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"Bohrgerät"
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrgerät mit wenigstens einer
Halterung aus Stahl oder einem anderen geeigneten widerstandsfähigen Material und
Schneid-oder Brechelementen aus besonders abnutzungsbeständigem Material, wie beispielsweise
Metallcarbiden, Keramik oder dergleichen, welche an der Halterung befestigt sind.
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Das Bohrgerät nach der Erfindung ist für die Erzeugung von Löchern
in Felsen oder ähnlichem Material, für die Anwendung bei der Bohr- und Schießarbeit
im Bergbau, beim Montagebau und dergleichen, aber auch für die Herstellung von Bohrungen
ohne Anwendung von Sprengmitteln, z.B. für die Ventilation, für den Material- und
Personaltransport usw. im Bergbaubetrieb, Quell- und Ölbohrungen,
dem
Tunnel- und Untergrundbahnbau bestimmt.
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Es gibt verschiedene Arten für die notwendige Energiezufuhr zu dem
Bohrgerät nach der Erfindung zur Erzeugung von Löchern, beispielsweise durch Stoß,
im sogenannten Schlagbohrverfahren, oder durch Hochdruck und Rotation, dem sogenannten
Rotationsbohren. Aber auch andere Alternativen sind bei dem erfindungsgemäßen Bohrgerät
möglich, insbesondere eine Kombination von Stoß oder Vibration unter hohem Druck
und Rotation.
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Bohrwerkzeuge mit zylindrischen Schneid- oder Brechelementen, unter
anderem sogenannte Halbrundbohrkronen für das Schlagbohren werden derzeit nach zwei
Grundprinzipien gefertigt. Das erste Prinzip benutzt das Löten; dabei wird ein Lötspalt
zwischen der Wand eines Loches, welches zuvor für den Halbrundkopf gebohrt wurde,
und dem Umfang des Halbrundkopfes mit Lötmaterial zur Festlegung des Halbrundkopfes
gefüllt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht befriedigend hinsichtlich einer zuverlässigen
und dauerhaften Festlegung des Halbrundkopfes an der Halterung bzw. dem Kronenkörper.
Darüber hinaus bewirkt der Lötvorgang unerwünschte Zugspannungen in dem Halbrundkopf
mit entsprechender Verringerung seiner Dauerhaftigkeit. Aus diesem Grunde wurde
ein Verfahren entwickelt, bei welchem der zylindrische Kopf in ein zylindrisches
Loch in dem Kronenkörper eingepreßt oder eingeschrumpft wird. Hierdurch werden günstige
Kompressionsbeanspruchungen auf den Halbrundkopf ausgeübt, was zur Verwendung widerstandsfähigerer
aber gleichwohl spröderer Materialien für den Kopf gestattet. Voraussetzung hierfür
ist Jedoch die genaue Einhaltung der Durchmessertoleranzen für Halbrundkopf und
Loch. Der
Seitendruck in Verbindung mit dem Einpressen oder Einschrumpfen
bzw. Einengen des Halbrundkopfes in das Loch muß nämlich so groß sein, daß der Halbrundkopf
starr in dem Loch gehalten wird, während der Stoß der Krone und damit des Halbrundkopfes
gegen den Felsen während des Bohrvorganges erfolgt. Er muß auch den Axialkräften
entgegenwirken, die dazu neigen, den Halbrundkopf aus dem Loch zu lösen, welcher
während der sogenannten Leerlaufstriche auftreten, d.h., wenn die Krone Stöße von
dem Bohrstab aus unterworfen werden, ohne daß die Vorderfläche des Halbrundkopfes
in Berührung mit dem Fels kommt. Wie bereits erwähnt, stellt dieses Verfahren beachtliche
Anforderungen an die Durchmessergeometrie von Kopf und Loch, wobei beide Toleranzen
in der Größenordnung von einigen tausendstel Millimeter haben müssen.
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Eine unkontrollierbare Durchmesserveränderung über der Länge des Halbrundkopfes
oder des Loches kann bedeuten, daß die verbleibenden Angriffskräfte oder die günstigen
Kompressionskräfte erheblich reduziert sind. Es ist ferner unmöglich, die sich hieraus
ergebenden Auswirkungen bei einem eingelassenen Halbrundkopf oder einer fertiggestellten
Bohrkrone zu bemessen.
