DE60220097T2

DE60220097T2 - Mitnehmer

Info

Publication number: DE60220097T2
Application number: DE60220097T
Authority: DE
Inventors: Thomas Greijer; Karl Axel Stjernström
Original assignee: Atlas Copco Secoroc AB
Current assignee: Epiroc Drilling Tools AB
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: EP1463869B1; SE0104376L; ATE362035T1; ES2287350T3; SE524153C2; WO2003062585A1; SE0104376D0; CA2470211A1; US20060000645A1; EP1463869A1; DE60220097D1; ZA200404804B

Description

Die Erfindung betrifft ein Treib- oder Mitnehmerelement zum Übertragen von Torsionskräften zwischen einem rotierenden äußeren Rohr und dem Bohrkopf eines Hammerbohrers.
Im Fall von kegelförmigen Hammerbohrern werden Drehkräfte, Vorschub und Schlagenergie von einer Bohreinheit zum Hammerbohrer übertragen, der in das zu bohrende Loch abgesenkt wird. Die Drehkräfte werden mit Hilfe eines rotierenden äußeren Rohrs übertragen, so dass der Bohrkopf in Drehung versetzt wird, und die Schlagkräfte werden mit Hilfe eines Kolbens oder Stößels übertragen, der sich im Rohr in Längsrichtung hin- und herbewegt. Die Drehkraft wird vom äußeren Rohr mittels eines Spannfutters oder Mitnehmerelementes übertragen, das in das äußere Rohr fest eingeschraubt ist. Im Inneren des Mitnehmerelementes oder Spannfutters ist eine Gruppe von Keilzähnen angeordnet, die mit Keilzähnen zusammenarbeiten, welche auf der Außenseite des Bohrkopfschaftes angeordnet sind. Der Bohrkopf, das äußere Rohr und das Mitnehmerelement oder Spannfutter bestehen alle aus Stahl.
Dieses Verfahren wurde zur Zufriedenheit für viele Jahre verwendet. Aufgrund der größeren Kräfte, denen eine Bohreinheit ausgesetzt wird, wobei dies aus höheren Bohrgeschwindigkeiten resultiert, haben die Belastungen und Beanspruchungen, denen die Bauteilmaterialien unterliegen, ebenfalls zugenommen. Im folgenden Fall führte dies zu größerem Verschleiß bei der Keilprofil-Übertragung (Keilprofil-'Getriebe'), was wiederum zur Bildung von Brüchen und Rissen geführt hat, was dann wiederum zu Betriebsausfällen geführt hat, die durch Brechen des Bohrkopfschaftes verursacht sind. Dies kann zum Verlust des Bohrkopfes führen, wobei der Bohrkopf im Bohrloch verbleibt. Dies kann dazu führen, dass der verlorene Bohrkopf nicht geborgen werden kann und ein neues Loch von Anfang an gebohrt werden muss.
Ein Beispiel einer derartigen Bohrkopfanordnung kann in WO 95/16848 A1 gefunden werden, die eine herkömmliche In-Loch-Gesteinsbohrmaschine darstellt, bei der eine Hülse eine Rotation auf einen Bohrkopf mittels einer Keilzahnverbindung überträgt. Jedoch liefert dieses Dokument keine Lösung, um die Erzeugung von Brüchen und Rissen in der Keilzahn-Verbindung zu vermeiden, was wiederum zu Betriebsausfällen führt, die durch einen Bruch des Bohrkopfschaftes bedingt sind. Weitere Beispiele von ähnlichen In-Loch-Gesteinsbohrmaschinen des Standes der Technik können in US-A-5,918,687 , WO 96/15349 A1 , US-A-5,090,500 und US-A-5,803,192 gefunden werden, jedoch schlägt keine von diesen eine Lösung vor, um die Bildung von Brüchen und Rissen in der Keilzahn-Verbindung zu vermeiden.
