DE4301708C2 - Gesteinsbohrer - Google Patents

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 führt 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.

Aus der DE-PS 757 076 ist ein Gesteinschlagbohrer bekannt, bei dem der Bohrfortschritt durch zwei symmetrisch angeordnete Hilfschneideplatten verbessert werden soll. Da die einzelnen Schneideplatten, einschließlich der Hauptschneideplatte, für diesen Bohrer speziell gefertigt werden müssen, ist dessen Herstellung sehr teuer.

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 erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird vermieden, daß ein sternför­ miges Muster von Auftreffstellen oder Nuten im Bohr­ grund entsteht, das den Bohrfortschritt hemmt. Den­ noch kann eine Standard-Bohrmaschine eingesetzt wer­ den, bei welcher der Drehbewegung eine bestimmte Anzahl von Schlägen zugeordnet ist. Während bislang die Stege zwischen den Nuten am Bohrgrund je verblie­ ben, da sie von der Hauptschneide nicht getroffen wer­ den konnten, ist die erfindungsgemäße Nebenschneide dazu vorgesehen, gerade diese Stege zu treffen und zu zerstören, damit die Hauptschneidplatte bei nächster Gelegenheit einen weiteren Vortrieb erzielen kann. Da­ mit wird verhindert, daß die Stege an der Bohrerstirnflä­ che seitlich der Hauptschneide berührt werden und - da die Bohrerstirnfläche bei der zur Verfügung stehen­ den Kraft nur eine geringe Flächenpressung erzielen kann - letztlich nicht beseitigt werden können.

Überraschend ergibt sich damit besonders bei proble­ matischem Gestein ein besonders guter Bohrfortschritt mit dem erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer, der wohl auf die Stegzerstörungswirkung der Nebenschneidplat­ te 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 Neben­ schneidplatte erstreckt sich jedenfalls nicht radial, son­ dern eher parallel zur Hauptschneidplatte und außer­ mittig, bezogen auf die Bohrerachse. Es sind verschiede­ ne Ausführungen möglich, wobei gemäß einer bevor­ zugten Ausgestaltung lediglich eine Nebenschneidplat­ te vorgesehen ist, die sich schräg zwischen Haupt­ schneidplatte und Außenradius des Bohrkopfes er­ streckt. Es versteht sich, daß der Rundlauf des Bohrers durch die Nebenschneidplatte nicht beeinträchtigt wer­ den sollte, was beispielsweise dadurch erzielt werden kann, daß eine im Bereich der Nebenschneidplatte vor­ gesehene Bohrmehlabführnut etwas tiefer gefräst wird, so daß die Massenverteilung vergleichmäßigt wird. Al­ ternativ oder zusätzlich kann auf der der asymmetri­ schen Nebenschneidplatte gegenüberliegenden Seite bei der Herstellung des Bohrers weniger Material abge­ tragen werden, was durch eine entsprechende Einstel­ lung der für die Bohrerherstellung verwendeten Werk­ zeuge möglich ist.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind 2 einander gegenüberliegende Nebenschneidplatten vorgesehen, die auf unterschiedlichen Radien angeordnet sind, so daß die zweite Nebenschneid platte einen anderen ra­ dialen Bereich des Stegs zertrümmert.

Es versteht sich, daß die Anordnung der Neben­ schneidplatten so gewählt ist, daß sie je auf die Stege treffen. Bei einer Sechserteilung des Schlagkranzes soll­ te die Hauptwirkung der Nebenschneidplatte also be­ vorzugt im Winkel von 30, 90 oder 150° bezogen auf die Hauptschneidplatte erfolgen, während eine Zertrümm­ erwirkung im Bereich von 60 und 120° nicht realisierbar 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 Seitenansicht dachförmigen Ausgestaltung der Ne­ benschneidplatte zu berücksichtigen.

