-
Erweiterungsbohrer für Tiefbohrlöcher Sowohl bei trockenen wie auch
bei nassen Tiefbohrungen werden am häufigsten exzentrische Bohrer verwendet, weil
sie eine nachträgliche Erweiterung des Bohrlochs meistens überflüssig machen. Durch
exzentrische Bohrer wird nämlich eine Öffnung hergestellt, deren Durchmesser größer
als derjenige der Meißelschneide ist. Diese Wirkung wird durch die ungleiche Verteilung
der Bohrermasse gegenüber der Drehachse, die zugleich die Belastungsgewichtsachse
ist, erreicht.
-
Es gelingt jedoch nicht immer, mittels solcher Bohrer die erforderliche
Bohrlocherweiterung zu erzielen. Es treten nämlich, besonders bei der Senkung von
Einsatzröhren kleineren Durchmessers, Schwierigkeiten auf. Ferner wird bisweilen
infolge der ungleichmäßigen Verteilung der Meißelmasse um die Drehachse der Durchmesser
des Bohrlochs kleiner, als berechnet, um ein glattes Sinken der Rohre zu gewährleisten.
Diese Umstände heben die Vorteile solcher exzentrischen Bohrer in vielen Fällen
auf, weil eine nachträgliche Erweiterung des Bohrlochs mittels Erweiterungsbohrer
doch erforderlich ist.
-
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Erweiterungsbohrer für
Tiefbohrlöcher der bekannten Art, dessen Erweiterungsschneider treppenförmig abgesetzt
ist und der .einen Vorschneider aufweist, dessen Kante an der dem Erweiterungsschneider
gegenüberliegenden Seite abgeschrägt ist. Das -Neue der Erfindung beruht darauf,
däß der die Erweiterung schneidende obere Teil des Meißelblatts in bezug auf die
Verlängerung der Gestängemittellinie symmetrisch ausgeführt ist, der Vorschneider
jedoch exzentrisch zu dieser Linie angesetzt ist.
-
Durch diese Gestaltung wird erreicht, daß die Meißelachsie bei: dein.
Aufundniedergang und bei der Drehung des Meißels infolge des Abpralls der abgeschrägten
Vorschneidekante an den geneigten Wänden der zentrisch zur Bohrlochachse gelegenen
Vorbohrung sternförmig um die Bohrlochmittel-Linie kreist.
-
Erfindungsgemäß wird hierbei die Abschrägung des Vorschneiders etwa
gleich einem Drittel der Breite des Erweiterungsschneiders gewählt, wodurch eine
besonders günstige Verschiebung der Meißelachse gegen die Bohrlochachse erzielt
wird. Um ein Loch von größerem Durchmesser, als der Durchmesser des Erweiterungsbohrers
beträgt, erbobren zu können, dabei jedoch den letzteren von den üblichen Beanspruchungen,
wie sie bei Exzenterbohrern vorkommen, frei zu halten, wird erfindungsgemäß die
Breite des Erweiterungsschneiders gleich dem Unterschiede des größten und-des kleinsten
Bohrdurchmessers plus etwa 23 mm gewählt.
-
Auf der beiliegenden Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in zwei
Ausführungsbeispielen dargestellt worden.
-
Abb. z ist eine Seitenansicht und Abb. 2 eine Vorderansicht des Bohrers;
Abb. 3 und 4
veranschaulichen ihn vor bzw. im Zeitpunkt des Stoßes;
Abb. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des Bohrers.
-
Der Meißel i des Bohrers besitzt die Wange 2 und den Backen 3; er
ist symmietrisch mit Bezug .auf die Drehachse ausgebildet. Die Wange 2 ist an ihrer
Außenseite um ein Maß x (Abb. q:) abgeschrägt, wodurch die Rutschfläche q. entsteht.
-
Ein mit derart abgeschrägter Wange versehener Bohrer schneidet am
Anfang seiner Arbeit im Boden des Bohrloches eine Höhle 5 (Abb. 3) aus, deren Gestalt
-durch die Umdrehung der Wange um die Bohrlochachse bestimmt wird. Darauf wird die
Bohrerachse gegenüber der Bohrlochachse verschoben, indem der Bohrer infolge seiner
Abschrägung zum Rutschen längs der Rutschfläche des Bohrloches gezwungen ist.
-
Stößt man also mit dem Meißel auf den Boden des Loches und dreht denselben
um seine Achse, so erhält man ein Loch vom Durchmesser der Abb. q., welcher größer
als die Meißelbreite d ist. Selbstverständlich hängt dieser Zuwachs des Bohrlochdurchmessers
von der Breite x der Abschrägung und der Breite s des Backens ab, und diese beiden
Abmessungen müssen daher der Stärke der Rohrwände und der erforderlichen Erweiterung
des Bohrlochdurchmessers angepaßt werden, um ein glattes Eindringen der Einsatzrohre
in den Grund zu sichern. Damit der Bohrer den obenerwähnten Anforderungen entspricht,
müssen auch die übrigen Grundabmessungen des Bohrers, und zwar die Breiten :des
Meißels d, der Wange oben e und der Wange unten (ihrer Schneide) z wie auch die
Länge/ der Wange, sich in einer gewissen Abhängigkeit von den Abmessungen des jeweiligen
Einsatzrohrs befinden. Diese Abhängigkeit läßt sich durch die folgenden Gleichungen
ausdrücken.
