DE4301708A1 - Gesteinsbohrer - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer, gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige Gesteinsbohrer sind üblicherweise als Schlag- oder
Hammerbohrer ausgebildet. Der Bohrkopf weist eine sich quer
erstreckende Hartmetallplatte auf, die durch die Schlagbewe
gung der Gesteinszertrümmerung dienen soll. Dies geschieht
durch eine Meißelwirkung des Gesteinsbohrer, der eine Schlag
bewegung ausführt, sich dann während der Drehung zurückzieht
und nach Drehung um einen vorgegebenen Winkel die nächste
Schlagbewegung durchführt. Auf diese Weise können beispiels
weise 4, 6 oder 8 Schlagbewegungen pro Drehung realisiert
werden.
Diese weithin verwendeten Schlagbohrer sind gut geeignet, wenn
weiches Gestein, oder solches Gestein, in welchem ohnehin ein
guter Bohrfortschritt zu verzeichnen ist, gebohrt werden soll.
Häufig sind jedoch - beispielsweise in bestimmten Betonsorten
- harte Steineinschlüsse vorhanden, die die Bohrwirkung ver
schlechtern. Wenn der Bohrfortschritt drastisch abnimmt, neigt
der Benutzer des Gesteinsbohrer erfahrungsgemäß dazu, den
Druck auf die Bohrmaschine zu erhöhen, um dennoch einen Vor
trieb zu erzielen. Dies führe jedoch zu einem erhöhten Ver
schleiß und im Grenzfall auch zu einer verminderten Schlagwir
kung des Gesteinsbohrer, nachdem diese je durch den zu hohen
Druck abgebremst wird.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen
Gesteinsbohrer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaf
fen, der auch bei problematischem Gestein, insbesondere sprö
dem und hartem Gestein und solchem mit Hartsteineinschlüssen
einen vernünftigen Bohrfortschritt zeigt, ohne daß die Ver
schleißwirkung durch eine zu große axiale Belastung zunähme.
Diese Aufgabe wird wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird vermieden, daß ein sternförmiges Muster
von Auftreffstellen oder Nuten im Bohrgrund entsteht, das den
Bohrfortschritt hemmt. Dennoch kann eine Standard-Bohrmaschine
eingesetzt werden, bei welcher der Drehbewegung eine bestimmte
Anzahl von Schlägen zugeordnet ist. Während bislang die Stege
zwischen den Nuten am Bohrgrund je verblieben, da sie von der
Hauptschneide nicht getroffen werden konnten, ist die erfin
dungsgemäße Nebenschneide dazu vorgesehen, gerade diese Stege
zu treffen und zu zerstören, damit die Hauptschneidplatte bei
nächster Gelegenheit einen weiteren Vortrieb erzielen kann.
Damit wird verhindert, daß die Stege an der Bohrerstirnfläche
seitlich der Hauptschneide berührt werden und - da die Bohrer
stirnfläche bei der zur Verfügung stehenden Kraft nur eine
geringe Flächenpressung erzielen kann - letztlich nicht besei
tigt werden können.
Überraschend ergibt sich damit besonders bei problematischem
Gestein ein besonders guter Bohrfortschritt mit dem erfin
dungsgemäßen Gesteinsbohrer, der wohl auf die Stegzerstö
rungswirkung der Nebenschneidplatte zurückzuführen ist. Die
Nebenschneidplatte erstreckt sich hierzu versetzt gegen die
Hauptschneidplatte, so daß sie bei der Drehung je annähernd
rechtwinklig auf die Stege trifft und diese zertrümmert. Die
Nebenschneidplatte erstreckt sich jedenfalls nicht radial,
sondern eher parallel zur Hauptschneidplatte und außermittig,
bezogen auf die Bohrerachse. Es sind verschiedene Ausführungen
möglich, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung lediglich
eine Nebenschneidplatte vorgesehen ist, die sich schräg
zwischen Hauptschneidplatte und Außenradius des Bohrkopfes
erstreckt. Es versteht sich, daß der Rundlauf des Bohrers
durch die Nebenschneidplatte nicht beeinträchtigt werden
sollte, was beispielsweise dadurch erzielt werden kann, daß
eine im Bereich der Nebenschneidplatte vorgesehene
Bohrmehlabführnut etwas tiefer gefräst wird, so daß die
Massenverteilung vergleichmäßigt wird. Alternativ oder
zusätzlich kann auf der der asymmetrischen Nebenschneidplatte
gegenüberliegenden Seite bei der Herstellung des Bohrers
weniger Material abgetragen werden, was durch eine
entsprechende Einstellung der für die Bohrerherstellung
verwendeten Werkzeuge möglich ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind 2 einander gegenüber
liegende Nebenschneidplatten vorgesehen, die auf unterschied
lichen Radien angeordnet sind, so daß die zweite Nebenschneid
platte einen anderen radialen Bereich des Stegs zertrümmert.
