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Die Erfindung betrifft einen Hohlbohrer zum Bohren von Gestein oder gesteinsartigem Material, wobei er einen hohlzylindrischen Bohrerkörper mit zumindest einem in Bohrrichtung endseitig zahnartig vorstehenden Schneidkörper aufweist und um eine Drehachse drehbar ausgebildet ist.
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Ein gattungsgemäßer Hohlbohrer wird beispielsweise in
DE628908U offenbart, wobei mehrere umfänglich gleich beabstandeten Schneidkörper vorgesehen sind. Ähnliches sind in
DE 10 2012 221 812 A1 endseitig am Arbeitsende des Hohlbohrer eine Vielzahl von Schneidkörpern angeordnet. In
DE 20 2004 002 096 U1 sind die endseitig vorgesehenen Schneidkörper radial überstehend angeordnet.
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In der Regel weisen derartige Hohlbohrer, wenn sie zum Einbringen eines Bohrlochs beispielsweise in Beton oder hartes Gestein eingesetzt werden, einen Bohrkörper mit zumeist Hartmetallschneiden auf, wobei das Einbringen des Bohrlochs zumeist unter Schlagbelastung erfolgt. Das Gestein wird hierbei zu Gesteinsmehl, -Gries und/oder -Krümeln zerkleinert und durch den Innenkanal des hohlzylindrischen Hohlbohrers gegen Bohrerrichtung abtransportiert. Hingegen weisen derartige Hohlbohrer, wenn sie zum Einbringen eines Bohrlochs in ein relativ weiches Gestein, wie Porotonstein, Hohlraumziegel oder Kalksandstein, ausgelegt sind, häufig zumindest einen Bohrkörper mit einer mit Diamanten besetzten Schneide, insbesondere einer sogenannten PKD-Schneide (Poly-Kristalline-Diamant-Schneide) auf.
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Beim Bohren mit Hartmetallschneide unter schlagendem Einsatz in das relativ weiche Gestein, wie Protonsteine und Hohlraumziegel, werden die Steine oft zerstört. Beim gleichen Bohren jedoch ohne Schlag ist erfahrungsgemäß der Bohrfortschritt nicht sehr schnell und zudem der Verschleiß der Hartmetallschneiden hoch. Besser hierzu geeignet ist der Einsatz der PKD-Schneide. Tritt jedoch beim Bohren eine schlagartige Belastung auf, wie sie beispielsweise infolge eines Einbrechens oder Durchstoßens in bzw. durch Hohlräume und Kammern in den Steinen erfolgen kann, so wird die PKD-Schneide beschädigt.
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Aufgabe der Erfindung ist einen Hohlbohrer der eingangs genannten Art bereitzustellen, der besser für das Einbringen von Bohrlöchern in relativ weiches Gestein geeignet ist.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben. Die gestellte Aufgabe wird bereits dadurch gelöst, dass eine mit polykristallinen Diamanten besetzte Schneide zum Schneiden des Gesteins oder gesteinsartigem Materials aufweist und dass, in Drehrichtung zum Schneidkörper nachlaufend, zusätzlich zumindest ein Stützkörper aus einem stoßfestem Material zur Stützung und zum Auffangen von auf den Hohlbohrer wirkende Stoßenergie vorgesehen ist.
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Durch die Kombination des zumindest einen Schneidkörper mit PKD-Schneide mit dem zumindest einem Stützkörper aus stoßfestem Material kann mit der PKD-Schneide das Material im Bohrgrund abgetragen werden, während der im Nachlauf zur PKD-Schneide angeordnete Stützkörper den Schlag, wie beim Einbrechen bzw. Durchbrechen des Bohrers in bzw. durch Hohlräume oder Kammern in dem Stein, abfängt und somit die PKD-Schneide vor Beschädigungen schützt. Somit kann das Bohren von beispielgebend oben aufgeführten relativ weichen Steinen mit einer relativ hohen Vorschubgeschwindigkeit erfolgen, ohne dass Gefahr besteht, dass die PKD-Schneide durch beim Bohren erfolgenden Schlag beschädigt wird.
