DE4303590C2 - Gesteinsbohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer, gemäß dem Ober­ begriff 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 durch den zu hohen Druck abgebremst wird.

Aus der DE-PS 912 202 ist ein Gesteinsbohrer bekannt, der zum Bohren möglichst runder Löcher dienen soll. Allerdings ist der Rundlauf unbefriedigend.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, 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 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 durch die versetzte Anordnung dazu vorgesehen, gera­ de 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 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 so 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 senkrecht zur Hauptschneidplatte und außer­ mittig, bezogen auf die Bohrerachse.

Es sind verschiedene Ausführungen möglich, wobei gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung lediglich eine Nebenschneidplatte vorgesehen ist, die sich schräg zwi­ schen Hauptschneidplatte und Außenradius des Bohr­ kopfs erstreckt. Es versteht sich, daß der Rundlauf des Bohrers durch die Nebenschneidplatte nicht beeinträch­ tigt werden sollte, was beispielsweise dadurch erzielt werden kann, daß eine im Bereich der Nebenschneid­ platte vorgesehene Bohrmehlabführnut etwas tiefer ge­ fräst wird, so daß die Massenverteilung vergleichmäßigt wird.

Alternativ oder zusätzlich kann auf der der asymme­ trischen 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 zwei einan­ der gegenüberliegende, sich seitlich von der Haupt­ schneidplatte wegerstreckende Nebenschneidplatten vorgesehen.

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.

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 durch die Nebenschneid­ platte, so daß der Bohrfortschritt sehr unbefriedigend bleibt. Demgegenüber erzeugt der erfindungsgemäße Bohrer mit der außenradialen Nebenschneidplatte ei­ nen sehr guten Bohrfortschritt.

Bei der Erfindung mit der nicht-radialen Neben­ schneide verbleibt in radialer Richtung gesehen der überwiegende Teil der von der Hauptschneide stehen­ gelassenen Stege radial außerhalb der Mitte des Radius des Bohrers. Dies liegt darin begründet, daß der Ab­ stand zwischen Punkten auf den Bohrgrundnuten im radial äußeren Bereich am größten ist. Eine günstige Räum- und Zertrümmerwirkung für die Stege läßt sich beispielsweise erzielen, wenn die sich beidseitig der Hauptschneide erstreckenden Nebenschneidplatten so­ weit von dem sich senkrecht zur Hauptschneidplatte erstreckenden Querradius seitlich beabstandet sind, daß sie den Flächenschwerpunkt der im Bohrgrund verblei­ benden, stehengelassenen Stege treffen. Bei Schlag­ bohrmaschinen mit 6 Winkelstellungen für die Haupt­ schneide pro Umdrehung erstrecken sich die Bohr­ grundnuten je um 60° versetzt zueinander, so daß für jeden Steg ein Kreissektor verbleibt, dessen Flächen­ schwerpunkt radial etwas außerhalb des Flächen­ schwerpunkts eines entsprechenden, durch die Eck­ punkte des Kreissektors gebildeten gleichseitigen Drei­ ecks liegt Entsprechendes gilt auch für Schlagbohrma­ schinen, bei denen 4 oder 8 Winkelstellungen vorgese­ hen sind.

Besonders günstig ist es bei einer erfindungsgemäßen Anordnung einer Nebenschneidplatte oder von Neben­ schneidplatten, wenn die Schneide der Nebenschneidplatte 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 Nebenschneide hierzu an die Kegelmantelfläche heranreichen oder vorher enden. Wichtig ist zudem, daß sie deutlich gegenüber der Boh­ rerstirnfläche vorspringt, so daß sie die erwünschte Zer­ spaltungswirkung für die Bohrgrundstege ausüben kann.

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 Gesteinsbohrers, in einer Ansicht von vorne;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers; und

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung eines Bohr­ grundes.

Ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer 10 weist ei­ nen Bohrkopf 12 auf, dessen Stirnfläche 14 in Fig. 1 ersichtlich ist. Gegenüber der Stirnfläche erhaben er­ streckt sich eine Hartmetallplatte 16, die die Haupt­ schneidplatte bildet und eine Hauptschneide 18 auf­ weist Senkrecht zu der Hauptschneidplatte 16 mit der Hauptschneidenachse 19 erstrecken sich in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Nebenschneidplat­ ten 20 und 22 auf einer Nebenschneidenachse 23, die in der Zeichnungsebene nach links gegenüber der Bohrer­ achse 32 versetzt angeordnet sind. Die Nebenschneid­ platten 20 und 22 sind in an sich bekannter Weise in dem Bohrkopf 12 befestigt entsprechend der Befestigung der Hauptschneidplatte 16.

Die Hauptschneidplatte 16 erstreckt sich rechts über den Durchmesser des Bohrkopfs 12 nach außen hinaus. Auf der in der Zeichnungsebene linken Seite endet die Hauptschneidplatte 16 vor dem Durchmesser des Bohr­ kopfs 12 an einer Bohrmehlabfuhrnut 25. Die Bohrmehl­ abfuhrnut 25 ist ziemlich breit und tief und weist einen Nutengrund mit einem relativ großen Radius auf. Im Beispielsfalle beträgt die Tiefe 35% des Bohrkopfradius und die Breite der Bohrmehlabfuhrnut 110% des Bohr­ kopfradius. Die Bohrmehlabfuhrnut 25 wirkt zugleich kompensierend gegenüber der zusätzlichen Masse der zu ihr hin verlagerten Nebenschneidplatten 20 und 22.

Die Hauptschneidplatte 16 überragt die Neben­ schneidplatten 20 und 22 sowohl in der Höhe als auch seitlich.

