DE3330025A1 - Zweistueckiger bohrer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Bohrer zum Bohren von Löchern in Erde und Gestein, der durch ein Schraubgewinde an dem im Bohrloch befindlichen Ende einer Bohrmaschine oder eines Bohr-Stahlgestänges befestigbar ist.

Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, bei einem zweistückigen Bohrer einen Bohrkopf an einem Schaft mit Hilfe einer Gewindeverbindung zu befestigen. Diese Verbindung liefert üblicherweise einen festen Kontakt zwischen dem Kopf und dem Schaft, wenn entweder der Schaft in den Kopf eingeschraubt ist und am Bohrkopf anliegt, oder wenn eine Schulter am Schaft in Druckeingriff mit einem ringförmigen Ende des Bohrkopfes steht. Wenn solche zweistückigen mit einem Gewinde versehenen Bohrer in einer Erdbohrmaschine verwendet werden, ziehen sich die Gewinde zwischen dem Schaft und dem Bohrkopf in zunehmendem Maße fest, wodurch die Zugbeanspruchung in den Bereichen in der Nähe der Zwischenfläche erhöht wird. Dies kann zu querverlaufenden Ermüdungsbrüchen führen, die im Bohrkopfrand in der Ebene des Schaftbodens entstehen, sowie zu einem örtlichen Festfressen des Gewindes, was seinerseits die Entwicklung von Ermüdungsbrüchen im Gewindeschaft fördert. Eine Lösung für das oben beschriebene Problem ist in der deutschen Patentanmeldung P 33 19 717.2 mit dem Titel "Bohrkopf für einen mehrteiligen Erdbohrer" beschrieben; eine weitere Lösung gibt die Erfindung.

Typischerweise finden bei zweistückigen Bohrern gemäß dem Stand der Technik relativ lange Gewindeteile Verwendung, so daß im zusammengebauten Zustand die Teile ausreichend steif sind und den Biegemomenten widerstehen können, die im Verlauf des Bohrens auftreten. Diese Biegemomente bewirken notwendigerweise, daß sich die ineinanderverschränkten Gewinde etwas biegen und verformen, wodurch die oben beschriebenen Gewindefreß- und

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Bruchprobleme noch verstärkt werden. Darüberhinaus muß die Konzentrizität des Bohrkopfes und des Schaftes allein durch die ineinanderversehränkten Gewindeoberflächen gesteuert bzw. gewährleistet werden, was häufig zu einer Fehlausrichtung des Bohrkopfes bezüglich des Drehmittelpunktes des Bohrgestänges führt.

Daher ist es ein Ziel der Erfindung, einen zweistückigen verschraubten Bohrer mit einfachem Aufbau zu schaffen, der im wesentlichen die Gewindezwischenfläche von den Biegemomenten getrennt bzw. freihält.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen zweistückigen verschraubten Bohrer zu schaffender ein vergleichsweise hohes Maß von Konzentrizität zwischen dem Bohrerkopf und dem Schaft unabhängig von der eingreifenden, mit einem Gewinde versehenen Oberfläche aufrechterhält.

Gemäß der Erfindung ist ein zweistückiger Bohrer zum Bohren von Löchern in Erde und Gestein vorgesehen, der einen Schaftteil und einen Bohrerteil umfaßt. Das eine Ende des Schaftteils ist für eine Befestigung an einer Bohreinrichtung ausgebildet, während das andere Ende eine zylindrische Form aufweist und auf seiner äußeren Oberfläche ein Schraubgewinde ausgebildet hat. Der Bohrerteil ist in geeigneter Weise zum Bohren von Gestein angeordnet bzw. ausgebildet und besitzt eine mit einem Gewinde versehene Bohrung, die in ihm ausgebildet ist, um mit dem Schraubgewinde des Schaftteils in einen gewindemäßigen Eingriff zu treten. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die dazu dienen, die Biegemomente zwischen dem Schraubgewinde und der Gewindebohrung aufzuheben und eine Konzentrizität zwischen den beiden Teilen aufrechtzuerhalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen axialen Querschnitt von Teilen

eines zweistückigen Bohrers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen axialen Querschnitt von Teilen

eines zweistückigen Bohrers, der einen dem Stand der Technik entsprechenden typischen Aufbau besitzt, und

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der aus Fig. 1,

die eine alternative Ausführungsform wiedergibt.

