DE2013188A1

DE2013188A1 - Bohrkrone für Tunnelbohrer oder dgl

Info

Publication number: DE2013188A1
Application number: DE19702013188
Authority: DE
Inventors: William D. Mercer Island Wash. Coski (V.St.A.)
Original assignee: Lawrence Manufacturing Company, Seattle, Wash. (V.St.A.)
Priority date: 1969-03-27
Filing date: 1970-03-19
Publication date: 1970-10-08
Also published as: CA924333A; GB1277183A; FR2040062A5; US3570613A

Description

PAT£NTANWÄLTE 20.1 31'Q Q

PATENTANWAITDIPL-ING-R-MOLLER-BORNEr PATENTANWALT D I P L. -1 N G. HANS-H. WEY BER LIN-DAHLEM 33 ■ PO DBI ELS KlALLEE 68 - 8 M 0 N C H E N 22 · Wl D E N M AYE RSTRAS S E TEL. 0311 · 762907 -TEtEGR. PROPINDUS .-TELEX 0184057 '* TEL. 0811 · 225585 · TELEGR. PROPINDUS ■ TELEX 0524244

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Lawrence Manufacturing Company South Seattle, Washington, (USA)

Bohrkrone für Tunnelbohrer oder dgl.

Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für Tunnelbohrer oder dgl·, die an ihrem Umfang mit mehreren, in Abständen zueinander angeordneten Reihen von SehneIdelementen _s versehen ist und die Reihen einen unterschiedlichen Radius zur Achse der Bohrkrone aufweisen. IJ

Derartige Bohrkronen werden beim Bohren von Tunnelen oder Stollen zum Schneiden von Gestein verwendet, wobei dies· Bohrkronen Im Stoß der Front und der Wände des zu bohrenden Tunnels eingesetzt werden« Es hat sich herausgestellt, daß die Belastung im Bereich des Zusammenlaufens derTunnel«tirnwand und der Wand außerordentlich groß ist,

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weil das Gestein dem Ausbrechen durch Druckanwendung größeren Widerstand entgegensetzt, als es in einer geradlinigen Schneidebene der Fall ist.

Die Belastung, die durch eine Reihe von Schneidelementen auf das Gestein ausgeübt wird, ist eine Funktion aus dem Bruchwinkel des Gesteins oclsr anderer Brdschichten ect., in die die Tunnelbohrung eingebracht werden soll. Unter Bruchwinkel wird hierbei das in einem bestimmten Winkel in der Oberfläche der Wand und der Stirnwand der Bohrung vorhandene Ausbruchsprofil relativ zur Ausrichtung der Schneidelemente verstanden, nachdem diese das Gestein ausgebrochen haben. Es ist eine Bohrkrone bekannt geworden, welche einen relativ weiten Bruchwinkel ermöglicht, wobei die Belastung der Schneidelemente geringer ist als sie bei einem kleineren vorbeschriebenen Winkel auftritt. Demzufolge ist eine optimale Bohrkronenkonstruktion eine solche, bei welcher die Bruchwinkel sämtlicher Reihen, bei einer Anzahl von Reihen von Schneidelementen sowohl groß als auch gleichmäßig sind,

Bohrkronen, welche speziell für den Einsatz im Stoß einer Stirnwand und der Tunnelwand entwickelt sind, haben üblicherweise geradlinige Profile. Der Stoß, in welchem sie eingesetzt werden, ist jedoch nicht geradlinig. So weisen die bekannten Bohrkronen z. B. Formen auf, welche mit den in Abstand daran angebrachten Schneidelementen eine zylindrische oder eine konische Schneidebene bewirken. Da die Bohrkrone im Stoß der Bohrung angesetzt wird, welch· nicht geradlinig ist, wird «ine od^r νerden mehrere Reihen der

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Schneidelemente mehr belastet als andere Reihen· Hinzu kommt, daß bei den bekannten Bohrkronen die Reihen von Schneidelementen einen etwas weiten Abstand zueinander aufweisen, was sich dadurch nachteilig auswirkt, daß die dadurch bewirkte Schneidebene jeder der Reihen von Schneidelementen ein Profil aufweist, dessen Winkel für den Einsatz an geradlinigen Wänden oder Stirnflächen entspricht, jedoch nicht für den winkelartigen Stoß von Stirnseite und Wand geeignet ist.

Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine Bohrkrone zu entwickeln, welche eine in diesen Eckbereichen wirksamere Form aufweist und daher weniger dem Verschleiß bei Belastung derselben ausgesetzt ist, der in diesen"Eckbereichen auftritt, wobei die Belastung gleichmäßig über die gesamt* Form der Bohrkrone verteilt werden soll» Gleichzeitig sollen dabei die Bruchwinkelbedingungen der Reihen von Schneidelementen verbessert werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Abstände und die Anordnung der Reihen von Schneidelementen so bemessen sind, daß die Schneidelemente in einer gemeinsamen, sich bogenförmig verengenden, zylinderartigen Schneidebene wirksam sind·

Weitere vorteilhafte Maßnahmen im Zusammenhang mit der Lösung gemäß der Erfindung ergeben sich fcus den beiliegenden Unteransprüchen und aus der Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, die nachstehend beschrieben werden« Es zeigern

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Fig· 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiele einer Bohrkrone gemäß der Erfindung, welche mit drei Reihen von Schneidelementen versehen ist) iind

Fig» 2 eine Seitenansicht eines zweiten Aueführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Bohrkrone, wobei vier Reihen von Schneidelementen vorgesehen sind und wobei die Schneidelemente, bezogen auf die Achse der Bohrkrone, zueinander versetzt sind·

Xn Fig. 1 ist ein Tunnelbohrer 10 teilweise dargestellt, der an seinem drehbaren Bohrkopf 12 eine Bohrkrone 14 trägt, der dort auf bekannte Weise drehbar gelagert ist· Die Bohrkrone 14 besteht aus einem Bohrkronenkörper, der kreisförmigen Querschnitt aufweist und an dem drei Reihen 16, 18 und 20 von Schneidelementen 22 angeordnet sind. Die Bohrkrone 14 dreht sich um eine Achse 2k und die Reihen 16 bis 20 sind mit ihren Schneideinsätzen 22 so aufeinander abgestimmt, daß sie eine sich bogenförmig verengende, zylinderartige Schneidebene bewirken» welche effektiver im Stoß zwischen Stirnwand und Wand arbeitet, als es mit bekannten Bohrkronen der Fall ist· Die Sohneidebene 26 wird in Fig. 1 durch die bogenförmigen Linien 28 dargestellt und ist durch diese begrenzt· Die Wand und die Stirnwand des Tunnels und die Richtung der Vorwärtsbewegung sind durch die Pfeile A, B bzw· G bezeichnet. Die Reihen 16 bis 20 arbeiten Im Scheitelpunkt de· durch die Stirnwand und die Tunnelwand gebildeten Winkel» und bilden dort große, stumpfe Bruchwinkel 30, 32 und 3k lot Stoß 36·

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Es ist offensichtlich, UaQ₁₁ wenn nur eine Reihe von Schneidelementen im Stoß 36 wirksam wird, eine solche Reihe tief in das Gestein eindringen muß und daher einen verhältnismäßig kleinen Bruchwinkel schaft. Demzufolge ist bei der Verwendung von zwei in großem Abstand angeordneten Reihen von Schneidelementen im Stoß 36 keine Veränderung des Bruchwinkels zu erwarten, da die beiden Reihen unabhängig voneinander in das Gestein eindringen und entsprechend Gestein ausbrechen. Gemäß der Erfindung wird dadurch eine Verbesserung erreicht, W

daß eine Anzahl von dicht aneinander angeordneten Reihen von Schneidelementen eine oben beschriebene Schneidebene bilden und dadurch je einen die·· Sohneidebene bildenden großen Bruchwinkel aufweisen und das Gestein im Stoß"3.6, wirkungsvoller ausbrechen. "■ ^: " V --" ''"■'""-". .-."■". ■-.'■"', ;■"..■' ■ " ^: V

