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Die
Erfindung betrifft eine Kernbohrkrone zum Bohren von harten Werkstoffen,
insbesondere eine Diamantbohrkrone, mit einem röhrenförmigen Bohrkronenkörper, der
einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum zur Aufnahme eines
Bohrkerns begrenzt, an seinem freien Stirnende mit einem abrasiven
Material bestückt
ist und an seinem entgegengesetzten Ende eine in den Hohlraum mündende Zufuhröffnung zum
Zuführen
eines flüssigen
oder gasförmigen
Spülmediums
in den Hohlraum aufweist.
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Kernbohrkronen
der eingangs genannten Art sind Bohrwerkzeuge, die zum Beispiel
eingesetzt werden, wenn für
eine spätere
Materialuntersuchung oder dergleichen ein Bohrkern aus einem harten Werkstoff,
wie Beton, Stein oder Asphalt, gewonnen werden soll, wenn im Mauerwerk
zylindrische Durchbrüche
zum Hindurchführen
von Rohrleitungen oder Kabeln oder Belüftungs- bzw. Entlüftungsbohrungen hergestellt
werden sollen, oder wenn zum Einsetzen von Steckdosen mit sogenannten "Dosensenkern" verhältnismäßig flache
zylindrische Öffnungen
in Bauwerkswände
gebohrt werden sollen. Je nach Durchmesser und Länge des zu entnehmenden Bohrkerns
oder des herzustellenden Bohrlochs werden die Bohrkronen von Handbohrmaschinen
oder Ständer-
bzw. Lafettenbohrmaschinen drehend angetrieben, wobei das gewöhnlich aus
Luft oder Wasser bestehende Spülmedium
aus einer mit der Bohrmaschine verbundenen Quelle durch den Hohlraum der
Kernbohrkrone hindurch zu dem abrasiven Material am freien Stirnende
des Bohrkronenkörpers
zugeführt
wird, um dieses einerseits zu kühlen
und andererseits das beim Bohren erzeugte Bohrklein abzuführen. Die
Vorteile des Kernbohrens und insbesondere des Diamantbohrens liegen
vor allem darin, dass präzise,
lärm-,
erschütterungs-
sowie staubarm gebohrt werden kann und dass der Bohrfortschritt verhältnismäßig groß ist, da
nur relativ wenig Material zerspant werden muss.
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Um
die Menge des zerspanten Materials so klein wie möglich zu
halten, sind die Dickenabmessungen einer zylindrischen Umfangswand
des Bohrkronenkörpers
und die Dickenabmessungen des gewöhnlich aus mehreren Segmenten
oder Zähnen
bestehenden abrasiven Materials so gewählt, dass sie den beim Bohren
auftretenden Beanspruchungen widerstehen, und so aufeinander abgestimmt,
dass zwischen der Außen-
bzw. Innenseite der Umfangswand und der benachbarten Bohrlochwand
bzw. dem in den Hohlraum eindringenden Bohrkern ein enger Ringspalt
gebildet wird, der die Reibung zwischen dem Bohrkronenkörper und
der Bohrlochwand bzw. dem Bohrkern verringert. Durch diesen Ringspalt wird
das Spülmedium
zu dem abrasiven Material am freien Stirnende des Bohrkronenkörpers und
von dort zusammen mit dem Bohrklein aus dem Bohrloch heraus gefördert. Dabei
bildet der Ringspalt einen Engpass, der den Durchsatz und die Strömungsgeschwindigkeit
des Spülmediums
begrenzt, das unter Druck in den Hohlraum der Bohrkrone gepumpt
und ggf. zusätzlich
mittels einer die Bohrkrone umgebenden Absaugeinrichtung abgesaugt
wird.
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Vorteile der
Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen Kernbohrkrone mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 kann der Querschnitt des Ringspaltes
ohne eine Vergrößerung der Dickenabmessungen
des abrasiven Materials und ohne eine Schwächung der Festigkeitseigenschaften des
Bohrkronenkörpers
nicht unerheblich vergrößert werden.
