DE3136464C2

DE3136464C2 - Meißel für die Herstellung axial verlaufender Nuten in den Wandungen von Sprengbohrlöchern und Schneideinsatz dafür

Info

Publication number: DE3136464C2
Application number: DE3136464A
Authority: DE
Inventors: Clyde Grant 15559 Schellsburg Pa Hutzell
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-09-15
Publication date: 1984-01-26
Also published as: CA1152058A; DE3136464A1; US4361197A; ATA409181A; AU543369B2; AU7475681A; AT375146B

Abstract

Ein Bohrmeißel für Sprenglöcher zur Ausbildung langgestreckter Nuten in vorgebohrten Sprenglöchern weist einen Schaft mit einer Stirnfläche und einen sich von diesen nach hinten erstreckenden Führungsabschnitt auf. Eine oder mehrere sich radial erstreckende Nutungsnasen sind am hintersten Teil des Führungsabschnitts angeordnet und in Draufsicht V-förmig ausgebildet. Verschleißfeste Schneideinsätze, die eine V-förmige Schneidkante aufweisen, bilden einen Teil der Nutungsnasen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meißel für die Herstellung axial verlaufender Nuten in den Wandungen von Sprengbohrlöchern, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen Schneideinsatz nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.

Meißel zur Herstellung von axial verlaufenden Nuten in den Wandungen von Sprengbohrlöchern sind bereits aus den US-PS 7 40 906 und 6 29 145 bekannt. Sie weisen einen länglichen Körper auf, dessen hinteres Ende an ein Gestänge anschließbar ist und der in einer seitlichen Ausnehmung befestigte Meißelflügel für die Formung der Nuten besitzt. Jeder Meißelflügel ist rückwärts an einer radialen Fläche des Körpers abgestützt und sieht radial über den Umfang des länglichen Körpers vor. Jeder Meißelflügel weist eine radial außenliegende, V-förmige Schneidkante auf, die einen nicht mehr als 100° betragenden Winkel einschließt.

' Eine durch das amerikanische Verkehrsministerium durchgeführte Untersuchung hat ergeben, daß V-förmige Längskerben oder -nuten, welche längs der Umfangsflächen von vorgebohrten Sprenglöchern ausgebildet sind, einen Beitrag zur Steuerung' der Rißausbreitung während der Sprengarbeit des Sprenglochs leisten.

Die mit »Field Evaluation of Fracture Control in Tunnel Blasting« betitelte Untersuchung (Bericht Nr. UMTA-MA-06-0100-79-14) bestimmt die Wirkung der Nutgeometrie bei der Rißausbildungsphase eines geregelten Abbruchs. Die Untersuchung gibt an, daß mit Nuten versehene Sprenglöcher eine wirksamere Alternative zu konventionellen Bohr- und Sprengverfahren darstellen. Die gekerbten Löcher erfordern deutlich weniger Sprengstoff, um dieselben Wirkungen zu

erzielen, wie sie bei vollbeladenen konventionellen Löchern der Fall sind. Dies hat geringere Geräuschpegel und eine geringere Schwingung bei der Sprengung zur Folge. Dies ist außerordentlich voniilhaft, insbesondere in dichtbesiedelten Gebieten.

Konventionelle Bohrmeißel zum Bohren von Sprenglöchern verwenden üblicherweise einen Meißelschaft mit einer vorderen Arbeitsfläche. Die vordere Arbeitsfläche weist verschleißfeste Sinterkörper von verschiedenartiger Form auf, welche darin eingebettet sind und aus der Arbeitsiläche vorstehen.

Die bekannten Meißel der eingangs angegebenen Art sind nicht für die Verwendung von verschleißfesten Sinterkörpern eingerichtet und unterliegen daher einem hohen Verschleiß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meißel der eingangs angegebenen Art sowie einen für diesen geeigneten Schneideinsatz zu schaffen, welche Verschleißbeständig sind und ein rationelles Herstellen Jder axial verlaufenden Nuten von geeigneter geometri-Jeher Form gewährleisten.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Weiterbildungen des Meißels sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Verschleißfeste Schneideinsätze sind z. B. bereits aus den US-PS 27 59 705 und 32 77 973 bekannt.

