DE2803498A1

DE2803498A1 - Tiefbohrwerkzeug fuer rotationsbohrer

Info

Publication number: DE2803498A1
Application number: DE19782803498
Authority: DE
Inventors: Jacques Bourlier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-02-03
Filing date: 1978-01-27
Publication date: 1978-08-10
Also published as: ES240233U; BE859803A; IT1090919B; NL7801095A; GB1592202A; ES240233Y; LU78965A1; US4170267A; FR2379695B1; FR2379695A1

Description

DIpL-PHy₈-U-M. Haft β München 22. den

Maxrm.Hanstr.15

Tel. 29 4618

H 224

Jacques Bourlier, 2, rue Felix Faure, 75015 Paris, Frankreich

Tiefbohrwerkzeug für Rotationsbohrer

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tiefbohrwerkzeug für Rotationsbohrer und insbesondere Bohrmeißel für Bohrkronen von Rotationsbohrern oder Bohrgreifern.

Ein derartiger Bohrer weist im allgemeinen eine rohrförmige Struktur in Form einer Welle auf, um die herum Windungen zur Abfuhr von Gestein in Form einer archimedischen Schraube verlaufen, wobei der untere Teil der Windungen einen Schneiderand bildet,-* mit einem im wesentlichen radialen Bohrkopf, sowie eine Vielzahl von Haltevorrichtungen zur auswechselbaren Aufnahme von besonders geformten Meißeln oder Zacken.

Diese Haltevorrichtungen oder Bohrkronen besitzen üblicherweise in ihrem Vorderteil Aussparungen, in denen die Meißelschäfte befestigt werden. Bei einem weit verbreiteten Bohrer besteht diese Aussparung für den Schaft aus einer Längsnut, die durch eine mittig

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verlaufende Querwand in zwei seitliche Teile getrennt wird. Die
angepaßten Schäfte weisen demzufolge Gabelform auf, um in die Nut
eingreifen und seitlich durch die Querwand festgehalten zu werden. Der Meißel wird dadurch in der Nut festgehalten, wobei ein elastischer überzug in der Nut vorgesehen ist, um ein versehentliches Herausziehen des Meißels zu vermeiden.

Das Eindringteil oder die Schneide weist im allgemeinen in Längsrichtung eine Schräge auf, wobei der Spanwinkel sowie die Kantenlänge von der Härte des zu bohrenden Bodens abhängen und von der
Drehgeschwindigkeit des Bohrers.

Derartige Meißel weisen noch Nachteile auf, wenn die Bohrungen in hartem Boden und insbesondere in felshaltigem Untergrund durchgeführt werden sollen.

Einerseits eignet sich die Form des eindringenden Teils oder der
Schneide nicht für felsigen Untergrund, da die mechanische Festigkeit relativ gering ist und das abgeschrägte Profil, d.h. die Abnahme in Richtung der Schneide, das Aufsetzen von Stücken aus
Wolframkarbid unmöglich macht, die wiederum zur Bohrung unter
diesen Umständen erforderlich sind. Andererseits verhindert diese Art der Befestigung des Schaftes seine wirksamste Aufnahme, da
seitlich auftretende Schwingungen beim Bohrvorgang ein ungewolltes Ablösen des Meißels bewirken können.

Es wurden bereits Spezialmeißel vorgeschlagen, um Stücke aus
Wolframkarbid anzubringen. Bei dieser Art Meißel besteht die Abschrägung aus einem kurzen Stück in Höhe der Schneidekante, wobei die Dicke des Meißelkörpers im wesentlichen gleich derjenigen des Schaftes ist. Der dabei auftretende doppelte Nachteil besteht zum einen darin, daß man kein Schnittprofil mit guter Eindringfähigkeit