Asymmetrische Anordnungen von Nebenschneid­ platten sind an sich bekannt, z. B. aus der DE- OS 38 20 695. Dieser Bohrkopf mit einer radialen Ne­ benschneidplatte zeigt jedoch praktisch keine Zer­ trümmerwirkung für Stege, so daß der Bohrfortschritt sehr unbefriedigend bleibt.

Bei der Erfindung mit der nicht-radialen Neben­ schneide verbleibt in radialer Richtung gesehen der überwiegende Teil der von der Hauptschneide stehen­ gelassenen 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 Zertrümmerwirkung für die Stege läßt sich bei­ spielsweise erzielen, wenn eine dachförmige Neben­ schneidplatte etwa auf der Hälfte des Radius angeord­ net 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 Neben­ schneidplatten, wenn die Schneide der Nebenschneid­ platte in der von der Hauptschneidplatte aufgespannten Kegel- oder Kegelmantelfläche liegt. Bei dieser Ausge­ staltung läuft der Bohrer besser zentrisch, und es entste­ hen geringere Durchmesserabweichungen. Die Neben­ schneidplatte kann mit ihrer Spitze hierzu an die Kegel­ mantelfläche heranreichen oder vorher enden. Wichtig ist zudem, daß sie deutlich gegenüber der Bohrerstirn­ fläche vorspringt, so daß sie die erwünschte Zerspal­ tungswirkung für die Bohrgrundstege ausüben kann.

In Längsrichtung betrachtet ist es günstig, wenn die Nebenschneidplatte einen dachförmigen Aufbau auf­ weist. Besonders vorteilhaft läßt sich eine für einen Bohrer mit kleinerem Durchmesser vorgesehene, standard­ mäßig in großen Stückzahlen hergestellte Haupt­ schneidplatte auch als Nebenschneidplatte für den erfin­ dungsgemäßen Gesteinsbohrer in einer Ausgestaltung verwenden. In dieser Ausgestaltung hat die Neben­ schneidplatte dann einen auch in Querrichtung betrach­ tet dachförmigen Aufbau. Die so gebildete Spitze ist besonders günstig für die Stegzertrümmerung.

Die Ausgestaltung, bei welcher die Nebenschneid­ platte 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 Stegzertrümme­ rung in einem besonders günstigen Verlauf erfolgen kann. Diese Ausgestaltung ist auch für Schlagbohrma­ schinen geeignet bei denen lediglich 4 Winkelstellungen für die Hauptschneide pro Umdrehung vorgesehen sind. Durch die einseitige, asymmetrische Ausgestaltung wird jede Bohrgrundnut doppelt so häufig von der Haupt­ schneide wie jeder zu zertrümmernde Steg von der Ne­ benschneide getroffen. Dafür ist die Trümmerwirkung der Nebenschneide gegenüber einer symmetrischen Ausgestaltung aufgrund des höheren Drucks verbessert.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale erge­ ben 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 An­ sicht 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 Bohr­ grundes.

Ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer 10 weist ei­ nen Bohrkopf 12 auf, dessen Stirnfläche 14 in Fig. 1 ersichtlich ist. Quer über die Stirnfläche erstreckt sich eine Hartmetallplatte 16, die die Hauptschneidplatte bil­ det und eine Hauptschneide 18 aufweist. Parallel zu der Hauptschneidplatte 16 erstrecken sich in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Nebenschneidplat­ ten 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 Haupt­ schneidplatte 16.

Sie sind in an sich bekannter Weise in dem Bohrkopf 12 befestigt entsprechend der Befestigung der Haupt­ schneidplatte 16.

Der Abstand zwischen der Nebenschneidplatte 20 und der Hauptschneidplatte 16 ist geringer als der Ab­ stand zwischen der Nebenschneidplatte 22 und der Hauptschneidplatte 16. Dementsprechend wirkt die Ne­ benschneidplatte 22 auf einem gegenüber dem Wir­ kungskreis der Nebenschneidplatte 20 radial weiter au­ ßenliegenden Kreis und dient der Stegzertrümmerung im Außenbereich des Bohrgrundes, wie er in Fig. 5 dar­ gestellt ist.