In Fig. 1 ist ein zweistückiger Bohrer 10 wiedergegeben, der einen Schaftteil 12 und einen Bohrerteil oder Bohrerkopf 14 aufweist. Der Schaftteil 12 besitzt an seinem einen Ende 16 eine geeignete Schnittstellenanordnung zum Ankoppeln an bzw. zum Verbinden mit einer Bohrmaschine oder einem Bohr-Stahlgestänge (nicht dargestellt), Am äußeren Ende 18 des Schaftteils sind eine erste zylindrische Oberfläche 22, Schraubgewinde 24 mit einer Länge E und eine zweite zylindrische Oberfläche 26 ausgebildet, wobei alle diese Elemente zueinander konzentrisch sind. Die erste zylindrische Oberfläche 22 besitzt einen Außenseiten-Durchmesser, der kleiner ist als der kleine Durchmesser des Schraubgewindes 24, und die zweite zylindrische Oberfläche 26 besitzt einen Außenseiten-Durchmesser, der größer ist, als der große Durchmesser des Schraubgewindes 24, und kann den äußeren Durchmesser eines Flansches 25 umfassen bzw. besitzen. Eine Schulter 28 ist zwischen der ersten zylindrischen

Oberfläche 22 und dem Schraubgewinde 24 ausgebildet.

Der Bohrteil 14 umfaßt die standardmäßigen Wolframkarbideinsätze 30 (von denen nur drei dargestellt sind) und Bohrloch-Reinigungs-Abführleitungen 32 (nur eine dargestellt) , die mit ähnlichen Leitungen 34 und dem Kanal 36 zusammenpassen, der im Schaftteil 12 ausgebildet ist. Der Bohrteil 14 umfaßt einen Hohlraum 40, der durch eine zylindrische oder Senkbohrung 42, eine Gewindebohrung mit einem Schraubgewinde 44, eine zylindrische Bohrung 46 und einen ausgenommenen bzw. vertieften Boden 48 begrenzt ist. Eine Schulter 50 ist im Hohlraum 40 zwischen dem Schraubgewinde 44 und der Bohrung 46 ausgebildet .

Die Oberflächen 42 und 46, das Schraubgewinde 44 und die Schulter 28 sind so angeordnet, daß dann, wenn der Bohrerteil mit dem Schaftteil zusammengebaut ist, die Schraubgewinde 24 und 44 gewindemäßig ineinander eingreifen und festgezogen sind, so daß die Schulter 28 in einem Druckeingriff mit der Schulter 50 steht und die zylindrischen Oberflächen 22 und 26 gleitend mit den Bohrungen 42 bzw. 46 in Eingriff stehen. Das Schraubgewinde 24 wird hierdurch koaxial zum Gewinde 44 gehalten. Der Freiraum bzw. das Spiel zwischen den zylindrischen Oberflächen 26 und der Bohrung 42 und zwischen der zylindrischen Oberfläche 22 und der Bohrung 46 wird relativ klein gehalten, so daß Biegemomente durch diese Oberflächen und nicht durch die ineinandergreifenden Schraubgewinde 24, 44 übertragen werden. Die zylindrischen Oberflächen 22 und 26 stehen somit in einem positionierenden Eingriff mit den Bohrungen 46 bzw. 42.

