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Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf mit mindestens zwei Meißeln, die einen Meißelschaft und eine Meißelspitze aufweisen und mindestens zwei separaten, freistehenden Fassungen für die Meißel.
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Auf dem Gebiet des Horizontalbohrens werden zum Bohren in harten Gesteinsformationen, beispielsweise Granit, Bohrköpfe mit freistehenden Meißeln eingesetzt. Derartige Bohrköpfe sind beispielsweise aus der
US-Patentschrift 6 148 935 und aus der
deutschen Gebrauchsmusterschrift 202 00 447 U1 bekannt. Die Meißel überragen den Bohrkopfgrundkörper und sind vorzugsweise bezüglich der Längsachse des Bohrkopfgrundkörpers gespreizt angeordnet.
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Meißel für den Einsatz in diesen Bohrköpfen weisen in der Regel einen Meißelschaft und eine Meißelspitze auf. Die Meißelspitze ist in der Regel kegelförmig ausgebildet.
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Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Bohrköpfen ist der große Verschleiß an Meißeln.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verschleißbeständigeren Bohrkopf zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bohrkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die die Meißel haltenden Fassungen gleichzeitig als Verschleißschutz für die Meißel zu verwenden. Bei dem erfindungsgemäßen Bohrkopf ist eine Fassung eines Meißels derart ausgebildet, daß im wesentlichen nur die Meißelspitze aus der Fassung ragt. Dadurch ist der Meißelschaft durch die Fassung vor Verschleiß geschützt. Als Meißelspitze wird dabei insbesondere der Teil des Meißels verstanden, der zum Eingriff in die Ortsbrust vorgesehen und hierfür vorzugsweise besonders ausgebildet, beispielsweise gehärtet, ist.
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Der Bohrkopf weist mindestens zwei Meißel auf, die in zwei separat ausgebildeten, freistehenden Fassungen gehalten werden. Dieser Aufbau ermöglicht die gespreizte Ausrichtung der Meißel, wie sie zum Bohren in harten Gesteinsformationen besonders vorteilhaft ist. Durch die separate Ausbildung der Fassungen können diese schlank ausgebildet werden, so daß Materialeinsparungen das Gewicht des Bohrkopfes und die notwendige Antriebsenergie reduzieren.
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Die Meißel weisen vorzugsweise einen zylindrischen Schaft und eine konische Meißelspitze auf. Zur lösbaren Befestigung des Meißels in der Fassung können am Meißelschaft oder am Übergang zur Meißelspitze Ausnehmungen vorgesehen sein, in die beispielsweise Klemmringe eingreifen können.
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Als Fassung für einen Meißel wird insbesondere ein fest mit dem Bohrkopfgrundkörper verbundener Teil des Bohrkopfes verstanden, der einen oder mehrere Meißel hält. Die freistehend ausgebildete Fassung ist vorzugsweise über die gesamte Länge des Meißelschafts freistehend ausgebildet. Es ist alternativ jedoch möglich, die meißelspitzenseitigen Teile der Fassung freistehend auszubilden und die das der Meißelspitze gegenüberliegende Ende des Meißelschafts haltende Teile der Fassung im Bereich des Vollkörpers des Bohrkopfgrundkörpers anzuordnen. Die Fassung hält den Meißel, indem sie ihn formschlüssig oder mit gewissem Spalt umgibt. Zusätzlich kann die Fassung Halteelemente, beispielsweise Spannringe, aufweisen, die den Meißel in der Fassung klemmend oder formschlüssig halten. Vorzugsweise ist der Meißel fest und unlösbar in der Fassung gehalten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrkopfes kann mindestens eine Fassung einstückig mit dem Bohrkopfgrundkörper ausgebildet sein. Beispielsweise können die freistehende Fassung und der Bohrkopfgrundkörper durch Fräsen aus einem einzigen Rohling hergestellt werden. Die einstückige Ausbildung der Fassung mit dem Bohrkopfgrundkörper reduziert die Gefahr eines Aus- oder Abbrechens der Fassung von dem Bohrkopfgrundkörper und erhöht damit die Verschleißfestigkeit des erfindungsgemäßen Bohrkopfes weiter. Alternativ kann die Fassung separat hergestellt und beispielsweise durch Fügeverfahren mit dem Bohrkopfgrundkörper verbunden werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bohrkopfes hält eine Fassung zwei Meißel. Die Anordnung der Meißel auf dem Bohrkopf wird nach den Bohrbedingungen festgelegt. Hierbei kann es zweckmäßig sein, mehrere Meißel nahe beieinander anzuordnen. Dies kann in besonders einfacher Weise erfolgen, wenn eine Fassung zwei Meißel hält, also in einem freistehenden Element des Bohrkopfes beispielsweise zwei Ausnehmungen zur Aufnahme von Meißeln vorgesehen sind.
