DE19619194A1 - Drill bit for impact drilling - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für das schlagende Horizontalbohren mittels Imlochhammers mit an einer Stirn fläche angeordnetem Kronenbesatz - insbesondere aus Hart metallstiften - sowie mit in Abstand zur Bohrkronenachse angeordneten Spüldurchgängen an einer Bohrscheibe der Bohr krone. Deren Stirnfläche kann einen die Bohrkronenachse querenden Zentralabschnitt mit nach außen anschließendem Kegelringabschnitt aufweisen, der zu einer Umfangsfläche der Bohrscheibe geneigt ist.The invention relates to a drill bit for the striking Horizontal drilling using an in-hole hammer with one forehead flat crown trim - especially made of hard metal pins - as well as at a distance from the drill bit axis arranged flushing passages on a drilling disc of the Bohr Crown. The end face can be the drill bit axis crossing central section with adjoining to the outside Have tapered ring portion that to a peripheral surface the drilling disc is inclined.
Die Horizontalbohrtechnik mit einem sog. Imlochhammer wird verstärkt für das Bohren von Abwasserkanälen eingesetzt. Hierbei ist ein zielgenaues Bohren - insbesondere was die Vertikalabweichungen betrifft - von besonderer Bedeutung. Da derartige Bohrungen in Böden vorgenommen werden, die ei ne sehr unterschiedliche und sehr wechselhafte Beschaf fenheit aufweisen können, muß das Bohrsystem die daraus re sultierenden Neigungen zur Abweichung von der gewünschten Bohrrichtung berücksichtigen. Entscheidend zum Erreichen des Zielpunktes der Bohrung kann hierbei die Ausgestaltung der Kronenform sein.The horizontal drilling technique with a so-called down-the-hole hammer increasingly used for drilling sewers. Here is a precise drilling - especially what the Vertical deviations affects - of particular importance. Since such holes are made in soils, the egg ne very different and very changeable procurement can be open, the drilling system must re resulting tendencies to deviate from the desired Take the drilling direction into account. Crucial to achieve The design of the target point of the bore can be used here be the crown shape.
Durch die DE-A-43 26 000 ist eine Bohrkrone für schlagendes Bohren der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei der zur Erhöhung der Richtungsstabilisierung an einen die Bohr kronenachse querenden Zentralabschnitt der Stirnfläche ein Kegelringabschnitt anschließt, dessen Radius mehr als dem zweifachen Radius des Zentralabschnittes entspricht bei ei nem Konuswinkel mit der Bohrkronenachse von etwa 50 bis 70°. Als Spüldurchgänge dienen in den Bohrscheibenumfang eingeformte Spülnuten. Die Spülnuten sind spiralartig ange ordnet, und ihre gedachten Nutenachsen nehmen gegenüber ei ner Kegelerzeugenden einen Winkel größer null ein. Zudem ist die jeweils in Drehrichtung der Bohrkrone hintere Seite der Spülnut als steile Flanke eines Flügelsteges ausgebil det, der eine geneigte Flanke eines anderen Flügelsteges gegenüberliegt. Insgesamt besteht diese Spülnut aus einer zylindrischen Teilfläche und zwei anschließenden ebenen Flächen, die beide einen Winkel von 90° einschließen.DE-A-43 26 000 is a drill bit for striking Drilling of the type mentioned at the beginning to increase the directional stabilization on the drilling a central portion of the end face transverse to the crown axis Cone ring section connects, the radius of which is more than that twice the radius of the central section corresponds to ei nem cone angle with the drill bit axis from about 50 to 70 °. Serve as flushing passages in the circumference of the drilling disc molded flushing grooves. The flushing grooves are arranged in a spiral orders, and their imaginary slot axes take opposite ner cone generating an angle greater than zero. In addition is the rear side in the direction of rotation of the drill bit the flushing groove is designed as a steep flank of a wing bridge det of a sloping flank of another wing bridge opposite. Overall, this flushing groove consists of one cylindrical partial surface and two subsequent planes Surfaces that both enclose an angle of 90 °.