Dies wiederum führt
zu einer entsprechenden Vergrößerung des
Spülmediumdurchsatzes,
so dass das abrasive Material am freien Stirnende der Bohrkrone
besser gekühlt
und das in diesem Bereich erzeugte Bohrklein schneller weggeschwemmt
wird. Dies wiederum führt
zu einer Erhöhung
der Standzeiten der Bohrkrone und zu einer Steigerung des Bohrfortschritts.
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Unter
einer Nut im Sinne der vorliegenden Erfindung soll eine langgestreckte
Vertiefung in der Innen- bzw. Außenseite einer hohlzylindrischen Wand
des Bohrkronenkörpers
verstanden werden, jedoch kein Durchbruch durch diese Wand, wie
er bei einigen bekannten Kernbohrkronen vorgesehen ist, um ein Herausdrücken eines
im Hohlraum festsitzenden Bohrkerns zu erleichtern.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich
die Nut in Form einer Schraubenlinie über die Innen- und/oder Außenseite des
Bohrkronenkörpers
erstreckt, wobei diese Schraubenlinie einen solchen Drehsinn aufweist, dass
infolge einer Schneckenwirkung Spülmedium im Inneren des Bohrkronenkörpers in
Richtung von dessen freiem Ende gefördert wird, während es
entlang der Außenseite
des Bohrkronenkörpers
in Richtung der Bohrlochmündung
gefördert
wird. Diese umgekehrte Förderrichtung
wird gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch eine gegenläufige Ausrichtung
der Nuten auf der Innen- bzw. Außenseite des Bohrkronenkörpers erreicht.
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Versuche
haben gezeigt, dass bei gleichbleibendem Querschnitt und unveränderter
Anzahl der Nuten ein besonders hoher Durchsatz an Spülmedium
erzielt werden kann, wenn die Nuten in Bezug zu einer zur Bohrkronenlängsachse
senkrechten Ebene eine Steigung zwischen 20 und 40 Grad und vorzugsweise
von etwa 30 Grad aufweisen.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das
abrasive Material aus mehreren, im Umfangsabstand angeordneten Segmenten
oder Zähnen
besteht, und dass auf der Außen- und Innenseite des
Bohrkronenkörpers
jeweils mehrere parallel zueinander verlaufende Nuten vorgesehen
sind, von denen jeweils eine in jeden Zwischenraum zwischen zwei
benachbarten Segmenten oder Zähnen
mündet.
Auf diese Weise wird zum einen eine besonders schnelle Förderung
des Spülmediums
zu den spanenden Oberflächen
der Segmente oder Zähne
und zum anderen eine besonders gute Abförderung von Bohrklein bewirkt,
das sich in diesen Zwischenräumen
ansammelt, bis es klein genug ist, um durch die Nuten auf der Außenseite
des Bohrkronenkörpers
abgeführt
zu werden. Grundsätzlich kann
jedoch das abrasive Material bei Diamantbohrkronen mit kleinerem
Durchmesser auch in Form eines durchgehenden Rings ausgebildet sein,
wobei in diesem Fall die Nuten zweckmäßig unmittelbar oberhalb des
Rings enden.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer
Diamantbohrkrone;
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2 eine Längsschnittansicht der Diamantbohrkrone;
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3 eine Ansicht der Diamantbohrkrone entsprechend 2, jedoch während des
Bohrens eines Bohrlochs;
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4 eine Querschnittsansicht
der Diamantbohrkrone entlang der Linie IV-IV der 1;
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5 eine Querschnittsansicht
der Diamantbohrkrone entlang der Linie V-V der 1;
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6 eine vergrößerte Darstellung
des Ausschnitts VI der 2;
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7 eine Ansicht entsprechend 6, jedoch mit einem etwas
anderen Nutquerschnitt.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
in der Zeichnung dargestellte Diamantbohrkrone 2 dient
zur Entnahme von Bohrkernen 4 aus Beton, Stein oder anderen
harten Werkstoffen und wird dazu in der Werkzeugaufnahme einer geeigneten
Bohrmaschine (nicht dargestellt) befestigt.