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Es können die beiden Körper, der Schneidkörper mit PKD-Schneide und der zum Schneidkörper nachlaufende Stützkörper aus stoßfestem Material, ein Bearbeitungspaar bilden. Insbesondere kann jedem Schneidkörper ein Stützkörper zugeordnet sein.
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In einer Weiterbildung des Hohlbohrers kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Schneidkörper und der zumindest eine Stützkörper bezüglich der Bohrrichtung axial auf gleicher oder zumindest etwa gleicher Höhe angeordnet sind. Hierüber wird sichergestellt, dass der Stützkörper bei Auftreten eines Schlages unmittelbar oder nahezu an dem Bohrgrund anliegt und hierüber die Schlagenergie des Schlages ableiten kann. Idealerweise ist der stoßfeste Stützkörper so zu dem Schneidkörper angeordnet, dass er gerade noch nicht oder unter möglichst geringer Reibung an dem Bohrgrund anliegt.
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Der Schneidkörper kann so in oder an dem Bohrerkörper festgelegt sein, dass die PKD-Schneide zumindest überwiegend, vorzugsweise vollständig schneidwirksam freigelassen ist. Hierzu kann beispielgebend der Bohrerkörper einer vorzugsweise gegen Bohrrichtung in den Bohrerkörper eingebrachte Aufnahme zur Festlegung des Schneidkörpers in einer Befestigungsposition aufweisen, wobei die Schneide in der Befestigungsposition eine etwa V-förmige Aussparung gegen Drehrichtung begrenzt.
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Vorzugsweise ist der Schneidkörper so in dem Bohrerkörper verankert, dass seine PKD-Schneide in Drehrichtung weist. Ferner kann die PKD-Schneide des Schneidkörpers parallel zur Drehachse verlaufen.
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Stützkörper und/oder Schneidkörper können zu ihrer Festlegung mit dem Bohrerkörper vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet oder verschweißt sein.
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Der Stützköper und/oder der Schneidkörper können in den Bohrerkörper eingelassen angeordnet sein. Vorzugsweise können Stützköper und/oder der Schneidkörper über die radiale Dicke des zugeordneten Wandabschnitts des Bohrerkörpers mit demselben vorzugsweise stoffschlüssig verbunden angeordnet sein.
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Der Stützkörper kann ähnlich dem Schneidkörper zahnartig vorstehend ausgeführt sein. Vorzugsweise kann der Stützkörper über seinen gesamten axialen Längenabschnitt, mit der er in dem Bohrerkörper eingesetzt ist, in demselben gefasst sein. Insbesondere können PKD-Schneide und/oder Stützkörper zahnartig ausgebildet sein.
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Die PKD-Schneide kann unter Ausbildung des Schneidkörpers auf einem Träger, der vorzugsweise aus Hartmetall gefertigt ist, aufgebracht, insbesondere mit demselben verlötet oder verschweißt sein.
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In einer Weiterbildung des Hohlbohrers kann die PKD-Schneide des Schneidkörpers einen polygonen, insbesondere dreieckigen, rechtwinkligen oder trapezartigen, oder einen runden, insbesondere kreissegmentartigen Querschnittsverlauf aufweisen. Im Prinzip kann die PKD-Schneide des Schneidkörpers ein beliebiges Profil aufweisen, das an den jeweiligen zu schneidenden Werkstoff angepasst ist. Kraftmechanisch günstig können Schneidkörper und Stützkörper eine gleiche radiale Dicke aufweisen.
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In einer Weiterbildung können Schneidkörper und/oder Stützkörper radial nach außen und/oder radial nach innen über den Bohrerkörper hinausragen. Dadurch kann der Bohrerkörper in dem Bohrloch radial beabstandet zu der Wandung des Bohrlochs und somit unter verminderter Reibung gedreht werden.
