DE3814788C2 - Ankerbohrstange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ankerbohrstange mit einer Bohr­ krone. Solche Bohrstangen werden häufig im untertägigen Grubenbetrieb sowie im Tunnel- und Stollenbau zum Setzen von Ankerbohrungen eingesetzt.

Eine bekannte Ankerbohrstange besteht aus einem Rundstab als Bohrstangenschaft, an dem umfangsseitig eine schrau­ benlinienförmig um den Bohrstangenschaft angeordnete Außenwendel vorgesehen ist. Das eine Ende des Bohrstan­ genschafts weist einen Zapfen auf, welcher der drehfesten Verbindung mit dem Bohrfutter einer Antriebsmaschine dient. Am anderen Ende ist eine Aufnahme für eine Bohr­ krone vorgesehen. Diese Aufnahme ist durch eine zylindri­ sche Bohrung in der Stirnseite gebildet, in die der Steckzapfen der Bohrkrone einführbar ist.

Zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Bohrstangen­ schaft und der Bohrkrone ist eine Formschlußverbindung zwischen der Aufnahme und dem Steckzapfen der Bahrkrone vorgesehen, die durch die axial vorspringenden Enden zweier Außenwendel gebildet ist. Die zweite Außenwendel ist erforderlich, um den abgerundeten Vierkantabschnitt des Steckzapfens drehfest innerhalb der Aufnahme zu hal­ ten. Diese zweite Wendel läuft daher im Bereich hinter der Aufnahme aus.

Als nachteilig wird bei der bekannten Bauart angesehen, daß die Verbindung zwischen den Wendelenden und dem Vier­ kantabschnitt des Steckzapfens häufig nicht stabil genug ist, so daß die Wendelenden aufgrund hoher Momentenbela­ stung plastisch verformt werden oder sogar abbrechen. Eine solche Verformung oder ein Bruch der Wendelenden ma­ chen die Bohrstange unbrauchbar, da dann die erforderli­ che Drehmomentübertragung zwischen dem Bohrstangenschaft und der Bohrkrone nicht mehr gewährleistet ist.

Bei der zum Stand der Technik gehörenden Bauart der US-PS 44 54 922 ist festzustellen, daß diese Bauart keine am Außenumfang angesetzte Wendel besitzt. Ferner ist zwi­ schen die Bohrstange und den Bohrkopf ein Zwischenbauteil eingegliedert. Dieser Zwischenbauteil weist an dem der Bohrstange abgewandten Ende einen im Durchmesser ver­ größerten Kragen auf, in den von der Stirnseite her eine Vierkantausnehmung eingearbeitet ist. In diese Vier­ kantausnehmung ist ein entsprechend angepaßter Vierkant­ zapfen des Bohrkopfs formschlüssig einsteckbar. Über Querbohrungen im Kragen und im Zapfen sowie einen Quer­ stift können der Bohrkopf und der Zwischenbauteil aus­ zugssicher miteinander verbunden werden.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bohrstange so auszubilden, daß eine sichere Drehmomentübertragung zwischen dem Bohrstan­ genschaft und der Bohrkrone gewährleistet ist, wobei die Aufnahme auch zum Einsatz der Bohrkronen bekannter Bauar­ ten geeignet sein soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im An­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Hierbei weist der Bohrstangenschaft eine stirnseitige Aufnahme auf, die den Steckzapfen der Bohrkrone vollstän­ dig aufnimmt. Die Drehmomentübertragung zwischen dem Bohrstangenschaft und der Bohrkrone erfolgt innerhalb der Aufnahme, wodurch die Übertragung eines erheblich höheren Drehmoments als mit den Aufnahmen bekannter Art möglich ist. Der erweiterte Abschnitt der Aufnahme ist entspre­ chend dem Vierkantabschnitt ausgebildet, so daß eine Formschlußverbindung zwischen der Aufnahme und dem Steck­ zapfen zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Bohr­ stangenschaft und der Bohrkrone gebildet ist. Während der erweiterte Abschnitt im wesentlichen der Drehmomentüber­ tragung dient, ist die mehr zur Mitte des Bohrstangen­ schafts liegende zylindrische Bohrung der Aufnahme als Führung für den zylindrischen Zapfenteil gedacht, um der Bohrkrone ausreichenden Halt innerhalb des Bohrstangen­ schafts zu geben. Im übrigen erfolgt in diesem Bereich der Aufnahme in an sich bekannter Weise die Verriegelung des Steckzapfens mittels wenigstens einer quer durch die Bohrungswandung verlaufenden Spannstifts, der eine umlau­ fende Nut des Steckzapfens tangiert.

