DE3933867C2 - Bohrkrone mit umfangsverteilt angeordneten Zähnen für Bohrrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für Bohrrohre, mit an deren vorderer Stirnseite umfangsverteilt mittels Schweißverbindungen angeordneten Zähnen.

Bekannt sind Bohrkronen insbesondere für doppelwandige Bohrrohre mit gebräuchlichen Durchmessern von 600 mm bis 2000 mm. Diese bestehen aus einem Stahlgußkörper mit einer Kronenverzahnung und einem Kupplungsteil zum Verbinden mit dem Bohrrohrstrang. Bei anderen bekannten Bohrkronen sind die Zähne durch Brennschnitte aus einem gewalzten Flußstahl-Rohling geformt und durch Aufschweißen erhöht und darauf mit einer Verschleiß-Auftragschweißung gepanzert. Bei diesen Kronen werden die verschlissenen oder abgebrochenen Zähne durch sog. Lagenschweißen von unten nach oben neu aufgebaut und gepanzert und nachgeschliffen. Wenn die Verschleißpanzerung nur teilweise zu erneuern ist, wird zunächst die verschlissene Panzerung abgeschliffen, dann durch Aufbauschweißung die Grundzahnform wieder hergestellt und darauf die Verschleißpanzerung aufgebracht. Diese Arbeiten können in den meisten Fällen auf der Baustelle nicht durchgeführt werden, sie erfordern außerdem einen Arbeitsaufwand von ca. 0,5 bis 1,5 Arbeitsstunden pro Zahn.

Eine eingangs genannte Bohrkrone ist auch aus DE-GM 68 07 089 bekannt. Diese Druckschrift offenbart, daß die Zähne als Zahnkranz an der vorderen Stirnseite angeordnet sind.

Bei anderen bekannten Bohrkronen sind vollständige Zahneinheiten mit äußeren Freischnitträumen und inneren Zahnrücken in tiefen Ausbuchtungen in den Grundkörper der Bohrkrone eingeschweißt. Diese Ausbuchtungen sind von der Unterkante des Bohrrohr-Rohlings oder der Bohrkrone nach oben gerichtet und verlaufen im oberen Bereich halbrund. Durch diese Formgestaltung sind sehr lange und tiefe Schweißnähte erforderlich, die in keinem realistischen Verhältnis zur Eigenfestigkeit des Zahnes stehen. Sollen bei dieser Bauart verschlissene Zähne ersetzt werden, so ist es umständlich und langwierig, diese großen Schweißnähte zu entfernen, die Ausbuchtungen zur Aufnahme von neuen Zahneinheiten freizumachen und vorzubereiten. Das Einschweißen der neuen Zahneinheiten erfordert einen großen Zeit- und Arbeitsaufwand. Diese umfangreichen Arbeiten können nicht auf der Baustelle durchgeführt werden, sondern die Bohrrohre oder Bohrkronen müssen zum Aufarbeiten in eine Werkstatt.

Als nachteilig beim genannten Stand der Technik erscheint, daß bei vielen Bohrkronen die verschlissenen Zähne nicht ersetzt werden können, sondern zeitaufwendig aufgearbeitet werden müssen oder daß bei anderen Kronentypen das Entfernen und Neu-Einsetzen eines kompletten Fertigzahnes sehr arbeits- und zeitaufwendig ist. Dies liegt daran, daß zum Austauschen der kompletten Bohrzähne die in Rundungen verlaufenden langen Schweißnähte in dem Grundkörper sauber abgebrannt oder abgeflext werden müssen, um das Einschweißen neuer Zahneinheiten vorzubereiten. Diese Art des Regenerierens der Bohrkronenverzahnung verursacht hohe Kosten.

