DE202023104756U1

DE202023104756U1 - Ein hämmernder und drehbarer Bohrmeißel für einen Tieflochbohrer

Info

Publication number: DE202023104756U1
Application number: DE202023104756.4U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-06-01
Filing date: 2023-08-21
Publication date: 2023-10-25
Anticipated expiration: 2033-08-22

Abstract

Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel für ein Tiefbohrgerät (DTH), umfassend:
einen Bohrerschaft;
ein Vorderteil des Bohrmeißels mit einer Bohrfläche;
ein vorstehendes Bohrteil (101) im mittleren Bereich der vorderen Bohrfläche des Bohrmeißels, wobei der Rest der Vorderseite des Bohrmeißels eine stufig abgesetzte vordere Bohrfläche (102) ist;
ein Luftabführungsloch (110), die axial in der Mitte des Bohrerschaftes verläuft und deren erstes Ende mit Spülluft versorgt wird und deren zweites Ende unterhalb des vorstehenden Bohrteils (101) endet;
eine Vielzahl von horizontalen Lufttunnelkanälen (103), die mit dem Luftabführungsloch (110) an oder in der Nähe seines zweiten Endes verbunden sind, wobei jeder der Lufttunnelkanäle (103) in die vordere Bohrfläche des Bohrmeißels eingebettet ist und sich horizontal von dem Luftabführungsloch (110) zu einer Umfangskante des Bohrmeißels erstreckt;
eine Vielzahl von nutenförmigen Luftkanälen (104), wobei sich jeder der nutenförmigen Luftkanäle (105) von einer radialen Position eines Umfangs des vorstehenden Bohrteils (101) nach außen zur Umfangskante des Bohrmeißels über die Vorderseite (102) des stufig abgesetzten Bohrmeißels erstreckt;
wobei für jeden der Lufttunnelkanäle (103) ein Teil des Lufttunnelkanals (103) vom Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils bis zum Umfangsrand des Bohrers mit einem der Luftnutkanäle (104) verschmolzen wird und einen verschmolzenen Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanal bildet; und
wobei die Anordnung des vorstehenden Bohrteils (101), der Vorderseite (102) des Stufenbohrers, des Luftabführungslochs (110), der Lufttunnelkanäle (103), der nutenförmigen Luftkanäle (104) und der zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle konfiguriert ist, um:
zu bewirken, dass ein Großteil der Spülluft einen Geschwindigkeitsvektor hat, der sich horizontal und radial von der Luftabführungsloch (110) durch die zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle zur Umfangskante des Bohrmeißels bewegt;
zu bewirken, dass eine Minderheitsmenge der Spülluft mit einem Geschwindigkeitsvektor, der sich horizontal über die vordere Bohrfläche (102) des stufig abgesetzten Bohrmeißels bewegt, auf die vordere Bohrfläche (102) des stufig abgesetzten Bohrmeißels umgeleitet wird; und
eine turbulente Luftströmung auf der vorderen Bohrfläche des Bohrmeißels zu verhindern.

Description

Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Bauwesen. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Bohrer für Tieflochbohrer (DTH).
Hintergrund:
DTH-Bohrer werden im Bergbau, im Tunnelbau, in Steinbrüchen, im Aushub, im Bauwesen und in anderen Bereichen des Tiefbaus für Bohrungen eingesetzt. Ein DTH-Bohrer, wie z. B. ein Schlaghammer, ist im Grunde ein Presslufthammer und/oder ein drehbarer Bohrmeißel, der am unteren Ende eines Bohrgestänges angebracht ist. Durch das Hämmern und/oder Drehen des Bohrmeißels werden Gestein und Boden in kleine Teile, Schutt und Staub zerlegt, die durch einen unter Druck stehenden Luftstrom oder eine Flüssigkeit, die nach dem Antrieb des Schlaghammers durch die Vorderseite des Bohrmeißels geleitet wird, abgesaugt werden.
Das Europäische Patent Nr. 3097248 offenbart einen Bohrmeißel mit einem zentrales Abführungsloch in der Mitte seines Schafts, die dazu dient, der Vorderseite des Bohrmeißels Spülluft zuzuführen. Der Bohrmeißel hat auch ein vorstehendes Bohrteil, das so angeordnet ist, dass es den Spülluftstrom in seitliche Richtungen zu einigen Nuten leitet, die zur Vorderseite des Bohrmeißels gehören und sich von nahe der Mitte zum Rand des Bohrmeißels erstrecken. Dieser Spülluftstrom, der sich um die Vorderseite des Bohrmeißels bewegt, saugt den beim Bohren entstehenden Bohrschutt ab.