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Erfindungsgemäß weist der Bohrkopf zwischen zwei Fassungen Nuten für die Bohrkleinförderung auf. Dies ermöglicht es, Bohrklein gut von der Ortsbrust fortzuführen und dadurch einen effektiven Eingriff der Meißel in die Ortsbrust zu ermöglichen. Die Nuten für die Bohrkleinförderung können besonders strömungsgünstig ausgebildet sein. Insbesondere sind die Nuten in ihrem Querschnitt quer zur Längsachse des Bohrkopfes zur Längsachse hin verjüngend ausgebildet.
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Weiterhin hat die Fassung senkrecht zur Längsachse des Meißelschafts einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt. Diese Anordnung erlaubt es insbesondere, Nuten für die Bohrkleinförderung zwischen den Fassungen auszubilden. Ferner ermöglicht eine derartige Ausbildung der Fassung einen guten Kraftfluß innerhalb der Fassung. Insbesondere wenn die Fassungen sich zur Längsachse des Bohrkopfes hin verjüngen, bieten sie, vor allem bei Bohrköpfen mit Steuerflächen, zur Bohrkopflängsachse hin eine verminderte Angriffsfläche, die den Verschleiß weiter reduziert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Außenoberfläche der Fassung ein Verschleißschutz vorgesehen. Dieser Verschleißschutz kann aus einzelnen, an der Außenoberfläche der Fassung angeordneten Hartmetallstiften bestehen. Auch können die Fassungen durch Hartauftrag, beispielsweise durch Auftragsschweißen oder andere Oberflächenhärtungen, vor Verschleiß geschützt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist im Übergang eines Oberflächenabschnitts der Fassung zu einem anderen Oberflächenabschnitt eine Fase angeordnet, in deren Bereich ein Hartmetallstift angeordnet ist, dessen Querschnitt der Breite der Fase entspricht. Diese Abstimmung der Breite der Fase auf den Querschnitt des Hartmetallstifts erlaubt es, den Hartmetallstift gut in dem Grundmaterial der Fassung zu halten.
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Erfindungsgemäß sind Oberflächenabschnitte der Fassungen zur Bildung gleichgerichteter Steuerflächen in einer Ebene angeordnet. Insbesondere können die als Steuerflächen verwendeten Oberflächenabschnitte der Fassungen in eine in derselben Ebene angeordnete Steuerfläche des Bohrkopfgrundkörpers übergehen. Dadurch wird eine durchgehende, ebene Steuerfläche gebildet, die besonders gut zur Steuerung des Bohrkopfes geeignet ist. Die aus Oberflächenabschnitten der Fassungen und Oberflächenabschnitten des Bohrkopfgrundkörpers zusammengesetzte Steuerfläche weist insbesondere eine U-Form auf, bei der die Schenkel durch die Oberflächenabschnitte der Fassung gebildet werden. Im Zentrum des ”U”s kann zum besseren Materialtransport eine Ausnehmung ausgebildet sein. Diese Ausnehmung ist vorzugsweise über Nuten mit den Nuten zur Bohrkleinförderung verbunden.