Zur Herstellung einer solchen Aufnahme wird zunächst eine Bohrung in die Stirnseite eines Rundstabs eingebracht, wonach die Aufweitung und Profilierung der Aufnahme im Endabschnitt erfolgt. Diese Erweiterung kann auch an einem Rohr durchgeführt werden. Anschließend wird die Außenwendel (bzw. werden die Außenwendeln) angebracht. Beim Aufweiten des Endbereichs der Aufnahme erfolgt gleichzeitig eine Innenprofilierung entsprechend der Außenkontur des Vierkantabschnitts. Diese Aufweitung und Formgebung bewirkt einen gewissen Schmiedeeffekt, wodurch die Stabilität der Aufnahme zusätzlich erhöht wird.

Die für Bohrstangen, insbesondere Ankerbohrstangen dieser Art verwendeten Bohrkronen haben in der Regel einen Steckzapfen mit einem Vierkantabschnitt, an den sich ein im Querschnitt runder Abschnitt geringeren Durchmessers zum freien Zapfenende hin anschließt. Bei einer entspre­ chend dazu ausgebildeten Aufnahme der Bohrkrone erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erweiterte Abschnitt konisch in die zylindrische Bohrung übergeht. Dieser ste­ tige Übergang erhöht zum einen die Stabilität der Auf­ nahme und gewährleistet zum anderen ein leichtes und si­ cheres Einführen des Steckzapfens in die Aufnahme, da der freie im Querschnitt zylindrische Zapfenteil beim Einfüh­ ren selbsttätig durch den konischen Übergang in die zy­ lindrische Bohrung zentriert wird.

Ankerbohrstangen der in Rede stehenden Art haben einen verhältnismäßig geringen Durchmesser (Kerndurchmesser 18 mm, Gesamtdurchmesser 26 mm, Bohrkronendurchmesser 32 mm), so daß die Wanddicke, insbesondere im erweiterten Abschnitt der Aufnahme, konstruktionsbedingt verhältnis­ mäßig gering ist. Eine Erhöhung der Wanddicke in diesem Bereich ist nicht möglich, da damit der erforderliche Bohrkleinabfluß unzulässig verengt würde. Die Innenkontur der Aufnahme ist jedoch durch die vorgegebene Zapfenform und -stärke bestimmt.

Zur Erhöhung der Stabilität der Aufnahme kann es ferner vorteilhaft sein, im Bereich des erweiterten Abschnitts eine zweite Wendel am Außenumfang des Bohrstangenschafts vorzusehen, wie es in Anspruch 2 angegeben ist. Diese zweite Wendel stützt zusammen mit der diametral dazu an­ geordneten ersten Außenwendel die Wandung der Aufnahme ab, wodurch ihre Stabilität, insbesondere im Hinblick auf das übertragbare Drehmoment, gesteigert wird.

Wenn die zweite Wendel nahezu ausschließlich aus Stabili­ tätsgründen vorgesehen ist, kann sie im Bereich hinter der Aufnahme enden. Zweckmäßigerweise läuft die Wendel dann stetig zum Außenumfang des Bohrstangenschafts hin aus (Anspruch 3). Die beiden Wendel stützen dann den ge­ samten Wandungsbereich der Aufnahme ab. Gegebenenfalls kann sich die zweite Wendel auch nur bis hinter die Er­ weiterung der Aufnahme erstrecken, um diesen besonders stark beanspruchten Bereich zu verstärken.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenan­ sicht des bohrkronenseitigen Endes einer Bohrstange mit eingesetzter Bohrkrone;

Fig. 2 eine Bohrkrone in der Seitenansicht;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform des bohrkronenseitigen Endes einer Bohrstange;

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeils V in Fig. 4;

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform in Darstellung nach Fig. 4;

Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeils VII in Fig. 6;

Fig. 8 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungs­ form des bohrkronenseitigen Endes einer Bohrstange;

Fig. 9 eine Ansicht in Richtung des Pfeils IX in in Fig. 8;

Fig. 10 eine fünfte Ausführungsform in Schnittdarstel­ lung nach Fig. 4;

Fig. 11 eine Ansicht in Richtung des Pfeils XI in Fig. 10;

Fig. 12 eine sechste Ausführungsform in Darstellung nach Fig. 8 und

Fig. 13 eine Ansicht in Richtung des Pfeils XIII in Fig. 12.