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erhält und daß zum anderen die hervorstehende Masse der Schneide vergrößert wird, wodurch ein Schlagen und Ablösen des Meißels von der Haltevorrichtung begünstigt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Bohrmeißel zu vermeiden und einen Meißel zu schaffen, mit dem ein optimales Durchdringen von felsigem Boden möglich ist und bei dem die Gefahr eines Austretens aus dem Halter erheblich verringert ist. Des weiteren schafft die Erfindung einen Bohrmeißel für einen Rotationsbohrer, der ein geeignetes Profil aufweist und gleichzeitig einen Wolframkarbid-Besatz ermöglicht und der außerdem in herkömmlichen Haltevorrichtungen befestigt werden kann, leicht ist und dessen Schaft so ausgestaltet ist, daß eine sichere und genaue Anpassung an die Haltevorrichtung gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung schafft also einen Bohrmeißel, dessen Schneide " wenigstens einen Längsrand aufweist, der eine Rippe bildet und sich bis zur Schneidekante dergestalt erstreckt, daß ein Besatz aus hartem Material aufgesetzt werden kann, während die Schneide in einer transversalen Ebene angeordnet ist, deren Dicke kleiner als der rippenförmige Rand ist und in transversaler Richtung ein im allgemeinen abgeschrägtes Profil aufweist.

Weiterhin ist eine Querschulter vorgesehen, die wenigstens eine der ebenen Flächen des Schaftes mit dem Endstück der Schneide in der Nähe des Bundes miteinander verbindet.

Eine derartige Ausgestaltung des Meißels ermöglicht einerseits ein

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besonders vorteilhaftes optimal gestaltetes Schneideprofil, das relativ leicht ist und trotzdem ausreichende Festigkeit aufweist, sowie andererseits ein Schneideprofil mit ausreichender Dicke (oder transversalem Querschnitt) und ausreichender mechanischer Festigkeit, um in geeigneter und dauerhafter Weise das Ansetzen wenigstens eines Wolframkarbidstückes zu gestatten, wodurch ein bedeutend höherer Wirkungsgrad beim Durchdringen von felsigem Untergrund erzielt wird.

Die rippenförmige Ausgestaltung der Schneide ermöglicht zusätzlich eine überdicke zur Versteifung in Höhe der Verbindung zwischen der Schneide und dem Schaftteil , wodurch am Ende einer der ebenen Flächen, die in Längsrichtung die Schaftgabelung begrenzen, eine Querschulter gebildet wird, die als Anschlag für die Vorderseite des Halters dient, so daß die Verbindung zwischen Meißel und Meißelhalter verbessert wird und das Risiko eines Ablösens des Meißels erheblich geringer ist.

Weiterhin gestattet die rippenförmige Ausgestaltung der Längsränder der Schneide, daß ohne Beeinträchtigung der mechanischen Festigkeit des Meißels diese Schneide mit einem gekrümmten Seitenprofil versehen werden kann, was besonders vorteilhaft hinsichtlich der äußeren Meißelteile des Bohrers ist. Es wurde nämlich festgestellt, daß diese äußerenMeißel des Bohrers aufgrund der Drehbewegung bein Bohren eine differentielle Abnutzung entlang der Schneidekante aufweist, da der äußerste Teil, der eine Art Ecke relativ zur Bohrertangente bildet, erheblich stärker belastet wird als der innere Teil der gleichen Schneidekante, wodurch im Einsatz eine erhebliche Abnutzung auftritt, die sogar zum Verschwinden dieser äußeren Ecke führen kann.

Ein rippenförmiger äußerer Rand gemäß der Erfindung besitzt einer-

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seits eine höhere mechanische Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Meißeln, sowie durch das Aufsetzen von Wolframkarbidstücken eine höhere Wirksamkeit und demzufolge geringere Abnutzungserscheinungen. Weiterhin ermöglichen die Rippen eine Anpassung des äußeren Randes, um ihm eine im wesentlichen kreisbogenförmige Gestalt zu geben, so daß er genauer im Drehkreis des Bohrers eingreift; durch geringe Verkürzung der gegenüberliegenden Rippe erhält man eine schräge Schneidekante, die im wesentlichen senkrecht in den zu durchbohrenden Boden einsetzt und nicht unter einem Winkel, wie es im allgemeinen bei Meißeln üblich ist, deren Schneidekante senkrecht zur Längsrichtung des Meißels angeordnet ist.