Hinzu kommt noch, daß bei den bekannten Bohrkronentypen die Schneid-, Fräs- und Räumeffekte nicht konsequent berücksichtigt worden sind, und daß die Zahnhöhenvariation nicht relativ schnell an den jeweiligen Baugrund anpaßbar ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bohrkrone so auszubilden, daß diese leicht von dem Bohrrohr gelöst werden kann und daß die dem stärksten Verschleiß ausgesetzten Zahnteile mit geringstem Zeit- und Arbeitsaufwand ersetzbar sind. Diese Arbeit soll auf der Baustelle durchführbar sein und deshalb ist es bedeutsam, daß der eigentliche Grundkörper der Bohrkrone, der dem Verschleiß minimal unterliegt, von dem Bohrrohr leicht lösbar und an dieses wieder ansetzbar und dazu kostengünstig durch die Wiederverwertbarkeit ist. Insbesondere muß die Herstellung der Ersatzzahnspitzen billiger sein als deren Regenerierung.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den ab­ hängigen Ansprüchen angegeben.

Da der Grundkörper anschweißbar ist, sind an dem Bohrrohr oder der Kupplung keine Verbindungselemente erforderlich, die sich bei Benutzung infolge Verziehen, Verformen oder Verfüttern nicht mehr oder schwierig trennen lassen.

Die auf einer ebenen Kreislinie zur Unterkante des Grundkörpers verlaufenden Schweißnähte sind gegenüber denen bei kompletten Fertig-Austauschzähnen kürzer und erfordern zum Trennen und zur Herstellung weniger zeitlichen und arbeitstechnischen Aufwand als eine um den kompletten Austauschzahn verlaufende und eingelassene Rundnaht. Dennoch weist die kürzere, ebene Doppel-V- Schweißnaht genügende Festigkeit auf, da sie mindestens der Eigenfestigkeit des Zahnes angepaßt ist.

Eine weitere erfinderische Ausgestaltung ist darin zu sehen, daß an dem Grundkörper die erhaben vorstehende Freischnitträumer angeordnet sind, deren Basis einen Abstand von der Grundkörper- Unterkante aufweist, und daß im Bereich an dieser Basis mittels einer Schweißung die Zahnspitzen austauschbar angeschlossen sind.

Weitere erfinderische Merkmale sind, daß die Außenflächen der Zahnspitzen bündig an die Außenfläche des Grundkörpers angeschlossen sind, und daß die Außenfläche der Zahnspitzen fluchtend mit den Außenflächen des Grundkörpers angeordnet sind, und ferner daß die Flanken und Stege der Zahnspitzen geometrisch genau fluchtend an die entsprechenden Flanken und Stegflächen der Zahn-Ansätze am Grundkörper angeschlossen sind.

Bekannte Bohrkronen weisen stumpfe, beidseitig radial ausgerichtete Stirnflächen der Zähne auf. Das gelöste Bohrgut kann nicht nach innen in das Bohrloch weggeschoben werden. Um Schneid-, Fräs- und Räumeffekte zu nutzen, sind erfindungsgemäß an die äußere ebene Fläche der Zähne beidseits nach innen schrägverlaufende Flankenflächen angeschlossen, die in eine schmale mittige Rücken- bzw. Stegfläche übergehen, wodurch sich ein trapezförmiger Querschnitt in der Horizontalebene ergibt. Somit können die Schneidwirkungen der Zahnspitzen und der Freischnitträumer aufeinander abgestimmt werden und das Bohrloch so weit bemessen werden, daß die Reibung des Bohrrohres an der Bohrlochwandung entsprechend dem Baugrund z. T. stark vermindert wird.

Eine besonders gute Haltbarkeit wird auf erfinderische Weise dadurch erreicht, daß die Zahnspitzen mittels einer vollflächigen Schweißung an die Gegenflächen der Zahn-Ansätze angeschlossen sind.

Um die Zahnspitzen gegen Abrieb zu schützen und den Fräseffekt zu begünstigen besteht eine erfinderische Ausgestaltung darin, daß in den Zahnspitzen Hartmetallstifte eingeschlossen sind.