Die in den Figuren dargestellten Ankerbohrstangen bestehen aus einem zylindrischen Schaft 1, der umfangseitig mit einer schraubenlinienformig angeordneten ersten Außenwendel 2 versehen ist, die sich über die gesamte Länge des Schafts 1 erstreckt. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 8 und 12 ist eine zweite Außenwendel 3 um 180° versetzt zur ersten Außenwendel 2 angeordnet.

Von den in den Figuren dargestellten Bohrstangen ist jeweils nur das bohrkronenseitige Ende dargestellt. Im übrigen Be­ reich sind die Bohrstangen in bekannter Weise ausgebildet. Sie weisen an ihrem antriebseitigen (hier nicht dargestell­ ten) Ende einen profilierten Zapfen zur Aufnahme in ein Bohrfutter einer Antriebsmaschine auf.

Das bohrkronenseitige Ende der Bohrstange ist, wie in Fig. 1 veranschaulicht, zur Aufnahme einer Bohrkrone 4 vorgese­ hen. Eine solche Bohrkrone ist anhand der Fig. 2 und 3 im einzelnen dargestellt. Die Bohrkrone 4 besteht im wesent­ lichen aus einem Werkzeug 5, das hier durch zwei miteinander verbundene Schneiden gebildet ist, und einem sich rückseitig daran anschließenden Steckzapfen 6.

Der Zapfen 6 weist einen an das Werkzeug 5 anschließenden abgerundeten Vierkantabschnitt 7 auf, über den das Drehmo­ ment von der Bohrstange auf die Bohrkrone 4 übertragen wird. Das Profil dieses Vierkantabschnitts 7 ist der Schnittdar­ stellung nach Fig. 3 im einzelnen zu entnehmen.

An den Vierkantabschnitt 7 schließt sich nach hinten ein zylindrischer Zapfenteil 8 an, der an seinem freien Ende etwa halbkugelförmig abgerundet ist. Kurz vor seinem freien Ende weist der zylindrische Zapfenteil 8 eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige umlaufende Nut 9 auf, die zum Verrie­ geln der Bohrkrone 4 innerhalb der Bohrstange dient.

Der Vierkantabschnitt 7 ist im Querschnitt etwa rechteckig, wobei seine Schmalseiten kreisbogenförmig abgerundet sind. Der Abstand der Längsseiten entspricht dem Durchmesser des zylindrischen Zapfenteils 8, der Abstand der abgerundeten Schmalseiten ist dagegen deutlich größer.

Zur Aufnahme einer solchen Bohrkrone 4 weisen die dargestell­ ten Bohrstangen jeweils eine zylindrische Bohrung 10 in ihrer Stirnseite auf. Selbstverständlich ist eine solche Bohrung 10 nur dann zu fertigen, wenn der Schaft 1 aus Voll­ material besteht. Bei Verwendung eines rohrformigen Schafts ist diese Bohrung 10 durch die Innenkontur des Rohrs gege­ ben. Der Durchmesser der Bohrung 10 ist so gewählt, daß der zylindrische Zapfenteil 8 leicht in die Bohrung 10 ein­ führbar ist und dann durch die Bohrungswandung fest geführt wird.

Das bohrkronenseitige Ende der Bohrstange weist einen aufge­ weiteten innenprofilierten Abschnitt 11 bzw. 11′ auf, an den sich ein konisch zulaufender Abschnitt 12 anschließt, der diesen aufgeweiteten Abschnitt 11 bzw. 11′ stetig mit dem übrigen Teil des Schafts 1 verbindet.

Der aufgeweitete Abschnitt 11 bzw. 11′ ist entsprechend dem Profil des Vierkantabschnitts 7 der Bohrkrone 4 geformt. Durch dieses im Querschnitt etwa rechteckige, an den Schmal­ seiten abgerundete Innenprofil des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ wird in Verbindung mit dem darin eingreifenden Vierkantabschnitt 7 des Steckzapfens 6 eine Formschlußver­ bindung in Drehrichtung um die Bohrstangenachse erzielt. Bei den anhand der Fig. 1, 4, 10 und 12 dargestellten Ausfüh­ rungsformen ist der aufgeweitete Abschnitt 11 der Bohrung 10 etwa genau so lang wie der Vierkantabschnitt 7 des Steckzap­ fens 6, so daß der Steckzapfen 6 praktisch über seine gesam­ te Länge durch die Bohrungswandung umgeben und gehalten ist.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 8 hingegen erstreckt sich der aufgeweitete Abschnitt 11′ über die ge­ samte Länge des Steckzapfens 6, so daß dieser im Bereich seines zylindrischen Zapfenteils 8 lediglich eine linienför­ mige Abstützung an der Bohrungswandung hat. Das übertragbare Drehmoment wird durch diese Ausbildung nicht beeinflußt.

