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Bohrkrone
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Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für eine Bohrvorrichtung mit
Tieflochhammer, mit einem längs eines Bohrrohrs geführten Führungsstück, einem Werkzeugelemente
tragenden Kopfstück, das einen größeren Durchmesser aufweist als das Vordergehäuse
des Tief lochhammers und mit einer Schlagübertragungsfläche.
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Beim Bohren in Erdreich und in Gestein verwendet man koaxiale Bohrrohre,
von denen das innere Bohrrohr an seinem vorderen Ende einen Tieflochhammer trägt,
dessen Kolben auf das rückwärtige Ende einer Bohrkrone schlägt. Die Bohrkrone weist
einen Schaft auf, der in dem äußeren Bohrrohr in Grenzen längsverschiebbar geführt
ist, und ein Kopfstück, welches aus dem vorderen Ende des Vordergehäuses herausragt
und -Werkzeugelemente trägt, die die Bohrlochsohle bearbeiten. Da das Kopfstück
einen größeren Durchmesser hat als das äußere Bohrrohr, erzeugt es ein Bohrloch,
dessen Durchmesser ebenfalls größer ist als der
Durchmesser der
äußeren Bohrrohre.
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Die Vortriebsgeschwindigkeit einer Bohrung hängt insbesondere bei
steinigen Böden in hohem Maße von der Schlagenergie ab, die von den Werkzeugelementen
auf die Bohrlochsohle übertragen wird. Die Schläge, die der Kolben des Tieflochhammers
auf das rückwärtige Ende des Schaftes der Bohrkrone ausübt, gelangen aber nur unter
starker Dämpfung an die Bohrlochsohle. Dies liegt daran, daß der Schaft der Bohrkrone
einen erheblichen Anteil der Schlagenergie verbraucht und in Wärme umsetzt. Ferner
ist zu berücksichtigen, daß bei den üblichen Schlagzahlen eines Tieflochhammers
von etwa 1500 bis 2500 Schlägen pro Minute in dem Schaft der Bohrkrone Stoßwellen
erzeugt werden, die am vorderen Ende der Bohrkrone zum Teil reflektiert werden.
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Eine in dem Schaft und dem Kopfstück der Bohrkrone nach vorne laufende
Stoßwelle begegnet mehreren reflektierten Stoßwellen und wird dadurch erheblich
abgeschwächt. Eine weitere Abschwächung erfolgt-dadurch, daß der Schaft der Bohrkrone,
dessen Länge erheblich größer ist als der Bohrkronendurchmesser, elastisch ist und
einen Teil der Schlagenergie verbraucht. Schließlich haben die bekannten Bohrkronen
infolge der großen Länge des Schaftes eine sehr große Masse, die bei jedem Schlag
beschleunigt werden muß.
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Durch diese Beschleunigungsarbeit geht ein weiterer Teil der Schlagenergie
verloren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrkrone der eingangs
genannten Art derart auszubilden, daß die Dämpfungsverluste der von dem Tieflochhammer
ausgeführten Schläge erheblich verringert sind, so daß die Vortriebsgeschwindigkeit
und Bohrleistung bei gleicher Energie und Häufigkeit der auftreffenden Schläge vergrößert
ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der
Abstand der Schlagübertragungsfläche von dem Kopfstück maximal 1,2-mal so groß ist
wie der Durchmesser des Kopfstücks.
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Vorzugsweise ist der Abstand der Schlagübertragungsfläche von dem
Kopfstück maximal etwa genauso groß und insbesondere nur etwa 0,5-mal so groß wie
der Durchmesser des Kopfstücks.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Schlagübertragungsfläche
so nahe wie möglich am Kopfstück anzuordnen, so daß die Energieverluste, die in
den langen Schäften der üblichen Bohrkronenentstehen, vermieden werden. Dies führt
zu einer Bohrkrone mit einem verstümmelten oder überhaupt nicht mehr vorhandenen
Schaft.
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Bei der erfindungsgemäßen Bohrkrone begegnen die von dem Tieflochhammer
in der Bohrkrone erzeugten Stoßwellen wegen des geringeren Weges nur sehr wenigen
reflektierten Stoßwellen, so daß die Wirkung der gegenseitigen Teilauslöschung einander
begegnender ankommender und reflektierter Stoßwellen verringert ist. Darüberhinaus
wird die Bohrkrone wegen des kurzen oder überhaupt nicht vorhandenen Schaftes von
den Schlägen weniger verformt als die üblichen Bohrkronen, so daß auch die Verformungsverluste
geringer sind. Schließlich wird auch die Masse des Kopfstückes verkleinert, so daß
eine direktere Schlagübertragung auf die Bohrlochsohle erfolgt.
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Ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten Bohrkronen mit langen
Schäften besteht darin, daß die erfindungsgemäße Bohrkrone in einem Stück gehärtet
werden kann.
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Die bekannten Bohrkronen haben dagegen drei verschiedene Härtezonen,
nämlich im rückwärtigen Schlagbereich, im mittleren Schaftbereich und im vorderen
Kopfstück. Die erfindungsgemäße Bohrkrone ist aber nicht nur einfacher herstellbar,
sondern sie erfordert auch einen geringeren Materialaufwand.
