DE4101458A1 - Fuer einen mit axialem druck und schlaegen arbeitenden, umlaufenden gesteinsbohrer bestimmter bohrmeissel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen für einen mit axialem Druck und Schlägen arbeitenden, umlaufenden Gesteinsbohrer be­ stimmter Bohrmeißel, dessen Stirnfläche mehrere Sacklö­ cher mit darin eingelöteten, über die Stirnfläche des Bohrkopfes ragenden Hartmetallstiften aufweist.

Bohrmeißel der vorstehenden Art werden bei der Herstel­ lung von Bohrlöchern zur Gesteinszerstörung benutzt. Bei ihnen sind in der Stirnfläche des Bohrmeißels die Hartme­ tallstifte in axialer Ausrichtung eingesetzt und weisen eine gerundete Stirnfläche auf. Offensichtlich hat man bei dieser Ausrichtung der Hartmetallstifte in erster Linie daran gedacht, daß die axial in den Bohrmeißel ge­ langenden Schlagkräfte von den Hartmetallstiften axial abgestützt werden sollen.

Das Erzeugen von Bohrlöchern in Gestein ist eine sehr zeitaufwendige und kostspielige Arbeit. Zum Verringern der Bohrzeiten setzt man heute Bohrwerkzeuge mit immer größeren Antriebsleistungen ein. Weiterhin bemüht man sich, die Bohrleistung durch einen verbesserten Austrag der vom Bohrmeißel gelösten Gesteinsbrocken mittels Aus­ spülen zu erhöhen. Die bekannten Maßnahmen zur Verbesse­ rung der Bohrleistung führten jedoch nur zu einem rela­ tiv begrenzten Erfolg.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Bohrmei­ ßel der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich mit ihm die Bohrleistung bei gleicher Antriebsleistung erhöht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hartmetallstifte durch einen schrägen Verlauf der Sacklöcher in Laufrichtung schräggestellt sind.

Durch diese Gestaltung dringen die Hartmetallstifte durch die Drehbewegung und axiale Kraftbeanspruchung leichter in das Gestein ein als bei den bekannten Bohr­ meißeln. Sie vermögen deshalb Gesteinsbrocken mit gerin­ gerem Energieaufwand zu lösen. Überraschenderweise kön­ nen die schräg verlaufenden Hartmetallstifte weiter aus der Stirnfläche herausragen als bei den bekannten Bohr­ meißeln, ohne daß sie zu einem Abbrechen neigen. Das liegt daran, daß die Hartmetallstifte durch das gleich­ zeitige Wirken der in Axialrichtung gerichteten Druck- und Schlagkraft und der durch die Umdrehung des Bohrmei­ ßels entstehenden Schnittkraft schräg belastet werden. Axial ausgerichtete Hartmetallstifte werden deshalb auf Biegung beansprucht, während die erfindungsgemäß angeord­ neten, schrägen Hartmetallstifte in etwa so ausgerichtet sind, wie die Resultierenden aus Axialkraft und Umfangs­ kraft verlaufen, so daß sie im wesentlichen nur axial beansprucht werden.

Durch die größere Ausladung der Hartmetallstifte ent­ steht zwischen der Stirnfläche des Bohrmeißels und den Spitzen der Hartmetallstifte mehr Platz zum Ausspülen gelöster Gesteinsbrocken, was wiederum die Leistungs­ fähigkeit des Bohrmeißels erhöht.

Die Schrägstellung der Hartmetallstifte muß der Art des Gesteines angepaßt sein. Für üblicherweise vorkommende Gesteinsarten hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Schrägstellung der Hartmetallstifte in Laufrichtung etwa 10-30 Grad zur Axialrichtung des Bohrmeißels be­ trägt.

Das Losbrechen von Gesteinsbrocken mittels der Hartme­ tallstifte kann noch weiter gefördert werden, indem gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Hartmetall­ stifte zusätzlich zur Schrägstellung in Laufrichtung zur Mitte des Bohrmeißels hin schräggestellt sind. Durch eine solche Schrägstellung wird vermieden, daß die Hart­ metallstifte lediglich konzentrische Rillen in das Ge­ stein erzeugen, zwischen denen Stege stehenbleiben, auf welche sich die Stirnfläche des Bohrmeißels aufsetzt. Durch die Schrägstellung zur Bohrermitte hin werden diese Stege leichter zerstört.

Auch das Ausmaß der Schrägstellung der Hartmetallstifte zur Mitte des Bohrmeißels hin hängt von der Gesteinsart ab. Als vorteilhaft hat sich für die meisten Fälle er­ wiesen, wenn die Schrägstellung der Hartmetallstifte zur Mitte des Bohrmeißels hin etwa 5 Grad beträgt.