Erfindungsgemäß wird also ein Bohrmeißel vorgeschlagen mit einem rippenförmigen Rand der Schneide, der im Schnitt ein gebogenes Profil aufweist, das nach außen hin konvex ist, während die Breite der Schneidekante größer als die Breite des Schaftes ist und wobei die Gesamtlänge der gebogenen Rippenseite größer ist als diejenige der gegenüberliegenden Rippe, so daß die Schneidekante eine Neigung mit der Querrichtung des Meißels aufweist, d.h. mit der radialen Richtung des 3ohrerwerkzeuges.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann erfindungsgemäß zur verbesserten Halterung des Meißels im Halter die Breite des Schaftes größer als die Breite der Klemmbacke des Halters sein, wobei wenigstens eine der ebenen die Gabelung begrenzenden Flächen, die mit den seitlichen Rippen verbunden sind, sich zum Schaft hin durch Längsschultern verlängern, die mit den äußeren Seitenflächen des Halters zusammenwirken.

Im fdgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Meißels;

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Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Figur 1; Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie Hi-IIE von Figur 1;

Figur 4 eine Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meißels und

Figur 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V von Figur 4.

Im folgenden sind in den Figuren und in der Beschreibung gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit 1 das eindringende Teil oder die Schneide bezeichnet und mit 2 der Schaft. Der bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehene Schaft kann in einen Schafthalter mit mittig angeordneter Zwischenwand eingesetzt werden, wie er kommerziell erhältlich ist. Der Schaft 2 weist einen im wesentlichen parallelepipedförmigen Querschnitt auf, der durch die parallelen Längsebenen 3 und 3¹ begrenzt wird, die im wesentlichen der Höhe der Nut des Halters entsprechen und eine U-Form aufweisen, wobei eine mittige Aussparung 4, die die Innenform des ü bildet, mit der Mittenwand der Haltevorrichtung zusammenwirkt.

Die Schneide 1 wird seitlich von zwei ebenen Flächen 5 in der Verlängerung der Seitenflächen des Schaftes begrenzt und an ihrem freien Ende von einer Schneidekante 6, die im wesentlichen senkrecht zu den Seitenflächen 5 angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Schneide 1 zwei dicke Seitenränder 7 auf, die die Rippen bilden und ein Mittelteil 8, das die beiden Rippen 7 verbindet. Wie Figur 3 deutlich zeigt, ist das Mittelteil 8 relativ dünn und verbindet kontinuierlich die die Seitenränder der Schneide bildenden Rippen 7.

Wie Figur 2 zeigt, weisen die rippenförmigen Ränder 7 im Quer-

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schnitt ein.abgewinkeltes Profil auf, dessen Fußteil 9 im wesentlichen dicker ist als der Schaft 2. Aus der gleichen Figur geht hervor, daß der Querschnitt des Mittelteils 8 ein im allgemeinen schräg verlaufendes Profil aufweist, das in Richtung der Schneidekante abnimmt. In Höhe des Fußteiles 9, das die Verbindung zwischen der Schneide 1 und dem Schaft 2 herstellt, ist eine Querrippe vorgesehen, die kontinuierlich in die seitlichen Rippen 7 übergeht, um dergestalt eine Versteifung zu bilden und die mechanische Festigkeit dieses Teils des Meißels zu erhöhen, die während des Bohrvorganges maximalen Belastungen ausgesetzt ist und zwar nicht nur Kommpressionen sondern auch Scherkräften, aufgrund des Einsatzes des Schaftes in den Halter.

Die Verbindung zwischen der Querrippe 10 und der Längsebene 3 des Schaftes 2 wird durch eine Querschulter 11 hergestellt, die, nachdem der Meißel in den Halter eingesetzt ist, mit der vorderen Außenfläche des Halters zusammenwirkt und so den Kontakt zwischen den Meißel und dem Halter erhöht, unter gleichzeitiger Begrenzung von seitlichen Schlagbewegungen des Meißels während des Bohrvorganges, d.h. unter gleichzeitiger erheblicher Verringerung des Risikos eines Austretens des Meißels aus der Haltevorrichtung.