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Alternativ oder ergänzend können Oberflächenabschnitte der Fassungen zur Bildung gleichgerichteter Steuerflächen in unterschiedlichen, aber parallelen Ebenen angeordnet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform halten die Fassungen die Meißel in unterschiedlichen Positionen entlang der Längsachse des Bohrkopfes. So können die Meißel in unterschiedlichen Ebenen zum Einsatz kommen. Hierdurch wird ein besonders effektives Bohren ermöglicht. Vorzugsweise hält bei einem Bohrkopf mit mindestens drei Fassungen die mittlere Fassung den Meißel in einer bezüglich dem Bohrkopfgrundkörper gegenüber den weiteren Fassungen vorstehenden Position. Bei einem Bohrkopf mit schräg ausgebildeter Steuerfläche hält vorzugsweise die der Steuerfläche gegenüberliegende Fassung einen Meißel in einer bezüglich dem Bohrkopfgrundkörper gegenüber den weiteren Fassungen vorstehenden Position.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Oberflächenabschnitte einer Fassung in zur Bohrrichtung rückwärtigen Oberflächenbereich der Fassung strömungsgünstig ausgebildet. Hierdurch kann das Bohrklein und die möglicherweise ausgebrachte Bohrflüssigkeit gut von der Ortsbrust fortgeführt werden.
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Vorzugsweise überragt ein bezüglich der Längsachse radial entferntester Punkt einer Fassung die bezüglich der Längsachse radial entferntesten Punkte des Grundkörpers deutlich, so daß ein Freischnitt zwischen dem erzeugten Bohrloch und dem Grundkörper erzeugt wird. Hierdurch wird die Reibung beim Vortrieb des Bohrkopfes und möglicherweise an den Bohrkopf anschließende Sendergehäuse oder Bohrgestänge reduziert.
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In besonders bevorzugter Weise sind die Meißelspitzen gehärtet. Bevorzugt sind die Meißelspitzen lösbar mit dem Meißelschaft verbunden. Verschlissene Meißelspitzen können so einfach ausgetauscht werden, ohne daß der gesamte Meißel entsorgt werden muß.
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Der Bohrkopf weist vorzugsweise zurückgesetzt angeordnete und dadurch geschützt angeordnete Düsen zum Ausbringen einer Bohrflüssigkeit auf.
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Vorzugsweise sind Oberflächenabschnitte der Fassungen derart ausgebildet, daß sie das Bohrklein in Richtung auf die Steuerfläche führen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen Bohrkopf in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben,
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2 den erfindungsgemäßen Bohrkopf gemäß 1 in einer Seitenansicht,
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3 den erfindungsgemäßen Bohrkopf gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten und
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4 einen in einer Fassung gehaltenen Meißel in einem Querschnitt.
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1 zeigt den erfindungsgemäßen Bohrkopf 1. Dieser weist drei Fassungen 3, 5, 7 auf. In den Fassungen 3, 5, 7 sind Meißel 9, 11, 13, 15, 17 gehalten. Wie insbesondere die 4 zeigt, umgeben die Fassungen, hier 3, die Meißel, hier 9, nahezu vollständig. Der Meißel wird in der Fassung 3 derart gehalten, daß der Meißelschaft 19 vollständig in der Fassung 3 gehalten wird. Die Meißelspitze 21 ragt aus der Fassung 3. Die Fassung 3 hält den Meißel, indem sie ihn umgibt und indem ein Spannring 23 vorgesehen ist.
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Der Bohrkopf 1 weist ferner eine zurückgesetzt angeordnete Düse 25 auf. Hartmetallstifte 27 und 29 sind an den Außenoberflächen der Fassungen 3, 5, 7 vorgesehen. Dabei weisen die Hartmetallstifte 29 einen Durchmesser auf, der einer Fase 31 im Übergang eines Oberflächenabschnitts 33 der Fassung zu einem anderen Oberflächenabschnitt 35 der Fassung entspricht. Zwischen den Fassungen 3, 5, 7 sind Nuten 37 vorgesehen. An die Fassungen 3, 5, 7 schließt sich in rückwärtiger Richtung der Bohrkopfgrundkörper 39 des Bohrkopfs 1 an.
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Wie aus 2 und insbesondere 3 ersichtlich, sind Oberflächenabschnitte 41, 43 der Fassungen 3, 7 zur Bildung gleichgerichteter Steuerflächen in einer Ebene angeordnet. Diese Steuerflächen bilden zusammen eine in etwa U-förmige Steuerfläche. Wie insbesondere in 2 gezeigt, sind die Oberflächenabschnitte der Fassung 5 im zur Bohrrichtung rückwärtigen Oberflächenbereich der Fassung 5 strömungsgünstig ausgebildet.