Diese und weitere bekannte Schneidelemente für einen Schlagbohrmeißel (US-PS 28 79 973) sind nicht dazu ausgebildet, eine V-Kerbe in die Wand eines Sprenglochs einzubringen. Für einen Drehschlagbohrmeißel sind ferner Sinterhartmetall-Schneideinsätze mit einer V-förmigen Schneidkante bekannt (US-PS 31 91 700). Allerdings ist der durch die V-förmige Schneidkante eingeschlossene Winkel zu groß, so daß sich diese Schneideinsätze nicht zur Herstellung einer scharfen Kerbe in einem Sprengloch eignen.

Geeignet geformte Schneidteile an Bohrmeißelkörpern sind an sich bereits aus der GB-PS 2 88 831 und der US-PS 20 40 074 bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um Schneideinsätze.

Der erfindungsgemäße, zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Meißel geeignete, verschleißfeste Einsatz ist im Patentanspruch 8 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Schneideinsatzes sind in den Ansprüchen 9 bis 14 angegeben.

Vorzugsweise sind die Schneideinsätze aus einem Material mit einer größeren Verschleißfestigkeit als der Körper des Bohrmeißels hergestellt, insbesondere aus einem Hartmetallkarbid wie Wolframkarbid.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt

F 1 g. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Meißels,

F i g. 2 eine Draufsicht des in F i g. 1 dargestellten Meißels ohne verschieißbeständige Schneideinsätze,

Fig.3 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Meißels,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen Meißel längs der Linie IH-III in F i g. 2,

' Fig.5 einen verschleißbeständigen gesinterten Schneideinsatz nach der Erfindung,

Fig.6 eine Draufsicht des in Fig.5 dargestellten verschleißfesten Sinterkörpers,

Fig.7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines verschleißfesten Sinterkörpers nach der Erfindung,

F i g. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sinterkörpers nach der Erfindung und

Fig.9 eine Seitenansicht eines Sinterkörpers der in F i g. 8 dargestellten Art.

Der in F i g. 1 dargestellte erfindungsgemäße Meißel für ein Sprengbohrloch weist einen langgestreckten

-, Körper 1 mit einem hinteren Ende 3 und einem gegenüberliegenden vorderen Ende 5 auf. Das hintere Ende 3 ist derart ausgebildet, daß es an eine nicht dargestellte Bohrstange befestigt werden und ohne Drehung in ein vorgebohrtes Sprengbohrlocn eingetrie-

Hi ben werden kann. Die vordere Stirnfläche 5 erstreckt sich nach vorn in das Sprengbohrloch, und von der Stirnfläche 5 erstreckt sich ein Führungszapfen 9 nach hinten. Am Ende dieses Führungszapfens sind zwei Nutungsnasen 7 angeordnet, weiche sich vom Führungs

ι, zapfen 9 radial nach außen erstrecken. Die Form <!n Nutungsnasen bzw. Meißelflügel 7 wird durch langgestreckte, sich von der Stirnfläche 5 entlang des Umfangs des Führungszapfens 9 nach rückwärts erstreckende Aussparungen 11 und einem sich radial erstreckenden

20^fSitz 13 bestimmt, auf welchem ein verschleißfester, gesinterter Schneidkörper 50 angeordnet ist.

Der Sitz 13 erstreckt sich quer zur Längsachse des Meißels. Auf dem Sitz 13 und im Boden der Aussparung 11 ist ein Sinterkörper 50 angeordnet, der sich gegenüber dem Führungsdurchmesser 9 radial nach außen erstreckt.

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht des in F i g. 1 dargestellten Meißels, wobei jedoch die verschleißfesten, harten Sinterkörper abgenommen sind. Es sind zwei öffnungen

jo 17 ersichtlich, welche in der Stirnfläche 5 des Zapfens 9 angebracht sind. Diese Öffnungen stehen in Verbindung mit einer Kammer im unteren Abschnitt des Meißels, aus welcher Spülmittel unter Druck durch die Öffnungen 17 ausgetrieben wird. Als Spülmittel kann eine Flüssigkeit oder ein Gas verwendet werden; es ist gewöhnlich Luft.