In US-A-4,706,764 ist ein aus zwei Stücken bestehendes Bohrkopf-Spannfutter dargestellt, wobei bei der Beschreibung angegeben wird, dass die Materialien als Kompromiss aus Verschleiß, Zähigkeit und spanender Bearbeitbarkeit gewählt werden müssen, jedoch werden keine Mittel vorgeschlagen, um eine Bildung von Brüchen und Rissen in der Keilzahn-Verbindung zu vermeiden.
Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, für die Übertragung von Torsionskräften zwischen einem rotierenden äußeren Rohr und einem Bohrkopf eines Hammerbohrers ein neuartiges Treib- oder Mitnehmerelement bereitzustellen, das die zuvor erwähnten Probleme überwindet.
Dieses Ziel wird mit einem Treib- oder Mitnehmerelement gemäß der Erfindung erreicht, wobei das Mitnehmerelement im Inneren mit Keilzähnen versehen ist, die für ein Zusammenwirken mit Keilzähnen dienen sollen, welche an einem Schaft des Bohrkopfes vorgesehen sind, wobei der Schaft mit seinen Keilzähnen am Bohrkopf aus Stahl besteht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement mit seinem Keilzähnen aus einem Material besteht, das weicher als dasjenige des Schaftes und der Keilzähne des Bohrkopfes ist, die mit dem Mitnehmerelement zusammenarbeiten.
Die Erfindung wird nachfolgend detaillierter mit Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform und auch mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen sind:
1 eine Längsschnittansicht eines Bohrkopfes für einen Hammerbohrer, welche die Teile zeigt, die mit dem Bohrkopf am nächsten verbunden sind; und
2 eine Querschnittsansicht eines Mitnehmerelementes der Erfindung, das in der Ausführungsform von 1 enthalten ist.
1 zeigt somit einen Bohrkopf 1, der Gesteinsbohrnoppen 2 aufweist, die an seinem vorderen Ende in bekannter Weise angebracht sind. Typischerweise beinhaltet der Bohrkopf 1 auch einen Schaft 3, der entlang eines Teils seiner Länge mit sich in Längsrichtung erstreckenden Keilzähnen 4 versehen ist. Der Bohrkopf weist auch ein hinteres Ende 5 auf, gegen das ein Schlagkolben schlagen soll. Der Bohrkopf 1 beinhaltet typischerweise einen sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 6, durch den Druckluft aus dem vorderen Teil des Bohrers geblasen wird, um das Bohrklein vom Bohrkopf weg und aus dem Bohrloch heraus zu blasen.
Der Schaft 3 trägt ein Treib- oder Mitnehmerelement 7, das im Inneren mit sich in Längsrichtung erstreckenden Keilzähnen 8 versehen ist, die mit den Keilzähnen 4 zusammenarbeiten. Das Mitnehmerelement 7 hat im Wesentlichen die Form einer Hülse und ist zumindest entlang einem Teil seiner Länge mit einen Außenschraubgewinde 9 versehen, mittels dem das Mitnehmerelement 7 fest am vorderen Ende eines äußeren Rohrs 10 verschraubt werden kann, das zumindest einen Teil sowohl des Mitnehmerelementes 7 als auch des Schaftes 3 des Bohrkopfes 1 umgibt. Das äußere Rohr 10 umgibt auch den Schlagkolben 11. Der Hammerbohrer kann verbunden werden, um zu ermöglichen, dass die Lauflänge auf eine gewünschte Länge ausgedehnt wird. Die Bohreinheit veranlasst, dass sich das äußere Rohr 10 dreht, mit dem die Rotationsbewegung des Rohres auf das Mitnehmerelement 7 übertragen wird, welches wiederum die mittels der Keilzahnverbindung 8, 4 die Rotationsbewegung auf den Bohrkopf 1 überträgt.
