DE7011709U - Meisselvorrichtung fuer ein schlagbohrwerkzeug zur herstellung eines grundloches. - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÖNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22. RUFNUMMER 48 39 21/22

Kl/th

Gerald L. Adcock, 511 Airway Drive, lewiston, Idaho 83501, USA

Meißelvorrichtung für ein Schlagbohrwerkzeug zur Herstellung eines Grundloches

Die Erfindung "betrifft ein Schlagbohrwerkzeug zur Herstellung eines Grundloches wie beispielsweise Brunnenbohrungen und dergleichen im Boden und insbesondere eine Meißelvorriehtung für derartige Werkzeuge.

Aus den USA-Patentschriften 2 121 202, 2 689 109 und 3 357 sind Meißelvorrichtungen bekannt. Meißelvorrichtungen für Schlagbohrwerkzeuge sind sehr teuer und stellen einen wesentlichen Anteil der Kosten bei einem Bohrvorgang dar. Ein ernstes Problem ist der Verschleiß des Meißels, der während des Hiederbringens einer einzigen Bohrung häufig ersetzt werden muß. Oftmals werden zur Ausbildung verschleißfester

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Schneid- bzw. Schlagelemente auf der Vorderseite der Meißelvorrichtung Hartmetallteile aus Wolframcarbid befestigt. Wenn diese Elemente übermäßig abgenutzt sind, muß im allgemeinen die gesamte Meißelvorrichtung ersetzt werden, was sehr teuer kommt ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Meißelvorrichtung für Schlagbohrwerkzeuge zur Herstellung eines Grundloches gelöst, die sich durch ein am unteren Ende des Schlagbohrwerkzeuges befestigtes Prallteil und einen zylindrischen Meißel auszeichnet, der lösbar an diesem Prallteil befestigt ist. Der Meißel ist auf der Vorderseite mit einer Anzahl von radial in spitzen Winkeln zur Mittellinie -verlaufenden, konischen Bohrungen versehen, in die mit Preßsitz Meißelköpfe eingesetzt sind. Jeder dieser Meißelköpfe ist mit einem Schneid- bzw. Schlagelement versehen, das nach außen vorsteht und am Boden des Bohrloches zum Anliegen kommt. Weiterhin ist der Meißel mit einer entsprechenden Anzahl von Zutrittsöffnungen versehen, die sich von der Rückseite aus zu diesen Bohrungen erstrecken, so daß die konischen Meißelköpfe aus diesen Bohrungen herausgestoßen werden können, wenn der Meißel vom Prallteil abgenommen ist.

Zur Verbesserung der Lösung der Aufgabe trägt es bei, wenn eine geschlitzte Hülse mit Preßsitz in diese Bohrungen zur Halterung der Schlagköpfe eingesetzt ist.

Eine beispielsweise Ausführungsform nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, in der

Fig. 1 teilweise im Schnitt ein Schlagbohrwerkzeug darstellt, an dessen unterem Ende eine Meißelvorrichtung zum Bohren und zum Aufschlagen des Bodens befestigt ist.

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Pig. 2 zeigt perspektivisch in einer auseinandergezogenen Ansicht die Meißelvorrichtung mit einem Prallteil, einem Meißel und vergrößert einem.einzelnen Meißelkopf.

' Pig. 3 stellt einen senkrechten Schnitt längs der Linie 3-3 in Pig. 2 dar und zeigt die Art der Befestigung eines Meißelkopfes in der Vorderseite des Meißels.

Pig. 4 stellt einen Schnitt wie Pig. 3 dar, wobei das Herausnehmen eines Meißelkopfes aus dem Meißel erläutert ist.

In Pig. 1 ist ein übliches Schlagbohrwerkzeug 10 zur Herstellung eines Grundloches dargestellt, das mit Druckluft von etwa 7 oder 14 kg/cm betrieben wird. Am unteren Ende des Bohrwerkzeuges ist eine Meißelvorrichtung 11 angebracht, die nach der Erfindung ausgebildet ist und eine Awg«m von Meißelköpfen 12 aufweist, die nach außen vorstehen und in Pig. 2 einzeln mit 12a bis ρ bezeichnet sind.