Spülnuten für den Bohrkleinaustrag am äußeren Umfang der Bohrkrone fräsen sich bei weichem bis mittelfestem Gestein sowie bei Böden mit unterschiedlicher Beschaffenheit wäh rend des Horizontalbohrens leicht nach unten, gleichzeitig wird das Bohrklein gegen die Bohrlochwand geblasen, was bei kleinkörnigem Bohrklein zum Verblasen des Zwischenraums zwischen Bohrlochwand und mitzuführendem Schutz- bzw. Man telrohr führt. Dadurch können sich die Rohre schon nach we nigen Bohrmetern festfahren. Dies ist nur durch einen rela tiv großen Vorlauf der Bohrkrone zum Schutzrohr zu vermei den, wodurch jedoch wiederum die Gefahr von Steinfall zwi schen Bohrkrone und Schutzrohr zunimmt.Flushing grooves for the small bore discharge on the outer circumference of the Drill bits mill on soft to medium-strength rock as well as floors with different properties horizontal drilling slightly downwards, at the same time the cuttings are blown against the borehole wall, which at small-grain cuttings to blow the gap between the borehole wall and the protective or man telrohr leads. As a result, the pipes can already after stuck in a few meters. This is only through a rela Avoid large advance of the drill bit to the protective tube which, however, in turn increases the risk of stone falling between drill bit and protective tube increases.
In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin der das Ziel gesetzt, eine Bohrkrone der eingangs erwähnten Art bezüglich ihres Spülverhaltens zu verbessern sowie die Genauigkeit des Bohrvorganges zu erhöhen.The Erfin has knowledge of this state of the art which set the goal of a drill bit of the type mentioned at the beginning Art to improve their flushing behavior and the To increase the accuracy of the drilling process.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildun gen an.The teaching of the independent leads to the solution of this task Claim; the subclaims give favorable further training to.
Erfindungsgemäß werden die Spüldurchgänge von - bohrungs artigen - Spülkanälen gebildet, die innerhalb der Bohr scheibe in Absand zu deren Umfangsfläche verlaufen. Dank dieser Maßgabe wird anstehendes Bohrklein durch diese Boh rungen im Kronenkörper abgeführt. Die Umfangsfläche der Bohrkrone ist geschlossen und beeinflußt somit die Bohr lochwand nicht. Das Bohrklein wird direkt in das mitge führte Schutz- oder Mantelrohr geblasen und kann nicht den Ringspalt zwischen Bohrlochwandung und Mantelrohr verdäm men. According to the rinsing passages from - like - irrigation channels formed within the Bohr disc run in the sand to the peripheral surface. thanks this requirement will make the drilling cuttings through this drilling stanchions in the crown body. The peripheral surface of the The drill bit is closed and thus influences the drilling not perforated. The drilling cuttings are fed directly into the led blown protective or jacket tube and can not Damage the annular gap between the borehole wall and the casing pipe men.
Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Bohrkrone sehr nahe vor dem Mantelrohr angeordnet sein kann; sie läuft während des Horizontalbohrens sehr ruhig, da sich die ge schlossenen Spülbohrungen an der Bohrlochwandung nicht ver haken. Hierdurch wird der Verschleiß beim Bohrhammerein steckende, am Aufnahme- oder Kronenschaft sowie am Bohran trieb minimiert.Another advantage is that the drill bit is very can be arranged close to the casing tube; she runs very quiet during horizontal drilling, since the ge closed flushing holes on the borehole wall hook. This will wear out the hammer drill sticking, on the receiving or crown shaft and on the Bohran drove minimized.