Es ist jedoch zu erwarten, dass die Konstruktion des Europäischen Patents Nr. 3097248 in der Praxis unwirksam ist. Das liegt daran, dass das vorstehende Bohrteil und die Nuten an der Vorderseite des Bohrmeißels eine Struktur bilden, die den Spülluftstrom erheblich behindert. So würde die aus dem zentralen Abführungsloch geblasene Spülluft unstetige Turbulenzen um die Stirnseite des Bohrmeißels bilden. Diese turbulente Spülluftströmung wiederum würde unweigerlich die Oberfläche des Bohrbodens unter dem Bohrmeißel stören, was zu einer instabilen Bohrsituation führen würde, die besonders bei Bohrungen in weichem Boden ausgeprägt ist. Außerdem verlässt bei dieser Konstruktion die Spülluft das zentrale Abführungsloch durch mehrere horizontale Öffnungen am Boden des zentralen Abführungslochs. Dies führt dazu, dass der ursprüngliche Luftgeschwindigkeitsvektor, der in vertikaler Abwärtsrichtung liegt, eine plötzliche, abrupte Richtungsänderung um 90° durchläuft, was zum Ausbruch von Turbulenzen an diesen horizontalen Öffnungen führt. Der instationäre Spülluftstrom würde also nicht nur Turbulenzen verursachen, sondern auch beträchtliche Geschwindigkeitsvektorkomponenten aufweisen, die in vertikaler Richtung nach unten verlaufen, was die Störung der Bodenoberfläche unter dem Bohrmeißel noch verstärkt.
Das finnische Patent Nr. 20120269 offenbart eine weitere Bohrmeißelkonstruktion, die in der Mitte ihrer vorderen Bohrseite ein Abführungsloch zum Ablassen von Spülluft aufweist. An der Stirnfläche befinden sich horizontale Spülkanäle, die die Spülluft in horizontaler Richtung von der Mitte der Stirnfläche zum Außenumfang des Bohrers leiten. Auf diese Weise wird die Spülluft direkt auf die Vorderseite geleitet, um Ablagerungen an den Außenumfang zu evakuieren, die dann in einem Futterrohr für den Rücktransport an die Oberfläche gesammelt werden. Da das Luftabführungsloch jedoch genau in der Mitte der Vorderseite angebracht ist und die horizontalen Spülkanäle ebenfalls sehr nahe an der Vorderseite angeordnet sein müssen, wird der Bohrer dadurch strukturell geschwächt. Außerdem würde der mittlere Bereich des Bohrmeißels nur wenig gespült werden, da der größte Teil des Spülluftstroms radial zum Rand des Bohrmeißels gerichtet ist.
Abriß:
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen hämmernden und drehbaren Bohrmeißel für Tieflochbohrer (DTH) bereitzustellen, der die vorgenannten Mängel des Standes der Technik behebt. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Bohrmeißel mit einer Konstruktion bereitzustellen, die Spülluft horizontal und gleichmäßig über die vordere Bohrfläche des Bohrmeißels leiten kann, ohne die Bodenoberfläche zu stören, und die gleichzeitig die Bohrmeißelstruktur nicht schwächt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein hämmernder und drehbarer Bohrmeißel für DTH-Bohrer bereitgestellt. Der Bohrmeißel umfasst ein vorstehendes Bohrteil im mittleren Bereich der Vorderseite des Bohrmeißels, die über ein Luftabführunsgloch hinaus verlängert ist. Das Luftabführungsloch ist ein Tunnel, der sich axial in der Mitte des Bohrmeißelschaftes erstreckt, in dem Spülluft von einer Spülluftversorgungsquelle, die die unter Druck stehende Abluftabführung nach dem Vortrieb des Bohrhammers sein kann, durch das Luftabführungsloch und zu einer Vielzahl von damit verbundenen Lufttunnelkanälen geleitet wird. Jeder der Lufttunnelkanäle ist in die vordere Bohrfläche des Bohrmeißels eingebettet und erstreckt sich horizontal vom unteren Ende des Luftabfiihrungslochs bis zum Umfangsrand des Bohrmeißels.
Der mittlere vorstehende Bohrteil besteht aus einer verdickten Materialschicht, um die Struktur des Bohrmeißels zu verstärken, wobei insbesondere der mittlere Bereich stärker und robuster ist. Mit dem mittleren vorstehenden Bohrteil ist der Rest der vorderen Bohrfläche des Bohrmeißels hinter dem mittleren vorstehenden Bohrteil abgestuft.
Auf der vorderen Bohrfläche des stufig abgesetzten Bohrmeißels ist eine Vielzahl von Luftkanälen vorgesehen. Jeder der nutenförmigen Luftkanäle erstreckt sich von der radialen Position des Umfangs des mittleren vorstehenden Bohrteils nach außen zum Umfangsrand des Bohrmeißels über die vordere Bohrfläche des stufig abgesetzten Bohrmeißels. In einer Ausführungsform ist jeder der nutenförmigen Luftkanäle so geformt, dass er von der radialen Position des Umfangs des mittleren vorstehenden Bohrteils zur Umfangskante des Bohrers über die vordere Bohroberfläche des Stufenbohrers fortschreitend divergiert. Die Anzahl der nutenformigen Luftkanäle ist mindestens gleich der Anzahl der Lufttunnelkanäle. Jeder der Lufttunnelkanäle ist so angeordnet, dass ein entsprechender nutenförmiger Luftkanal über ihm (oder näher an der vorderen Bohrfläche des stufig abgesetzten Bohrmeißels) angeordnet ist, wobei der Teil des Lufttunnelkanals vom Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils bis zum Umfangsrand des Bohrmeißels mit dem darüber liegenden nutenförmigen Luftkanal zusammengeführt wird.