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Die
Bohrkrone 2 besteht im Wesentlichen aus einem röhrenförmigen Bohrkronenkörper 6,
an dessen der Bohrmaschine zugewandtem oberen Stirnende ein Schaft 8 zum
Einspannen in der Werkzeugaufnahme der Bohrmaschine vorgesehen ist und
an dessen freiem unterem Stirnende mehrere sogenannte Diamant- oder
Bohrsegmente 10 befestigt sind, die zum Zerspanen des jeweiligen
Werkstoffs dienen.
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Der
Bohrkronenkörper 6 besitzt
eine im Verhältnis
zum Durchmesser des Bohrkerns 4 (3) dünnwandige,
im Wesentlichen hohlzylindrische Umfangswand 12, die einen
entsprechenden zylindrischen Hohlraum 14 zur Aufnahme des
Bohrkerns 4 umgibt. Die Umfangswand 12 weist eine
dem Hohlraum 14 zugewandte Innenseite 16 und eine
vom Hohlraum 14 abgewandte Außenseite 18 auf.
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Der
bohrmaschinenseitig an den Bohrkronenkörper 6 angrenzende
und gewöhnlich
einstückig mit
dem Bohrkronenkörper 6 verbundene
Schaft 8 besitzt einen geringeren Außendurchmesser als die Umfangswand 12 und
ist vom Bohrkronenkörper 6 durch
eine radiale äußere Ringschulter 20 getrennt. Am Übergang
zwischen der Ringschulter 20 und der Außenseite 18 der Umfangswand 12 ist
eine schräge Fase 22 vorgesehen.
Der Schaft 8 weist eine in den Hohlraum 14 mündende,
zur Längsachse 24 der Bohrkrone 2 koaxiale
Bohrung 26 auf, durch die ein zur Spülung und Kühlung der Segmente 10 dienendes
Spülmedium,
gewöhnlich
Luft oder Wasser, ins Innere des Hohlraums 14 zugeführt wird
(Pfeile in 3). Die Einmündung der
Bohrung 26 in den Hohlraum 14 ist durch eine radiale
innere Ringschulter 28 von der Innenseite 16 der
Umfangswand 12 des Bohrkronenkörpers 6 getrennt.
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Die
Segmente 10 bestehen aus Hartmetall mit eingebetteten Körnern aus
synthetischem Diamant und werden gewöhnlich durch Hartlöten oder Laserschweißen an der
ringförmigen
Stirnfläche 30 des
freien Stirnendes des Bohrkronenkörpers 6 befestigt.
Die regelmäßig um den
Umfang der Bohrkrone 2 angeordneten Segmente 10 sind
auf Lücke
gesetzt, d.h. benachbarte Segmente 10 sind in Umfangsrichtung
des Bohrkronenkörpers 6 durch schmalere
Zwischenräume 32 getrennt.
In radialer Richtung weisen die Segmente 10 etwas größere Dickenabmessungen
als die Umfangswand 12 auf, so dass beim Bohren zwischen
der Innenseite 16 der letzteren und dem in den Hohlraum 14 eindringenden Bohrkern 4 sowie
zwischen der Außenseite 18 der Umfangswand 12 und
einem benachbarten Teil der Bohrlochwand 34 jeweils ein
schmaler ringförmiger Spalt 36, 38 verbleibt,
wie am besten in 3 dargestellt.
Dieser Spalt 36, 38 verhindert zum einen, dass der
Bohrkronenkörper 6 am
Bohrkern 4 bzw. an der Bohrlochwand 34 reibt oder
sich verhakt, und ermöglicht
zum anderen die Zirkulation des durch die Bohrung 26 des
Schaftes 8 in den Hohlraum 14 zugeführten Spülmediums
durch den Spalt 36 zwischen der Innenseite 16 der
Umfangswand 12 und dem Bohrkern 4 zu den Segmenten 10 und
von dort zusammen mit dem gelösten
Bohrklein durch den Spalt 38 zwischen der Außenseite 18 der
Umfangswand 12 und der Bohrlochwand 34 aus dem
Bohrloch heraus.