Zwangsläufig 1st der Stoß 36 der Stirnwand und der Tunnelwand rechtwinklig. Der Stoß 1st daher so geformt, daß geradlinige Sohneidebenen unwirtschaftlich sind· Erfindungsgemäß werden daher bogenförmige Schneidprofile 28 verwendet, welche die sich bogenförmig verengenden, zylinderartigen Schneidebenen bewirken· Die Profile 28 und die Schneid- 'M ebene 26 find daher beim Ausbrechen der Ecken bzw. des Stoßes 36 «ehr wirksam und die Belastung wird gleichmäßig von allen drei Reihen 16, 18 und 20 aufgenommen.

In Fig. 2 ist «in modifiziert·« Aueführungebeispiel einer Bohrkrone 14^S dargestellt, welche erfindungsgemäß vier winkelartige Schneidebenen produziert, wobei der Winkel auf die Hittellinie der Achse 2k und den rechtwinkligen

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Stoß 36' bezogen ist. Diese Bohrkrone weist ein erstes, zweites, drittes und viertes Profil 38, 4O₁ 42 und 44 auf, welche durch die Reihen der Schneidelemente 46, 48, 50 und 52 gebildet werden. Das erste Schneidprofil 38 wird durch die Reihen 46 und 48, das zweite Profil 40 durch die Reihen 48 und 50, das dritte Profil 42 durch die Reihen 50 und 52 und <*^n letzte, vierte Profil 44 durch die Reihen 46 und IC: gabildet· Es ist zu bemerken, daß die Reihe 48 das vierte Schneidprofil 44 überragt. Dieses Merkmal der Form, welches bereits beschrieben ist, dient zur Erzeugung eines bogenartigen Schneidprofils und der entsprechenden Schneidebene, wie sie mit 28 und 26 in Fig· I bezeichnet sind.

Bei« Ausführungsbeispiel gemäß Fig· 2 ist die vierte Reihe 52 nicht nur für die Schaffung eines faltenbalgartigen Schneidprofiles zwecks Produktion der bereits erwähnten Schneidebene vorgesehen, sondern si· verhindert darüber hinaus den Aufbau von Gestein an der Stirnseite der Bohrkrone 14·, welche in höchstem Grade die Stirnseite und die Bohrkrone als solche verschleißen würde und eine erhebliche Schubbelastung verursachen würde.

Die erfindungsgemäßen Bohrkronen ergeben Schneidebenen, welche dem Stoß 36 angepaßt sind und sichern jeder Reihe von Schneidelementen eine gleichmäßig verteilte Belastung. Zusätzlich sind die Reihen der Schneidelemente 16 bis 20 und 46 bis 52, Fig. 1 und 2, dicht aneinander angeordnet, welche eine Zusammenarbeit und höchste Wirksamkeit der Schneidelemente 22 beim Angreifen des Gesteins in der Stirnwand oder der Tunnelwand garantieren. Die bogenförmigen

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Profile 28 und die Anzahl der verschiedenen winkelartigen SchneidprofiIe 38 bis 44 "ergeben die verbesserte Schneidebene der Ausführungsbeispiele gemäß den Fi'g. 1 und 2» Diese Schneidebenen, zusammen mit der dichten Anordnung der Reihen von Schneidelementen, verbessern die Wirksamkeit und Lebensdauer der so gestalteten Bohrkronen·