Ferner sind seitlich neben den Nebenschneidplatten 20 und 22 zwei Bohrmehlabfuhrnuten 24 und 26 vorge­ sehen.

Die Nebenschneidplatten 20 und 22 sind in der darge­ stellten Ausführungsform in Längsrichtung - durch die Hauptschneidplatte 16 unterbrochen - aneinander an­ schließend angeordnet. Es versteht sich, daß auch ein unterschiedliches seitliches Versatzmaß realisiert wer­ den kann, um Stege an unterschiedlichen Stellen zu tref­ fen. Im Beispielsfalle sind die Nebenschneidplatten 20 und 22 um 15% des Radius gegenüber dem Querradius 28 des Bohrkopfs 12, der sich senkrecht zur Haupt­ schneidplatte 16 erstreckt, versetzt, und zwar in der Zeichnungsebene nach links, also zu der Bohrmehlab­ fuhrnut 25 hin.

Es ist vorgesehen, daß die Nebenschneidplatten 20 und 22 mit ihren Nebenschneiden 30 innerhalb einer Kegelmantelfläche liegen, die von der sich drehenden Hauptschneide 18 aufgespannt wird. Der Spitzenwinkel der Hauptschneide 18 kann beispielsweise 130° und der der Nebenschneidplatten 20 und 22 140° betragen, wo­ bei die Bemaßungen in weiten Bereichen an die Erfor­ dernisse anpaßbar sind.

Auch die Entfernung der Nebenschneide 30 der Ne­ benschneidplatten 20 und 22 von der Kegelmantelfläche läßt sich an die Erfordernisse anpassen; bei weiter zu­ rücktretender Nebenschneide 30 ist die Räumwirkung für die zu zertrümmernden Stege zwischen den Bohr­ lochnuten entsprechend geringer, während die Bela­ stung der Nebenschneide 30 dann am größten ist, wenn die Nebenschneide 30 genau in der Kegelmantelfläche 28 liegt.

Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers 10 ist aus Fig. 2 ersichtlich. Dieser Ge­ steinsbohrer 10 weist eine Hauptschneidplatte 16 auf, die sich in 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 Bohrkopfs 12 und im Beispielsfalle sogar noch über den Außenradius des Bohrkopfs 12 hinaus, jedoch nicht über den Außenradius der Hauptschneidplatte 16 hinaus. Die Nebenschneide hat eine Länge von etwa 60% der Län­ ge der Hauptschneide 18. Die Nebenschneide hat einen im Querschnitt betrachtet dachförmigen Aufbau zur Nebenschneide 30 hin, wobei in an sich bekannter Weise die in Drehrichtung vordere Flanke 36 steiler ausgebil­ det ist als die in Drehrichtung hintere 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. 3 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 und gemäß Fig. 2 lassen sich auch kombinieren, so daß man eine besonders breitgefächerte Räumwirkung erzielt.

Claims (10)

1. Gesteinsbohrer mit einem Bohrkopf, der eine im wesent­ lichen dachförmige Hartmetallplatte aufnimmt, wobei die Hartmetallplatte eine Hauptschneide des Bohrkopfs aufweist und eine Hauptschneideplatte bildet und zusätzlich zu der Haupt­ schneideplatte (16) zwei Nebenschneideplatten (20, 22) im Bohrkopf angebracht sind, die sich senkrecht gegenüber der Erstreckung der Hauptschneideplatte (16) von dieser in beide Richtungen weg erstrecken und eine Nebenschneidenachse (23) eine Hauptschneidenachse (19) außerhalb der Bohrerachse (32) des Bohrkopfs (12) schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hauptschneideplatte (16) von einer Seite des Bohrerdurch­ messers quer über den Bohrkopf durch die Bohrachse bis zu einer Bohrmehlabfuhrnut (25) erstreckt, die auf der gegenüber­ liegenden Seite zwischen dem Bohrerumfang und der Hauptschneideplatte (16) angeordnet ist.

2. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatten (20, 22) an einer Stelle an der Hauptschneidplatte (16) an­ liegen.

3. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneidplatte (16) und/oder die Nebenschneidplatten (20, 22) sich über den Außenradius des Bohrkopfs (12) hinaus erstrecken.

4. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hauptschneideplatte (16) radial weiter als die Nebenschneidplatten (20, 22) nach außen erstreckt.

5. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatten (20, 22) in ihrer Querrichtung betrachtet einen dachförmigen Aufbau aufweisen.

6. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sich die Bohrmehlabfuhrnut (25) auf der Seite, auf der die Nebenschneideplatten (20, 22) liegen, befindet.

7. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneideplatte (16) an der Seite der Nebenschneidplatten (20, 22) vor dem Außendurchmesser des Bohrkopfs (12) endet.

8. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (12) drei Bohr­ mehlabfuhrnuten (24, 25, 26) aufweist, die bezogen auf die Hauptschneidenachse (16) symmetrisch, quer zu dieser Achse jedoch asymmetrisch angeordnet sind.

9. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneiden (20, 22) den gleichen oder einen etwas flacheren Spitzenwinkel wie bzw. als die Hauptschneide (18) aufweisen, wobei ein sich seitlich wegersteckender Teil (20, 22) der Nebenschneidplatte kürzer als ein längerer Schenkel und länger als ein kürzerer Schenkel der Hauptschneidplatte (16) ist.

10. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die durch die außermittig ange­ ordnete Nebenschneidplatten (20, 22) induzierte Unwucht durch eine nebenschneidplattenseitig vorgesehenen Bohrmehlabfuhrnut (25) mindestens teilweise kompensiert ist und insbesondere seitlich neben der Nebenschneidplatte (20, 22) die betreffende Bohrmehlabfuhrnut (25) endet.