Die Hauptschneidplatte 16 erstreckt sich über den Durchmesser des Bohrkopfes 12 radial nach außen hin­ aus. Dem gegenüber sind die Nebenschneidplatten 20 und 22 wesentlich kürzer und erstrecken sich im Bei­ spielsfall etwa über ein Viertel der Länge der Haupt­ schneidplatte 16.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist überragt die Haupt­ schneidplatte 16 die Nebenschneidplatte 20 sowohl in der Höhe als auch seitlich. Dies gilt im gleichen Maße für die Nebenschneidplatte 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 Bohrmehlabfuhrnuten dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß auch an dieser Stelle gewünschtenfalls Bohrmehlabfuhrnuten vorgesehen sein können, wobei zudem durch die Gestaltung der Bohrmehlabfuhrnuten im Bereich der Stirnfläche 14 eine Massenkompensation zwischen der weiter einwärts angeordneten Neben­ schneidplatte 20 und der weiter auswärts angeordneten Nebenschneidplatte 22 realisiert werden kann, um die Bildung einer Unwucht zu vermeiden.

Die Nebenschneidplatten 20 und 22 können Schnei­ den aufweisen, die in der bei Hauptschneidplatten be­ kannten 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. Beispielsweise kann für einen Gesteinsbohrer mit einem Nennmaß von 24 mm, mit einer Hauptschneidplatte al­ so, die durch eine 24 mm lange Hartmetallplatte 16 ge­ bildet wird, für die Nebenschneidplatten 20 und 22 eine Hartmetallplatte für einen 8 mm-Gesteinsbohrer ver­ wendet werden.

Bei dieser Ausgestaltung sind die Nebenschneidplat­ ten 20 sowohl in Längs- als auch in Querrichtung be­ trachtet dachförmig. Es versteht sich, daß auch andere Ausgestaltungen in Betracht kommen.

Die Darstellung gemäß Fig. 3 macht deutlich, daß die Nebenschneidplatte 20 innerhalb einer Kegelmantelflä­ che 28 liegt, die von der sich drehenden Hauptschneide 18 aufgespannt wird. Der Spitzenwinkel der Haupt­ schneide 18 kann beispielsweise 130° betragen, wobei die Bemaßungen in weiten Bereichen an die Erforder­ nisse anpaßbar sind.

Auch die Entfernung der Nebenschneide 30 der Ne­ benschneidplatte 20 von der Kegelmantelfläche 28 läßt sich an die Erfordernisse anpassen; bei weiter zurück­ tretender Nebenschneide ist die Räumwirkung für die zu zertrümmernden Stege zwischen den Bohrlochnuten entsprechend geringer, während die Belastung der Ne­ benschneide 30 dann am größten ist, wenn die Neben­ schneide 30 genau in der Kegelmantelfläche 28 liegt.

Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer 10 ist aus Fig. 4 ersichtlich. Dieser Ge­ steinsbohrer 10 weist eine Hauptschneidplatte 16 auf, die sich an sich bekannter Weise quer über den Bohr­ kopf 12 erstreckt. Die Nebenschneidplatte 20 ist in die­ sem Ausführungsbeispiel ebenfalls gegen eine Bohrer­ achse 32 versetzt angeordnet, wobei sich die Neben­ schneidplatte 20 schräg zur Hauptschneidplatte 16 er­ streckt. Der Winkel 34 zwischen Hauptschneidplatte und Nebenschneidplatte beträgt im Beispielsfalle 34°, wobei es sich versteht, daß dieser Winkel in weiten Be­ reichen an die Erfordernisse angepaßt werden kann. Die Nebenschneidplatte 20 erstreckt sich von der Haupt­ schneidplatte 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 Nebenschneide hat eine Länge von etwa 60% der Länge der Hauptschneide 18. Die Neben­ schneide hat einen im Querschnitt betrachten dachför­ migen Aufbau zur Nebenschneide 30 hin, wobei in an sich bekannter Weise die in Drehrichtung vordere Flan­ ke 36 steiler ausgebildet ist als die in Drehrichtung hin­ tere Flanke 38.