Es ist zu beachten, dass die Lufttunnelkanäle unter dem vorstehenden Bohrteil im mittleren Bereich der Vorderseite des Bohrmeißels eingebettet sind. Daher strömt die Spülluft von der Spülluftversorgungsquelle vertikal nach unten durch das Luftabführungsloch und dann horizontal durch die Lufttunnelkanäle, bis sie den Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils erreicht, wobei der Geschwindigkeitsvektor der Spülluft überwiegend in horizontaler Richtung verläuft, da die Konfiguration des Luftabführungslochs und der Lufttunnelkanäle es ermöglicht, dass der Geschwindigkeitsvektor der Spülluft reibungslos von der vertikalen Abwärtsrichtung in die horizontale Richtung übergeht, und somit kein ausbrechender turbulenter Spülluftstrom erzeugt wird, der die Bodenoberfläche unter dem Bohrer während des Bohrens stört.
In einer Ausführungsform ist ein Futterrohr vorgesehen, in das der Bohrmeißel eingesetzt ist. Das Futterrohr umfasst einen Futterschuh, der um seinen vorderen Rand herum angebracht ist, um das Futterrohr an dem Bohrmeißel in der Nähe der Vorderseite des Bohrmeißels zu befestigen. Nach dem Einbau befinden sich zwischen der Innenwand des Futterrohrschuhs und dem Umfangsrand des Bohrmeißels vertikale Spülkanäle, die den horizontalen Öffnungen der Lufttunnelkanäle am Umfangsrand des Bohrmeißels entsprechen. Diese Konfiguration bewirkt, dass ein Großteil des Spülluftstroms einen Geschwindigkeitsvektor aufweist, der sich horizontal und radial von der Luftabführungsloch durch die zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle zum Umfangsrand des Bohrmeißels bewegt, von der Innenwand des Futterrohrschuhs aufgefangen wird und dann entlang der vertikalen Spülkanäle zum Ringraum zwischen der Futterrohrinnenwand und dem Außendurchmesser des Bohrhammers wandert. Ein kleiner Teil des Spülluftstroms wird zur vorderen Bohrfläche des stufig abgesetzten Bohrmeißels umgeleitet, wiederum mit einem Geschwindigkeitsvektor, der horizontal über die vordere Bohrfläche des stufig abgesetzten Bohrmeißels verläuft. Diese geringe Menge an Spülluft befördert den Bohrschutt und die Ablagerungen, die sich um die Vorderseite des Bohrmeißels gebildet haben, zum Umfangsrand des Bohrmeißels, wird dann in den vertikalen Spülkanälen zwischen der Innenwand des Futterrohrschuhs und dem Umfangsrand des Bohrmeißels gesammelt und weiter nach oben in den Ringraum zwischen der Innenwand des Futterrohrs und dem Außendurchmesser des Bohrhammers geleitet. Auf diese Weise wird der Spülluftstrom gleichmäßig gehalten, um die Entstehung von Turbulenzen auf der Oberfläche des Bohrbodens unterhalb des Bohrmeißels zu vermeiden.
In einer Ausführungsform sind eine oder mehrere vertikale Luftnuten am Umfang des mittleren, vorstehenden Bohrteils vorgesehen. Jede der vertikalen Luftnuten verläuft von der vorderen Bohrfläche des mittleren vorstehenden Bohrteils zur vorderen Bohrfläche des stufig abgesetzten Bohrmeißels und ist mit einem der zusammengeführten Lufttunnelkanal-Luftnut-Kanäle verbunden. Auf der vorderen Bohrfläche des mittleren vorstehenden Bohrteils befinden sich horizontale Luftnuten, die von nahe der Mitte der vorderen Bohroberfläche zum Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils verlaufen, und jede horizontale Luftnut ist mit einer der vertikalen Luftnuten verbunden.
