DE2856205A1

DE2856205A1 - Gesteinsbohrer

Info

Publication number: DE2856205A1
Application number: DE19782856205
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Hirt; Primo Mercoli
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1980-07-10

Description

Gesteinsbohrer
"Stiftbohrer' Gesteinsbohrer Die Erfindung bezieht sich auf einen Gesteinsbohrer mit Schaft und diesen im Durchmesser überragendem Bohrkopf Es sind Gesteinsbohrer bekannt, bei welchen der Bohrkopf stirnseitig eine Vielzahl stiftförmiger Hartmetalleinsätze aufweist.
Die Stirnseite ist hier beispielsweise als plane oder konvexe Fläche ausgebildet. Diese Bohrer werden in der Regel in Antriebsgeräten, wie beispielsweise Bohrhämmern, eingesetzt, welche dem Werkzeug Schlagenergie und Drehbewegung vermitteln.
Der Abbau des Bohrmaterials erfolgt hier über die gesamte Stirnfläche in der Weise, dass die Hartmetalleinsätze gesamthaft die der Stirnseite des Bohrkopfes entsprechende Zone des Bauteiles bei gleichzeitigem Drehen des Bohrers beaufschlagen, wodurch sukzessive Material abgetragen wird. Das dieserart am Bohrlochgrund entstehende mehlförmige Bohrklein wird über am Bohrkopf umfangsseitig axial verlaufende Auskehlungen an die Oberfläche des Bauteiles befördert.
Die Abbauleistung solcher Bohrer ist äusserst unbefriedigend, da das voran geschilderte Bearbeiten des gesamten Bohrungsquerschnitts energetisch sehr ungünstig ist und zudem der direkte Kontakt der Mantelfläche des Bohrkopfes mit der Bohrlochwandung erhebliche Reibnsverluste zur Folge hat.
Weitere bekannte Gesteinsbohrer weisen daher im Zentrum der Stirnseite des Bohrkopfes eine kalottenförmige Ausnehmung auf, deren Kontur von stiftförmigen Hartmetalleinsätzen axial überragt wird. Ebenso weist der Bohrkopf umfangsseitig axial verlaufende Auskehlungen auf, sodass am Bohrkopf in Bohrrichtung weisende Ringsegmente verbleiben. Die Ringsegmente tragen stiftförmige Hartmetalleinsätze, die jedoch die der Ausnehlllng zugeordneten Hartmetalleinsätze in Bohrrichttng überragen. Die llartmetalleinsätze der Ringsegmente überragen zudem die Projektion des Umkreises der Ringsegmente.
Bei diesen Bohrern erfolgt das Abtragen des Bohrgutes durch die Hartmetalleinsätze der Ring segmente in der voran geschilderten Weise. Die axial zurückversetzten ausnehmungsseitigen Hartmetalleinsätze beaufsch]agen den restlichen Querschnitt.
Wenngleich durch das überragen des Umkreises der Ringsegmente durch die stiftförmigen Hartmetalleinsätze beim Bohrvorgang die wandseitige Reibung herabgesetzt wird, so wird dessen ungeachtet von den etwas nacheilenden ausnehmungsseitigen Hartmetalleinsätzen auch der innere Bohrungsquerschnitt auf herkömmliche Weise abgetragen. Einen nennenswert besseren Bohrfortschritt erbringt diese Ausführungsform jedoch nicht, zumal die dem Kreisquerschnitt der kalottenförmigen Ausnehmung entsprechende Zone des Bauteiles während des Vortriebs des Gesteinsbohrers sich am leicht geneigten Randbereich der Ausnehmung abstützt und so den Vortrieb hemmt.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer zu schaffen, der sich durch hohe Abbauleistung auszeichnet.
Xrfindungsyomäss wird die Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale gelöst: a) Der Bohrkopf weist Ringsegmente auf, welche vom Umfang des Bohrkopfes, von im wesentlichen axial verlaufenden Auskehlunyen und einer zentrischen, von der vorderen Stirnseite des Bohrkopfes ausgehenden Ausnehmung begrenzt sind, b) die Ringsegmente des Bohrkopfes weisen liartinetalleinsätze auf, welch' das Stirnende sowie die axiale Projektion von Umkreis und rnkreis der Ringsegmente überragen, c) der Bohrkopf weist den Boden der zentrischen Ausnehmung axial überragende Hartmetalleinsätze auf.