Seitlich der Nebenschneidplatte 20 ist eine Bohrmehl­ abfuhrnut 26 vorgesehen, die in an sich bekannter Weise konkav ausgebildet ist und insbesondere auch für die Abfuhr des bei der Stegzertrümmerung erzeugten Bohrmehls dient.

Nachdem die Hauptschneide 16 für das so anfallende Bohrmehl jedoch die Haupt-Räumwirkung entfaltet, ist eine gegenüberliegende Bohrmehlabfuhrnut 24 ver­ gleichsweise groß ausgebildet und erstreckt sich ziem­ lich breit und quer über den Bohrkopf als Kreisab­ schnitt, der von der Hauptschneidplatte 20 begrenzt wird.

Es versteht sich, daß der Bohrkopf in an sich bekann­ ter Weise gewichtskompensiert ausgebildet sein kann, um die Ausbildung einer Unwucht zu vermeiden. Auf­ grund der einseitigen Ausbildung einer Nebenschneid­ platte 20 ist die dort erzeugte Wirkung vergleichsweise groß.

In Fig. 5 ist der Bohrgrund 40 in schematisierter Form dargestellt. Ein derartiger Bohrgrund 40 wird durch eine Schlagbohrmaschine mit 6er-Teilung erzeugt, wobei sich 6 Bohrgrundnuten 42 in gleichmäßigen Winkelab­ ständen, also je um 60° voneinander beabstandet, im Bohrgrund 40 erstreckt. Zwischen den Bohrgrundnuten verbleiben bei üblichen Gesteinsbohrern nicht geräum­ te Stege 44, die etwas keilförmig ausgebildet sind, nach­ dem der Abstand zwischen einander benachbarten Bohrnuten am Außenumfang des Bohrgrundes 40 am größten ist, während 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 dorti­ ge Gestein zertrümmert, wobei ein Eingriff in die Bohr­ maschine nicht erforderlich ist.

Die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 3 und ge­ mäß Fig. 4 lassen sich auch kombinieren, so daß man eine besonders breitgefächerte Räumwirkung erzielt.

Claims (8)

1. Gesteinsbohrer mit einem Bohrkopf, der eine im wesentlichen 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 (16) bildet und zusätz­ lich eine Nebenschneidplatte (20) im Bohrkopf angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nebenschneidplatte (20) ausgehend von der Hauptschneideplatte (16) schräg und mindes­ tens bis zum Außenradius des Bohrkopfes über den Bohrkopf (12) erstreckt, wobei die Nebenschneidplatte (20) an der Hauptschneideplatte (16) anliegt und gegenüber der Bohrerachse (32) versetzt angeordnet ist.

2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20) 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 Kegelfläche (28) liegt.

3. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Nebenschneidplatte (20) zur Hauptschneidplatte (16) 0° bis 45°, insbesondere 10° bis 40° und vorzugsweise 30° bis 35° beträgt.

4. 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.

5. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Bohrmehlabfuhrnuten (24, 26) an dem Bohrkopf (12) an einer Stelle münden, die der Stelle, an welcher die Nebenschneidplatte (20) auf die Hauptschneidplatte (16) trifft, benachbart ist.

6. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20) in ihrer Längsrichtung betrachtet einen dachförmigen Aufbau aufweist.

7. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20) am Außenumfang des Bohrkopfes (12) eine Kegelfläche (28), die von Schneiden (18) der Hauptschneidplatte (16) aufgespannt ist, in einer zur Bohrerachse parallelen Richtung überragt.

8. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneidplatte (16) und/oder die Nebenschneidplatte (20) sich über den Außenradius des Bohrkopfes (12) hinaus erstreckt und die Haupt­ schneidplatte (16) sich radial weiter als die Nebenschneidplatte (20) nach außen erstreckt.