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Bohrgeräte bzw. -werkzeuge mit zylindrischen Schneid-oder Brechelementen,
beispielsweise sogenannte Rotationsbohrkronen und -walzen für Rotationsbohrung werden
annähernd in gleicher Weise hergestellt wie die zuvor erwähnten Halbrundkopfbohrkronen.
Das Einpreßverfahren ist jedoch das zur Zeit vorherrschende. In der Uberzahl der
Fälle bringt dieses Verfahren auch befriedigende Ergebnisse, in den Fällen aber,
in denen die Walzen aus gleichen oder anderen Gründen Stößen ausgesetzt sind, z.B.
dort wo große Brüche oder Aushöhlungen im
Felsmaterial durchbohrt
werden, entstehen beabsichtigte oder unbeabsichtigte Vibrationen usw., aufgrund
derer sich die Halbrundköpfe in ihren Sitzen losarbeiten.
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein Bohrgerät bzw. -werkzeug,
z.B. eine sogenannte Halbrundkopfbohrkrone für das Schlagbohren oder eine sogenannte
Rotationsbohrkrone oder-walze für das rotierende oder schlagende Bohren vorzusehen,
bei welchen die oben geschilderten bekannten Nachteile von Bohrwerkzeugen vermieden
sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Bohrgerät bzw.
-werkzeug dadurch gekennzeichnet, daß die Schneid- oder Brechelemente an ihrem Umfang
mit jeweils wenigstens einem eingeschnürten Abschnitt ausgestattet ist, welcher
wenigstens teilweise mit dem umgebenden Halterungsmaterial, z.B. Stahl, ausgefüllt
ist, nachdem das Schneid- oder Brechelemenet in den Halterungskörper eingepreßt
oder eingeschrumpft ist.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle
beschriebenen und/oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller
Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Es zeigen:
Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Halbrundkopfbohrkrone
vom Gewinde- oder sogenannten Verbindungstyp für das Schlagbohren, und Fig. 2 in
vergrößertem Maßstab eines der Brechelemente nach Fig. 1 mit einem Teil des Halterungsmaterials,
welches das Brechelement in dem Kronenkörper umgibt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf die in der Zeichnung veranschaulichte
Bohrkrone beschränkt, sondern auf alle Arten von Bohrwerkzeugen mit halbrundkopf-,
stab-, oder meiselförmigen Schneid- oder Brechelementen für das Schlagbohren und/oder
Rotationsbohren.
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Der Kronenkörper 1 nach der Zeichnung hat Löcher 3, die beispielsweise
durch Bohren in dem Körper 1 zunächst vorgesehen sind. In die Löcher 3 sind die
zylindrischen Brechelemente 2, z.B. aus Carbid, im folgenden Halbrundköpfe 2 genannt,
in den Kronenkörper 1 eingepreßt oder eingeschrumpft. Die Innenoberfläche der Löcher
3 ist zylindrisch, ebenso wie der Hauptabschnitt der zylindrischen Oberfläche des
Halbrundkopfes 2. Der Durchmesser der Löcher 3 ist jedoch geringer als der der Köpfe
2; der Unterschied ist vorzugsweise geringer als 0,1 mm. Die Köpfe 2 sind in die
Vorderoberfläche 4 des Kronenkörpers 1 und in die abgeschrägten Flächen 5 eingesetzt,
wobei die halbkugelförmige Arbeitsoberfläche 7 des Kopfes 2 im letzteren Falle über
die zylindrische Oberfläche 6 des Kronenkörpers 1 hinausragt, so daß ein Festfressen
der Bohrkrone vermieden wird. Unten, d.h. benachbart dem Boden des Loches 3 hat
der Kopf 2 eine Abschrägung 8, die als Führung während des Einsetzens des Kopfes
2 in ein Loch 3 dient. Erfindungsgemäa
hat nun abweichend von bekannten
Bohrkronen der jeweilige Halbrundbohrkopf 2 in seinem zylindrischen Bereich eine
Einschnürung 9. Gegen den Abschnitt 10 der Bohrkrone sind die Stöße von dem Bohrmaschinenhammer
(nicht dargestellt) gerichtet.
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Das Einfügen der Halbrundköpfe 2 in den Kronenkörper 1 kann auf zwei
verschiedene Weisen stattfinden. Der Kopf g wird entweder in das Loch 3 hineingedrückt,
wodurch der Stahl des Kronenkörpers 1 im wesentlichen normale Zimmertemperatur hat.