Zur weiteren Erhöhung der Bohrleistung trägt es bei, wenn die Hartmetallstifte auf unterschiedlichen Teilkrei­ sen angeordnet sind.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Hartmetallstifte eine kegelige Spitze aufweisen. Auf solche Spitzen hat man bislang verzichtet, weil bei herkömmlichen Bohrmeißeln diese Spitzen zu rasch stumpf würden. Bei schräggestell­ ten Hartmetallstiften ergibt sich jedoch ein Selbstschär­ fungseffekt, so daß sich überraschend lange Standzeiten ergeben.

Eine Schwergängigkeit des Bohrmeißels durch erhöhte Rei­ bung seiner Mantelfläche an der Bohrlochwandung infolge sich dort einklemmender Gesteinsbrocken kann auf ein­ fache Weise dadurch ausgeschlossen werden, daß in seiner Mantelfläche geringfügig radial vorspringende Hartmetall­ stifte mit gerundeter Stirnfläche eingesetzt sind.

Die Standfestigkeit und Lebensdauer des Bohrmeißels läßt sich um ein Vielfaches erhöhen, wenn die Hartmetall­ stifte der Mantelfläche geringfügig weniger weit radial nach außen ragen als die Hartmetallstifte auf der Kegel­ stumpffläche. Weiterhin erhöht sich hierdurch der Leicht­ lauf des Bohrmeißels.

Besonders vorteilhaft in bezug auf die Standfestigkeit und den Leichtlauf ist es, wenn auf der Mantelfläche mit unterschiedlichem axialen Abstand zur Stirnfläche des Bohrmeißels zwei Reihen von Hartmetallstiften angeordnet sind und die Hartmetallstifte der von der Stirnfläche am weitesten entfernten Reihe weniger weit radial nach außen ragen als die auf der näher zu ihr liegenden Reihe angeordneten Hartmetallstifte. Bei einem solchen Bohr­ meißel arbeiten, abgesehen von den Hartmetallstiften auf der Stirnfläche, zunächst nur die Hartmetallstifte auf der Kegelstumpffläche. Nach einem teilweisen Verschleiß nehmen die Hartmetallstifte der der Stirnfläche benach­ barten Reihe auf der Mantelfläche des Bohrmeißels ihre Arbeit auf. Sind auch diese Hartmetallstifte verschlis­ sen, kommen die noch weiter entfernt von der Stirnfläche angeordneten Hartmetallstifte zum Einsatz.

Der Gefahr eines Verklemmens des Bohrmeißels im Bohrloch kann gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung dadurch begegnet werden, daß die Aufteilung der Hartme­ tallstifte in der Stirnfläche so festgelegt ist, daß sich in bezug auf die Rotationsachse eine momentfreie Abstützung in Axialrichtung ergibt.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsbeispiele zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ge­ stalteten Bohrmeißels,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Bohrmeißel,

Fig. 3 senkrechte Schnitte durch Teilbereiche des Bohrmeißels zur Verdeutlichung der Ausrich­ tung seiner Hartmetallstifte.

Der in Fig. 1 als Ganzes dargestellte Bohrmeißel hat einen Schaft 1 und einen durchmessergrößeren Bohrmeißel­ kopf 2 mit einer ebenen Stirnfläche 3, einer zylindri­ schen Mantelfläche 4 und einer die Stirnfläche 3 mit der Mantelfläche 4 verbindenden Kegelstumpffläche 5. Aus der Stirnfläche 3 ragen Hartmetallstifte 6, die alle in Tan­ gentialrichtung und zur Bohrmeißelmitte hin geringfügig schräggestellt sind und jeweils eine scharfe, kegelför­ mige Spitze aufweisen.

Auch in der Kegelstumpffläche 5 sind Hartmetallstifte 7 angeordnet, welche ebenfalls in Tangentialrichtung, also in Laufrichtung schräg angeordnet sind und eine Kegel­ spitze aufweisen.

In der zylindrischen Mantelfläche 4 sind Hartmetallstif­ te 8, 8a in radialer Ausrichtung angeordnet, welche eine gerundete Stirnfläche aufweisen, die jeweils geringfügig aus der Mantelfläche 4 vorspringt. Die auf der Kegel­ stumpffläche 5 angeordneten Hartmetallstifte 7 springen radial geringfügig weiter vor als die ihr benachbarten Hartmetallstifte 8a in der Mantelfläche 4. Die in Fig. 1 weiter unten angeordneten Hartmetallstifte 8 sind wiederum gegenüber den Hartmetallstiften 8a geringfügig in radialer Richtung zurückversetzt.