Der Luftstrom in den zusammengeführten Lufttunnel-Kanal-Luftnuten-Kanälen erzeugt einen Saugeffekt an der vorderen Bohrfläche des mittleren, vorstehenden Bohrteils, wodurch ein weiteres Mittel zur direkten Spülung und Entfernung von Schneidresten und Bohrschutt um diesen mittleren Bereich des Bohrmeißels herum durch die entsprechenden vertikalen Luftnuten und horizontalen Luftnuten bereitgestellt wird, ohne dass die Oberfläche des Bohrbodens gestört wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind einer oder mehrere der zusammengeführten Lufttunnelkanal-Luftnut-Kanäle so konfiguriert, dass sie von der Luftabführungsloch zur Umfangskante des Bohrmeißels in einem nach oben gerichteten Neigungswinkel verlaufen. In einer Ausführungsform ist jeder der zusammengeführten Lufttunnelkanal-Luft-Nut-Kanäle in einem anderen Winkel nach oben geneigt. In der einen Ausführungsform, in der es vier zusammengeführte Lufttunnelkanal-nutenformigen Luftkanäle gibt, neigt sich der erste zusammengeführte Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanal in einem ersten Winkel nach oben, der zweite (rechts neben dem ersten) zusammengeführte Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanal neigt sich in einem zweiten Winkel nach oben, der dritte (rechts neben dem zweiten) zusammengeführte Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanal neigt sich in einem dritten Winkel nach oben, und der vierte (rechts neben dem dritten) zusammengeführte Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanal neigt sich in einem vierten Winkel nach oben; wobei der erste Winkel bis zum vierten Winkel progressiv größer oder progressiv kleiner ist. In einer anderen Ausführungsform sind die zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle so konfiguriert, dass sie sich in zwei verschiedenen Winkeln nach oben neigen, so dass jeder in einem Paar benachbarter zusammengeführter Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle sich in einem anderen Winkel als der jeweils andere neigt.
Auf diese Weise wird der Spülluftstrom mit einer geringeren vertikalen Abwärtsgeschwindigkeitskomponente vom Bohrmeißel weggeführt, was wiederum die Möglichkeit einer Störung des Bohrbodens weiter verringert. Darüber hinaus bedeuten die unterschiedlichen Aufwärtsneigungswinkel zwischen den zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanälen, dass die Spülluftströme, die sich von den zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanälen zu ihren jeweiligen vertikalen Spülkanälen bewegen, unterschiedliche vertikale Aufwärtsgeschwindigkeiten aufweisen. Sobald diese Spülluftströme ihre jeweiligen vertikalen Spülkanäle verlassen und im Ringraum zusammentreffen, entstehen unterschiedliche statische Drücke, die wiederum aufgrund der Druckunterschiede zwischen den benachbarten Paaren vertikaler Spülkanäle zu einer Zugwirkung im Ringraum führen. Dieser Luftzug im Ringraum von Bereichen mit hohem statischen Druck zu Bereichen mit niedrigem statischen Druck hat eine Sogwirkung auf die Spülluftströme im Verhältnis zu den Spülluftwegen mit höherem Druck. Dieser Saugeffekt erhöht die Effizienz und Effektivität der Spülung und der Entfernung von Bohrschutt und Ablagerungen von dem Bohrmeißel, ohne die Oberfläche des Bohrlochs zu beeinträchtigen.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine ähnliche Sogwirkung auf die Spülluftströme im Verhältnis zu den Hochdruckspülluftwegen auch durch unterschiedliche Größen (Breiten) in den zusammengeführten Lufttunnelkanal-Luftrinnenkanälen erzeugt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen:
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen:

1 zeigt die perspektivische Ansicht eines hämmernden und drehbaren Bohrmeißels für DTH-Bohrer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2a zeigt eine Querschnittsansicht; 2b zeigt eine Seitenansicht; 2c zeigt eine weitere Seitenansicht; und 2d zeigt eine Bodenansicht mit Markierungen zur Kennzeichnung der Querschnittsansicht und der Seitenansichten des Bohrmeißels;
3a zeigt eine Seitenansicht; 3b zeigt eine Bodenansicht mit Markierungen zur Kennzeichnung der Querschnittsansicht; und 3c zeigt eine Querschnittsansicht des Bohrmeißels mit einem Futterrohr und einem Ringmeißel, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist;
4a zeigt die perspektivische Ansicht mit Markierungen zur Kennzeichnung der Querschnittsansichten; 4b zeigt eine Ansicht von unten mit Markierungen zur Kennzeichnung der Querschnittsansichten; 4c zeigt eine Ansicht von oben; 4d zeigt eine Querschnittsansicht; und 4e zeigt eine weitere Querschnittsansicht eines hämmernden und drehbaren Bohrmeißels für DTH-Bohrer gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Detaillierte Beschreibung:
In der folgenden Beschreibung werden hämmernde und drehbare Bohrmeißel für DTH-Bohrer und dergleichen als bevorzugte Beispiele aufgeführt. Dem Fachmann wird klar sein, dass Modifikationen, einschließlich Ergänzungen und/oder Substitutionen, vorgenommen werden können, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen. Spezifische Details können weggelassen werden, ohne von der Erfindung abzuweichen; die Offenbarung ist jedoch so geschrieben, dass der Fachmann in der Lage ist, die hierin enthaltenen Lehren ohne unnötige Experimente anzuwenden.