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Die erfindungsgemäße Lehre besteht darin, den Schaft einer Bohrkrone
so kurz wie möglich zu halten und ihn möglichst sogar ganz fortzulassen. In dem
zuletzt genannten Extremfall bildet die Rückseite des Kopfstückes die Schlagübertragungsfläche.
Das Bohrrohr kann nach vorne abstehende Zungen aufweisen, die in Längsnuten des
Kopfstückes eingreifen. Hierbei erfüllen die Zungen die Funktion des Schaftes, nämlich
die Übertragung der Drehkraft von dem äußeren Bohrrohr auf die Bohrkrone und das
Führen der Bohrkrone, die so gehalten werden muß, daß auf ihre Schlagübertragungsfläche
die Schläge des Tieflochhammerkolbens auftreffen können.
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Bei einer anderen Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schlagübertragungsfläche
die Rückseite eines Schaftes bildet, der in dem Vordergehäuse in Grenzen verschiebbar
ist und daß der Schaft einem demontierbaren radialen Ansatz aufweist, der in ein
Langloch des Bohrrohres eingreift.
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Hierbei bildet der Ansatz in Verbindung mit dem Langloch eine Fangvorrichtung
zur Verhinderung des Abfallens der Bohrkrone von dem äußeren Bohrrohr. Die Übertragung
der Drehbewegungen des Bohrrohrs auf die Bohrkrone erfolgt in üblicher Weise durch
ineinandergreifende Mehrkant-
profile oder Keilwellenprofile. Dadurch,
daß die Bohrkrone einen Ansatz aufweist, der in ein Langloch des Vordergehäuses
eingreift, kann die Bohrkrone mit geringer Länge ausgestattet sein.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß die Schlagübertragungsfläche die Rückseite eines Schaftes bildet, der in dem
Vordergehäuse in Grenzen verschiebbar ist und daß der Schaft einen Ringflansch aufweist,
der von einem an dem Vordergehäuse befestigten Einsatzstück übergriffen wird. Auch
dies ermöglicht eine kurze Baulänge des Schaftes, der praktisch nur so groß sein
muß wie das erforderliche Axialspiel der Bohrkrone gegenüber dem Vordergehäuse,
zuzüglich einer kurzen Haltelänge und der Länge des Ringflansches.
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Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Bohrvorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt
durch die Einzelheit II aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine Seitenansicht
einer weiteren Ausführungsform einer Bohrkrone, teilweise aufgebrochen, Fig. 4 eine
Ansicht der Bohrkrone nach Fig. 3 von unten, jedoch teilweise als Schnitt entlang
der Linie IV-IV von Fig. 3, und
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform
einer Bohrkrone am vorderen Ende des Vordergehäuses des Tieflochhammers.
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Bei der Bohrvorrichtung nach Fig. 1 ist ein Raupenkettenfahrzeug 10
vorgesehen, das auf einem hydraulisch heb- und senkbaren Auslegerarm 11 eine Bohrlafette
12 trägt, die in verschiedenen Richtungen eingestellt werden kann. Die Bohrlafette
12 weist eine Schiene 13 als Führung für das Bohrgestänge 14 auf. Längs der Schiene
13 ist ein Drehmotor 15, der an das rückwärtige Ende des Bohrgestänges 14 angesetzt
ist, verfahrbar. Ein Vorschubantrieb 16 treibt das Bohrgestänge 14 mit dem Drehmotor
15 auf der Bohrlafette 12 nach vorne, während das Bohrgestänge 14 gedreht wird.
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Das Bohrgestänge 14 besteht aus äußeren Bohrrohren 18 (Fig. 2) und
(nicht dargestellten) inneren Bohrrohren.
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An dem Ende des vorderen inneren Bohrrohres ist das Vordergehäuse
19 eines Tieflochhammers 20 befestigt. In dem Zylinderraum des Vordergehäuses 19
ist der Kolben 21 in Längsrichtung bewegbar. Unter dem Kolben 21 mündet eine axiale
Druckmittelleitung 22 in den Zylinder, um den Kolben 21 anheben zu können. Die Steuerung
der Zufuhr des Druckmittels in den Raum unterhalb und den Raum oberhalb des Kolbens
21 ist bekannt und nicht im einzelnen dargestellt. Diese Druckmittelzufuhr wird
abwechselnd umgesteuert, um den Kolben mit hoher Schlagzahl innerhalb des Zylinders
19 hin- und herzubewegen.
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Das vordere Ende 23 des Außenrohrgestänges, das im Folgenden der Einfachheit
wegen als Bohrrohr bezeichnet wird, weist einen durchgehenden Knaal auf, in dem
sich eine hohle Führungshülse 24 befindet. Durch
die Führungshülse
24 ragt ein Ansatz 25 des Kolbens 21 hindurch. Das vordere Ende des Ansatzes 25
schlägt gegen die rückwärtige Schlagübertragungsfläche 26 der Bohrkrone 17.