Dies führt dazu, daß der Stahl entsprechend der Kompressionskraft zwischen dem Carbidkopf
2 und der Innenwand des Loches 3 teilweise oder vollständig den Einschnürungsabschnitt
9 elastisch ausfüllt, wodurch der Kopf 2 in dem Loch 3 unter Druck fest verankert
wird; der Kronenkörper 1 kann aber auch so erhitzt werden, daß sich die Löcher 3
in einem gewünschten Maß expandieren, so daß die Köpfe 2 in die Löcher ohne großen
Kraftaufwand eingesetzt werden können.
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In diesem Fall schrumpft der Stahl des Kronenkörpers 1 beim Abkühlen
zusammen und übt einen Druck gegen die Köpfe 2 aus, wodurch sich der Stahl vollständig
oder wenigstens teilweise in den Einschnürungsabschnitt 9 hineindrückt, so daß der
jeweilige Kopf 2 sicher in dem Kronenkörper 1 unter Druck verankert ist. Wenn die
Einschnürung 9 vollständig ausgefüllt ist, sind die Kompressionsbeanspruchungen
in dem Stiftabschnitt günstiger, als wenn lediglich ein teilweises Ausfüllen erzielt
wird.
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Es ist natürlich möglich, die mit der Erfindung angestrebten Wirkungen
mechanisch anstatt auf metallurgische
Weise zu erzielen. Die Löcher
3 in dem Halterungskörper 1 können dann etwas größer als die Köpfe 3 gemacht werden.
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Der notwendige Material schluß und der hierfür notwendige Druck werden
in einem besonderen Preßvorgang erzielt, z.B. mechanisch oder auch, was eher vorzuziehen
ist, durch isostatischem Druck bei Kälte oder Erhitzung.
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Eine Kombination der beiden zuvor beschriebenen Verankerungsvorgänge
für die Köpfe 2 ist natürlich möglich.
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Die Gestalt der Einschnürung 9 kann von der dargestellten Ausführungsform
abweichen und beispielsweise mehrere Einbuchtungen von V- oder U- oder konvexer
Gestalt haben, wobei diese so an dem Kopf 2 angeordnet sind, daß keine einzige Einschnürung
9 vor dem normalen Abnutzungsgrad des Bohrwerkzeuges freigelegt wird.
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Es ist auch nicht erforderlich, daß die Einschnürung 9 den Kopf 2
vollständig umgibt. Sie kann beispielsweise auch zur Längsachse des Kopfes geneigt
sein oder dergleichen. Kleine Einbuchtungen der zylindrischen Oberfläche des Kopfes
2, symmetrisch oder unsymmetrisch angeordnet, führen zu dem gleichen Effekt wie
die zuvor beschriebenen Einschnürungen 9. Ebenso kann eine leichte VerJüngung des
Kopfes oder ein Kopf mit einem Randwulst oder Vorsprüngen verwendet werden, mit
angepaßten Toleranzen, um den gewünschten Sicherungs- und Halteeffekt für den Kopf
zu erzielen.
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Die Erfindung bezieht sich also zusammengefaßt auf ein Bohrgerät oder
-werkzeug, insbesondere eine Bohrkrone, z.B. einen Halbrundkopfeinsatzbohrer für
Erd- oder Felsbohrungen. Das Bohrwerkzeug besteht wenigstens aus einem
Halterungskörper
aus Stahl oder einer geeigneten widerstandsfähigen Legierung, an welchem hervorragende
stab-oder halbrundkopfförmige Schneidelemente von besonders widerstandsfähigem Material,
beispielsweise Metallcarbid, Keramik oder dergleichen, angebracht sind, die in den
Halterungskörper durch Eintreiben oder Einschrumpfen in Löcher des Halterungskörpers
eingebettet werden.
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Die Löcher sind zuvor, beispielsweise durch Einbohren, in dem Halterungskörper
vorgesehen. Derjenige Abschnitt der Schneid- oder Brechelemente, welcher in den
Halterungskörper eingebettet wird, ist wenigstens teilweise an seinem Umfang mit
wenigstens einer Einbuchtung oder Einschnürung versehen, welche wenigstens teilweise
mit dem umgebenden Stahl des Halterungskörpers ausgefüllt ist, nachdem das Schneid-
oder Brechelement in den Halterungskörper eingetrieben wurde oder der Halterungskörper
auf das Schneid- oder Brechelement aufgeschrumpft wurde.
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Ansprüche:
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