Zunächst soll der Aufbau und die Arbeitsweise eines Schlagbohrwerkzeuges erläutert werden, wie es für Bohrungen im Boden verwendet wird. Das in Pig. 1 dargestellte Schlagbohrwerkzeug weist ein zylindrisches Oberteil 14 auf, das zur Befestigung, am unteren Ende des Gestängerohres mit einer Gewindebohrung 15 versehen ist. In diesem Oberteil ist eine innen liegende Schulter 16 ausgebildet, die als Ventilsitz 17 dient. Auf der Unterseite des Oberteiles ist eine zylindrische Steuervorrichtung 18 befestigt, die einen Steuermechänismus'enthält. Die Steuervorrichtung 18 weist ein rohrfo'rmiges Gehäuse 20 mit einer darin befestigten zylindrischen Steuerstange 21 auf, die sich nach unten erstreckt. Die Steuerstange ist koaxial mit einer durchgehenden Bohrung 22 versehen, in der zur Halterung eines Bückschlagventiles 24 eine Senkbohrung 23 ausgebildet ist. Das Rückschlagventil wird durch eine Peder 25 nach oben an die Fläche 17 des Ventilsitzes gedrückt, wenn der Luftdruck von der Druckluftquelle unter eine vorgeschriebene Höhe abfällt, so daß eine Rückströmung der Druckluft ver-

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hindert wird.

Am oberen Ende der S teuer stange 21 sind Durchlässe 28 ausgebildet j die zsi* der G-ewindebohrmig und der Bohrung 22 Aa Verbindung stehen. Am äußeren Umfang der Steuerstange 21 angrenzend an deren oberes Ende ist ein Bund 30 ausgebildet, auf dessen beiden Seiten federnde Ringe 31 und 32 angeordnet sind, damit die Steuerstange in ihrer Stellung gehalten wird, 'während durch diese Ringe 31 und 32 eine geringe Verschiebebewegung in senkrechter Richtung ermöglicht wird.

Am unteren Ende d : die Steuerstange 21 umgebenden Steuervorrichtung 18 ist ein den Hauptkörper umgebendes Gehäuse 33 befestigt, in dem ein frei bewegliches Kolben 34 angeordnet ist, der die Stenerstange 21 umgibt und längs dieser verschiebbar ist. Zwischen dem rohrförmigen Kolbengehäuse 33 und der Steuerstange unmittelbar über dem Kolben 34 ist in radialer Richtung eine obere Kammer 35 und zwischen dem Gehäuse 33 und der Steuerstange unmittelbar unter dem Kolben 34 eine untere Kammer 36 ausgebildet.

Der Kolben 34 ist mit einer durchgehenden Bohrung 40 versehen, in der die Steuerstange verschiebbar und etwa in der Mitte eine innenliegende Ringnut 41 ausgebildet ist. Von der Bohrung 22 der 'Steuerstange zu deren Außenfläche verläuft eine Hochdrücköffnung 42, die die Verbindung mit der Ringnut 41 des KoIb ms herstellt. Auf der Seite der Steuerstange 21 ist eine obere Nut 43 ausgebildet, die eine Hochdruckleitung zwischen der oberen Kammer 35 und der Ringnut 41 herstellt, wenn sich der Kolben in der angehobenen Stellung befindet. Veiterain, let auf der. Seite der Steuerstange 21 eine untere lut 44 ausgebildet, die eine Hochdruckleitung zwischen der unteren Kauter 36 und der innenliegenden Ringnut 41 herstellt, wenn sick der Kolben in der abgesenkten Stellung befindet.

Angrenzend an das untere Ende der Steuerstange 1st in der

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Bohrung 22 zur Begrenzung des Druckabfalles in dieser eine Drossel 46 angeordnet, durch die -Ii Ausströmen der Druckluft bei einem niedrigeren Druck a. Jr ^er Unterseite der Steuerstange ermöglicht wird.

Auf der Seite der Steuerstange ist zum Entlüften der oberen Kammer 35 eine obere Entlüftungsöffnung 50 vorgesehen. Ebenso ist eine untere Entlüftungsöffnung 51 in der Steuerstange an-• ,grenzend an die untere Kammer 36 zu deren Entlüftung ausgebildet, wenn der Kolben in die untere Stellung verschoben ist. Zur Verbindung der oberen Entlüftungsöffnung 50 mit der unteren Entlüftungsöffnung 51 verläuft ein Kanal 52 nach unten zum Ende der Stenerstange, wodurch die Druckluft vom Schlagbohrwerkzeug abgeleitet wird.

