. Diese werden von jeweils einer Freifläche 22.3 und einer Ableitfläche 22.1 benachbarter Meißelträger 20 sowie einem Flächenabschnitt des Tragkörpers 12 begrenzt.
1 zeigt deutlich, dass die Ableitfläche 22.1 bis hin zu dem Anschlussbereich an den Bohrmeißel 30 reicht. Auf diese Weise wird erreicht, dass abfließendes Abraummaterial sich nicht in diesem Bereich ansammeln, sondern abfließen kann, so dass eine verschleißschädliche Materialakkumulation verhindert ist.
Die Bohrmeißel 30 sind auf dem Werkzeughalter 10 gegeneinander gerichtet und um einen Winkel gegenüber der Drehachse DA nach innen gekippt. Die Bohrmeißel 30 sind jeweils im Bereich ihrer Außenfläche 31 unterschiedlich ausgelegt, so dass die umlaufenden Reihen von Hartstoffelementen 14 eines Bohrmeißels 30 jeweils in eine Nut 32, 33, des benachbarten Bohrmeißels 30 ablaufen können.
Die Harstoffelemente 34 sind in Aufnahmen der Außenfläche 31 des Bohrmeißels 30 eingesetzt und darin festgelötet. Wie 2 erkennen lässt, ist die äußere Reihe von Hartstoffelementen 34, also die Reihe, die ringförmig den Bereich der Nut 35 umläuft, so ausgebildet, dass bei Rotation des Bohrmeißels 30 die Hartstoffelemente 34 radial zur Drehachse DA über die Seitenfläche 22 vorstehen. Hierzu sind die Hartstoffelemente 34 bezüglich deren Mittellängsachsen gegenüber der Mittellängsachse des Bohrmeißels 30 im stumpfen Winkel angeordnet und nach außen gekippt angeordnet, wie 2 erkennen lässt. Infolge der nach außen abstehenden Hartstoffelemente 34 wird ein Freischneidungseffekt erreicht, der die radial äußere Seitenfläche 22.2 vor dem Reibverschleiß an der erzeugten Bohrwandung schützt.
Während des Bohrbetriebes wird die radial äußere Seitenfläche 22.2 entsprechend der Drehrichtung DR des Bohrkopfes an der Bohrwandung vorbeigeführt. Durch die Anordnung der Hartstoffelemente 34, die vorstehende Räumkante 22.4 und den dadurch ausgebildeten Freischnitt ist die radial äußere Seitenfläche 22.2 gegenüber der Bohrwandung zurückgesetzt. Dabei vergrößert sich der Abstand zwischen der Bohrwandung und der radial äußeren Seitenfläche 22.2 durch den Anstellwinkel α der radial äußeren Seitenfläche 22.2 mit steigendem Abstand von dem Bohrmeißel 30. Durch Abraummaterial, welches sich zwischen der Bohrwandung und der radial äußeren Seitenfläche 22.2 befindet, ist diese einem verstärkten Verschleiß ausgesetzt. Dabei ist der obere, dem Bohrmeißel 30 zugewandte Bereich der radial äußeren Seitenfläche 22.2 besonders belastet, da hier der Abstand zwischen der Bohrwandung und der radial äußeren Seitenfläche 22.2 am geringsten ist. Erfindungsgemäß ist daher an der Seitenfläche 22 in dem oberen Bereich der radial äußeren Seitenfläche 22.2 eine Verschleißschutzplatte 23 angeordnet. Die Verschleißschutzplatte 23 ist in dem Ausführungsbeispiel flächenbündig zur radial äußeren Seitenfläche 22.2 in eine entsprechende Ausnehmung 24 in den Meißelträger 20 eingelassen, so dass keine über die radial äußere Seitenfläche 22.2 hinausragenden Kanten gebildet sind. Die Verschleißschutzplatte 23 ist aus einem verschleißbeständigen Material, insbesondere aus einem Hartmaterial, gefertigt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Verschleißschutzplatte 23 aus einem Hartmetall.