-
Bezeichnet man den kleinsten Durchmesser des Rohres »im Zapfen« durch
b und den größten Durchmesser durch c, so ergibt- sich auf Grund zahlreicher Versuche
und theoretischer Erwägungen, daß die Weite d des Meißels (um etwa 3 mm) kleiner
als der Durchmesser des Rohres im Zapfen sein soll, also: (i) , _
d - b - 3, mm ., . .
-
Die Abschrägungx soll etwa:'/" der Backenweite z ausmachen
(2) x= '/3-Z.
-
Es soll weiter der Durchmesser des Bohrloches D entsprechend größer
als der größte Durchmesser des Rohres sein: (3) D - c +.2o mm. Andererseits
hängt der Durchmesser D von der Abschrägung x ab und, wie aus Abb. q. folgt, findet
die Beziehung statt: (4.) D @ d +21,S.
-
Um obigen Anforderungen Genüge zu leisten, berechnen wir die Breites
des Bakkens als Funktion der Abmessungen b, c des Einsatzrohres aus der Gleichung:
C+2omm=h+2/3 S, woiraus sich ergibt (5) s =3@z (c-b -i-' 23 mm). Überdies lassen
sich die Abmessungen durch die Formeln (6) a-d-4/3 s, (7) e-d-s ausdrücken.
Die Länge f der Wange ist annähernd ihrer Weite gleich, d. h. (8) f co e.
-
Der Meißel, dessen Abmessungen hier beispielsweise als Funktion der
Abmessungen b und c der Einsatzrohre mittels obiger Gleichungen angegeben woTdeal
sind, entsprich-#, wie dies die angestellten Versuche nachgewiesen- haben, den oben
aufgestellten Erfordernissen. Ein solcher Meißel bohrt ein Loch, welches weiter
als sein Durchmesser ist, ohne die der -Arbeit des üblichen Exzenterbohrers anhaftenden
Mängel aufzuweisen. Diese rühren bekanntlich davon her, daß die Masse dieser Bohrer
(also auch deren Schwerpunkt) ungleichmäßig mit Bezug auf ihre Drehachse verteilt
ist, weshalb ein solcher Bohrer,ein Loch herstellt, das kleiner ist, als berechnet,.
und weshalb er häufig im Schaft infolge des exzentrischen Stoßes zweier Massen,
des Meißels und des Bohrlochböden:s, bricht.
-
Der den Gegenstand der Erfindung bildende Bohrer ist von diesen Nachtelien,
angesichts der symmetrischen Verteilung seiner Masse um die Drehachsie, frei.
-
Der mit einer unterschnittenen Wange und = einer Rutschfläche -ausgerüstete
Meißel bohrt nicht nur ein Loch von dem berechneten Durchmesser D, sondern dieses
letztere wird, infolge des Abprallens der Rutschfläche, etwas größer, also etwa
gleich Dl, wobei das Abprallen des Bohrers folgendermaßen dargestellt werden kann:
Der Meißel sinkt mit einer. Geschwindigkeit v1 (Abb. 3) nach unten urid wird infolge
des Abprallens der Rutschfläche mit der Geschwindigkeiit v2 abgelenkt, so daß die
Resultierende die Richtung w erhält. Jeder beliebige Punkt a der Rutschfläche verschiebt
sich beim Stoß von ä nach a' parallel der
Richtung u, und prallt
in Punkt ä nach a"
zurück. Dies trifft auch für die Meißelsehneidepunkte
b und c zu, welche in die Richtungen b" und c" abprallen, so daß die Meißelschneide
ein Loch von größerem Dur chmesser Dl anstatt des berechneten Durchmessers D bohrt.
Diese Erscheinung der Vergrößerung des Bohrlochdurchmessers ist willkommen, weil
sie zur Bohrung Meißel kleinerer Abmessungen zu benutzen erlaubt. Die Praxis hat
vollkommen die Richtigkeit obiger Vermutungen bestätigt.
-
Nun können diese Schwankungen manchmal zu groß werden, so daß der
Backen den Grund übermäßig auszuhöhlen beginnt, was in manchen Fällen, z. B. in
schiefen Schichten, Verkrümmung des Bohrloches herbeiführen könnte. In solchen Fällen
kann man zweckmäßig das Profil des Meißels nach Abb. 5 gestalten. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der vorherigen dadurch, daß die Kanten des Meißels teilweise
parallel der Achse des Bohrers laufen, weshalb dieser Meißelteil gegen die Bohrlochseiten
anliegt und das Ausgraben von Aushöhlungen in dessen Wänden, folglich also auch
.eine Verkrümmung des Bahrloches, vermieden wird.