Die erfindunysgemäss ausgebildeten Ringsegmente schaffen relativ kleinflächige Stirnzonen, sodass von diesen auch nur ein schmaler Ringspalt abgetragen wird. Durch otimale Auslegung der Auskehlungen, die vorzugsweise als Vertiefungen mit bogenförmigen Grund ausgebildet sind und in die zentrische Ausnehmung einmünden, lässt sich eine gute Abfuhr des Bohrkleins, yepaart mit hoher konstruktiver Festigkeit des Bohrkopfes, erzielen.
Zur Erhöhung der Abbauleistung trägt massgeblich auch das den Umkreis und den Inkreis der Ringsegmente überragende Anordnen der Hartmetalleinsätze bei. Auf diese Weise wird die Reibung zwischen der Mantelfläche des Bohrkopfes und dr Bohrlochwandung sowie zwischen den Wandteilen der Ausnehmung und dem abzutragenden Materialkern minimiert, sodass die vom Antriebsgerät abgegebene Leistung effizient genutzt wird.
Zur Zertrümmerung des von den Ringsegmenten eingeschlossenen Materialkerns dienen die am Boden der zentrischen Ausnehmung vorstehenden Hartmetalleinsätze. Der Materialkern wird so bro(Annweise und damit energetisch günstiger abgetragen.
Mit Vorteil ist die zentrische Ausnehmung zylindriseh ausgebildet. Dadurch verlaufen die Wandteile der Ausnehmung parallel zur Bohrerachse, sodass der Materialkern beim Vortrieb des Gesteinsbohrers in die Ausnehmung frei eintauchen kann. Bei den bekannten kalottenförmigen Ausnehmungen besteht demgegenüber das Problem, dass der Materialkern an den sich bogenförmig gegen das Zentrum der Bohrkrone verlaufenden Wandteilen aufläuft, sodass der Vortrieb des Gesteinsbohrers gehemmt wird.
Um ein besonders wirkungsvolles Abtragen des Materialkernes zu erreichen, entspricht nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Anzahl der den Boden der zentrischen Ausnehmung überragenden Hartmetalleinsätze der Anzahl der Ringsegmente. Insbesondere bei Bohrern im Durchmesserbereich von 60 mm erweist sich diese Nassnahme als leistungsfördernd. Ebenso ist für einen guten Bohrfortschritt auch eine wirkungsvolle Abfuhr des Bohrkleins massgebend.
Untersuchungen haben ergeben, dass beispielsweise bis zum Bohrerdurchmesser 80 mm beste Werte erzielbar sind, wenn der Bohrkopf drei Ringsegmente trägt.
Mit Vorteil sijid die Hartmetalleinsätze stiftförmig ausgebildet.
Einerseits wird dieserart ein Nachschleifen der Hartmetalleinsätze, wie dies bei plättchenförmigen Einsätzen erforderlich ist, crflüssig und andererseits zeichnen sich stiftförmige Hartmetalleinsätze durch minimale Rückprallschläge aus, sodass eine vergleichsweise äusserst angenehme Handhabung des Werkzeuges erreicht wird.
Um die den Ringsegmenten zugeordneten Hartmetallstifte besonders wirkungsvoll einzusetzen, sind diese nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung gegenüber der Bohrerachse geneigt angeordnet. Dabei weisen die einen Hartmetallstifte vom Bohrerzentrum weg und überragen das Stirnende und den Umkreis der Ringsegmente, während die anderen Hartmetallstifte gegen das Bohrerzentrum gerichtet sind und das Stirnende sowie den Inkreis der Ringsegmente überragen. Die Hartmetallstifte schaffen so im Bohrmaterial einen Ringspalt, dessen Breite grösser als die radiale Erstrekkung der Ringsegmente ist. Dadurch wird mit wenig Hartmetallstiften ein reibungsarmes Vordringen der Ring segmente beim Bohrvorgang gewährleistet.