Die Verschleißschutzplatte 23 ist derart konvex geformt, dass sie der äußeren Kontur des Meißelträgers 20 folgt. An ihrem äußeren Umfang ist sie in Richtung der Ableitfläche 22.1 durch eine vordere Seitenkante 23.1, in Richtung des Bohrmeißels 30 durch eine obere Seitenkante 23.2, in Richtung der Freifläche 22.3 durch eine hintere Seitenkante 23.3 und in der dem Bohrmeißel 30 abgewandten Richtung durch eine untere Seitenkante 23.4 begrenzt. Die Ausnehmung 24 ist durch einen dem Bohrmeißel 30 zugewandten oberen Kantenabschnitt 24.1 und eine diesem gegenüber liegende untere Kante 24.2 gebildet. Die Abmessungen der Ausnehmung 24 und der Verschleißschutzplatte 23 sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass die Verschleißschutzplatte 23 mit einem vorgegebenen Spiel flächenbündig in die Ausnehmung 24 eingelassen und dort stoffschlüssig, bevorzugt durch Löten, mit dem Meißenträger 20 verbunden werden kann.
Die obere Seitenkante 23.2 der Verschleißschutzplatte 23 ist bis unmittelbar an den oberen Rand des Meißelträgers 20 geführt und folgt dessen äußerer Kontur entlang dem Übergang zu dem Bohrmeißel 30. Dadurch ist der besonders stark belastete Bereich des Meißelträgers 20 am Übergang zu dem Bohrmeißel 30 gegenüber Abrieb geschützt. Die Länge der Verschleißschutzplatte 23, gebildet durch den Abstand zwischen der oberen Seitenkante 23.2 und der unteren Seitenkante 23.4, ist in Abhängigkeit von dem Anstellwinkel α der radial äußeren Seitenfläche 22.2 gewählt. Bei einem geringen Anstellwinkel α vergrößert sich der Abstand zwischen der Bohrwandung und der radial äußeren Seitenfläche 22.2 mit steigendem Abstand von dem Bohrmeißel 30 nur wenig, so dass auch in den von dem Bohrmeißel 30 beabstandeten Bereichen ein erhöhter Abrieb vorliegt. In diesem Fall ist eine möglichst lange Verschleißschutzplatte 23 vorzusehen. Bei größeren Anstellwinkeln α kann die Länge der Verschleißschutzplatte 23 reduziert werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Anstellwinkel α 4° bei einer Länge der Verschleißschutzplatte 23 von 4 cm.
Die Breite der Verschleißschutzplatte 23 ist durch den Abstand zwischen der vorderen Seitenkante 23.1 und der hinteren Seitenkante 23.3 gegeben. In dem Ausführungsbeispiel ist die Breite der Verschleißschutzplatte 23 derart gewählt, dass sie die radial äußere Seitenfläche 22.2 vollständig umfasst. In einer kostenoptimierten Ausführung kann die Verschleißschutzplatte 23 nur einen Teil der Seitenfläche 22.2 in Drehrichtung des Bohrwerkzeugs überdecken. Dabei sollte der Winkel, der von der Verschleißschutzplatte 23 überdeckt wird, gemessen von der Drehachse DA des Bohrwerkzeugs mindestens 20° betragen. Weiterhin kann die Verschleißschutzplatte 23 entsprechend geformt die Seitenfläche 22 vollständig umfassen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die vordere Seitenkante 23.1 und die hintere Seitenkante 23.3 der Verschleißschutzplatte 23 offen. Die vordere Seitenkante 23.1 bildet somit einen Teil der Räumkante 22.4, während die hintere Seitenkante 23.3 einen Teil des zwischen der radial äußeren Seitenfläche 22.2 und der Freifläche 22.3 ausgebildeten Kantenbereichs darstellt. Insbesondere die mechanisch stark belastete Räumkante 22.4 ist somit durch die aus Hartmaterial hergestellte Verschleißschutzplatte 23 entsprechend abriebs- und verschleißfest ausgebildet, wodurch die Standzeit des Meißelträgers 20 deutlich erhöht wird.
Die Bohrung 25, durch welche die Lagerkugeln 27 den beiden Nuten 26.5 und 38 des Haltebereichs des Bohrmeißels 30 zugeführt werden, ist durch die Verschleißschutzplatte 23 überdeckt. Somit sind Kanten am Rand der Bohrung 25, welche einen Angriffspunkt für einen erhöhten Verschleiß bieten, flächig verdeckt und entsprechend geschützt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202011051653 U1 [0004]

Claims

Meißelträger (20) für ein Bohrwerkzeug mit einem Werkzeugkopf (26), der einen Bohrmeißel (30) drehbar aufnimmt, wobei der Meißelträger (20) im Anschluss an den Bohrmeißel (30) eine von einer Drehachse (DA) des Bohrwerkzeugs abgewandte Seitenfläche (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (22) zumindest bereichsweise von einer Verschleißschutzplatte (23) abgedeckt ist.
