DE2856205A1 - Rock drill head assembly - has protruding steel insets in ring segments with axial grooves and central recess - Google Patents
Rock drill head assembly - has protruding steel insets in ring segments with axial grooves and central recessInfo
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Abstract
Description
GesteinsbohrerRock drill
"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. 'Pin drill' Rock drill The invention relates on a rock drill with a shank and a diameter that is superior to it Drill head Rock drills are known in which the drill head has a large number of pin-shaped hard metal inserts on the front side.
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.The front side is here, for example, as a flat or convex surface educated. These drills are usually used in power tools, such as Rotary hammers, used, which impart impact energy and rotary motion to the tool.
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.The drilling material is broken down over the entire face in such a way that the hard metal inserts as a whole match those of the face of the drill head apply the corresponding zone of the component while turning the drill at the same time, whereby material is gradually removed. That which arises in this way at the bottom of the borehole Powdery cuttings are formed via grooves running axially on the circumference of the drill head conveyed to the surface of the component.
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.The mining performance of such drills is extremely unsatisfactory because that The previously described processing of the entire bore cross-section is very energetic is unfavorable and also the direct contact with the lateral surface of the drill head the borehole wall results in considerable friction losses.
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.Other known rock drills therefore point in the center of the face the drill head has a dome-shaped recess, the contour of which is pin-shaped Tungsten carbide inserts is axially protruded. The drill head also has the circumference axially extending grooves so that pointing in the drilling direction on the drill head Ring segments remain. The ring segments have pin-shaped carbide inserts, which, however, protrude beyond the hard metal inserts assigned to the recess in the drilling direction. The metallic inserts of the ring segments also tower above the projection of the circumference of the ring segments.
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.With these drills, the material to be drilled is removed by the hard metal inserts the ring segments in the manner described above. The axially set back recess-side Tungsten carbide inserts act on the remaining cross-section.
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.Albeit by protruding beyond the circumference of the ring segments the pin-shaped hard metal inserts reduce the friction on the wall during the drilling process is, regardless of the somewhat lagging recess-side hard metal inserts the inner bore cross-section is also removed in a conventional manner. One worth mentioning However, this embodiment does not provide better drilling progress, especially since the the zone of the component corresponding to the circular cross-section of the dome-shaped recess during the advance of the rock drill on the slightly inclined edge area of the Supports recess and thus inhibits propulsion.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer zu schaffen, der sich durch hohe Abbauleistung auszeichnet.The invention is therefore based on the object of a rock drill to create, which is characterized by high degradation capacity.
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.According to the invention, the task becomes through the combination of the following Features solved: a) The drill head has ring segments which extend from the circumference of the drill head, of essentially axially extending grooves and a centric one, from the front end face of the drill head outgoing recess are limited, b) the Ring segments of the drill head have linear metal inserts, which 'the front end as well as protrude beyond the axial projection of the circumference and the circumference of the ring segments, c) the drill head has the bottom of the central recess axially protruding hard metal inserts on.
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.The ring segments designed according to the invention create relatively small-area Forehead zones, so that only a narrow annular gap is removed from them. By Optimal design of the grooves, preferably as wells with arched Basic are formed and open into the central recess, a good removal of the drill cuttings, paired with high structural strength of the drill head, achieve.
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.The perimeter also plays a key role in increasing the extraction rate and the arrangement of the hard metal inserts projecting beyond the inscribed circle of the ring segments. In this way, the friction between the outer surface of the drill head and dr Borehole wall and between the wall parts of the recess and that to be removed Material core minimized so that the power delivered by the drive unit is efficient is being used.
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.For breaking up the material core enclosed by the ring segments are used by the hard metal inserts protruding from the bottom of the central recess. The core of the material is removed in this way and is therefore more favorable in terms of energy.
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.The central recess is advantageously cylindrical. As a result, the wall parts of the recess run parallel to the drill axis, so that the material core plunge freely into the recess as the rock drill is advanced can. In contrast, the known dome-shaped recesses have the problem that the core of the material is curved towards the center of the drill bit Wall parts runs up, so that the propulsion of the rock drill is inhibited.
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.In order to achieve a particularly effective removal of the material core, corresponds to a further proposal of the invention, the number of the bottom the central recess protruding hard metal inserts the number of ring segments. This wet pick-up is particularly useful for drills with a diameter of 60 mm as performance enhancing. Likewise, an effective one is also necessary for good drilling progress Removal of the cuttings is decisive.
Untersuchungen haben ergeben, dass beispielsweise bis zum Bohrerdurchmesser 80 mm beste Werte erzielbar sind, wenn der Bohrkopf drei Ringsegmente trägt.Studies have shown that, for example, up to the drill diameter 80 mm, the best values can be achieved if the drill head has three ring segments.
Mit Vorteil sijid die Hartmetalleinsätze stiftförmig ausgebildet.The hard metal inserts are advantageously designed in the form of pins.