Als zweckmässige Neigung der Hartmetallstifte gegenüber der Bohrerachse hat sich ein Winkel von 20 bis 400, vorzugsweise 300, erwiesen. Bei dieser Neigung wird sichergestellt, dass die Hartmetall stifte am Bohrmaterial besonders wirkungsvoll angreifen und die in Achsrichtung des Bohrers auf die geneigten Hartmetalistifte wirkenden Kräfte den Sitz der Hartmetallstifte in den Ringsegmenten nicht gefährden.
Vorzugsweise übersteigt die Anzahl der die Projektion des Umkreises der Ringsegmente überragenden Hartmetallstifte die Anzahl der die Projektion des Inkreises überragenden Hartmetallstifte. Diese Massnahme trägt der Tatsache Rechnung, dass im Bereich der äusseren Zone der Ring segmente naturgemäss eine grössere Bohrarbeit zu verrichten ist, als dies für die zentrumsnähere Zone der Ringsegmente der Fall ist. Darüber hinausgehend wird diesem Faktum nach einem weiteren Vorschlag in der Weise entsprochen, dass in Bohrdrehrichtung wenigstens ein die Projektion des Umkreises überragender Hartmetallstift den die Projektion des inkreises der Ringsegmente überragenden Hartmetallstiften vorgelagert ist.
Der Abtransport des Bohrkleins insbesondere aus dem Bodenbereich der zentrischen Ausnehmung wird entscheidend von der Gestaltung der Einmündung der Auskehlungen bestimmt. Eine besonders wirkungsvolle Bohrkleinabfuhr aus dem Bereich der Ausnehmung wird erzielt, wenn die Auskehlungen in die Zone des Bodens der Ausnfhmung einmünden, was vorteilhaft erreicht wird, wenn die radial gemessene Tiefe der Auskehlungen sich-gegen das Stirnende des Bohrkopfes hin vergrössert. Der Schaft des Gesteinsbohrers trägt zweckmässig eine an sich bekannte Förderwendel, deren bohrkopfseitiger Auslauf so auf die Auskehlungen abgestimmt ist, dass das Bohrklein direkt von den Ausnehmungen zur Förderwendel übergeleitet und von dieser an die Oberfläche des Bauteiles gebracht wird.
Zur Verbesserung der Zentriereigenschaften des Gesteinsbohrers wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung die Stirnseite des Bohrkopfes von einem koaxial zur zentrischen Ausnehmung angeordneten, mindestens einen Hartmetalleinsatz aufweisenden Zentrierbohrer überträgt. Dieser kann beispielsweise als herkömmlicher Wendelbohrer ausgebildet sein. Dessen Hartmetalleinsätze können wahlweise stift- oder plättchenförmig gestaltet sein. Von Vorteil ist es, wenn der Zentrierbohrer im Bohrkopf austauschbar gefasst ist, wozu sich beispielsweise eine Konusverbindung eignet.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigen: Fig. 1 einen Gesteinsbohrer im Grundriss, Fig. 2 den Gesteinsbohrer gemäss Fig. 1, teilweise in Schnittdarstellung gemäss Schnittverlauf II-II, Fig. 3 den Gesteinsbohrer gemäss Fig. 1, teilweise in Schnittdarstellung gemäss Schnittverlauf III-III.
Der in Fig. 1 dargestellt Grundriss des Gesteinsbohrers zeigt die vordere Stirnseite eines gesamthaft mit 1 bezeichneten Bohrkopfes. Die Stirnseite wird vorwiegend von drei Ringsegmenten 2 und dem Boden 3a einer mit 3 bezeichneten zylindrischen Ausnehmung im Zentrum des Bohrkopfes 1 gebildet. Zum Abtransport des Bohrkleins sind drei über den Umfang des Bohrkopfes 1 gleichmässig verteilte Auskehlungen 4 vorgesehen, die vorderseitig in die Ausnehmung 3 münden. Der Boden 3a wird von drei Hartmetallstiften 5 überragt.
Ferner ist im Zentrum des Bodens 3a ein Zentrierbohrer 6 vorgesehen, der im vorderen Endbereich einen plättchenförmigen Hartmetalleinsatz 6a trägt. Die Ringsegmente 2 werden von äusseren Elartmetallstiften 7a und inneren, dh zentrumsnaheren Hartmetallstiften 7b überragt.