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Insbesondere kann der Schneidkörper radial nach außen und/oder radial jeweils bis zu 30% seiner radialen Dicke oder bis zu 50% der radialen Dicke des zugeordneten Wandabschnitts des Bohrerkörpers über denselben hinausragen. In gleicher Weise wie der Schneidkörper kann der Stützkörper radial über die Wandung hinausragen.
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Günstig hinsichtlich eines festen Sitzes der Körper in dem Bohrerkörper können Schneidkörper und/oder Stützkörper zumindest radial außen bündig zu dem Bohrerkörper angeordnet sein.
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In einer Weiterbildung des Hohlbohrers kann vorgesehen sein, dass der Stützkörper zumindest zu mehr als ein Drittel, vorzugsweise zu mehr als die Hälfte oder vollständig aus Hartmetall gefertigt ist.
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Günstig hinsichtlich eines sicheren Abstützens des Hohlbohrers in dem Bohrgrund kann vorgesehen sein, dass jedem Schneidkörper ein Stützkörper zugeordnet ist. In dem bisher beschriebenen Falle mit einem Schneidkörper und einem Stützkörper kann vorgesehen sein, dass der Stützkörper um etwa 90° oder genau 90° nachlaufend zu dem Schneidkörper angeordnet ist. Die Anzahl der benötigten Schneidkörper und zugeordneten Stützkörper hängt unter anderem von dem Durchmesser des Hohlbohrers ab: Je größer der Durchmesser des Bohrers ist, desto mehr Schneidkörper und zugeordnete Stützkörper werden benötigt, um ein umfänglich gleiches Schneidverhalten herzustellen.
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Insbesondere dann, wenn die Gesamtanzahl von Schneidkörpern und Stützkörpern größer/gleich drei ist, können die Körper umfänglich gleich beabstandet anordnet sein.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass, wenn eine ungerade Gesamtanzahl von Schneidkörpern und Stützkörpern vorgesehen ist, der bei paarweiser Zuordnung von Schneidkörpern und Stützkörpern überzählige Körper ein Stützkörper ist.
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Insbesondere dann, wenn die Gesamtanzahl von Schneidkörpern und Stützkörpern eine gerade Zahl ergibt, können die Körper über den Umfang in einer alternierenden Reihenfolge angeordnet sein.
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In einer Weiterbildung des Hohlbohrers kann derselbe eine umlaufende Förderwendel zum Abtransport des abgetragenen Gesteinsmehls aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass zusätzlich zu dem Abtransport des Gesteinsmehls durch den Innenkanal des hohlzylindrischen Hohlbohrers ein Abtransport über die Förderwendel erfolgen kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden, ohne Einschränkung des Schutzumfangs, durch die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Hierbei zeigen:
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1: eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Hohlzylinders mit Schneidkörper und Stützkörper,
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2a–2b: jeweils eine Ausschnittsvergrößerung IIa und IIb mit dem Stützkörper bzw. dem Schneidkörper in einer radialen Seitenansicht,
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3a–3c: jeweils eine axiale Aufsicht auf eine Ausführungsform des Hohlzylinders mit Schneidkörper und Stützkörper,
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4: eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Hohlzylinders mit Förderwendel,
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5a–5d: jeweils eine Einzeldarstellung einer in 1 gezeigten Ausführungsformen des Schneidkörpers und
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6a–6c sowie 7a–7b: jeweils eine Einzeldarstellung weiterer Ausführungsformen des Schneidkörpers.
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In den 1–7 wird in verschiedenen Ausführungsformen und Teilansichten ein Hohlbohrer 1 zum Bohren von hier nicht dargestelltem Gestein oder gesteinsartigem Material gezeigt, wobei der Hohlbohrer 1 um eine Drehachse d drehbar ausgebildet ist.
