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Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für ein schlagend oder stoßend
arbeitendes Kernbohrgerät mit einem Kranz von in gleichem Umfangsabstand angeordneten,
axial vorstehenden, im Längsschnitt dreieckförmigen Zähnen, deren Schneiden in einer
Ebene senkrecht zur Bohrrohrachse liegen und radial angeordnet sind.
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Eine derartige Bohrkrone ist bekannt (deutsche Patentschrift 3548,
USA.-Patentschrift 2 807 443). Bei der bekannten Bohrkrone sind die im Querschnitt
dreieckförmigen Zähne an von der Bohrkronenwand axial vorstehenden prismatischen
Körpern vorgesehen bzw. stehen von dieser Bohrkronenwand selbst axial vor. Die zwischen
je zwei Zähnen vorhandene Stirnwand der Bohrkrone hat etwa die konstante Breite
der Bohrkronenwandung, die etwa der Länge der radialen Schneiden der Zähne entspricht.
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Bei einem schlagend oder stoßend arbeitenden Kernbohrgerät ist eine
derartige Ausbildung der Bohrkrone unvorteilhaft, weil die zwischen zwei Zähnen
gebildete Stirnfläche der Bohrkrone der Eindringbewegung der Bohrkrone in das Gestein
Widerstand entgegensetzt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die der bekannten Bohrkrone anhaftenden
Nachteile zu vermeiden und diese insbesondere so auszubilden, daß der Eindringwiderstand
der Bohrkrone verringert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die zwischen
den Zähnen gebildeten unteren Stirnflächenabschnitte der Bohrkrone, ausgehend von
einer schmalen Basis, auf der Innen-oder Außenseite der Krone auf Höhe der Zahneinfassung
schräg nach- -oben zur jeweils gegenüberliegenden Seite der Bohrkrone verbreitern.
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Die zwischen den Zähnen gebildeten Stirnflächenabschnitte der Bohrkrone
liegen erfindungsgemäß nicht wie bei der bekannten Bohrkrone innen und außen auf
der gleichen Höhe, sondern verlaufen schräg nach oben. Die Bohrkrone kann also leichter
in die Erdformationen eindringen. Die Festigkeit der Bohrkrone wird durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung nicht beeinträchtigt, da die Zähne selbst in ihrer Form nicht verändert
werden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Schrägflächen
vom inneren Bohrkronendurchmesser im Bereich der Basis der Zähne nach oben und außen
zum äußeren Bohrkronendurchmesser verlaufen. Der Fangbereich einer derartigen Bohrkrone
ist etwa auf den Durchmesser des Axialkänals der Bohrkrone begrenzt. Es werden also
nur Lagerstättenproben nach oben gefördert, die in diesem Fangbereich liegen. Radial
außerhalb dieses Fangbereiches liegendes Gestein wird nach außen weggedrängt und
gelangt nicht in das Innere des Kernbohrgerätes hinein. Ein Stau im Inneren des
Kernbohrgerätes wird somit vermieden. Die Bohrgeschwindigkeit ist erheblich größer,
als wenn diese Schrägflächen nicht vorgesehen werden würden.
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Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die
Schrägflächen vom äußeren Bohrkronendurchmesser im Bereich der Basis der Zähne nach
oben und innen zum inneren Bohrkronendurchmesser verlaufen.-Diese Ausführung hat
den Vorteil, daß der Fangbereich der Bohrkrone vergrößert wird, so daß, alle gelösten
Gesteinsbrocken nach oben gefördert werden, die innerhalb des durch den Außendurchmesser
der Bohrkrone bestimmten Fangbereiches liegen. Da mit dieser Ausführung eine größere
Menge an Gesteinsbrocken pro Eindringtiefe gefördert wird, ist die Eindringgeschwindigkeit
kleiner.
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Bei beiden alternativen Ausführungsformen der Erfindung besteht eine
vorteilhafte Ausgestaltung darin, daß in mindestens einigen der die Zähne tragenden
Zahnfüße Axialkanäle vorgesehen sind, die über Anschlußkanäle im Bereich der Basis
der Zähne in den mittleren Hohlraum der Bohrkrone münden und am oberen Ende der
Bohrkrone über Verbindungskanäle an den Ringraum eines Doppelmantelrohres anschließbar
sind. Vorteilhaft ist dabei, daß die inneren Umfangsflächen der Zahnfüße sich an
die Mündungen der Anschlußkanäle anschließende, vertikal nach oben verlaufende Nuten
aufweisen. Diese Axialkanäle dienen der Zufuhr eines Spülmittels. Dank der Nuten
wird verhindert, daß die Öffnungen der Axialkanäle durch die Gesteinsproben verstopft
werden können. Die Mündungen der Axialkanäle sind somit immer offen, und das Spülmittel
wird in scharfen Strahlen in das Innere der Bohrkrone eingespritzt, so daß die im
Inneren vorhandenen Gesteinsproben schnell nach oben gefördert werden.
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An Hand der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
darstellt, sei diese näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch
das untere Ende des Bohrrohres mit angeschraubter Bohrkrone, F i g. 2 einen Querschnitt
durch die Bohrkrone längs der Linie 2-2 der F i g. 1 und F i.g. 3 einen Axialschnitt
durch eine abgewandelte Ausführungsform einer Bohrkrone.