Meißelträger (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (22) eine Ausnehmung (24) aufweist, in die die Verschleißschutzplatte (23) zumindest teilweise eingelassen ist.
Meißelträger (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) aus einem Hartmaterial, insbesondere aus Hartmetall, gebildet ist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) in einem oberen, einem Anschlussbereich an den Bohrmeißel (30) zugewandten Bereich der Seitenfläche (22) angeordnet ist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) eine Dicke in einem Bereich zwischen 0,5 mm bis 2,5 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 1 mm und 1,5 mm aufweist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) eine in Richtung der Drehachse (DA) des Bohrwerkzeuges gemessene Längserstreckung von größer 2 cm, insbesondere größer 3 cm, bei einem Anstellwinkel der Verschleißschutzplatte (23) gegenüber der Drehachse (DA) des Bohrwerkzeugs in einem Bereich zwischen 1° und 8°, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 3° und 5°, aufweist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) die Seitenfläche (22) in Drehrichtung (DR) des Bohrwerkzeugs über einen Winkel von mindestens 20°, gemessen von der Drehachse (DA) des Bohrwerkzeugs, überdeckt.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) entsprechend der Kontur des überdeckten Bereichs der Seitenfläche (22) oder der Ausnehmung (24) geformt ist und/oder dass die Verschleißschutzplatte (23) konvex geformt ist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) stoffschlüssig mit dem Meißelträger (20) verbunden ist, insbesondere dass die Verschleißschutzplatte (23) durch Löten oder Kleben mit dem Meißelträger (20) verbunden ist, besonders bevorzugt dass die Verschleißschutzplatte (23) in die Ausnehmung (24) eingelötet ist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleißschutzplatte (23) eine gleichmäßige Dicke aufweist und/oder dass die Ausnehmung (24) eine gleichbleibende Tiefe aufweist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (24) umlaufend durch eine radial nach außen gerichtete Kante begrenzt ist oder dass die Ausnehmung (24) umlaufend durch eine radial nach außen gerichtete Kante mit einem der Kontur des Meißelträgers (20) im Anschlussbereich an den Bohrmeißel (30) folgenden oberen Kantenabschnitt (24.1) begrenzt ist oder dass die Ausnehmung (24) durch einen dem Bohrmeißel (30) zugewandten oberen Kantenabschnitt (24.1) und eine dem oberen Kantenabschnitt (24.1) gegenüberliegende untere Kante (24.2) begrenzt ist und/oder dass der obere Kantenabschnitt (24.1) der Kontur des Meißelträgers (20) im Anschlussbereich an den Bohrmeißel (30) folgt.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (22) zumindest aus einer in Drehrichtung (DR) des Bohrwerkzeugs vorne angeordneten Ableitfläche (22.1) und einer davon über eine Räumkante (22.4) getrennte radial äußere Seitenfläche (22.2) gebildet ist und dass die Verschleißschutzplatte (23) mit der radial äußeren Seitenfläche (22.2) verbunden und mit einer vorderen Seitenkante (23.1) bis an die Räumkante (22.4) herangeführt ist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenfläche (22) zumindest aus der radial äußeren Seitenfläche (22.2) und einer der radial äußeren Seitenfläche (22.2) in Drehrichtung (DR) des Bohrwerkzeugs nachfolgenden Freifläche (22.3) gebildet ist und dass die Verschleißschutzplatte (23) mit der radial äußeren Seitenfläche (22.2) verbunden und mit einer hinteren Seitenkante (23.3) bis an die Freifläche (22.3) herangeführt ist.
Meißelträger (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bohrung (25) zum Einbringen von Lagerkugeln (27) von der Seitenfläche (22) zu einem Haltebereich des Werkzeugkopfes (26) vorgesehen ist und dass die Bohrung (25) von der Verschleißschutzplatte (23) überdeckt ist.