Um den Verschleiß durch Abrieb zu vermindern, sind die Bohrzähne mit Auftragsschweißungen gepanzert.

Bei sehr harten Böden kann der spezifische Fräsdruck der Zahn- Stirnfläche dadurch vergrößert werden, daß die Zahnspitzen unterschiedliche Spitzenhöhen aufweisen. Es ist möglich, diese gestaffelt versetzt anzuschweißen.

Die Haltbarkeit der Freischnitträumer wird dadurch erhöht, daß diese mit einer Verschleißschweißung oder Metallstiften gepanzert sind.

Die Anzahl der Zähne ist durch zwei teilbar. Daher sind längere und kürzere Ausführungen von Zahnspitzen abwechselnd auf dem Grundkörper angebracht, und zwar längere Fräszähne und kürzere Räumzähne.

Der Grundkörper ist als ein mit wenig Aufwand austauschbares Teil von geringem Gewicht gestaltet, der mittels einer Heftschweißnaht an einem Massivrohr oder einem Doppelwandrohr befestigt ist. Dabei müssen die Ringhöhe und Wanddicke des Grundkörpers für die Aufnahme und Übertragung der Horizontal-Radial- sowie Biegekräfte aus der Schneid- und Fräsarbeit der Zähne ausgelegt sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, die sehr zeit- und kostenintensiven Brenn- und Schweißarbeiten zum Austauschen von verschlissenen oder zerstörten Zähnen zu vereinfachen und zu verkürzen, so daß das Austauschen auf den Baustellen ermöglicht wird, wobei der verschleißärmere Grundkörper z. B. aus einem Spezialguß besteht, in den die Zahnansätze integriert sind und wobei lediglich die verschleißanfälligen Zahnspitzen ausgetauscht werden.

Außerdem soll die Vielzahl der Kronentypen für die unterschiedlichen Böden auf zwei Zahnspitzenformen und einen Grundkörper standartisiert werden.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigt

Fig. 1 das Ende eines Bohrrohres mit angeschweißter Bohrkrone und angeschweißten Zahnspitzen in perspektivischer Sicht,

Fig. 2 einen Zahn-Ansatz und eine Zahnspitze aus radial von innen zum Bohrrohr gerichteter Sicht,

Fig. 3 einen Zahn-Ansatz und eine Zahnspitze in Seitensicht,

Fig. 4 einen Zahn-Ansatz und eine versetzte Zahnspitze in Seitensicht,

Fig. 5 eine Zahnspitze in Draufsicht von oben,

Fig. 6 ein Bohrrohrunterteil mit Bohrrohrmassivteil, Doppelwandrohr und Kupplungsteil, im Schnitt,

Fig. 7 eine Bohrkrone, angeschweißt an einem Kupplungsteil, im Schnitt,

Fig. 8a bis d verschiedene Ausführungen von Freischnitträumern,

Fig. 9a bis c eine besondere Ausführung einer Zahnspitze aus verschiedenen Blickrichtungen.

Die Bohrkrone besteht aus dem Grundkörper 1 mit den Zahnspitzen 4. In Fig. 1 ist der mit drei Vorschweiß-Zahnspitzen dargestellte Grundkörper 1 mit einer unterbrochenen Schweißnaht 2 an das Bohrrohr 5 angeschweißt. Der mit einer von innen nach außen schrägen, konischen Unterkante 18 versehene Grundkörper 1 mit den Zahn-Ansätzen 3 ist als Spezialgußteil so geformt, daß die Zahn-Ansätze 3, welche nicht so sehr dem Verschleiß unterliegen, in den Grundkörper 1 integriert sind. So wird beim Austauschen der Zahnspitzen 4 ein Anschweißen an derselben Stelle ermöglicht. Die Zahnspitzen 4 sind mit der Befestigungsschweißnaht 14 an dem Grundkörper 1 angeschweißt. Außen sind erhaben vorstehende, dreieckförmige Freischnitträumer 10 angegossen oder aufgeschweißt.