Unter Bezugnahme auf die 1, 2a, 2b, 2c, und 2d für die folgende Beschreibung. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein hämmernder und drehbarer Bohrmeißel 100 für DTH-Bohrer bereitgestellt. Der Bohrmeißel 100 weist im mittleren Bereich der Vorderseite des Bohrmeißels ein vorstehendes Bohrteil 101 auf, das sich über ein Luftabführungsloch 110 hinaus erstreckt. Das Luftabführungsloch 110 ist ein axial in der Mitte des Bohrmeißelschafts verlaufender Tunnel, in dem Spülluft von einer Spülluftversorgungsquelle, bei der es sich um die unter Druck stehende Abluftabführung nach dem Vortrieb des Bohrhammers handeln kann, durch das Luftabführungsloch 110 und zu einer Vielzahl von damit verbundenen horizontalen Lufttunnelkanälen 103 geleitet wird. Jeder der Lufttunnelkanäle 103 ist in die vordere Bohrfläche des Bohrmeißels eingebettet und erstreckt sich horizontal vom unteren Ende des Luftabführungslochs 110 bis zur Umfangskante des Bohrmeißels 100.
Das mittlere vorstehende Bohrteil 101 besteht aus einer verdickten Materialschicht (z. B. aus gehärtetem legiertem Stahl), um die Struktur des Bohrers zu verstärken, wobei insbesondere der mittlere Bereich stärker und robuster ist. Mit dem mittleren vorstehenden Bohrteil 101 ist der Rest der vorderen Bohrfläche 102 des Bohrmeißels hinter dem mittleren vorstehenden Bohrteil 101 abgestuft.
Auf der vorderen Bohrfläche 102 des stufig abgesetzten Bohrmeißels ist eine Vielzahl von Luftkanälen 104 vorgesehen. Jeder der Luftkanäle 104 erstreckt sich von der radialen Position des Umfangs des vorstehenden Bohrteils 101 nach außen zur Umfangskante des Bohrmeißels 100 über die vordere Bohrfläche 102 des stufig abgesetzten Bohrmeißels. Die Anzahl der Luftkanäle ist mindestens so groß wie die Anzahl der Lufttunnelkanäle 103. In einer Ausführungsform ist jeder der Luftkanäle 104 so geformt, dass er von der radialen Position des Umfangs des mittleren vorstehenden Bohrteils 101 zur Umfangskante des Bohrers 100 über die vordere Bohrfläche 102 des stufig abgesetzten Bohrmeißels fortschreitend divergiert. Jeder der Lufttunnelkanäle 103 ist so angeordnet, dass sich über ihm (oder näher an der vorderen Bohrfläche 102 des stufig abgesetzten Bohrmeißels) ein entsprechender nutenförmiger Luftkanal 104 befindet, wobei der Teil des Lufttunnelkanals 103 vom Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils bis zur Umfangskante des Bohrmeißels mit dem darüber liegenden Luftnutkanal zusammengeführt wird.
Es ist zu beachten, dass ein Teil jedes der Lufttunnelkanäle 103 unter dem vorstehenden Bohrteil 101 im mittleren Bereich des Vorderteils des Bohrmeißels eingebettet ist. Daher strömt die Spülluft von der Spülluftzufuhrquelle vertikal nach unten durch die Abführungsloch und dann horizontal durch die Lufttunnelkanäle 103, bis sie den Umfang des mittleren, vorstehenden Bohrteils erreicht, wobei der Geschwindigkeitsvektor der Spülluft überwiegend in horizontaler Richtung verläuft, da die Konfiguration des Luftablasslochs und der Lufttunnelkanäle 103 es ermöglicht, dass der Geschwindigkeitsvektor der Spülluft sanft von der vertikalen Abwärtsrichtung in die horizontale Richtung übergeht, und somit kein ausbrechender turbulenter Spülluftstrom erzeugt wird, der die Bodenoberfläche unter dem Bohrer während des Bohrens stört.