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Die Bohrkrone 36 besteht aus einem ringförmigen, unten spitzen Körper
mit einer Axialbohrung 37 sowie Ober- und Unterflächen 38 und 39, die in relativ
zueinander parallelen Ebenen liegen. An der Oberseite 38 ist ein einstückiger zylindrischer
Bund 40 angebracht, beispielsweise angeschweißt, der ein Innengewinde 41 aufweist.
Die Unterseite, die durch die strichpunktierte Linie 39 gekennzeichnet ist, ist
axial ausgespart, wodurch sich mehrere Zähne 42, beispielsweise acht Stück, ergeben,
die winkelmäßig in gleichem Abstand zur Körperachse liegen. Jeder Zahn 42 hat einen
rechtwinkligen Querschnitt und eine Schneidkante 43 mit keil- oder meißelförmiger
Ausbildung. Alle Kanten liegen in der gemeinsamen Ebene 39 zur Achse der Bohrkrone.
Jede Kante ist weiterhin radial ausgerichtet, und alle Kanten haben im wesentlichen
dieselbe Länge. Die äußeren Seitenflächen 44 liegen längs einer Zylinderfläche,
die etwas größer als der Außendurchmesser des Bundes 40 der Bohrkrone 36 ist, so
daß letztere leicht durch eine Öffnung paßt, die von den Zähnen der Bohrkrone hergestellt
worden ist.
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Der untere Teil der Bohrkrone 36 ist im Abstand von den Zähnen 42
mit einer konischen Schräge ausgebildet, deren Durchmesser am unteren Rand 45 im
wesentlichen gleich dem der Axialbohrung 37 ist und dessen Durchmesser am Kopf 64
im wesentlichen gleich dem des Begrenzungszylinders ist, der die Zähne umfaßt. Der
untere Rand 45 des konischen Teils liegt im Abstand oberhalb der Ebene 39 der Zahnkanten
und befindet sich vorzugsweise auf der Höhe der oberen Enden der meißelförmigen
Abschnitte der Zähne. Die Bohrkrone kann aus jedem
geeigneten Material
bestehen, wie gehärtetem Legierungsstahl, das Gesteinsbrocken zerschlagen kann,
ohne selbst beschädigt zu werden, und das eine genügende Lebensdauer hat. In einer
praktischen Ausführungsform, die in der Lage ist, ein Bohrloch von mehreren hundert
Metern in Granitkies einzubringen, bevor eine Auswechslung nötig ist, besitzt der
Körper einen Durchmesser von etwa 14,6 cm, eine radiale Zahnbreite von etwa 3,3
cm, eine Zahnlänge von etwa 6,6 cm und eine Zahndicke, die an der Wurzel maximal
1,9 cm beträgt. Der kleinste Durchmesser der Axialbohrung ist etwa 7,75 cm.
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Jeder Zahn weist vorzugsweise einen Kanal 47 auf, um ein Medium durch
die Bohrkrone 36 in die Axialbohrung 37 hineinströmen zu lassen. Dieser Kanal erstreckt
sich von der Oberfläche 38 parallel zur Achse des Körpers nach unten. Am unteren
Ende schließt sich ein sich radial einwärts und leicht aufwärts erstreckender Abschnitt
benachbart der Zahnkante 43 an und mündet bei 48 an einem etwas oberhalb des unteren
konischen Randes 45 liegenden Punkt in die Bohrung 37.
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Die Bohrkrone 36 ist mit ihrem Bund 40 auf eine Gewindehülse 77 der
Umfangswand 76 eines Kupplungsstückes 161 des Bohrrohres aufgeschraubt. Die untere
Stirnfläche 78 des Kupplungsstückes 161 stößt, wie aus F i g. 1 deutlich hervorgeht,
im Betriebszustand der Bohrkrone 36 gegen die obere Stirnfläche 38 der Bohrkrone.
Dadurch wird die Verschraubung von den auf das Bohrrohr übertragenen Rammschlägen
entlastet. Diese Schläge werden an den Stirnflächen übertragen.
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Das Kupplungsstück 161 weist eine obere Stirnfläche 72 auf,
von der die Innenbohrung 75 beginnt, die sich in einer konischen Gewindebohrung
62 fortsetzt. Am unteren Ende der Gewindebohrung 62 ist eine Nut 71 vorgesehen,
in welcher ein Dichtungsring 70 eingelegt ist. In den Gewindeabschnitt 62 wird das
untere Ende eines Bohrrohres eingeschraubt, das ein entsprechendes Außengewinde
trägt. Eine am Bohrrohr vorgesehene Schulter legt sich auf die obere Stirnfläche
72, so daß hier wieder die Axialkräfte beim Einrammen der Bohrkrone übertragen werden.