Es versteht sich, daß die Anordnung der Nebenschneidplatten so
gewählt ist, daß sie je auf die Stege treffen. Bei einer Sech
serteilung des Schlagkranzes sollte die Hauptwirkung der
Nebenschneidplatte also bevorzugt im Winkel von 30, 90 oder
150° bezogen auf die Hauptschneidplatte erfolgen, während eine
Zertrümmerwirkung im Bereich von 60 und 120° nicht realisier
bar ist, da an diesen Positionen die Hauptschneidplatte beim
nächsten bzw. übernächsten Schlagvorgang auftrifft und somit
dort eine Bohrgrundnut vorliegt.
Diese Überlegungen sind insbesondere bei einer in der Seiten
ansicht dachförmigen Ausgestaltung der Nebenschneidplatte zu
berücksichtigen.
Asymmetrische Anordnungen von Nebenschneidplatten sind an sich
bekannt, z. B. aus der DE-OS 38 20 695. Dieser Bohrkopf mit
einer radialen Nebenschneidplatte zeigt jedoch praktisch keine
Zertrümmerwirkung für Stege, so daß der Bohrfortschritt sehr
unbefriedigend bleibt.
Bei der Erfindung mit der nicht-radialen Nebenschneide ver
bleibt in radialer Richtung gesehen der überwiegende Teil der
von der Hauptschneide stehengelassenen Stege außerhalb der
Mitte des Radius des Bohrers. Dies liegt darin begründet, daß
der Abstand zwischen Punkten auf den Bohrgrundnuten im radial
äußeren Bereich am größten ist. Eine günstige Räum- und Zer
trümmerwirkung für die Stege läßt sich beispielsweise erzie
len, wenn eine dachförmige Nebenschneidplatte etwa auf der
Hälfte des Radius angeordnet ist und die gegenüberliegende
Nebenschneidplatte bei 75% des Radius, betrachtet von der
Bohrerachse nach außen, angeordnet ist.
Besonders günstig ist es bei einer erfindungsgemäßen Anordnung
einer Nebenschneidplatte oder von Nebenschneidplatten, wenn
die Schneide der Nebenschneidplatte in der von der Haupt
schneidplatte aufgespannten Kegel- oder Kegelmantelfläche
liegt. Bei dieser Ausgestaltung läuft der Bohrer besser
zentrisch, und es entstehen geringere Durchmesserabweichungen.
Die Nebenschneidplatte kann mit ihrer Spitze hierzu an die
Kegelmantelfläche heranreichen oder vorher enden. Wichtig ist
zudem, daß sie deutlich gegenüber der Bohrerstirnfläche vor
springt, so daß sie die erwünschte Zerspaltungswirkung für die
Bohrgrundstege ausüben kann.
In Längsrichtung betrachtet ist es günstig, wenn die Neben
schneidplatte einen dachförmigen Aufbau aufweist. Besonders
vorteilhaft läßt sich eine für einen Bohrer mit kleinerem
Durchmesser vorgesehene, standardmäßig in großen Stückzahlen
hergestellte Hauptschneidplatte auch als Nebenschneidplatte
für den erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer in einer Ausgestal
tung verwenden. In dieser Ausgestaltung hat die Nebenschneid
platte dann einen auch in Querrichtung betrachtet dachförmigen
Aufbau. Die so gebildete Spitze ist besonders günstig für die
Stegzertrümmerung.