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Die Bohrkrone 17 weist ein aus dem Bohrrohr 23 herausragendes,gegenüber
dem Bohrrohr 23 seitlich überstehendes Kopfstück 27 auf, das mit Werkzeugelementen
28, z.B. mit Hartmetallkuppen oder -schneiden, versehen ist. Von dem rückwärtigen
Ende des Kopfstückes 27 ragt der Schaft 29 in das vordere Ende des Bohrrohres 23
hinein. Der Schaft 29 hat ein unrundes Profil, im vorliegenden Fall ein Sechskantprofil,
das in ein entsprechendes Innenprofil des Bohrrohres 23 hineinpaßt.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß das von dem Drehmotor 15 (Fig.
1) angetriebene Bohrrohr 23 bei seiner Drehung die Bohrkrone 17 mitnimmt.
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Bei den Schlägen, die der Ansatz 25 des Kolbens 21 auf den Schaft
29 ausübt, wird die Bohrkrone 27 in Richtung auf die Bohrlochsohle beschleunigt.
Der Schaft 29 kann sich in Grenzen in axialer Richtung relativ zu dem Bohrrohr 23
bewegen. Damit die Bohrkrone 17 beim Zurückziehen des Bohrrohres 23 mitgenommen
wird, weist das Bohrrohr 23 in der Nöhe seines vorderen Endes ein längslaufendes
Langloch 30 auf, in das ein radial von dem Schaft 29 abstehender und an diesen angeschraubter
Ansatz 31 hineinragt.
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Die längslaufenden Bohrungen 32 in dem Bohrrohr 23 dienen zur Zufuhr
von Spülflüssigkeit an die Bohrkrone 17.
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Die Länge des Schaftes 29 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
nur etwa halb so groß wie der maximale Durchmesser des Kopfstücks 27 der Bohrkrone
17. Wegen dieses sehr stark verkürzten Schaftes 29 sind die Schlagenergieverluste
der Bohrkrone 17 sehr gering. Außerdem ist das Gewicht der Bohrkrone 17 nur etwa
halb so groß wie das Gewicht herkömmlicher Bohrkronen.
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Wird das Bohrgestänge zurückgezogen, so wird die radiale öffnung 33
durch die das Antriebsmedium in den Zylinder 19 gelangt, durch Verschiebung abgedeckt,
so daß der Kolben 21 keine Leerhübe ausführt, bei denen er nicht auf die Schlagübertragungsfläche
26 schlägt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 weist die Bohrkrone
37 überhaupt keinen Schaft auf. Sie besteht ausschließlich aus dem Kopfstück 38
mit den am vorderen Ende angeordneten Werkzeugelementen. Zur Befestigung der Bohrkrone
37 an dem Vordergehäuse 39 des Tieflochhammers dienen von dem Vordergehäuse 39 nach
vorne abstehende Zungen 40, die in seitliche Längsnuten 41 des Kopfstücks 38 eingreifen
und dort längsverschiebbar sind. Die Schlagübertragungsfläche 26 wird von der rückwärtigen
Stirnseite des Kopfstücks 38 gebildet, die außerhalb des Vordergehäuses 39 liegt
und axial gegen dieses stößt.
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Die Bohrkrone 37 ist durch einen Querstift 42 gesichert, der mit der
einen Hälfte seines Querschnitts in einem Längskanal 43 des Kopfstücks 38verschiebbar
ist und der mit der anderen Hälfte seines Querschnitts in einer entsprechend angepaßten
halbkreisförmigen Nut 44 sitzt,
die durch die einander gegenüberliegenden
Zungen 40 hindurchgeht. Auf diese Weise ist der Querstift 42 relativ zu den Zungen
40 festgelegt und das Kopfstück 38 kann um das durch den Längskanal 43 vorgegebene
Maß in Längsrichtung bewegt werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 hat die Bohrkrone 47 ein relativ
flaches Kopfstück 48, das an seinem rückwärtigen Ende einen relativ kurzen Schaft
49 aufweist. Die Länge des Schaftes 49 beträgt etwa ein Drittel bis ein Halb des
Durchmessers des Kopfstückes 48. An dem Ende des unrunden Schaftes 49 befindet sich
ein Ringflansch 50, der seitlich über die Kontur des übrigen Teils des Schaftes
übersteht und der von einem Einsatz stück 51 übergriffen wird. Das Einsatzstück
51 ist eine längsgeteilte Hülse, welche an ihrem vorderen Ende einen nach innen
und außen vorstehenden Flansch 52 aufweist. Die Mittelöffnung 53 des Flansches 52
hat ein dem Profil des Schaftes 49 angepaßtes Sechskantprofil. Das Einsatzstück
51 weist ein Außengewinde 54 auf, welches mit einem Innengewinde des Vordergehäuses
55 verschraubt ist. Das aus zwei Hälften bestehende rohrförmige Einsatzstück 51
ist an der Umfangswand seines Flansches 52 als Sechskantprofil ausgebildet, damit
es in das Gewinde 54 eingeschraubt werden kann.
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Als Schlagübertragungsfläche 26 dient im vorliegenden Fall die obere
Stirnwand des Ringflansches 50. Auf diese Schlagübertragungsfläche 26 schlägt der
Kolben 21 des Tieflochhammers.