Wie aus Fig.2 hervorgeht, verjüngen sich die Sitzabschnitte 13 radial nach außen; sie sind in dieser Figur V-förmig dargestellt, wobei sich das V in Richtung des Schafts des Meißels öffnet. Dieser V-förmige Sitz 13 der Nutungsnase bildet einen eingeschlossenen Winkel A', welcher zwischen 45—100 Grad und vorzugsweise zwischen 75-90 Grad betrugt.

Der tatsächliche Wert des Winkels A' hängt von der Art des Materials ab, welches durchbohrt wird. Die Sitze 13 dienen zur Abstützung der harten verschleißfesten Sinterkörper 50. Der Winke! A' sollte dem eingeschlossenen Winkel an der Freifläche des Sinterkörpers entsprechen, wo die Freifläche auf die hintere Fläche

so des Sinterkörpers trifft.

In Fig.3 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform dargestellt, ßei dieser Ausführungsform sind drei Nutungsnasensitze 13 vorgesehen. Selbstverständlich ist es möglich, nur eine Nutungsnase oder mehr als drei Nutungsnasen an dem Meißel vorzusehen. Die Anzahl der Nutungsnasen 7 wird durch die Art des gewünschten Bruchmusters beim Sprengen in dem mit Nuten versehenen Sprengbohrloch bestimmt. Jede durch den Meißel ausgebildete Nut wirkt als Spannungserhöher, derart, daß bei einem plötzlichen Erhöhen des Drucks im Sprengbohrloch aufgrund der Detonation des Sprengmaterials die Risse an der Spitze der V-Kerben beginnen, welche durch den Meißel gebildet worden sind.

Aus Fig.4 geht ein Längsschnitt des in Fig.2 dargestellten Meißels längs der Pfeile HI-IH hervor. Daraus ist entnehmbar, daß die Öffnung 17 die Stirnfläche 5 des Meißels mit einer Kammer 21

verbindet, weiche sich im Inneren des Meißels befindet und am hinteren Ende des Meißels angeordnet ist. Die Kammer ist an der hinteren Fläche 3 des Meißels offen. Die innenfläche 22 der Kammer ist mit einem Schraubgewinde zur Befestigung an einem nicht dargestellten Gestänge versehen. Anstelle des dargestellten Schraubgewindes kann jede andere bekannte Einrichtung zur Befestigung eines Meißels am Gestänge verwendet werden.

Durch das hohle Gestänge wird Druckmittel in die Kammer 21 und über den Durchgang 23 aus der Öffnung 17 an der Vorderfläche gepumpt. Das Druckmittel spült dann durch die Nutenbildung erzeugte Splitter aus dem Sprengbohrloch heraus.

Aus F i g. 4 geht weiter hervor, daß die Nutungsnase 7 an ihrem vordersten Ende am weitesten über den Führungsdurchmesser nach außen ragt, d.h. dort, wo der Sitz 13 für den Sinterkörper ausgebildet ist. Die Nutungsnase verjüngt sich dann nach innen und nach hinten unter einem Winkel B, welcher zwischen 2 — 10 Grad und vorzugsweise ungefähr 3 Grad betragen sollte. Der tatsächliche V/ert sollte gleich oder größer als der Freiwinkel am verschleißfesten harten Sinterkörper sein, welcher auf dem Sitz 13 des Meißels angeordnet ist

Aus F i g. 5 geht ein verschleißfester harter Sinterkörper hervor, welcher derart ausgebildet ist, daß er durch Hartlötung oder auf andere Weise am Umfang eines Nuiungsmeißels angeordnet werden kann, wie es bei den in den vorhergehenden Figuren dargestellten Sinterkörpern der Fall ist Der Sinterkörper 5 weist eine vordere Stoßfläche 52 und eine seitliche Freifläche 54 auf, welche sich von der vorderen Stoßfläche 52 unter einem Winkel nach hinten erstreckt Die seitliche Freifläche weist von vorn gesehen, eine V-förmige 3"> Gestalt auf. Dies ^eht am besten aus Fig.6 hervor. Daraus ist eine V-förmige Schneidkante 56 ersichtlich, weiche die Verbindung zwischen der vorderen Stoßfläche 52 und der seitlichen Freifläche 54 bildet Eine seitliche Haiterungsfläche 58 erstreckt sich von der *o vorderen Stoßfläche 52 nach hinten und grenzt auch an die seitliche Freifläche 54 an. An der Rückseite des Sinterkörpers SO befindet sich είπε hintere Haiterungsfläche 60. weiche sich an die seitliche Freifläche und an die seitliche Halterungsfläche anschließt «