Die Fig. 2 zeigt, daß zumindest die nahe der Bohrmeißel­ mitte 9 angeordneten Hartmetallstifte 6, 6a, 6b, 6c sich auf unterschiedlichen Teilkreisen befinden, so daß sie beim Bohren nicht hintereinander arbeiten. Fig. 2 läßt weiterhin vier Spülkanäle 10, 10a, 10b, 10c erkennen, über die das die gelösten Gesteinsbrocken austragende Spülmittel zugeführt wird.

Die Fig. 3 verdeutlicht, wie die Hartmetallstifte 6, 7, 7a ausgerichtet sind. Die übereinander angeordneten, lin­ ken Darstellungen zeigen jeweils einen Blick auf jeweils einen Hartmetallstift 6, 7, 7a tangential zum Bohrmei­ ßel, während die rechten Darstellungen jeweils eine hier­ zu um 90 Grad gedrehte Ansicht zeigen. Die linke, obere Darstellung läßt erkennen, daß der Hartmetallstift 6 zur Mitte des Bohrmeißels etwa 5 Grad gekippt ausgerichtet ist. Die Richtung zur Bohrmeißelmitte wurde durch einen Pfeil 12 gekennzeichnet. Die rechte, obere Darstellung zeigt, daß der Hartmetallstift 6 gleichzeitig in durch einen Pfeil 13 gekennzeichnete Laufrichtung um 20 Grad gekippt angeordnet ist. Das ihn aufnehmende Sackloch 11 muß natürlich entsprechend schräg gebohrt sein.

Auf der Kegelstumpffläche 5 sind die Hartmetallstifte 7, 7a unterschiedlich angeordnet. Die näher zur Bohrmeißel­ mitte sich befindenden Hartmetallstifte 7, welche im mittleren Teil der Fig. 3 gezeigt sind, weisen keine Schräglage zur Bohrmeißelmitte auf. Die äußeren Hartme­ tallstifte 7a sind 30 Grad von der Bohrmeißelmitte weg nach außen gekippt. Sie ragen geringfügig über die Außen­ kontur der radial ausgerichteten Hartmetallstifte 8 hin­ aus. In Laufrichtung sind alle Hartmetallstifte 7 und 7a um jeweils 20 Grad gekippt.

Auflistung der verwendeten Bezugszeichen

 1 Schaft
 2 Bohrmeißelkopf
 3 Stirnfläche
 4 Mantelfläche
 5 Kegelstumpffläche
 6 Hartmetallstift
 7 Hartmetallstift
 8 Hartmetallstift
 9 Bohrmeißelmitte
10 Spülkanal
11 Sackloch
12 Pfeil
13 Pfeil

Claims (10)

1. Für einen mit axialem Druck und Schlägen arbeitenden, umlaufenden Gesteinsbohrer bestimmter Bohrmeißel, dessen Stirnfläche mehrere Sacklöcher mit darin eingelöteten, über die Stirnfläche des Bohrkopfes ragenden Hartmetall­ stiften aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hart­ metallstifte (6) durch einen schrägen Verlauf der Sack­ löcher (11) in Laufrichtung schräggestellt sind.

2. Bohrmeißel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Hartmetallstifte (6) in Lauf­ richtung etwa 10-30 Grad zur Axialrichtung des Bohr­ meißels beträgt.

3. Bohrmeißel nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hartmetallstifte (6) zusätzlich zur Schrägstellung in Laufrichtung zur Mitte des Bohr­ meißels hin schräggestellt sind.

4. Bohrmeißel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstellung der Hartmetallstifte (6) zur Mitte des Bohrmeißels hin etwa 5 Grad beträgt.

5. Bohrmeißel nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetall­ stifte (6) auf unterschiedlichen Teilkreisen angeordnet sind.

6. Bohrmeißel nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallstif­ te (6, 7) eine kegelige Spitze aufweisen.

7. Bohrmeißel nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in seiner Mantel­ fläche (4) geringfügig radial vorspringende Hartmetall­ stifte (8) mit gerundeter Stirnfläche eingesetzt sind.

8. Bohrmeißel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallstifte (8, 8a) der Mantelfläche (4) geringfügig weniger weit radial nach außen ragen als die Hartmetallstifte (7) auf der Kegelstumpffläche (5).

9. Bohrmeißel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche (4) mit unterschiedlichem axia­ len Abstand zur Stirnfläche (3) des Bohrmeißels zwei Reihen von Hartmetallstiften (8, 8a) angeordnet sind und die Hartmetallstifte (8) der von der Stirnfläche (3) am weitesten entfernten Reihe weniger weit radial nach außen ragen als die auf der näher zu ihr liegenden Reihe angeordneten Hartmetallstifte (8a).

10. Bohrmeißel nach zumindest einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung der Hartmetallstifte (6) in der Stirnfläche (3) so festge­ legt ist, daß sich in bezug auf die Rotationsachse eine momentfreie Abstützung in Axialrichtung ergibt.