Wie Figuren 2 und 3 zeigen, weist der erfindungsgemäße Meißel, obwohl er für den Bohrvorgang eine ausreichende Schärfe und ein optimales Profil besitzt, auf der Höhe der Schneidekante und in Verlängerung der rippenförmigen Ränder 7 eine ausreichende Materialdicke auf, um das an und für sich bekannte Ansetzen von einem Besatz aus hartem Material, beispielsweise aus Zementierstahl oder Wolframkarbid 12 zu ermöglichen, wodurch die Bohrwirkung verbessert wird und die Abnutzung des Meißels in felshaltigem Boden verringert wird.

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In den Figuren 4 und 5 ist ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel beschrieben, das sich insbesondere zum Einsatz als äußerer Meißel für ein Vielfachbohrwerkzeug im Rotationsbohrverfahren eignet. Die erfindungsgemäße rippenförmig Ausgestaltung der Seitenränder ermöglicht in diesem Fall ein Seitenprofil des Meißels in gebogener Form,das sich leicht zwischen dem Verbindungsstück 9 und der Schneidekante 6 weitet. Der •rippenförmige Rand 17 wird durch ein Außenprofil 15 begrenzt, dessen Krümmung derart ausgestaltet ist, daß sie im wesentlichen der kreisförmigen Bewegung des Bohrers als Funktion eines Bohrdurchmessers entspricht, wobei die Verringerung der Breite der Schneide 1 von der Kante bis zum Schaft 2 ein Herausziehen des Werkzeuges während des Bohrvorganges aus dem Felsgestein ermöglicht. Erfindungsgemäß ist der rippenförmige Rand 17 nach vorne um ^ine Strecke verlängert, die über die Längsausdehnung des gegenüberliegenden rippenförmigen Randes 7 hinausreicht, so daß eine gekrümmte Schneidekante 16 entsteht, die an der Seite des rippenförmigen Randes 17 einen Winkel mit der Radialrichtung des Bohrwerkzeuges einschließt, d.h. mit der Richtung, die durch die Querschulter 11 gebildet wird, wodurch diese Schneidekante senkrecht in das Gestein eintritt und nicht schräg, wie es üblicherweise wenigstens für den äußeren Meißel der Fall ist, wenn der Umfang der Schneide gemäß den Figuren 1 bis 3 rechtwinklig ist. Erfindungsgemäß ist auch derjenige Teil der Schneidekante, der dem vorgezogenen Ende des rippenförmigen Randes 17 entspricht, mit Wolframkarbidstücken 12 besetzt, wie es auch bei dem gegenüberliegenden rippenförmigen Rand 7 der Schneide 1 der Fall ist.

Ein erfindungsgemäßer Meißel gemäß den Figuren 4 und 5, der als Außenzacke in Bohrkronen für besonders schwierige Umgebungen eingesetzt werden kann, kann auch mit zwei Querschultern 11 und

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versehen sein, wobei das Mittelteil 8 die Verbindung zwischen den beiden mit Querrippen 10 und 10' versehenen Flächen herstellt. Bei diesem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gesamtdicke des Meißels oder der Zacke, die der Dicke der seitlichen Rippen entspricht, von der Schneidekante 6 ausgehend bis zum U-förmigen Ende des Schaftes konstant,d.h. daß die rippenförmigen Ränder 7 und 17 sich in Längsrichtung bis zum freien Ende des Schaftes 2 erstrecken. Um eine Anpassung dieser Zacke an die oben erwähnte Haltevorrichtung zu ermöglichen und um die Befestigung in ihr zu verbessern, sind außer den Querschultern 11 und 11' noch Längsschultern 14 vorgesehen, die die Verbindung zwischen den ebenen Flächen 3 und 3¹ des Schaftes 2 mit den verlängerten Stücken 7¹ und 17¹ der rippenförmigen Ränder 7 und 17 herstellen und die dazu bestimmt sind, mit den äußeren Seitenflächen der Haltevorrichtung zusammenzuwirken, so daß eine zusätzlich Garantie für guten Sitz des Meißels in der Haltevorrichtung gewährleistet ist.