Die Ausgestaltung, bei welcher die Nebenschneidplatte an einer
Stelle an der Hauptschneidplatte anliegt und sich schräg von
dieser weg erstreckt, bietet den besonderen Vorteil, daß der
gesamte Radialbereich schräg überstrichen wird, so daß die
Stegzertrümmerung in einem besonders günstigen Verlauf erfol
gen kann. Diese Ausgestaltung ist auch für Schlagbohrmaschinen
geeignet, bei denen lediglich 4 Winkelstellungen für die
Hauptschneide pro Umdrehung vorgesehen sind. Durch die einsei
tige, asymmetrische Ausgestaltung wird jede Bohrgrundnut dop
pelt so häufig von der Hauptschneide wie jeder zu zertrüm
mernde Steg von der Nebenschneide getroffen. Dafür ist die
Trümmerwirkung der Nebenschneide gegenüber einer symmetrischen
Ausgestaltung aufgrund des höheren Drucks verbessert.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnung.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Gesteinsbohrer, in einer Ansicht von vorne;
Fig. 2 die Ausgestaltung gemäß Fig. 1, in einer Ansicht von
der Seite;
Fig. 3 eine schematisierte Ansicht entsprechend Fig. 2,
jedoch aus einem anderen Winkel;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung eines
erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer; und
Fig. 5 eine schematisierte Darstellung eines Bohrgrundes.
Ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer 10 weist einen Bohrkopf
12 auf, dessen Stirnfläche 14 in Fig. 1 ersichtlich ist. Quer
über die Stirnfläche erstreckt sich eine Hartmetallplatte 16,
die die Hauptschneidplatte bildet und eine Hauptschneide 18
aufweist. Parallel zu der Hauptschneidplatte 16 erstrecken
sich in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Neben
schneidplatten 20 und 22, die in der Zeichnungsebene nach
rechts und links gegenüber der Hauptschneidplatte 16 versetzt
angeordnet sind. Die Nebenschneidplatten 20 und 22 erstrecken
sich im wesentlichen parallel zu der Hauptschneidplatte 16.
Sie sind in an sich bekannter Weise in dem Bohrkopf 12 befe
stigt, entsprechend der Befestigung der Hauptschneidplatte 16.
Der Abstand zwischen der Nebenschneidplatte 20 und der Haupt
schneidplatte 16 ist geringer als der Abstand zwischen der
Nebenschneidplatte 22 und der Hauptschneidplatte 16. Dement
sprechend wirkt die Nebenschneidplatte 22 auf einem gegenüber
dem Wirkungskreis der Nebenschneidplatte 20 radial weiter
außenliegenden Kreis und dient der Stegzertrümmerung im Außen
bereich des Bohrgrundes, wie er in Fig. 5 dargestellt ist.
Die Hauptschneidplatte 16 erstreckt sich über den Durchmesser
des Bohrkopfes 12 radial nach außen hinaus. Dem gegenüber sind
die Nebenschneidplatten 20 und 22 wesentlich kürzer und
erstrecken sich im Beispielsfall etwa über ein Viertel der
Länge der Hauptschneidplatte 16.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, überragt die Hauptschneid
platte 16 die Nebenschneidplatte 20 sowohl in der Höhe als
auch seitlich. Dies gilt im gleichen Maße für die Neben
schneidplatte 22.
Seitlich neben der Nebenschneidplatten 20 und 22 sind 2
Bohrmehlabfuhrnuten 24 und 26 vorgesehen. Im Bereich der
Nebenschneidplatten 22 sind in den Figuren keine Bohrmehl
abfuhrnuten dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß auch an
dieser Stelle gewünschtenfalls Bohrmehlabfuhrnuten vorgesehen
sein können, wobei zudem durch die Gestaltung der Bohrmehlab
fuhrnuten im Bereich der Stirnfläche 14 eine Massenkompensa
tion zwischen der weiter einwärts angeordneten Nebenschneid
platte 20 und der weiter auswärts angeordneten Nebenschneid
platte 22 realisiert werden kann, um die Bildung einer Unwucht
zu vermeiden.