Die dargestellten Ankerbohrstangen haben einen Schaftdurch­ messer von 18 mm bei einem Außendurchmesser von 26 mm. Der Durchmesser des Werkzeugs 5 der Bohrkrone 4 beträgt 32 mm. Da eine Verringerung des Schaftdurchmessers die Stabilität der Bohrstange unzulässig verringern würde und eine Erhöhung des Schaftdurchmessers den Bohrkleinabfluß, insbesondere im Bereich des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′, unzu­ lässig verkleinern würde, können zur Erhöhung der Stabilität im Bereich des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ zusätz­ liche Außenwendeln 3 vorgesehen sein. Bei den Ausführungs­ formen nach den Fig. 1, 8 und 12 ist jeweils eine zweite Außenwendel 3 um 180° versetzt zur ersten Außenwendel 2 angeordnet, wodurch die Bohrungswandung im aufgeweiteten Bereich 11, 11′ zusätzlich abgestützt wird. Hierdurch kann das übertragbare Drehmoment zwischen Bohrstange und Bohr­ krone 4 erhöht werden. Da bei den vorgegebenen Größenverhält­ nissen in der Regel eine Außenwendel 2 zum Abführen des Bohrkleins ausreicht, endet die zweite Außenwendel 3 im Bereich hinter dem aufgeweiteten Abschnitt 11 bzw. 11′ und dem konisch zulaufenden Abschnitt 12, etwa in dem Bereich hinter dem Steckzapfen 6 (siehe Fig. 1). Die zweite Augen­ wendel 3 läuft dann flach in den Schaft 1 aus.

Wie die Fig. 5, 7, 9, 11 und 13 verdeutlichen, kann eine Außenwendel 2, 3 am bohrkronenseitigen Ende der Bohrstange entweder an der abgerundeten Schmalseite oder aber an der Breitseite des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ anset­ zen. Beim Ansatz an der Breitseite ist das Ende der Augen­ wendel 2, 3 vorzugsweise flach auslaufend und stirnseitig angeschliffen, so daß sich eine möglichst grobe Kontaktfläche zwischen Wendel 2, 3 und der Breitseite dieses aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ ergibt.

Zur Verriegelung der Bohrkrone 4 innerhalb der Ankerbohr­ stange ist am Schaft 1 eine Querbohrung 13 vorgesehen, die bei eingeführtem Steckzapfen 6 mit der umlaufenden Nut 9 fluchtet. Nach Einführen des Steckzapfens 6 in die Aufnahme der Ankerbohrstange wird dann in diese Querbohrung 13 ein Sicherungsstift eingeführt, der den Steckzapfen 6 innerhalb der Bohrung 11 axial verriegelt.

Claims (3)

1. Ankerbohrstange mit einer Bohrkrone (4), die über einen teilweise profilierten Steckzapfen (6) mit einer an den Steckzapfen (6) angepaßten Aufnahme (10, 11, 11, 12) endseitig des am Außenumfang mit einer Wendel (2) versehenen rohrförmigen Bohrstangenschafts (1) auszugssicher kuppelbar ist, wobei der Steckzap­ fen (6) einen sich an das Bohrwerkzeug (5) an­ schließenden Vierkantabschnitt (7) mit zwei sich ein­ ander gegenüberliegenden flachen Breitseiten und zwei sich einander gegenüberliegenden konvex gekrümmten Schmalseiten sowie einen auf den Vierkantabschnitt (7) folgenden zylindrischen Zapfenteil (8) aufweist, während die Aufnahme (10, 11, 11′, 12) im Bohrstan­ genschaft (1) einen an den Vierkantabschnitt (7) an­ gepaßten, im Vergleich zu der an den Zapfenteil (8) angepaßten zylindrischen Bohrung (10) im Bohrstangen­ schaft (1) erweiterten Abschnitt (11, 11′) aufweist, der über einen konischen Abschnitt (12) in die Boh­ rung (10) ausläuft.

2. Ankerbohrstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des er­ weiterten Abschnitts (11, 11′) eine zweite Wendel (3) am Außenumfang des Bohrstangenschafts (1) vorgesehen ist.

3. Ankerbohrstange nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wendel (3) im Bereich hinter dem erweiterten Abschnitt (11, 11′) endet.