Im Gewindeabschnitt 62 sind, am Umfang verteilt, einige Radialbohrungen 63 vorgesehen,
die außen in einer Umfangsnut 63 A münden, die ihrerseits mit einer Anzahl Axialkanäle
64 in Verbindung steht, die bis zur unteren Stirnfläche 78 des Kupplungsstückes
161 führen und dort in einer Umfangsringnut 79 enden. Diese Umfangsringnut steht
mit den Axialkanälen 47 der Bohrkrone 36 kommunizierend in Verbindung, so daß durch
das Verschrauben der Bohrkrone am Kupplungsstück eine Strömungsmittelverbindung
zwischen den Axialkanälen 64 und 47 erreicht wird, unabhängig von der jeweiligen
relativen Drehstellung der Bohrkrone am Kupplungsstück.
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Das in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrrohr weist einen Ringraum
auf, aus welchem Radialkanäle in eine äußere Ringnut münden, die im eingeschraubten
Zustand des Kupplungsstückes 161 mit den Radialbohrungen 63 kommunizieren. Dadurch
läßt sich aus dem Ringraum des Bohrrohres Strömungsmittel nach unten und in die
Axialkanäle 64 hineinführen, von wo es in die Kanäle 47 der Bohrkrone gelangt. Hier
sorgen die radial verlaufenden und leicht nach oben gerichteten Kanalenden dafür,
daß das Spülmittel mit hoher Geschwindigkeit aus den düsenartigen Öffnungen 48 in
das Innere der Axialbohrung 37 geführt wird und die hier vorhandenen Bruchstücke
99 in axialer Richtung nach oben bewegt.
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Es ist zu sehen, daß die Schneidkanten 43 an ihren unteren Enden sich
mindestens nach außen, vorzugsweise aber auch nach innen etwas erweitern. Der Durchmesser,
auf dem die äußeren Enden der Schneidkanten 43 liegen, ist etwas größer als der
Außendurchmesser der Bohrkrone 36. Dies bringt den Vorteil, daß die bei 120 dargestellte
Innenfläche des Bohrloches einen gewissen Abstand von der Umfangsfläche des Bohrrohres
hat, so daß sich dieses leichter bewegen läßt.
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Die Bohrkrone 36 gemäß den F i g. 1 und 2 ist vorzugsweise zur Entnahme
von Kiesproben geeignet. Für befestigte Formationen, wie verfestigtes Gestein, Kalkstein,
Schiefergestein, Sandstein, Kohle usw., wird eine andersartige Kronenausbildung
bevorzugt (F i g. 3). Diese ist im wesentlichen derjenigen nach den F i g. 1 und
2 ähnlich, mit der Ausnahme, daß eine konische Axialbohrung 137 gebildet ist, und
zwar als Konus, der koaxial zur Achse der Bohrkrone liegt und sich nach oben bis
auf den Durchmesser der Öffnung 37 des Ringkörpers verengt, wobei die Außenflächen
44 der Zähne und die Seitenwand der Bohrkrone von identischem Durchmesser sind.
Der untere Endrand der konischen Verlängerung des Kronenkörpers 36 ist die Kante
45, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem der Seitenflächen 44 ist.
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Die Brechwirkung der Bohrkrone gemäß F i g. 3 im Gestein unterscheidet
sich etwas von derjenigen der Spitze gemäß den F i g. 1 und z. Bei letzterer werden
Bruchstücke 99, die nicht längs der Axialbohrung 37, jedoch in der Bewegungsbahn
des Körpers 36 liegen, seitlich nach außen in die Erdformationen gedrückt. Bei der
alternativen Kronenform gemäß F i g. 3 brechen die Zähne 42 eine Ringzone aus Gestein
in Bruchstücke 99, die nach innen bewegt und im Axialkana137 nach oben gedrückt
werden. Bei dieser Ausführung wird mehr Felsmaterial zerschlagen. Es ist daher ein
größerer Arbeitsaufwand nötig, woraus sich eine geringere Bohrgeschwindigkeit ergibt.
Es hat sich erwiesen, daß solche alternativen Kronenformen in der Lage sind, gerade
Bohrlöcher zu bohren, die in vielerlei Hinsicht einem Bohrloch überlegen sind, das
mit Dreh- oder hin- und hergehenden Bohrkronen gebohrt ist.
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Die Kronenöffnungen 48, die in den F i g. 1 und 2 gezeigt sind, sind
in der Wand der Bohrung 37 vorzugsweise radial ausgespart, so daß sie in den Mittelkanal
des Körpers 36 geringfügig außerhalb der inneren Enden der Zähne 42 münden. Dies
wird, wie erläutert, erreicht, indem vertikale Nuten 148 vorgesehen werden, die
sich längs der Wand der Bohrung 37 bis zur Endfläche 38 erstrecken und ein kurzes
Stück unterhalb jeder Düse 48 in der Höhe der kreisförmigen Kante 45 oder gerade
über dieser Höhe aufhören.
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Die vertikalen Nuten 148 dienen dazu, Luft frei in den Mittelkanal
des Bohrrohres zuzuführen, wenn immer die Kronenbohrung 37 weitgehend durch Bruchstücke
oder Lehmstopfen blockiert ist, die nicht vom Boden des Bohrloches getrennt worden
sind, wodurch zu jeder Zeit eine kräftige Aufwärtsströmung aufrechterhalten wird.