Gemäß der Erfindung ist das Mitnehmerelement 7 aus einem Material hergestellt, das beträchtlich weicher als die Teile des Bohrkopfes 1 ist, die mit dem Mitnehmerelement zusammenarbeiten, d. h. als der Schaft 3, wodurch Probleme vermieden werden, die mit der Bildung von Brüchen, Rissen und mit einem Bruch des Schaftes 3 in Zusammenhang stehen. Es wurde gefunden, dass eine Bronzelegierung ein geeignetes Material für das Mitnehmerelement ist. Diese Legierung kann eine Zinnbronzelegierung oder eine Chrombronzelegierung sein. Es wurde gefunden, dass eine Zinnbronzelegierung, die von der Anmelderin Atlas Copco Secoroc AB hergestellt wird und mit 11 9351 93 bezeichnet ist, in dieser Hinsicht hervorragend ist.
Wenn das Mitnehmerelement 7 aus diesem weicheren Material besteht, unterliegt, anstelle des Stahls im Schaft 3 des mit dem Mitnehmerelement zusammenarbeitenden Bohrkopfes, dieses Material den Verschleißerscheinungen. Da das Mitnehmerelement 7 ansprechend auf die Rotation des äußeren Rohres 10 rotiert, wird Kraft durch die am Mitnehmerelement befindlichen Keilzähne 8 auf die Keilzähne 4 des Schaftes 3 übertragen, wodurch die Keilzähne 8 am Mitnehmerelement, die weicher als die Keilzähne 4 sind, anstelle der Keilzähne 4 des Schaftes des Bohrkopfes 1 verschlissen werden. Es wird auf diese Weise ein gesteuerter und beobachtbarer Verschleiß erzielt, und das Mitnehmerelement kann ausgetauscht werden, wenn man beobachtet, dass der Grad des Verschleißes am Mitnehmerelement dies erforderlich macht. Ein Verschleißen der Keilzähne 8 am Mitnehmerelement ist bis zur Hälfte ihrer ursprünglichen Breite zulässig, bevor ein Austausch des Mitnehmerelementes erforderlich ist. Ein Bruch des Mitnehmerelementes 7 bewirkt keinen ernsten Schaden, da es sich lediglich um einen Bruch des Mitnehmerelementes handelt, hingegen der Bohrkopf weiter fest durch das äußere Rohr 10 gehalten wird.
Das bevorzugte Material ist nicht nur weicher als Stahl, sondern verfügt über große thermische Leitfähigkeit, insbesondere weist es eine höhere thermische Leitfähig keit und eine geringere Reibung als Stahl auf, was bedeutet, dass die Spannungen und Belastungen in der Keilzahnverbindung viel geringer sind als die, welche bei bekannten Verfahren unter Verwendung eines Stahl-zu-Stahl-Kontaktes anzutreffen sind.

Claims

Mitnehmerelement, das ausgebildet ist, um Torsionskräfte zwischen einem rotierenden äußeren Rohr (10) und einem Bohrkopf (1) eines Hammerbohrers zu übertragen, wobei das Mitnehmerelement (7) im Inneren mit Keilzähnen (8) versehen ist, die für ein Zusammenwirken mit auf einem Schaft (3) des Bohrkopfes (1) vorgesehenen Keilzähnen (4) dienen sollen, wobei der Schaft (3) mit seinen Keilzähnen (4) am Bohrkopf (1) aus Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement (7) mit seinen Keilzähnen aus einem weicheren Material als der Schaft und die Keilzähne (3, 4) des Bohrkopfs (1), die mit dem Mitnehmerelement (7, 8) zusammenarbeiten, besteht.
Mitnehmerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement (7) aus einer Bronzelegierung besteht.
Mitnehmerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement (7) aus einem Zinnbronzematerial besteht.
Mitnehmerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement (7) aus einem Chrombronzematerial besteht.
Mitnehmerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnehmerelement (7) aus einem Material hoher thermischer Leitfähigkeit besteht.