Unter Bezugnahme auf 3a, 3b und 3c für die folgende Beschreibung. In einer Ausführungsform ist ein Futterrohr 120 vorgesehen, in das der Bohrmeißel 100 eingesetzt ist und das eine Einheit aus Bohrmeißel und Futterrohr bildet. Das Futterrohr 120 ist mit einem Futterschuh 121 gekoppelt, der um seinen vorderen Rand herum installiert ist, um das Futterrohr 120 an dem Bohrmeißel 100 in der Nähe des vorderen Teils des Bohrmeißels zu befestigen. Nach dem Einbau befinden sich zwischen der Innenwand des Futterrohrschuhs 121 und dem Umfangsrand des Bohrmeißels vertikale Spülkanäle 108, die den horizontalen Öffnungen der Luftkanäle am Umfangsrand des Bohrmeißels entsprechen. Diese Konfiguration bewirkt, dass ein Großteil des Spülluftstroms einen Geschwindigkeitsvektor hat, der sich horizontal und radial von dem Luftabführungsloch durch die zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle zum Umfangsrand des Bohrmeißels bewegt, von der Innenwand des Futterschuhs 121 aufgefangen wird und dann entlang der vertikalen Spülkanäle 108 zum Ringraumbereich 107 zwischen der Innenwand des Futterrohrs 120 und dem Außendurchmesser des Bohrhammers wandert. Ein kleiner Teil des Spülluftstroms wird zur Vorderseite 102 des stufig abgesetzten Bohrmeißels umgeleitet, wiederum mit einem Geschwindigkeitsvektor, der horizontal über die vordere Bohrfläche 102 des stufig abgesetzten Bohrmeißels verläuft. Diese geringe Menge an Spülluft befördert das um die vordere Bohrfläche des Bohrmeißels 100 gebildete Schnittreste und Bohrschutt zum Umfangsrand des Bohrmeißels 100, wird dann in den vertikalen Spülkanälen 108 zwischen der Innenwand des Futterrohrschuhs 121 und dem Umfangsrand des Bohrmeißels 100 gesammelt und weiter nach oben in den Ringraumbereich 107 zwischen der Innenwand des Futterrohrs 120 und dem Außendurchmesser des Bohrhammers geleitet. Auf diese Weise wird der Spülluftstrom gleichmäßig gehalten, um die Entstehung von Turbulenzen auf der Bodenoberfläche unterhalb des Bohrmeißels 100 zu vermeiden.
In einer anderen Ausführungsform ist ein Ringmeißel 122 um den Umfangsrand des Bohrmeißels 100 und in der Nähe des Vorderteils des Bohrmeißels vorgesehen. In diesem Fall ist der Ringmeißel 122 gerade über den Rand des Futterrohrs 120 und den Futterschuh 121 hinaus angebracht.
Für die folgende Beschreibung wird erneut auf die 1, 2a, 2b, 2c, und 2d für die folgende Beschreibung. In einer weiteren Ausführungsform sind eine oder mehrere vertikale Luftnuten 105 am Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils 101 vorgesehen. Jede der vertikalen Luftnuten 106 verläuft von der vorderen Bohrfläche des mittleren vorstehenden Bohrteils 101 zur vorderen Bohrfläche 102 des stufig abgesetzten Bohrmeißels und ist mit einem der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle 103 und 104 verbunden.
Auf der vordere Bohrfläche des mittleren vorstehenden Bohrteils 101 befinden sich horizontale Luftnuten 106, die von nahe der Mitte der vordere Bohrfläche zum Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils 101 verlaufen, und jede horizontale Luftnut 106 ist mit einer der vertikalen Luftnuten 105 verbunden.
Der Luftstrom in den zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanälen 103 und 104 erzeugt einen Saugeffekt auf der vordere Bohrfläche des mittleren, vorstehenden Bohrteils, wobei die vertikalen Luftnuten 105 und die horizontalen Luftnuten 106 den Spülluftstrom leiten, was ein weiteres Mittel zur direkten Spülung und Entfernung von Schnittresten und Bohrschutt um diesen mittleren Bereich des Bohrmeißels herum darstellt, ohne die Bodenoberfläche zu stören.
Unter Bezugnahme auf 4a, 4b, 4c und 4d für die folgende Beschreibung. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind einer oder mehrere der zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle 104a so konfiguriert, dass sie sich von dem Luftabführungsloch zur Umfangskante des Bohrmeißels in einem Aufwärtsneigungswinkel bewegen. In einer Ausführungsform neigt sich jeder der zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle 104a in einem anderen Winkel nach oben. In der einen Ausführungsform, in der es vier zusammengeführte Lufttunnelkanalnutenförmige Luftkanäle gibt, neigt sich der erste zusammengeführte Lufttunnelkanalnutenförmige Luftkanal in einem ersten Winkel nach oben, der zweite (rechts neben dem ersten) zusammengeführte Lufttunnelkanal- nutenförmige Luftkanal neigt sich in einem zweiten Winkel nach oben, der dritte (rechts neben dem zweiten) zusammengeführte Lufttunnelkanalnutenförmige Luftkanal neigt sich in einem dritten Winkel nach oben, und der vierte (rechts neben dem dritten) zusammengeführte Lufttunnelkanal- nutenförmige Luftkanal neigt sich in einem vierten Winkel nach oben; wobei der erste Winkel bis zum vierten Winkel progressiv größer ist (d.h.: erster Winkel < zweiter Winkel < dritter Winkel < vierter Winkel) oder progressiv kleiner (d.h.: erster Winkel > zweiter Winkel > dritter Winkel > vierter Winkel).
In einer anderen Ausführungsform sind die zusammengeführten Lufttunnelkanalnutenförmige Luftkanäle 104a so konfiguriert, dass sie sich in zwei verschiedenen Winkeln nach oben neigen, so dass jeder in einem Paar benachbarter zusammengeführter Lufttunnelkanalnutenförmige Luftkanäle 104a sich in einem anderen Winkel zueinander neigt. Zum Beispiel sind der erste und der dritte Winkel derselbe Winkel und der zweite und der vierte Winkel der andere Winkel (das heißt: (erster Winkel = dritter Winkel) != (zweiter Winkel = vierter Winkel)).