Nach anderen Merkmalen der Erfindung sind die Spülkanäle am Übergang vom Zentralabschnitt zum Kegelringabschnitt der Stirnfläche angeordnet, bevorzugt auch am Übergang von ei nem Zentralabschnitt der Rücken- oder Unterfläche der Bohr scheibe zum anschließenden Kegelringabschnitt dieser Rücken- oder Unterseite. Letzterer ist gegenläufig zum Ke gelringabschnitt der Stirnfläche geneigt.According to other features of the invention, the rinsing channels are on Transition from the central section to the cone ring section of the End face arranged, preferably also at the transition from egg central portion of the back or bottom surface of the drill disc to the subsequent cone ring section of this Back or bottom. The latter is opposite to the Ke gelring section of the end face inclined.
Der Kegelansatz oder Kegelringabschnitt der Bohrscheibe ist schmal gehalten, um ein Verdrängen weicher Bodenbestand teile beispielsweise in lehmigem Boden mit Steineinla gerungen während der Bohrung zu vermeiden. Dank dieser Maß gabe wird der komplette Bohrungsquerschnitt geräumt und gleichzeitig verhindert, daß sich verdrängter Boden kurz hinter der Bohrkrone wieder entspannen sowie den geringen Überschnitt in Form des Ringspaltes zwischen Bohrlochwand und Mantelrohr verfüllen kann.The conical shoulder or conical ring section of the drilling disc is kept narrow to suppress soft soil share for example in loamy soil with stone inlets to avoid wrestling during drilling. Thanks to this measure the entire bore cross section is cleared and at the same time prevents the displaced floor from short relax behind the drill bit as well as the small one Overcut in the form of the annular gap between the borehole wall and can fill casing pipe.
Zudem hat es sich als günstig erwiesen, die kranzartig vor gesehenen Spülkanäle so anzuordnen, daß ihre Mittelachsen etwa parallel zur Bohrkronenlängsachse verlaufen.In addition, it has proven to be cheap to wreath-like arrange flushing channels so that their central axes run approximately parallel to the longitudinal axis of the drill bit.
Erfindungsgemäß können in der Stirnfläche der Bohrscheibe von der Mündung der Spülkanäle zur Bohrkronenlängsachse verlaufende radiale Innennuten vorgesehen sein, die zu ei nem besseren Bohrgutaustrag führen. According to the invention in the end face of the drilling disc from the mouth of the irrigation channels to the longitudinal axis of the drill bit radial inner grooves are provided, which lead to egg lead better drill material discharge.
Die Bohrkrone kann am Aufnahmeschaft in an sich bekannter Weise durch einen Konussitz angebracht sein. Dieser ist nur für den Kroneneinsatz mit kleinen Imlochhämmern (3′′-6′′) ge eignet. Bei größeren Hämmern (5′′-12′′) wird der Konussitz erfindungsgemäß durch eine Paßfeder, Zahnwellen- oder Ge windeverbindung ersetzt, da ansonsten die Bohrkronenscheibe durch die Keilwirkung des Schaftes bei hoher Schlagenergie reißen kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Paßfe der- oder Zahnwellenverbindung liegt in der Möglichkeit, die Bohrkronenscheibe definiert zu montieren; sowohl die Bohrscheibe als auch ein axial von ihr abragender Vorbohrer können direkt mit Spülluft beaufschlagt werden. Die bessere Spülung führt zu schnellem Bohrgutaustrag und somit zu ei nem größeren Bohrfortschritt und zu geringerem Werkzeugver schleiß.The drill bit can be attached to the receiving shaft in a manner known per se by means of a conical seat. This is only suitable for crown use with small down-hole hammers ( 3 '' - 6 '') ge. For larger hammers ( 5 '' - 12 '') the cone seat is replaced according to the invention by a feather key, toothed shaft or Ge thread connection, otherwise the drill bit disc can tear due to the wedge action of the shaft at high impact energy. Another significant advantage of the Paßfe der- or splined shaft connection lies in the possibility to mount the drill bit disc defined; Both the drilling disc and an axially protruding pre-drill can be supplied with purging air directly. The better flushing leads to faster drilling material discharge and thus to greater drilling progress and less tool wear.