Die Nebenschneidplatten 20 und 22 können Schneiden aufweisen,
die in der bei Hauptschneidplatten bekannten Weise ausgebildet
sind. In diesem Falle ist ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer
preisgünstig durch die Verwendung von Hartmetallplatten, die
an sich für Bohrköpfe mit entsprechend kleinerem Durchmesser
bestimmt sind, als Nebenschneidplatten zu realisieren. Bei
spielsweise kann für einen Gesteinsbohrer mit einem Nennmaß
von 24 mm, mit einer Hauptschneidplatte also, die durch eine
24 mm lange Hartmetallplatte 16 gebildet wird, für die Neben
schneidplatten 20 und 22 eine Hartmetallplatte für einen 8 mm-
Gesteinsbohrer verwendet werden.
Bei dieser Ausgestaltung sind die Nebenschneidplatten 20
sowohl in Längs- als auch in Querrichtung betrachtet dach
förmig. Es versteht sich, daß auch andere Ausgestaltungen in
Betracht kommen.
Die Darstellung gemäß Fig. 3 macht deutlich, daß die Neben
schneidplatte 20 innerhalb einer Kegelmantelfläche 28 liegt,
die von der sich drehenden Hauptschneide 18 aufgespannt wird.
Der Spitzenwinkel der Hauptschneide 18 kann beispielsweise
130° betragen, wobei die Bemaßungen in weiten Bereichen an die
Erfordernisse anpaßbar sind.
Auch die Entfernung der Nebenschneide 30 der Nebenschneidplat
te 20 von der Kegelmantelfläche 28 läßt sich an die Erforder
nisse anpassen; bei weiter zurücktretender Nebenschneide ist
die Räumwirkung für die zu zertrümmernden Stege zwischen den
Bohrlochnuten entsprechend geringer, während die Belastung der
Nebenschneide 30 dann am größten ist, wenn die Nebenschneide
30 genau in der Kegelmantelfläche 28 liegt.
Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer
10 ist aus Fig. 4 ersichtlich. Dieser Gesteinsbohrer 10 weist
eine Hauptschneidplatte 16 auf, die sich an sich bekannter
Weise quer über den Bohrkopf 12 erstreckt. Die Nebenschneid
platte 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls gegen
eine Bohrerachse 32 versetzt angeordnet, wobei sich die Neben
schneidplatte 20 schräg zur Hauptschneidplatte 16 erstreckt.
Der Winkel 34 zwischen Hauptschneidplatte und Nebenschneid
platte beträgt im Beispielsfalle 34°, wobei es sich versteht,
daß dieser Winkel in weiten Bereichen an die Erfordernisse
angepaßt werden kann. Die Nebenschneidplatte 20 erstreckt sich
von der Hauptschneidplatte 16 ausgehend bis zum Außenradius
des Bohrkopfes 12 und im Beispiels falle sogar noch über den
Außenradius des Bohrkopfes 12 hinaus, jedoch nicht über den
Außenradius der Hauptschneidplatte 16 hinaus. Die Neben
schneide hat eine Länge von etwa 60% der Länge der Haupt
schneide 18. Die Nebenschneide hat einen im Querschnitt
betrachten dachförmigen Aufbau zur Nebenschneide 30 hin, wobei
in an sich bekannter Weise die in Drehrichtung vordere Flanke
36 steiler ausgebildet ist als die in Drehrichtung hintere
Flanke 38.
Seitlich der Nebenschneidplatte 20 ist eine Bohrmehlabfuhrnut
26 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise konkav ausgebil
det ist und insbesondere auch für die Abfuhr des bei der Steg
zertrümmerung erzeugten Bohrmehls dient.
Nachdem die Hauptschneide 16 für das so anfallende Bohrmehl
jedoch die Haupt-Räumwirkung entfaltet, ist eine gegenüber
liegende Bohrmehlabfuhrnut 24 vergleichsweise groß ausgebildet
und erstreckt sich ziemlich breit und quer über den Bohrkopf
als Kreisabschnitt, der von der Hauptschneidplatte 20 begrenzt
wird.
Es versteht sich, daß der Bohrkopf in an sich bekannter Weise
gewichtskompensiert ausgebildet sein kann, um die Ausbildung
einer Unwucht zu vermeiden. Aufgrund der einseitigen Ausbil
dung einer Nebenschneidplatte 20 ist die dort erzeugte Wirkung
vergleichsweise groß.