Die Zahnspitze 4, die besonders dem großen Verschleiß unterliegen, werden mit dem Grundkörper 1 gemäß den Fig. 2 bis 4 mittels der Befestigungsschweißnaht 14 vollflächig an den Gegenflächen 21 der Zahnansätze 3 verschweißt. Die mit der Auftragsschweißung 9 versehenen Außenflächen 24 der Zahnspitzen 4 können wie in Fig. 3 bündig an die Außenwand 16 des Grundkörpers 1 oder wie in Fig. 4 fluchtend mit den nicht dargestellten Oberflächen 25 der Freischnitträumer 10 anschließen. Zusätzlich sind die Zahnflanken 11, 12 und der Steg 27 der Zahnspitzen 4 genau fluchtend an die entsprechenden Flächen der Zahnansätze 3 angeschlossen. Die in Fig. 5 dargestellte rechte Zahnflanke 11 und die linke Zahnflanke 12 umschließen die Zahnspitze 4 mit der rechten Zahnflankenfläche 19 und der linken Zahnflankenfläche 20 in etwa trapezförmig, sie schneiden und transportieren beim Drehen oder oszillieren des Bohrrohres den abgefrästen Boden nach oben und zur Innenseite des Bohrloches weg. Mit dieser Form wird ein optimaler Fräs-, Schneid- und Räumeffekt erzielt.

Die Teilung auf dem Umfang ist so gewählt, daß die Zähnezahl immer durch zwei teilbar ist. Reicht bei härteren Böden der spezifische Anpreßdruck der Zahnspitzen 4 auf den Boden nicht aus, um einen Fräseffekt zu bewirken, dann können die Zahnspitzen 4 unterschiedliche Spitzenhöhen h1/h2 aufweisen und gestaffelt versetzt an dem Grundkörper 1 angeschweißt sein. Ein Fräszahn hat die Höhe h1 und ein Räumzahn mit der kleineren Höhe h2 füllt die Lücke zwischen zwei Fräszähnen aus. Der Räumzahn hat gleichzeitig eine Räumfunktion.

Der Grundkörper 1 ist in Fig. 6 an dem Bohrrohr 5 mittels der Heftschweißnaht 2 befestigt. Das Bohrrohr 5 wird von dem Doppelwandrohr 6 verlängert, das an ein Kupplungsteil 7 angesetzt ist. In Fig. 7 ist der Grundkörper 1 an das Kupplungsteil 7 angeschweißt.

In den Fig. 8a, 8b, 8c, 8d sind vier Ausführungsformen verschiedener Freischnitträumer 10 und Zahnspitzen 4 mit zwei verschiedenen Spitzenhöhen h1, h2 dargestellt. Die Freischnitträumer 10 sind zusätzlich gegen Verschleiß mit einer Schutzschweißung 17 als Panzerung versehen, die wie in Fig. 8a und 8c in verschiedener Stärke vollflächig oder wie in Fig. 8b dargestellt nur an den Rändern der dreieckigen Freischnitträumer 10 angebracht ist. Die Schutzschweißung dient als Panzerung. In Fig. 8d sind die Freischnitträumer 10 mit Hartmetalleinlagen 28 verstärkt. Anstatt einer Schutzschweißung 17 können auch hier nicht dargestellte Panzerbleche 13 aufgeschweißt werden. Die Basis 23 der Freischnitträumer 10 ist von der Unterkante 18 des Grundkörpers 1 in einem Abstand a beabstandet.

Die in Fig. 9a dargestellte Zahnspitze 4 kann in der Stirnfläche mit Hartmetall-Stirnstiften 29 Abrieb verstärkt sein. In Fig. 9b ist die Zahnspitze 4 mit dem Hartmetall-Stirnstift 29 und Hartmetallstiften 8 aus seitlicher Sicht und in Fig. 9c zusätzlich mit der Schutzschweißung 17 in Draufsicht dargestellt. Die rechte Zahnflanke 11, die linke Zahnflanke 12 und der Steg 27 der Zahnspitze 4 sind ebenfalls dargestellt.