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In Fig. 2 ist ein typischer zweistückiger Bohrer gemäß dem Stand der Technik dargestellt, der einen Schaftteil 112 und einen Bohrerteil oder Bohrerkopf 114 besitzt. Der Schaftteil 112 besitzt an seinem einen Ende 116 eine geeignete Schnittstellen- bzw. Verbindungsanordnung 120 zur Verbindung mit einer Bohrmaschine oder einem Bohr-Stahlgestänge; alternativ kann der Schaftteil 112 auch einfach das untere Ende eines Abschnitts eines Bohrstahls sein, wie dies aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Am äußeren Ende 118 des Schaftteils ist ein Stück LL eines Schraubgewindes 124 ausgebildet. Ähnlich dem Bohrerteil 14 umfaßt der Bohrerteil 114 die üblichen Wolframkarbid-Einsätze 30 und die Bohrloch-Reinigungs-Ausgangsleitungen 32, die zu ähnlichen Leitungen 34 und dem Durchgang passen, der im Schaftteil 112 ausgebildet ist. Der Bohrerteil 114 umschließt einen Hohlraum 140, der ein in ihm ausgebildetes Schraubgewinde 144 und eine Bodenoberfläche 148 besitzt. Wenn der Bohrerteil 114 mit dem Schaftteil 112 zusammengebaut ist, greifen die Schraubgewinde 124 und 144 gewindemäßig ineinander ein und sind so festgezogen, daß das Ende 149 des Schaftteils 112 in Druckeingriff mit der Bodenoberfläche 148 steht. Wie dem Fachmann klar ist, müssen alle Biegemomente, die zwischen dem Bohrerteil 114 und dem Schaftteil 112 auftreten, durch die ineinandergreifenden bzw. zueinander passenden Schraubgewinde 124 und 144 hindurch verlaufen. Die Länge LL der Schraubgewinde 124 und 144 muß genügend groß sein, um es den Schraubgewinden zu ermöglichen, ohne ernstliche Deformation beträchtlichen Biegemomenten zu widerstehen, die beim Verlauf des Bohrens in der beanspruchenden Gesteins-Bohr-Umgebung auftreten.

In Fig. 3 ist ein zweistückiger Bohrer 200 dargestellt, der einen Schaftteil 212 und einen Bohrerteil oder Bohrerkopf 214 umfaßt, die ähnlich den entsprechenden Teilen

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des zweistückigen Bohrers 10 mit folgenden Ausnahmen sind: Am Ende 218 des Bohrerteils 214 ist eine erste zylindrische Oberfläche 222, ein Schraubgewinde 224 mit einer Länge E und eine zweite zylindrische Oberfläche 226 ausgebildet, wobei alle diese Teile zueinander konzentrisch sind. Eine Schulter 250 ist in der Nähe der Oberfläche 226 ausgebildet und erstreckt sich zum äußeren Umfang des Bohrerteils 214. Die erste zylindrische Oberfläche 222 besitzt einen Außenseitendurchmesser, der kleiner ist als der kleine Durchmesser des Schraubgewindes 224 und die zweite zylindrische Oberfläche 226 besitzt einen Außendurchmesser, der größer ist als der große Durchmesser des Schraubgewindes 224. Der Schaftteil 212 umfaßt einen Hohlraum 240, der von dem vertieften Boden 248, der zylindrischen Bohrung 246, dem Schraubgewinde 244 und der zylindrischen Bohrung oder Senkbohrung 242 begrenzt ist. Der Schaftteil endet in dem anliegenden bzw. anstoßenden Ende 228. Die Oberflächen 242 und 246, das Schraubgewinde 244 und das anstoßende Ende 228 sind so angeordnet, daß dann, wenn der Bohrerteil mit dem Schaftteil zusammengebaut ist, die Schraubgewinde 224 und 244 gewindemäßig ineinander so eingreifen, daß das anstoßende Ende 228 in Druckeingriff mit der Schulter 250 steht und daß die zylindrischen Oberflächen 222 und 226 gleitend in die Bohrungen 246 bzw. 242 eingreifen und dadurch in einem positionierenden Eingriff mit diesen stehen. In allen Gesichtspunkten ist der zweistückige Bohrer 200 ähnlich dem zweistückigen Bohrer 10, der in Fig. 1 dargestellt ist.