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Der Hohlbohrer 1 weist einen hohlzylindrischen Bohrerkörper 2 mit zumindest einem in Bohrrichtung b endseitig angeordneten zahnartig vorstehenden Schneidkörper 3 und mit zumindest einem in Drehrichtung d zum Schneidkörper 3 nachlaufend angeordneten Stützkörper 4 aus einem stoßfestem Werkstoff, hier vollständig aus Hartmetall, zur Stützung und zum Auffangen von auf den Hohlbohrer 1 wirkende Stoßenergie auf. Wie oben beschrieben, tritt diese stoßartige Belastung insbesondere dann auf, wenn der Hohlbohrer 1 beim Einbringen eines hier nicht dargestellten Bohrlochs beispielsweise in einen hier nicht dargestellten Porotonstein mit innenseitigen Kammern durch eine dieser Kammern durchbricht und innenseitig der Kammer an der Wandung derselben aufschlägt.
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Zum Schneiden des Gesteins oder gesteinsartigem Materials weist der Schneidkörper 3 eine mit polykristallinen Diamanten besetzte Schneide 31 (PKD-Schneide 31) auf, die hier durch Lötung, insbesondere Hartlötung auf einem Träger 32 festgelegt ist.
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Schneidkörper 3 und Stützkörper 4 sind zahnartig ausgebildet. Sie ragen jeweils mit einem freien Ende 5 endseitig axial um einen gleichen Betrag in Bohrrichtung b über den Bohrerkörper 2 hinaus. Wie 1 und 4 deutlich entnehmbar, enden Schneidkörper 3 und Stoßkörper 4 bezüglich der Bohrrichtung b axial auf einer gleichen Höhe. Damit liegen beide Körper 3, 4 während des Bohrvorganges an dem Bohrgrund des hier nicht gezeigten Bohrlochs an.
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Deutlich ist 2b, eine Ausschnittsvergrößerung IIb gemäß 1, entnehmbar, dass der Schneidkörper 3 so in dem Bohrerkörper 2 festgelegt ist, dass seine PKD-Schneide 31 hier vollständig schneidwirksam freigelassen ist. Hierzu weist der Bohrerkörper 2 eine gegen Bohrrichtung b eingebrachte Aufnahme 21 zur Festlegung des Schneidkörpers 3 in einer in den 1 und 4 gezeigten Befestigungsposition auf, wobei der Schneidkörper 3 so in der Aufnahme 21 angeordnet ist, dass er mit der PKD-Schneide 31 eine hier etwa V-förmige Aussparung 22 gegen Drehrichtung d begrenzt. Damit ist die PKD Schneide 31 zum Schneiden des hier nicht dargestellten Gesteins oder gesteinsartigem Materials in Drehrichtung d frei zugänglich.
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Gemäß 2a ist der Stützkörper 3 über seine gesamte axiale Länge, in der er in dem Bohrerkörper 2 eingelassen ist, mit demselben hier durch Lötung verbunden. Hingegen ist der Schneidkörper 3 lediglich etwa in dem Bereich über die gesamte axiale Länge seines Trägers mit dem Bohrerkörper 2 verlötet, da seine PKD-Schneider 31 zum Schneiden freigelassen ist.
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In den 5–6 werden verschiedene Ausführungsformen des Schneidkörpers 3 mit PKD-Schneide 31 und Träger 32 in einer in den 1 und 4 dargestellten ersten radialen Seitenansicht bzw., gemäß dem eingezeichneten Pfeil, in einer um hierzu 90° versetzten zweiten umfänglichen Seitenansicht gezeigt, wobei der Schutz auf diese Ausführungsformen nicht bekannt sein soll. Hierbei ist allen hier dargestellten Ausführungsformen des Schneidkörpers 3 gemeinsam, dass die PKD-Schneide 31 in Drehrichtung d weist und parallel zur Drehachse d verläuft.
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Gemäß 5 weist der Schneidkörper 3 in der ersten radialen Seitenansicht in 5a einen rechtwinkligen Umriss mit abgeschrägtem freien Ende 5 auf, wobei die 5b–5c in Vermehrung der möglichen Ausführungsformen in der zweiten umfänglichen Seitenansicht einen rechtwinkligen bzw. trapezförmigen Umriss zeigen.