Wie aus F i g. 5 hervorgeht verläuft die seitliche Freifläche 54 in der Rückwärtseinrichtung des Sinterkörpers schräg nach innen, wobei der Pfeil F die Richtung der Vorwärtsbewegung angibt, wenn der Sinterkörper richtig auf dem Sitz 13 des Nutungsmeißels montiert ist Diese Freifläche 54 bildet mit der' Vorwärtsrichtung oder Längsachse des Meißels einen eingeschlossenen Winkel D, der in F i g. 5 dargestellt ist. Vorzugsweise beträgt dieser Winkel zwischen 2 — 10 Grad und zwar insbesondere Vorzugsweise 3 Grad. Dieser Freiwinkel erlaubt das Ausspulen der Gesteinspartikel aus dem Sprengloch und dient auch zur Verringerung der Gefahr eines Blockierens, wenn der Meißel aus dem mit Nuten versehenen Loch gezogen wird.

F i g. 6 zeigt eine Draufsicht des in F i g. 5 dargestellten Sinterkörpers. Daraus geht sowohl die Stoßfläche 52 wie auch die Schneidkante 56 hervor, und es ist zu erkennen, daß die Schneidkante V-förmig ist und einen Winkel A bildet, welcher zwischen 45—100 Grad und vorzugsweise 75—90 Grad betragen sollte.

Obgleich es wünschenswert ist, daß dieser Winkel A so scharf und spitz wie möglich ist, wird die Schneidkante durch das Meißeln desto schneller und eher einem Verschleiß durch Absplittern unterzogen, je spitzer der Winkel ist. Allerdings sollte der Winkel nicht so groß sein, daß eine Kerbe erzeugt wird, die nicht mehr als eine Auslösestelle für die Rißbildung dient Zusätzlich kann das Absplittern dadurch gemildert werden, daß eine abgerundete Spitze 62 anstelle einer scharfen Spitze an Schneidrand ausgebildet wird, doch sollte der Radius nicht so groß sein, daß der Kerbengrund nicht mehr seine Funktion als Auslösestel-Ie für die Rißbildung ausübt

Wie aus den Fig.5 und 6 hervorgeht, weist die vordere Stoßfläche 52 eine V-förmige Struktur auf, weiche sich nach hinten zu erweitert Allerdings sind andere Gestaltungen für diese Fläche möglich, wobei einige in den F i g. 7 und 3 dargestellt sind.

F: g. 7 zeigt einen Sinterkörper 80 mit einer konvex ausgebildeten vorderen Stoßfläche 82.

Fig.8 zeigt einen Sinterkörper 90, welcher eine ebene vordere Stoßfläche 92 aufweist. Diese Stoßfläche S~ verläuft, wie aus den F i g. 8 und 9 hervorgeht nach innen zum Körper 1 des Nutungsmeißels hin schräg nach hinten.

Die Tiefe Nder V-Form der in den F i g. 5,6 und 7 und 8 dargestellten Sinterkörper beträgt vorzugsweise etwa 6 35 mm (1/4"). Nuten dieser Tiefe mil den Werten des Winkels A, welche oben angegeben sind, erzeugen angemessene Spannungserhöhungen bei den meisten Anwendungen von Sprengbohrlöchern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meißel für die Herstellung axial verlaufender Nuten in den Wandungen von Sprengbohrlöchern, aus einem länglichen Körper, dessen hinteres Ende an ein Gestänge anschließbar ist, und wenigstens einem Meißelflügel für die Formung der Nutei,, der in einer seitlichen Ausnehmung des Körpers befestigt und rückwärts an einer radialen Fläche des Körpers abgestützt ist, radial über den Umfang des länglichen Körpers vorsteht und eine radial außenliegende V-förmige Schneidkante aufweist, die einen nicht mehr als 100° betragenden Winkel einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorderteil des länglichen Körpers (1) rückwärts seiner Stirr (lache (5) als Zapfen (9) zur Führung des M'i'Hek im Bohrloch ausgebildet ist, an dem z'-'V.'hen der Stirnfläche (5) und der rückwärtigen,