Aus Fig. 2 ist wiederum der Bohrkopf 1 ersichtlich1 an den rückseitig ein Schaft 8 zum Einführen in ein nicht dargestelltes Antriebsgerät anschliesst. Der Schaft 8 weist für die Drehmitnahme des Gesteinsbohrers Nuten 8a auf, in die beispielsweise walzenförmige Mitnehmerelemente des Antriebsgerätes eingreifen können. Die Fig. 2 verdeutlicht ferner, dass der Zentrierbohrer 6 in eine Konushohrung 9 des Bohrkopfes 1 eingesteckt ist. Der Zentrierbohrer 6 überragt die Ringsegmente 2 bzw. deren Hartmetallstifte 7a, 7b axial. Die Hartmetallstifte 7a sind unter einem Winkel von etwa 300 zur Bohrerachse geneigt angeordnet und überragen die Stirnfläche der Ringsegmente 2 axial sowie den Umkreis 2a radial. Die Hartmetallstifte 7b sind im Vergleich zu den vorgenannten Hartmetallstiften 7a in konträrer Richtung ebenso unter einem Winkel von 300 zur Bohrerachse geneigt in den Ringsegmenten 2 gehaltert. Auch die Hartmetallstifte 7b überragen die Stirnfläche der Ringsegmente 2 axial und zudem deren Inkreis 2b radial. In den Boden 3a der Ausnehmung 3 sind die Hartmetallstifte 5 parallel zur Bohrerachse eingebracht.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Auskehlung 4 verdeutlicht. Der Grund 4a derseIben verläuft unter einem flachen Winkel zur Bohrerachse, sodass die Tiefe der Auskehlung sich gegen das Stirnende des Bohrkopfes 1 hin vergrössert. Dadurch wird ein relativ zentrumsnahes Einmünden der Auskehlungen 4 in den Boden 3a erreicht, wodurch eine qute Bohrkleinabfuhr gewährleistet ist.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Gesteinsbohrer mit Schaft und diesen im Durchmesser überragendem Kopf, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Kombination folgender Merkmale: a) der Bohrkopf (1) weist Ringsegmente (2) äuf, welche von Umfang des Bohrkopfes (1), von im wesentlichen axial verlaufenden Auskehlungen (4) und einer zentrischen, von der vorderen Stirnseite des Bohrkopfes (1) ausgehenden Ausnehmung (3) begrenzt sind, b) die Ringsegmente (2) des Bohrkopfes (1) weisen Hartmetalleinsätze (7a, 7h) auf, welche das Si.i rncnde sowie die axiale Projektion von Umkreis (2a) und Tnkreis (2b) der Rinyseymellte (2) überragen, c) der Bohrkopf (1) weist den Boden (3a) der zentrischen Ausnehmung (3) axial überragende Hartmetalleinsätze (5) auf.
2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrische Ausnehmung (3) zylindrisch ausgebildet ist.
3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der den Boden (3a) der zentrischen Ausnehmung (3) überragenden Hartmetalleinsätze (5) der Anzahl der Ringsegmente (2) elltspricllt.
4. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass drei Ringsegmente (2) vorgesehen sind.
5. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ITartmetalleinsätze (5, 7a, 7b) stiftförmig ausgebildet sind.
6. Gesteinsbohrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallstifte (7a, 7b) der Ringsegmente gegenüber der Bohrerachse geneigt sind.
7. Gesteinsbohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallstifte (7a, 7b) gegenüber der Bohrerachse eine Neigung von 20° bis 40° aufweisen.
8. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der die Projektion des Umkreises (2a) der Ringsegmente (2) überragenden Hartmetallstifte (7a) die Anzahl der die Projektion des Inkreises (2b) überragenden Hartmetallstifte (7b) übersteigt.
9. Gesteinsbohrer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in BoJrdreiirichtung wenigstens ein die Projektion des Umkreises (2a) überragender Hartmetallstift (7a) den die Projektion des Inkreises (2b) der Ringsegmente (2) überragenden Hartmetallstiften (7b) vorgelagert ist.
10. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die radial gemessene Tiefe der Auskehlungen (4) sich gegen das Stirnende des Bohrkopfes (1) hin vergrössert.
11. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des Bohrkopfes (1) von einem koaxial zur zentrischen Ausnehmung (3) angeordneten, mindestens einen Hartmetalleinsatz (6a) aufweisenden Zentrierbohrer (6) überragt wird.