In Fig. 5 ist der Bohrgrund 40 in schematisierter Form darge
stellt. Ein derartiger Bohrgrund 40 wird durch eine Schlag
bohrmaschine mit 6er-Teilung erzeugt, wobei sich 6 Bohrgrund
nuten 42 in gleichmäßigen Winkelabständen, also je um 60°
voneinander beabstandet, im Bohrgrund 40 erstreckt. Zwischen
den Bohrgrundnuten verbleiben bei üblichen Gesteinsbohrern
nicht geräumte Stege 44, die etwas keilförmig ausgebildet
sind, nachdem der Abstand zwischen einander benachbarten Bohr
nuten am Außenumfang des Bohrgrundes 40 am größten ist, wäh
rend die Bohrgrundnuten 42 sich im Bereich der Bohrerachse 32
treffen.
Mit der erfindungsgemäßen Nebenschneidplatte 20 bzw. 22 werden
die Stege 44 je getroffen, und das dortige Gestein zertrüm
mert, wobei ein Eingriff in die Bohrmaschine nicht erforder
lich ist.
Die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 3 und gemäß Fig. 4 las
sen sich auch kombinieren, so daß man eine besonders breitge
fächerte Räumwirkung erzielt.
Claims (11)
1. Gesteinsbohrer mit einem Bohrkopf, der eine im wesent
lichen dachförmige Hartmetallplatte aufnimmt, die sich
quer über den Bohrer erstreckt, wobei die Hartmetallplatte
mindestens an ihren dachförmigen Seiten eine Hauptschneide
des Bohrkopfs aufweist und eine Hauptschneideplatte bil
det und zusätzlich eine Nebenschneidplatte im Bohrkopf
angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Neben
schneidplatte (20, 22) sich im wesentlichen parallel und
insbesondere leicht schräg gegenüber der Erstreckung der
Hauptschneidplatte (16) erstreckt und vom Mittelpunkt des
Bohrkopfes (12) beabstandet und gegen die Hauptschneid
platte (16) versetzt angeordnet ist.
2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Nebenschneidplatte (20, 22) eine Schneide (30)
aufweist, die in ihrer gesamten Länge innerhalb bzw. auf
einer von der Hauptschneide (18) der Hauptschneidplatte
(16) bei der Drehung des<Bohrers (10) aufgespannten Kegel
fläche (28) liegt.
3. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20,
22) an einer Stelle an der Hauptschneidplatte (16) anliegt
und sich schräg von dieser weg erstreckt.
4. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Nebenschneid
platte (20) zur Hauptschneidplatte (16) 0° bis 45°, insbe
sondere 10° bis 40° und vorzugsweise 30° bis 35° beträgt.
5. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20)
sich von der Hauptschneidplatte (16) bis zum Außenradius
des Bohrkopfes (12) erstreckt.
6. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20)
sich im Querschnitt dachförmig erstreckt und an ihrer der
Hauptschneidplatte (16) benachbarten Stirnfläche in einem
Winkel von 0° bis 20° bezogen auf die Bohrerachse (32)
abgeschnitten ist.
7. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Bohrmehlabfuhrnuten (24, 26)
an dem Bohrkopf (12) an einer Stelle münden, die der Stel
le, an welcher die Nebenschneidplatte (20) auf die Haupt
schneidplatte (16) trifft, benachbart ist.
8. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20,
22) in ihrer Längsrichtung betrachtet einen dachförmigen
Aufbau aufweist.
9. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Nebenschneid
platten (20, 22) vorgesehen sind, die auf unterschiedli
chen Radien des Bohrkopfes (12) angebracht sind.
10. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Nebenschneid
platte (20, 22) am Außenumfang des Bohrkopfes (12) eine
Kegelfläche (28), die von Schneiden (18) der Hauptschneid
platte (16) aufgespannt ist, in einer zur Bohrerachse
parallelen Richtung überragt.
11. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneidplatte (16)
und/oder die Nebenschneidplatte (20, 22) sich über den
Außenradius des Bohrkopfes (12) hinaus erstreckt und
insbesondere die Hauptschneidplatte (16) sich radial
weiter als die Nebenschneidplatte (20, 22) nach außen
erstreckt.
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