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.On the one hand, this type of regrinding of the hard metal inserts, as is necessary with platelet-shaped inserts, liquid and on the other hand Pin-shaped carbide inserts are characterized by minimal rebound impacts, so that a comparatively extremely pleasant handling of the tool is achieved will.
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.Particularly effective around the hard metal pins assigned to the ring segments to use, these are according to a further proposal of the invention compared to the Drill axis arranged inclined. Some of them point hard metal pins from the center of the drill away and protrude beyond the front end and the circumference of the ring segments, while the others Tungsten carbide pins are directed towards the drill center and the front end as well protrude beyond the inscribed circle of the ring segments. The hard metal pins create in this way in the drilling material an annular gap, the width of which is greater than the radial extension of the ring segments is. This enables low-friction penetration of the ring with just a few hard metal pins segments guaranteed during the drilling process.
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.As a useful inclination of the hard metal pins with respect to the drill axis has an angle of 20 to 400, preferably 300, proven. This inclination ensures that the hard metal pins on the drilling material attack particularly effectively and the inclined in the axial direction of the drill Tungsten carbide pins force the seat of the hard metal pins in the ring segments do not endanger.
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.The number of preferably exceeds the projection of the perimeter of the ring segments protruding hard metal pins the number of the projection of the In-circle protruding hard metal pins. This measure takes into account the fact that in the area of the outer zone of the ring segments naturally a greater drilling work is to be performed than is the case for the zone of the ring segments closer to the center is. In addition, this fact is discussed in the Way, that in the direction of rotation of the drill at least one projection of the circumference outstanding hard metal pin that protrudes from the projection of the inscribed circle of the ring segments Carbide pins is upstream.
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.The removal of the cuttings, in particular from the bottom area of the centric recess is decisive in the design of the confluence of the grooves certainly. A particularly effective removal of cuttings from the area of the recess is achieved when the grooves open into the zone of the bottom of the recess, which is advantageously achieved when the radially measured depth of the grooves increases towards the front end of the drill head. The shaft of the rock drill expediently carries a conveyor helix known per se, the outlet of which on the drill head side is matched to the grooves so that the drill cuttings come directly from the recesses transferred to the conveyor spiral and brought to the surface of the component by this will.
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.To improve the centering properties of the rock drill according to a further proposal of the invention, the end face of Drill head arranged coaxially to the central recess, at least transmits a center drill having a hard metal insert. This can for example be designed as a conventional twist drill. Its hard metal inserts can optionally be designed in the shape of a pin or a plate. It is an advantage if the Center drill is taken interchangeably in the drill head, including, for example, a Conical connection is suitable.
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.The invention is now intended to reproduce, for example, on the basis of it Drawings are explained in more detail, namely show: Fig. 1 a rock drill in plan, FIG. 2 shows the rock drill according to FIG. 1, partly in sectional view according to section II-II, FIG. 3 the rock drill according to FIG. 1, partially in section according to section 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.The floor plan of the rock drill shown in Fig. 1 shows the front end face of a drill head designated as a whole with 1. The front side is predominantly of three ring segments 2 and the bottom 3 a designated 3 cylindrical recess formed in the center of the drill head 1. To transport the Drill cuttings are three grooves evenly distributed over the circumference of the drill head 1 4 are provided, which open into the recess 3 on the front side. The bottom 3a is of three hard metal pins 5 protrudes.
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.Furthermore, a center drill 6 is provided in the center of the bottom 3a, which carries a platelet-shaped hard metal insert 6a in the front end area. the Ring segments 2 are made of outer Elartmetallstifte 7a and inner, ie closer to the center Carbide pins 7b protrudes.
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.From Fig. 2, in turn, the drill head 1 can be seen on the rear a shaft 8 for insertion into a drive device (not shown) is connected. The shank 8 has grooves 8a for the rotational driving of the rock drill, into which for example, roller-shaped driver elements of the drive unit can intervene. FIG. 2 also shows that the center drill 6 is inserted into a conical bore 9 of the drill head 1 is inserted. The center drill 6 projects beyond the ring segments 2 or their hard metal pins 7a, 7b axially. The hard metal pins 7a are under one Angle of about 300 to the drill axis arranged inclined and protrude beyond the end face the ring segments 2 axially and the circumference 2a radially. The hard metal pins 7b are in comparison to the aforementioned hard metal pins 7a in the opposite direction as well held at an angle of 300 to the drill axis inclined in the ring segments 2. The hard metal pins 7b also protrude axially beyond the end face of the ring segments 2 and also their inscribed circle 2b radially. The hard metal pins are in the bottom 3a of the recess 3 5 introduced parallel to the drill axis.
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.The course of the recess 4 is illustrated in FIG. 3. The reason 4a of the same runs at a shallow angle to the drill axis, so that the depth the groove is enlarged towards the front end of the drill head 1. Through this a confluence of the grooves 4 into the bottom 3a relatively close to the center is achieved, whereby a good removal of cuttings is guaranteed.
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