Bei inhomogenen Gesteinsformationen besteht die Gefahr, daß sich durch die Vibration der Bohrkrone während des Bohr vorganges Gesteinsbrocken aus der Bohrlochwand lösen und in den Freiraum zwischen Bohrkrone und Mantelrohr fallen. Da durch wird das ganze System blockiert und kann unter Um ständen nicht mehr geborgen werden.With inhomogeneous rock formations there is a risk that vibration of the drill bit during drilling remove the rock from the borehole wall and into the space between the drill bit and the casing pipe falls. There through the whole system is blocked and can under Um would no longer be recovered.
Diese Gefahr besteht nicht mehr, wenn die Bohrkronenscheibe erfindungsgemäß durch ein aufgeschraubtes Zwischenrohr, ei ne Manschette, ergänzt wird; hierdurch entsteht ein ge schlossenes, störungsunanfälliges System.This danger no longer exists if the drill bit disc according to the invention by a screwed-on intermediate tube, egg ne cuff is added; this creates a ge closed, trouble-free system.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt inFurther advantages, features and details of the invention result from the following description more preferred Exemplary embodiments and with reference to the drawing; this shows in
Fig. 1 die teilweise geschnittene Seitenan sicht eines Horizontalbohrers mit Bohrkrone in einem Bohrloch; Figure 1 is a partially sectioned Seitenan view of a horizontal drill with drill bit in a borehole.
Fig. 2, 4 die vergrößerten Seitenansichten zwei er teilweise geschnittener Ausge staltungen der Bohrkrone; Fig. 2, 4 are the enlarged side views of two he partially cut Out events of the drill bit;
Fig. 3, 5 stirnwärtige Draufsichten auf die Bohrkronen der Fig. 2 bzw. 4. Fig. 3, 5 frontward plan views of the cutters of Figs. 2 and 4 respectively.
In einer Boden- oder Gesteinsformation 10 ist ein Bohrloch 12 mittels eines Horizontalbohrsystems - für einen Durch messerbereich zwischen 180 mm und 840 mm - eingebracht; die Längsachse A einer in die Formation 10 eingreifenden Bohrkrone 14 verläuft in Fig. 1 horizontal. An einen Auf nahmeschaft 16 mit Keilwellenprofil 18 der Bohrkrone 14 schließt gegen die Vortriebsrichtung x ein Hammerüberrohr 20 mit außenliegender Wendel 22 an, das einen aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung im einzelnen ver nachlässigten Imlochhammer 24 zum schlagenden Bohren auf nimmt.In a soil or rock formation 10 , a borehole 12 is made by means of a horizontal drilling system - for a diameter range between 180 mm and 840 mm; the longitudinal axis A of a drill bit 14 engaging in the formation 10 runs horizontally in FIG. 1. On a receiving shaft 16 with spline profile 18 of the drill bit 14 closes against the direction of advance x a hammer overtube 20 with an external helix 22 , which for reasons of clarity in the drawing in detail neglected in-hole hammer 24 for striking drilling.