Die in den Fig. 1 und 3 dargestellte Länge L der zweistückigen Bohrer 10 und 200 sollte ungefähr gleich der in Fig. 2 dargestellten Länge LL sein, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, doc^i kann die Länge E der zueinander passenden Schraubgewinde 24-44 und 224-244

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beträchtlich kleiner sein und muß nur genügend lang sein, um einen Teil eines einzigen Gewindegangs aufzunehmen. Im Prinzip kann die Erfindung in der Weise durchgeführt werden, daß ein zweistückiger Bohrer zueinander passende Schraubgewinde umfaßt, die wenigstens einen Teil eines einzigen Gewindegangs aufweisen, doch sind zweieinhalb Gewindegänge vorzuziehen.

Somit wurde eine Anordnung beschrieben, die dazu dient, den Einfluß von Biegemomenten auf die ineinandergreifenden Schraubgewinde in einem zweistückigen Bohrer zu verhindern bzw. zu vermeiden.

Claims (11)

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN DlPL-PHYS. DIPL.-INC. PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS INGERSOLL-RAND COMPANY ir-96 St/L 18. August 1983 Zweistückiger Bohrer Patentansprüche

1. Zweistückiger Bohrer zum Bohren eines Loches in Gestein, mit einem Schaftteil (12) und einem Bohrerteil (14), dadurch gekennzeichnet , daß das eine Ende des Schaftteils für eine Befestigung an einer Gesteinsbohrmaschine ausgebildet ist und daß das andere Ende eine zylindrische Form aufweist,auf dessen äußerer Oberfläche ein Schraubgewinde (24) ausgebildet ist, daß der Bohrerteil (14) für ein Bohren von Gestein geeignet ausgebildet ist und eine

D-7O7O SCHWÄBISCH CMOND KONTEN: D-800O MONCHP-!

H. SCHROETER Telefon: (07171) 5690 Deutsche Binlc AG München 70/37369 (BLZ 70070010) K. LEHMANN Telefon: (089) 7252071

Bootsgasse 49 Telex:7248868 pagdd Postscheckkonto München 167941-804 (BLZ 70010080) LipowikyKraße 10 Telex: 5 212248 pawe d

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Gewindebohrung (40) besitzt, die in ihm ausgebildet ist und dazu dient, mit dem Schraubgewinde (24) in gewindemäßigen Eingriff zu treten, und daß Einrichtungen (22, 26, 42, 46) zum Aufheben der Biegemomente zwischen dem Schraubgewinde (24, 44) und der Gewindebohrung (40) vorgesehen sind.

2. Zweistückiger Bohrer zum Bohren eines Loches in Gestein, mit einem Schaftteil (12) und einem Bohrerteil (14), dadurch gekennzeichnet , daß der Schaftteil ein Ende (16) aufweist, das dazu dient, an einer Felsbohrmaschine befestigt zu werden, und daß das andere Ende (18) des Schaftteils eine zylindrische Form aufweist und wenigstens einen Gewindegang (24) besitzt, der an seiner äußeren Oberfläche ausgebildet ist, daß der Bohrerteil in geeigneter Weise angeordnet ist, um Gestein zu bohren, und eine mit einem Gewinde versehene Bohrung (40) aufweist, die in ihm ausgebildet ist und dazu dient, einen koaxialen gewindemäßigen Eingriff mit dem wenigstens einen Gewindegang (24) zu bewirken, und daß Einrichtungen (22, 26, 42, 46) vorgesehen sind, die dazu dienen, Biegemomente zwischen den Schraubgewinden und der mit einem Gewinde versehenen Bohrung (40) aufzuheben.

3. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zum Aufheben der Biegemomente eine glatte Bohrung (46) umfassen, die in dem Bohrerteil koaxial mit der Gewindebohrung (40) ausgebildet ist, sowie einen Positionierungsdurchmesser (22), der auf dem Schaftteil (12) angeordnet ist und zu einem positionierenden Eingriff mit der glatten Bohrung (46) dient, wenn die Gewindebohrung (40) in gewindemäßigem Eingriff mit dem Schraubgewinde (24, 44) steht.

4. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,daß die Einrichtungen zum Aufheben der Biegemomente eine Senkbohrung (42) umfassen, die neben der Gewindebohrung in dem Bohrerteil ausgebildet ist, sowie einen Flansch (26), der auf dem Schaftteil (12) ausgebildet ist, wobei der Flansch einen äußeren Durchmesser (26) aufweist, der dazu dient, in einen positionierenden Eingriff mit der Senkbohrung (42) zu treten, wenn sich die Gewindebohrung (40) in gewindemäßigem Eingriff mit dem Schraubgewinde (24., 44) befindet.

5. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Aufheben der Biegemomente weiterhin eine glatte Bohrung (46) umfaßt, die in der Nähe der Gewindebohrung (40) auf der gegenüberliegenden Seite der Senkbohrung (42) und hiermit koaxial ausgebildet ist, sowie einen Positionierungsdurchmesser (22), der auf dem Schaftteil (12) ausgebildet ist und dazu dient, mit der glatten Bohrung (46) in einen positionierenden Eingriff zu treten, wenn sich die Gewindebohrung (40) in gewindemäßigem Eingriff mit dem Schraubgewinde (24, 44) befindet.

6. Zweistückiger Bohrer zum Bohren eines Loches in Erde und Gestein, gekennzeichnet durch einen Schaftteil (12, 212) und einen Bohrerteil (14, 214), wobei einer dieser beiden Teilein einem ausgewählten Abschnitt eine zylindrische Form aufweist und an seiner äußeren Oberfläche ein Schraubgewinde (24, 44, 244, 224) besitzt, während der andere der beiden Teile eine Gewindebohrung (40, 240) aufweist, die in ihm ausgebildet is L und zu einem gewindemäßigen

Eingriff mit dem Schraubgewinde dient, daß der Schaftteil (12, 212) ein Ende (16, 216) besitzt, das zu einer Befestigung.an einer Gesteinsbohrmaschine dient, daß der Bohrerteil in geeigneter Weise zum Bohren von Gestein angeordnet ist,, und daß Einrichtungen (26, 42, 46, 22, 226, 243, 246, 222) vorgesehen sind, die dazu dienen, Biegemomente zwischen den Schraubengewinden und der Gewindebohrung aufzuheben.

7. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Schaftteil (12, 212) der erstgenannte der beiden obigen Teile ist.

8. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Bohrerteil (14, 214) der erstgenannte der beiden obigen Teile ist.

9. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 6,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Aufheben der Biegemomente einen Positionierungsdurchmesser (46, 246) umfaßt, der entweder am Schaftteil oder am Bohrerteil angeordnet ist und für einen Positionierungseingriff mit dem Positionierungsdurchmesser ausgebildet ist, wenn die Gewindebohrung (40, 240) in gewindemäßigem Eingriff mit dem Schraubengewinde (24, 44, 224, 244) steht.

10. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtungen zum Aufheben der Biegemomente eine Senkbohrung (42, 242) umfassen, die neben der Gewindebohrung (40, 240) entweder in dem Schaftteil (12, 212) oder dem Bohrerteil (14, 214) ausgebildet ist, sowie einen Flansch (25) , der entweder auf dem

Schaftteil oder dem Bohrerteil ausgebildet ist und daß der Flansch einen äußeren Durchmesser (26, 226) besitzt, der für einen Positioniereingriff mit der Senkbohrung (42, 242) dient, wenn die Gewindebohrung (40, 240) in gewindemäßigem Eingriff mit dem Schraubgewinde (24, 44, 224, 244) steht.

11. Zweistückiger Bohrer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet ,daß die Einrichtungen zum Aufheben der Biegemomente weiterhin eine glatte Bohrung (46, 246) umfassen, die neben der Gewindebohrung auf der der Senkbohrung gegenüberliegenden Seite und hierzu koaxial ausgebildet ist, sowie einen Positionierungsdurchmesser (22, 222), der neben bzw. in der Nähe des Schraubgewindes (24, 44, 224, 244) angeordnet ist und dazu dient, mit der glatten Bohrung (46, 246) in einen Positionierungseingriff zu treten, wenn die Gewindebohrung (40, 240) in gewindemäßigem Eingriff mit den Schraubgewinden steht.