Beim Ausführungsbeispiel gemäß fig· 1 sind die Schneidelement e 22 der Reihen 16 und 18 axial ausgerichtet. Im 'Ausführungsbeispiel' gemäß Flg. 2 sind die Schneidelemente 22 von Reihenpaaren 46 und 48, 48und 50 und 50 und 52 axial zueinander versetzt. Die Reihen 46 und 50 weisen axial oder umfangsmäßlg ausgerichtete Schneidelemente 22 auf,-die Reihen 46, 48 und 50 verfügen über die gleiche Anzahl von Schneidelementen 22. Die Schneidelemente 22 der Reihe 48 sind jedoch so angeordnet, daß sie gegenüber den angrenzenden Reihen 46 und 50, an Jeder Seite derselben, um einen halben Abstand versetzt sind« Die Reihe 52 weist die Hälfte Anzahl von Schneidelementen als die Reihe 50 auf und die Schneidelemente der Reihe 52 sind mit einer Versetzung von einem halben Abstand wie die Schneide leinen te 22 der Reihe 50 angeordnet· Diese Art der Ausrichtung der Schneidelemente ist vorgesehen, um einen weicheren Angriff und eine weichere Belastung der Bohrkrone zu erreichen. Nur einige der Schneidelement· 22 sind der Einfachheit halber in Fig. 2 dargestellt, die meisten derselben sind durch ein Kreuz angedeutet.

Di· Erfindung ist nicht auf die dargestellten Au β führ uiigeb«ispiele beschränkt. ' ." ■" ■; -■" ?ψ:;'-l·',; -v

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Claims

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1. Bohrkrone für Tunnelbohrer oder dgl«, die an ihrem Umfang mit mehreren in Abständen zueinander angeordneten Reihen von Schneidelementen versehen ist und die Reihen einen unterschiedlichen Radius zur Achse der Bohrkrone aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände und die Anordnung der Reihen (16,18,20 W und 46,48,50,52) von Schneidelementen (22) so bemessen sind, daß die Schneidelemente in einer gemeinsamen, sich bogenförmig verengenden, zylinderartigen Schneid-' ebene (26) wirksam sind*

2» Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände und Anordnung der Reihen (16,18,20 und 46,48,50,52) und der Schneidelemente (22) so sind, daß die Enden der Schneidebene (26) unterschiedliche Durchmesser aufweisen·

3· Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, α daß wenigstens ein Paar (16,18) der Reihen eine bestimmte Anzahl von In gleichen Abständen innerhalb der Reihen angeordneten Schneidelementen (22) aufweisen und wenigstens eine weitere Reihe (20) eine davon abweichende Anzahl von ebenfalls in gleichen Abständen angeordneten Sohneldelenenten (22) aufweist.

4. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidelemente (22) in gleichen Abständen

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innerhalb der Reihen angeordnet sind und die Schneidelement θ (22) einer Reihe (48), bezogen auf eine achsparallele Linie, um einen halben Abstand zu den anderen Schneidβlementen versetzt sind«

5» Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen (46,48,50,52) ein Schneidprofil ergeben, in dem ein eratee Paar der Reihen (46,48) einen ersten Schneidwinkel (38) und wenigstens ein weiteres Paar (48,50) ein weiteren unterschiedlichen Schneid-. winkel, bezögen auf die Achse (24) der Bohrkrone, ergeben ψ

6» Bohrkrone nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Paar von Reihen (30,52) einen,dritten xu den Winkeln (38,4o) unterschiedlichen- Schneidwinkel

7« Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig·tenβ ein Paar der Reihen (k6\50) eine Sohneidebene (44) ergibt, die zur Achse (24) der Bohrkrone einen stumpfen Winkel bildet und wenigstens eine der Reihen (48) außerhalb dieser Sohneidebene (44) wirksam ist·

8« Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Paar der Reihen (46,50) einer vorgegebenen Schneidebene (44) entsprechend angeordnet ist und wenigsten« ein« weitere Reih« (48) äußerhalb dieser Sehneideben® wirksam iet.

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