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