Auf diese Weise wird der Spülluftstrom mit einer geringeren vertikalen Abwärtsgeschwindigkeitskomponente vom Bohrmeißel weggeführt, was wiederum die Möglichkeit einer Störung des Bohrbodens weiter verringert. Darüber hinaus erzeugen die unterschiedlichen Aufwärtsneigungswinkel zwischen den zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanälen unterschiedliche Größen in den vertikalen Aufwärtsgeschwindigkeitsvektorkomponenten der Spülluftströme, die sich von den zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanälen zu ihren jeweiligen vertikalen Spülkanälen 108 bewegen, und somit unterschiedliche vertikale Aufwärtsgeschwindigkeiten in den vertikalen Spülkanälen 108. Sobald diese Spülluftströme, die unterschiedliche vertikale Aufwärtsgeschwindigkeiten aufweisen, ihre jeweiligen vertikalen Spülkanäle 108 verlassen und im Ringraum 107 zwischen der Innenwand des Futterrohrs 120 und dem Außendurchmesser des Bohrhammers zusammentreffen, werden unterschiedliche statische Drücke erzeugt, und aufgrund der Druckunterschiede zwischen jedem benachbarten Paar vertikaler Spülkanäle 108 wird im Ringraum eine Zugwirkung erzeugt. Dieses Ziehen der Luft im Ringraum 107 von Bereichen mit hohem statischen Druck zu Bereichen mit niedrigem statischen Druck hat eine Sogwirkung auf die Spülluftströme in Bezug auf die Spülluftwege mit höherem Druck, von den vertikalen Spülkanälen 108, den zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmige Luftkanälen 104a, zu den vertikalen und horizontalen Luftnuten des mittleren vorstehenden Bohrteils. Dieser Saugeffekt erhöht die Effizienz und Effektivität der Spülung und der Entfernung von Schnittresten und Bohrschutt vom Bohrmeißel, ohne die Oberfläche des Bohrbodens zu stören.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein ähnlicher Saugeffekt auf die Spülluftströme in Bezug auf die Hochdruckspülluftwege auch durch die Verwendung unterschiedlicher Größen (Breiten) in den zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanälen 104a erzeugt werden; wiederum mit progressiv größeren oder progressiv kleineren Breiten oder abwechselnden Breiten zwischen benachbarten zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanälen.
Die vorstehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient der Veranschaulichung und Beschreibung. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung auf die genauen Formen offenbart zu begrenzen. Viele Modifikationen und Variationen werden für den Fachmann auf dem Gebiet der Technik offensichtlich sein.
Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern und dadurch andere Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen zu verstehen, die sich für die jeweils in Betracht gezogene Verwendung eignen. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalenz definiert wird.
Zusammenfassend ist ein hämmernder und drehbarer Bohrmeißel für Tieflochbohrer (DTH) mit einer Konstruktion vorgesehen, die Spülluft horizontal und gleichmäßig über die vordere Bohroberfläche des Bohrmeißels leiten kann, ohne irgendeine Störung der Bodenoberfläche beim Bohren zu verursachen, und die gleichzeitig die Bohrmeißelstruktur nicht schwächt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3097248 [0003, 0004]

Claims

Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel für ein Tiefbohrgerät (DTH), umfassend: einen Bohrerschaft; ein Vorderteil des Bohrmeißels mit einer Bohrfläche; ein vorstehendes Bohrteil (101) im mittleren Bereich der vorderen Bohrfläche des Bohrmeißels, wobei der Rest der Vorderseite des Bohrmeißels eine stufig abgesetzte vordere Bohrfläche (102) ist; ein Luftabführungsloch (110), die axial in der Mitte des Bohrerschaftes verläuft und deren erstes Ende mit Spülluft versorgt wird und deren zweites Ende unterhalb des vorstehenden Bohrteils (101) endet; eine Vielzahl von horizontalen Lufttunnelkanälen (103), die mit dem Luftabführungsloch (110) an oder in der Nähe seines zweiten Endes verbunden sind, wobei jeder der Lufttunnelkanäle (103) in die vordere Bohrfläche des Bohrmeißels eingebettet ist und sich horizontal von dem Luftabführungsloch (110) zu einer Umfangskante des Bohrmeißels erstreckt; eine Vielzahl von nutenförmigen Luftkanälen (104), wobei sich jeder der nutenförmigen Luftkanäle (105) von einer radialen Position eines Umfangs des vorstehenden Bohrteils (101) nach außen zur Umfangskante des Bohrmeißels über die Vorderseite (102) des stufig abgesetzten Bohrmeißels erstreckt; wobei für jeden der Lufttunnelkanäle (103) ein Teil des Lufttunnelkanals (103) vom Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils bis zum Umfangsrand des Bohrers mit einem der Luftnutkanäle (104) verschmolzen wird und einen verschmolzenen Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanal bildet; und wobei die Anordnung des vorstehenden Bohrteils (101), der Vorderseite (102) des Stufenbohrers, des Luftabführungslochs (110), der Lufttunnelkanäle (103), der nutenförmigen Luftkanäle (104) und der zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle konfiguriert ist, um: zu bewirken, dass ein Großteil der Spülluft einen Geschwindigkeitsvektor hat, der sich horizontal und radial von der Luftabführungsloch (110) durch die zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanäle zur Umfangskante des Bohrmeißels bewegt; zu bewirken, dass eine Minderheitsmenge der Spülluft mit einem Geschwindigkeitsvektor, der sich horizontal über die vordere Bohrfläche (102) des stufig abgesetzten Bohrmeißels bewegt, auf die vordere Bohrfläche (102) des stufig abgesetzten Bohrmeißels umgeleitet wird; und eine turbulente Luftströmung auf der vorderen Bohrfläche des Bohrmeißels zu verhindern.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, ferner mit einem Futterrohr (120), das um den Bohrmeißel herum angebracht ist und eine Einheit aus Bohrmeißel und Futterrohr bildet; wobei das Futterrohr (120) mit einem Futterschuh (121) gekoppelt ist, der um seinen vorderen Rand herum installiert ist, um das Futterrohr (12) an dem hämmernden und drehbaren Bohrmeißel zu sichern; wobei die Baugruppe aus Bohrmeißel und Futterrohr einen oder mehrere vertikale Spalt-Spülkanäle zwischen einer Innenwand des Futterrohrschuhs (121) und der Umfangskante des Bohrmeißels aufweist; und wobei die Spülluft von der Innenwand des Futterrohrschuhs (121) aufgefangen und weiter nach oben durch die vertikalen Spülkanäle in einen Ringraum (107) zwischen der Innenwand des Futterrohrs (120) und dem Außendurchmesser des DTH-Bohrers geleitet wird.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, ferner mit einem Ringmeißel (122), der um den Umfangsrand des Bohrmeißels und in der Nähe der Vorderseite des Bohrmeißels angebracht ist.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, ferner mit einer oder mehreren vertikalen Luftnuten (105), die am Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils (101) vorgesehen sind; wobei jede der vertikalen Luftnuten (105) von einer Vorderseite des mittleren vorstehenden Bohrteils (101) zu der vorderen Bohrfläche (102) des stufig abgesetzten Bohrmeißels verläuft und mit einem der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle verbunden ist.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 4, ferner mit einer oder mehreren horizontalen Luftnuten (106), die auf der vorderen Bohrfläche des mittleren, vorstehenden Bohrteils (101) vorgesehen sind; wobei jede der horizontalen Luftnuten (106) von nahe der Mitte der vorderen Bohrfläche zum Umfang des mittleren vorstehenden Bohrteils (101) verläuft und mit einer der vertikalen Luftnuten (105) verbunden ist.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, wobei jeder der Luftkanäle (104) so geformt ist, dass er von der radialen Position des Umfangs des mittleren vorstehenden Bohrteils zur Umfangskante des Bohrmeißels über die vordere Bohrfläche des stufig abgesetzten Bohrmeißels progressiv divergiert.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, wobei jeder der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle so konfiguriert ist, dass er sich von dem Luftabführunsgsloch zu der Umfangskante des Bohrmeißels mit einem Aufwärtsneigungswinkel bewegt, der sich von seinem benachbarten zusammengeführten Lufttunnel-Kanal- nutenförmigen Luftkanal unterscheidet; und wobei die Aufwärtsneigungswinkel der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle progressiv größer sind.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, wobei jeder der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle so konfiguriert ist, dass er sich von dem Luftabführungsloch zu der Umfangskante des Bohrmeißels in einem Aufwärtsneigungswinkel bewegt, der sich von seinem benachbarten zusammengeführten Lufttunnel-Kanal-Luft-Nut-Kanal unterscheidet; und wobei die Aufwärtsneigungswinkel der zusammengeführten Lufttunnel-Kanal- nutenförmigen Luftkanäle zunehmend kleiner sind.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, wobei jeder der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle so konfiguriert ist, dass er sich von dem Luftabführungsloch zu der Umfangskante des Bohrmeißels unter einem Aufwärtsneigungswinkel bewegt, der sich von seinem benachbarten zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanal unterscheidet; und wobei jeder der Aufwärtsneigungswinkel der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle einer von zwei Winkeln ist.
Hämmernder und drehbarer Bohrmeißel nach Anspruch 1, wobei jeder der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle so konfiguriert ist, dass er eine Breite aufweist, die sich von seinem benachbarten zusammengeführten Lufttunnelkanal-nutenförmigen Luftkanal unterscheidet; und wobei die Breiten der zusammengeführten Lufttunnelkanal- nutenförmigen Luftkanäle entweder progressiv größer oder progressiv kleiner sind.