Das Hammerüberrohr 20 und ein am Imlochhammer 24 durch eine Gewinde- oder eine Sechskantverbindung 25 axial festgeleg tes Bohrgestänge 26 werden von einem Schutz- oder Mantel rohr 28 umfangen, dessen Frontkante 29 einer an einem Au ßengewinde 30 der Bohrkrone 14 verschraubten Manschette 32 zugeordnet ist. Zwischen dem Mantelrohr 28 und der Bohr lochwandung 11 verläuft ein schmaler Ringspalt 34. Der Au ßendurchmesser d der Manschette 32 entspricht jenem der Au ßenkante 23 der Überrohrwendel 22. Bei einer Gestängewendel 22 a am Bohrgestänge 26 kann der Wendeldurchmesser aus Grün den der Reibung etwas reduziert sein.The hammer overtube 20 and an in-hole hammer 24 by a threaded or hexagonal connection 25 axially fixed drill pipe 26 are covered by a protective or jacket tube 28 , the front edge 29 of which is associated with an external thread 30 of the drill bit 14 screwed sleeve 32 . Between the casing tube 28 and the borehole wall 11 , a narrow annular gap 34 . The outer diameter d of the sleeve 32 corresponds to that of the outer edge 23 of the overtube coil 22 . With a rod helix 22 a on the drill rod 26 , the helix diameter of green can be somewhat reduced in the friction.
Am Aufnahmeschaft 16 sitzt zum Bohrlochtiefsten hin eine Bohrscheibe 36, deren Außendurchmesser e i.w. die Bohr lochweite bestimmt. Von dieser im Bereich des Außendurch messers e kranzartig ausgebildeten Bohrscheibe 36 ragt axial eine bolzenartige Vorbohrkrone 38 ab; der Außendurch messer e der Bohrscheibe 36 mißt etwa das 2,5fache des Au ßendurchmessers i der Vorbohrkrone 38. Deren freie Kraglän ge h entspricht etwa der halben Bohrkronenlänge hl.On the receiving shaft 16 , a drilling disk 36 is seated towards the deepest hole, the outer diameter e iw of which determines the drilling hole width. From this in the area of the outer diameter e ring-shaped drilling disk 36 axially protrudes a bolt-like pilot drill bit 38 ; the outer diameter e of the drilling disk 36 measures approximately 2.5 times the outer diameter i of the pilot drill bit 38 . Their free cantilever length h corresponds to approximately half the drill bit length h l .
Die Stirnfläche 40 der Bohrscheibe 36 setzt sich aus einem - die Bohrkronenachse A rechtwinklig querenden - kreis förmigen Zentralabschnitt 40 z vom Durchmesser n sowie einem schmalen Kegelringabschnitt 40 k zusammen, der mit der Bohr kronenachse A einen flachen Konuswinkel w einschließt.The end face 40 of the drilling disk 36 is composed of a circular central section 40 z of diameter n and a narrow conical ring section 40 k , which includes a flat cone angle w with the drill bit axis A, which intersects the drill bit axis A at right angles.
Der Kegelringabschnitt 40 k - und damit die Stirnfläche 40 - endet an einer Umfangsfläche 42 der Bohrscheibe 36, die sich in Vortriebsrichtung x erweitert; sie schließt mit der Bohrkronenachse A einen Winkel t von 3° bis 5° ein. Die Stirnfläche 40 der Bohrscheibe 36 ist ebenso wie die Stirn fläche 39 der Vorbohrkrone 38 mit Hartmetallstiften 44 be setzt.The conical ring section 40 k - and thus the end face 40 - ends on a circumferential surface 42 of the drilling disk 36 , which widens in the direction of advance x; it includes an angle t of 3 ° to 5 ° with the drill bit axis A. The end face 40 of the drilling disc 36 is like the end face 39 of the pilot drill bit 38 with hard metal pins 44 be sets.