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Um
bei gleichbleibenden Abmessungen des Bohrkronenkörpers 6 den Strömungsquerschnitt
im Spalt 36, 38 zu vergrößern, ohne die Dickenabmessungen
der Segmente 10 zu vergrößern und damit bei gleicher
Bohrleistung den Bohrfortschritt zu verringern, ist die Umfangswand 12 des
Bohrkronenkörpers 6 sowohl
auf ihrer Innenseite 16 und auf ihrer Außenseite 18 mit
einer Mehrzahl von flachen Nuten 40, 42 versehen,
die sich jeweils über
die gesamte axiale Länge
der Umfangwand 12 erstrecken. Die Anzahl der Nuten 40 auf
der Innenseite 16 und der Nuten 42 auf der Außenseite 18 der
Umfangswand 12 ist so gewählt, dass sie jeweils der Anzahl
der Zwischenräume 32 zwischen
den Segmenten 10 entspricht, in welche die unteren Enden
der Nuten 40 und 42 münden. Wie am besten in 4 dargestellt, enden die
Nuten 42 auf der Außenseite 18 der
Umfangswand 12 am äußeren Rand
der Ringschulter 20, während
die Nuten 40 auf der Innenseite 16 der Umfangswand 12 an
der Ringschulter 28 enden, wie in 2 und 3 dargestellt.
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Wie
am besten in 3 und 4 sichtbar, beträgt die Anzahl
der Segmente 10 und der Zwischenräume 32 bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel jeweils
fünf, so
dass auch jeweils fünf
Nuten 42 bzw. 40 auf der Außenseite 18 und der
Innenseite 16 der Umfangswand 12 vorgesehen sind.
Die fünf
Nuten 40 bzw. 42 verlaufen jeweils wie bei einer
mehrgängigen Förderschnecke
in Schraubenlinien über
die Innen- bzw. Außenseite 16, 18 der
Umfangswand 12, wodurch vor allem bei Verwendung von Wasser
oder anderen flüssigen
Spülmedien
durch die Förderwirkung der
Schnecke die Durchströmung
des Ringspalts 36, 38 verbessert und die Strömungsgeschwindigkeit
im Ringspalt 36, 38 vergrößert werden kann.
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Da
das Spülmedium
im Ringspalt 36 zwischen der Innenseite 16 der
Umfangswand 12 und dem Bohrkern 4 bzw. im Spalt 38 zwischen
der Außenseite 18 der
Umfangswand 12 und der Bohrlochwand 34 unterschiedliche
Strömungsrichtungen
aufweist, sind die Schraubenlinien der Nuten 40 bzw. 42 auf
der Innen- bzw. Außenseite 16, 18 der
Umfangswand 12 gegenläufig,
d.h. bei einer üblichen
Drehrichtung der Bohrkrone 2 im Uhrzeigersinn bilden die ersteren
ein fünfgängiges Linksgewinde
und die letzteren ein fünfgängiges Rechts gewinde.
Die Nuten 40 bzw. 42 weisen über ihre gesamte Länge einen gleichbleibenden
Abstand von den jeweils benachbarten Nuten sowie eine gleichbleibende
Steigung auf, deren Steigungswinkel α in Bezug zu einer zur Längsachse 24 senkrechten
Ebene E vorzugsweise etwa 30 Grad beträgt.
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Wie
am besten in 6 und 7 dargestellt, weisen die
Nuten 40, 42 einen flachen gerundeten Querschnitt
mit einer Breite von etwa 5 mm und einer Tiefe von etwa 0,5 mm auf.
Die Nuten 40, 42 lassen sich entweder bei einer
spanabhebenden Bearbeitung des Bohrkronenkörpers 6 mit einem
Einstechmeißel
oder ggf. auch durch Walzen herstellen. Wie am besten in 7 dargestellt, können im
zuletzt genannten Fall insbesondere die Nuten 42 durch
einen geringfügig über die
zylindrische Außenseite 18 des Bohrkronenkörpers 6 überstehenden
Randwulst 46 begrenzt werden, der das Bohrklein in der
Nut 40 gefangen hält
und damit die Reibkräfte
zwischen der Umfangswand 12 und der Bohrlochwand 34 infolge eines
Zermahlens von Bohrklein im Spalt 38 verringert.