Obwohl im Vorgehenden nur zwei Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, erstreckt sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf alle derartigen Längsprofile einer Schneide mit Seitenrippen, sowie auf andere Verhältnisse zwischen Rippendicken und Mittelteil je nach den Bedingungen, in denen das Bohrwerkzeug eingesetzt werden soll.

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Claims

Dlpl.-Phys. U. M. Haft8 München 22. den Patentanwalt Maximilians*. 15 Tel. 29 48 18 Patentansprüche

1. Tiefbohrwerkzeug für Rotationsbohrer,insbesondere Bohrmeißel für Bohrkronen von Rotationsbohrern,mit einer profilierten Schneide und einem gabelförmigen Schaft, der zwei ebene Flächen aufweist, um die Aufnahme des Meißels in einer mit Nut und Querwand versehenen Haltevorrichtung zu ermöglichen, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Schneide des Meißels wenigstens einen rippenförmigen Längsrand aufweist, der sich bis zur Schneidekante des Meißels dergestalt erstreckt, daß der Aufsatz eines Besatzstückes aus hartem Material möglich ist und daß das Mittelteil der Schneide in Querrichtung dünner als der rippenförmige Rand ist, sowie ein sich in Längsrichtung gesehen evolutenförmiges (evolutif^ im allgemeines abgeschrägtes Profil aufweist.

2. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Längsränder Rippen sind, die in Höhe der Zone der Schneide, die dem Schaft benachbart ist, kontinuierlich miteinander über eine Querrippe verbunden sind, an die das Stück des Mittel teils anschließt, das der Schneidekante gegenüberliegt.

3. Bohrmeißel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verbindungsstück zwischen der Querrippe und wenigstens einer der ebenen Flächen des U-förmigen Schaftes die Form einer Querschulter aufweist, die zur U-förmigen öffnung hin gerichtet ist.

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4. Bohrmeißel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Längsrippen sich bis zum Ende des Schaftes, das der Schneidekante des Meißels gegenüberliegt/ erstrecken, daß die Breite dieses Schaftteiles größer als die Breite der Haltevorrichtung in Richtung der Nut gesehen ist und daß wenigstens die ebene Fläche mit der Querrippe über eine Schulter in Verbindung steht, die weiterhin mit den verlängerten Rippen über Längsschultern verbunden ist, die mit den äußeren Seitenflächen der Haltevorrichtung zusammenwirken.

5. Bohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e η η -

ζ ei c h η e t , daß die Seitenflächen des Meißels, die die äußeren rippenförmigen Längsränder begrenzen, eben sind.

6. Bohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere für einen Vielfachbohrkopf, dadurch gekennzeichnet , daß die rippenförmigen Ränder der Schneide von der Seite her gesehen ein gekrümmtes Profil aufweisen, dessen Wölbung nach außen zeigt, daß die Breite der Schneidekante der Schneide größer als die Breite des Schaftes ist und daß die Gesamtlänge des Meißels auf der Seite der gekrümmten Rippe größer als diejenige der Seite der gegenüberliegenden Rippe ist, so daß eine Schneidekante gebildet wird, die eine Neigung mit der allgemeinen Querrichtung des Meißels bildet.

7. Bohrmeißel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Schneidekante ein unregelmäßig gekrümmtes Profil aufweist, dessen Neigung zur Querrichtung des Meißels in der Nähe des gekrümmten rippenförmigen Randes stärker ausgebildet ist.

8. Bohrmeißel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Besatzstück aus hartem Material aus Wolframkarbid besteht.

9. Bohrwerkzeug für Drehbohrer, insbesondere Rotationsbohrer, dadurch gekennzeichnet , daß er wenigstens eine Bohrkrone aufweist, die mit einem Meißel nach einem der Ansprüche 1 bis 8 versehen ist.

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