Bezugszeichenliste

 1 Grundkörper
 2 Heftschweißnaht
 3 Zahn-Ansatz
 4 Zahnspitze
 5 Bohrrohr, massiv
 6 Doppelwandbohrrohr
 7 Kupplungsteil
 8 Hartmetallstift
 9 Auftragsschweißung
10 Freischnitträumer
11 rechte Zahnflanke
12 linke Zahnflanke
13 Panzerblech nicht dargst.
14 Befestigungsschweißnaht
16 Außenfläche Grundkörper
17 Verschleißschweißung
18 Unterkante Grundkörper
19 rechte Flankenfläche
20 linke Flankenfläche
21 Gegenfläche Zahnansätze
23 Basis
24 Außenfläche der Zahnspitze
25 Oberfläche von 10
27 Steg
28 Hartmetalleinlage
29 Hartmetall-Stirnstift
h1 hohe Spitzenhöhe
h2 niedrige Spitzenhöhe
r Ringhöhe
a Abstand
d Wanddicke

Claims (12)

1. Bohrkrone für Bohrrohre, mit an deren vorderer Stirnseite um­ fangsverteilt mittels Schweißverbindungen angeordneten Zähnen
gekennzeichnet durch
einen ringförmigen an ein Bohrrohr oder eine Kupplung anschweiß­ baren Grundkörper (1), an dem abstandsverteilt Zahn-Ansätze (3) angeformt sind, an denen austauschbar die Zahnspitzen (4) mit­ tels vollflächiger Befestigungsschweißnähte (14) an die Gegen­ fläche (21) der Zahn-Ansätze (3) in der Weise angeschlossen sind, daß alle Befestigungsschweißnähte (14) an der Unterkante (18) des Grundkörpers (1) auf einer ebenen Kreislinie liegen.

2. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Grundkörper (1) erhaben vorstehende Freischnitträumer (10) angeordnet sind, deren Basis (23) einen Abstand (a) von der Grundkörper- Unterkante (18) aufweist, und daß im Bereich dieser Basis (23) mittels einer Schweißung die Zahnspitzen (4) austauschbar angeschlossen sind.

3. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenflächen (24) der Zahnspitzen (4) bündig an die Außenfläche (16) des Grundkörpers (1) angeschlossen sind.

4. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (24) der Zahnspitzen (4) fluchtend mit den Oberflächen (25) der Freischnitträumer (10) angeordnet sind.

5. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanken (11, 12) und Stege (27) der Zahnspitzen (4) geometrisch fluchtend in die entsprechenden Flächen der Zahn-Ansätze (3) am Grundkörper (1) übergehen.

6. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zahnspitzen (4) Hartmetallstifte (8) eingeschlossen sind.

7. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnspitzen (4) unterschiedliche Spitzenhöhen (h1/h2) auf­ weisen.

8. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Freischnitträumer (10) mit einer Verschweißschweißung (17) oder Hartmetalleinlage (28) gepanzert sind.

9. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zähne (4) durch zwei teilbar ist.

10. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) mittels einer Heftschweißnaht (2) an einem Massivrohr (5) oder einem Doppelwandrohr (6) befestigt ist.

11. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringhöhe (r) und Wanddicke (d) des Grundkörpers (1) für die Aufnahme und Übertragung der Horizontal-, Radial- sowie Biege­ kräfte aus der Schneid- und Fräsarbeit der Zahnspitzen (4) aus­ gelegt sind.

12. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an die äußere ebene Fläche (24) der Zahnspitzen (4) beidseits nach innen schrägverlaufende Flankenflächen (19, 20) angeschlos­ sen sind, die in eine schmale, mittige Rücken- bzw. Stegfläche übergehen, wodurch sich ein trapezförmiger Querschnitt in der Horizontalebene ergibt.