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Gemäß 6 weist der Schneidkörper 3 in der ersten radialen Seitenansicht in 6a einen rechtwinkligen Umriss auf, wobei auch hier, in Vermehrung der möglichen Ausführungsformen, die 6b und 6c in der zweiten umfänglichen Seitenansicht einen kreisförmigen oder halbkreisförmigen Umriss zeigen.
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Gemäß 7 weist der Schneidkörper 3 in der ersten radialen Seitenansicht in 7a wie in 5a einen rechtwinkligen Umriss mit abgeschreckten freien Ende 5 auf, wobei beispielgebend in 7b der Umriss in der zweiten umfänglichen Seitenansicht in Übereinstimmung mit der ersten radialen Seitenansicht eine dachartige Form aufweist.
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Wie aus der Vielzahl der in den 5–7 gezeigten Ausführungsformen des Schneidkörpers 3 abgleitbar, kann die tatsächliche Form des Schneidkörpers 3 insbesondere unter Anpassung an das zu schneidende Material beliebig variiert werden unter der Prämisse, dass der Schneidkörper 3 insbesondere optimal schneidwirksam ist.
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Wie insbesondere den 3a–3c entnehmbar, ragen Schneidkörper 3 und Stützkörper 4 jeweils radial nach außen und radial nach innen hier etwa mit bis zu 30% ihrer radialen Dicke über den Bohrerkörper 2 hinaus.
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Ferner ist den 1, 3a–3c und 4 entnehmbar, dass jedem Schneidkörper 3 ein Stützkörper 4 zugeordnet ist. Gemäß 1, 3a und 4 sind lediglich ein Schneidkörper 3 und ein Stützkörper 4 vorgesehen, wobei der Stützkörper 4 hier um π/2 bzw. 90° hinsichtlich der Drehrichtung d nachlaufend zu dem Schneidkörper 3 angeordnet ist.
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Ist, wie in 3b gezeigt, eine ungerade Gesamtanzahl von Schneidkörpern 3 und Stützkörpern 4 vorgesehen, so ist bei paarweise Zuordnung des hier einen Schneidkörpers 3 und der hier zwei Stützkörpern 4 vorgesehen, dass der überzählige Körper ein Stützkörper 4 ist. Hierbei sind die drei Körper 3, 4 umfänglich gleich beabstandet zueinander angeordnet.
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Weist der Hohlbohrer 1, wie in 3a und 3c gezeigt, eine gerade Gesamtanzahl von Schneidkörpern 3 und Stützkörpern 4 auf, so sind diese Körper 3, 4 über den Umfang in eine alternierenden Reihenfolge an dem Bohrerkörper 2 angeordnet. Sind bei einer geraden Gesamtanzahl von Schneidkörpern 3 und Stützkörpern 4 mindestens vier, sechs, acht und mehr Körper 3, 4 vorgesehen, so sind diese in eine alternierenden Reihenfolge und umfänglich gleich beabstandet, das heißt um 90° versetzt, zueinander angeordnet.
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Die in 4 gezeigte Ausführungsform des Hohlbohrers 1 zeigt zusätzlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsformen eine umlaufende Förderwendel 23 zum Abtransport von abgetragen Gesteinsmehl und/oder -Gries auf. Damit kann das durch den Hohlbohrer 1 abgetragene Gesteinsmehl oder -Gries, zusätzlich zu der Möglichkeit des Wegtransportes durch den Innenkanal 24 des hohlzylindrischen Körpers 2, über die umlaufende Förderwendel 23 gegen Bohrrichtung r wegtransportiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hohlbohrer
- 2
- Bohrerkörper
- 21
- Aufnahme
- 22
- Aussparung
- 23
- Förderwendel
- 24
- Innenkanal
- 3
- Schneidkörper
- 31
- PKD-Schneide
- 32
- Träger
- 4
- Stützkörper
- 5
- Ende
- b
- Bohrrichtung
- d
- Drehachse
- r
- Drehrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 628908 [0002]
- DE 102012221812 A1 [0002]
- DE 202004002096 U1 [0002]