/,"radialen Abstützungsfläche (13) des Meißelflügels (7) als seitliche Ausnehmung mindestens eine axial verlaufende, längliche Aussparung (11) ausgeformt ist, in die hinein sich radial jeweils ein Schneideinsatz (50; 80; 90) erstreckt, wobei der von der V-förmigen 'Schneidkante (56) eingeschlossene Winkel (A') zwischen 45 und 100° liegt.

2. Meißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die radial außen liegenden Flächen (54) des Meißelflügels (7), in Seitenansicht gesehen, radial nach innen und nach rückwärts hin verjüngen.

3. Meißel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Meißelflügel (7), in „Draufsicht gesehen, radial nach außen zu verjüngt.

4. Meißel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden radial außen liegenden -Flächen (54) gebildete Kante einen Freiwinkel von etwa 3° mit der Längsachse des Körpers (1) einschließt.

5. Meißel nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (H hinter dem Führungszapfen (9) einen vergrößerten Umfangsquerschnitt aufweist, und daß der Sitz (13) zur Abstützung des Schneideinsatzes (50; 80; 90) auf dem vergrößerten Umfangsquerschnitt nach vorne weisend ausgebildet ist.

6. Meißel nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneideinsatz (50; 80; 90) aus einem Hartmetallkarbid gebildet ist.

7. Meißel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der von der V-förmigen Schneidkante (56) eingeschlossene Winkel (A') 75-90° beträgt.

8. Verschleißfester Schneideinsatz, insbesondere Sinterkörper, für einen Meißel zur Erzeugung einer V-förmigen, axialen Nut in der Wand eines Sprengbohrlochs durch Vortreiben des Meißels in das Bohrloch mittels eines schlagend beaufschlagten Gestänges, gekennzeichnet durch eine vordere Stoßfläche (52), eine winklig zu dieser vorderen Stoßfläche (52) verlaufende und sich von dieser nach hinten erstreckende seitliche Freifläche (54), weiche in Draufsicht V-förmig ausgebildet ist, durch eine in Draufsicht V-förmig gestaltete, einen Winkel von 45-90° einschließende Schneidkante (56), durch weiche die Form der Nut bestimmt ist und die die Verbindung zwischen der vorderen Stoßfiäche (52) und der seitlichen Freifläche (54) bildet, durch eine seitliche Halterungsfläche (58), welche sich an die

vordere Stoßfläche (52) anschließt und sich von dieser nach rückwärts erstreckt, wobei sie an die seitliche Freifläche (54) anschließt, sowie durch eine rückwärtige Halterungsfläche (&0), welche sich an die seitliche Freifläche (54) und an die seitliche Halterungsfläche (58) anschließt.

9. Schneideinsatz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Stoßfiäche (52) eine V-förmige Ausbildung aufweist, weiche sich nach hinten zu aufweitet

10. Schneideinsatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Freifläche (54) des Schneideinsatzes schräg nach innen und nach hinten verläuft

11. Schneideinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Freifläche (54) einen Winkel von 2-10° mit einer Linie einschließt die parallel zur Längsachse des Meißelkörpers (1) verläuft.

12. Schneideinsau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Freifläche (54) mit einer Linie parallel zur Längsachse des Meißelkörpers (1) eingeschlossene Winkel (D) 3° beträgt.

13. Schneideinsatz nach den Ansprüchen 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (A) zwischen 75 und 90° beträgt.

14. Schneideinsatz nach Anspruch 8 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Schneidkante (56) eine abgerundete Spitze (62) aufweist.