Von der Stirnfläche 40 gehen in radialem Abstand z zur Um fangsfläche 42 etwa achsparallele Spülkanäle 46 aus, welche die Bohrscheibe 36 durchsetzen; ihr Durchmesser q ent spricht etwa einem Sechstel des größten Außendurchmessers e der Bohrkrone 14. Die Spülkanäle 46 münden an der Rücken- oder Unterseite 48 der Bohrscheibe 36. Diese Unterseite 48 ist wie die Stirnfläche 40 gestaltet; an einen inneren Zen tralabschnitt 48 z schließt ein äußerer Kegelabschnitt 48 k an. Die Mittelachse M des Spülkanals 46 verläuft etwa durch einen diese Abschnitte 40 k, 40 z bzw. 48 k, 48 z trennenden Konstruktionskreis K. From the end face 40 go at a radial distance z to the circumferential surface 42 approximately axially parallel rinsing channels 46 which pass through the drilling disc 36 ; their diameter q corresponds to approximately one sixth of the largest outer diameter e of the drill bit 14 . The flushing channels 46 open out on the back or underside 48 of the drilling disk 36 . This underside 48 is designed like the end face 40 ; an inner conical section 48 z adjoins an outer conical section 48 k . The central axis M of the flushing channel 46 runs approximately through a construction circle K separating these sections 40 k , 40 z or 48 k , 48 z .
In Fig. 2, 4 sind Sackbohrungen 50 der Bohrscheibe 36 an deren Umfangsfläche 42 erkennbar. Diese Sackbohrungen 50 nehmen Hartmetallstifte 44 auf, die der Umfangsfläche 42 als Verschleißschutz dienen. In Fig. 3, 5 wiedergegebene radiale Innennuten 52 im Zentralabschnitt 40 z der Stirn fläche 40 verbessern den Bohrgutaustrag.In Fig. 2, 4, blind holes 50 of the Bohrscheibe 36 seen at the peripheral surface 42. These blind bores 50 receive hard metal pins 44 , which serve the circumferential surface 42 as wear protection. In Fig. 3, 5 reproduced radial internal grooves 52 in the central portion 40 of the end surface 40, for improving the Bohrgutaustrag.
Der das oben beschriebene Keilwellenprofil 18 anbietende Aufnahmeschaft 16 sitzt in der Bohrkrone 14 der Fig. 2, 3 mittels eines sich in Vortriebsrichtung x verjüngenden Ko nusringes 54, an den ein nicht dargestelltes Gewinde für die Vorbohrkrone 38 anschließen kann.The shaft splines 18 described above offering shank 16 is seated in the drill bit 14 of FIG. 2, can connect to a not shown thread for the Vorbohrkrone 38 nusringes 3 by means of a x is tapered in the advance direction Ko 54th
In der Ausgestaltung der Bohrkrone 14 a der Fig. 4, 5 ist der Aufnahmeschaft 16 mit einem Bund 56 versehen, der in eine Ringschulter 58 der Bohrscheibe 36 a eingreift. Der in Vorschubrichtung x anschließende Lagerabschnitt 16 a wird von Paßfedern 60 drehgesichert. Die bohrkopfseitigen Axial nuten dafür sind in Fig. 5 mit 62 bezeichnet.In the embodiment of the drill bit 14 a of Fig. 4, 5 of the shank is provided with a collar 56 16 which engages in an annular shoulder 58 of the Bohrscheibe 36 a. The bearing section 16 a adjoining the feed direction x is secured against rotation by parallel keys 60 . The axial grooves on the drill head side are designated by 62 in FIG. 5.
Nicht dargestellt ist die Verbindung von Aufnahmeschaft 16 und Bohrscheibe 36 mittels einer Zahnwellen- oder einer Ge windeverbindung.Not shown is the connection of the receptacle shaft 16 and the drilling disk 36 by means of a toothed shaft connection or a threaded connection.
Zum Herstellen von großen Bohrkronen 14 eines Durchmessers e zwischen 500 mm und 840 mm kann nicht mehr Rundmaterial eingesetzt werden; man muß in diesem Falle Schmiederohlinge verwenden, aus denen man dann in kostengünstiger Weise die Bohrscheibe 36, den Aufnahmeschaft 16 sowie den Vorbohrer 38 einstückig erzeugt.Round material can no longer be used to produce large drill bits 14 with a diameter e between 500 mm and 840 mm; in this case, forging blanks must be used, from which the drilling disk 36 , the receiving shaft 16 and the pilot drill 38 are then produced in one piece in a cost-effective manner.
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