Die Meißelvorrichtung 11 weist ein zylindrisches Prallteil 54 auf, das im unteren Ende des rohrförmigen Kolbengehäuses 33 verschiebbar angebracht und mit einer durchgehenden Bohrung 55 versehen ist. Das obere Ende dieses Prallteiles bildet einen Teil der unteren Kammer 36, auf dem das untere Ende des Kolbens 34 zur Übertragung der Schlagkraft zum Anliegen kommt. Im oberen Ende der Bohrung 55 ist eine Senkbohrung 56 ausgebildet, in der das untere Ende der Steuerstange 21 verschiebbar ist. Weiterhin ist das obere Ende des Prallteiles 54 auf dem Umfang mit Dichtungen versehen, die während der Gleitbewegung an dem rohrförmigen Kolbengehäuse 33 anliegen und einen Druckverlust zwischen diesen beiden Bauteilen verhindern.

Das Prallteil 54 weist einen mittleren Abschnitt 57 mit reduziertem Außendurchmesser auf, an dem in Winkelabständen In Längsrichtung verlaufende, in entsprechende Nuten eingreifende Federn '60 vorgesehen sind, die eine Verdrehung des Prallteiles gegenüber dem Werkzeug verhindern und die Anordnung der Meißelvorrichtung 11 am Werkzeug 10 erleichtern.

Das Prallteil 54 weist ferner einen unteren Endabschnitt 61 mit größerem Durchmesser auf, an den sich ein Endabschnitt 62

anschließt, der einen reduzierten Durchmesser hat und mit einem Gewinde versehen ist. Dieser im Durchmesser reduzierte Endabschnitt 62 bildet eine ringförmige Auflagefläche 64. Über dem Prallteil 54 ist eine mit Federnuten versehene Hülse 65 im unteren Ende des rohrförmigen Kolbengehäuses 33 eingeschraubt, wodurch die Meißelvorrichtung verschiebbar am Werkzeug befestigt wird.

Die Meißelvorrichtung 11 ist ferner mit einem zylindrischen Meißel 70 versehen, der am Prallteil 54 lösbar befestigt ist. Dieser zylindrische Meißel 70 weist eine zylindrische Seitenfläche 711 eine Rückseite 72 und eine Vorderseite 73 auf. In der Rückseite 72 ist koaxial zur Mittellinie des Werkzeuges ein zylindrischer Hohlraum bzw. eine Bohrung 75 zur Aufnahme des unteren Endes des Prallteiles 54 ausgebildet. Diese Bohrung 75 hat eine zylindrische Seitenwand 77, die mit einem Gewinde 80 zur Aufnahme des im Durchmesser reduzierten Endabschnittes 62 des Prallteiles 54 versehen ist, sowie eine flache Bodenfläche 78. Die Rückseite 72 weist eine flache Ringfläche 81 auf; die an der Ringsehulter 64 des Prallteiles anliegt, wenn der Meißel 70 an diesem befestigt ist.

Von dem zentralen Hohlraum bzw. von der Bohrung 75 zu der Vorderseite 73 verlaufen Luftlöcher 82a und 82b, damit Druckluft aus dem Werkzeug entweichen kann, um die Beseitigung des vom Boden des Bohrloches abgetragenen Materiales zu unterstützen.

Die zylindrische Seitenfläche 71 weist eine abgeschrägte Seitenfläche 83 auf, die mit der Rückseite 72 in Verbindung steht. In der Seitenfläche 81 sind symmetrisch in Längsrichtung verlaufende Nuten 84 ausgebildet, die den Rückstrom von Druckluft und abgetragenem Material aus dem Bohrloch hinter den Meißel und nach oben längs der Seiten des Bohrwerkzeuges erleichtern. Die Vorderseite 73 umfaßt eine ring- bzw. kreisförmige, flache Vorderfläche 85 und eine geneigte Ringfläche

86, die ^l . die Seitenfläche 71 übergeht.

In der Vorderseite 73 sind in verschiedenen spitzen Winkeln A zur Mittellinie des Bohrwerkzeuges eine Anzahl von konischen Bohrungen 83 entsprechend den Meißelköpfen 12 für deren Aufnahme ausgebildet. Es wurde festgestellt, daß man die besten Ergebnisse mit Meißelköpfen erhält, die in Abhängigkeit von ihrer Anordnung auf der Vorderseite 73 in verschiedenen Winkeln angeordnet sind.

Nach einer besonderen Ausführungsform schneiden die Mittellinien der konischen Bohrungen 88 für die Meißelköpfe 12a bis d die Mittellinie des Werkzeuges bei annähernd 50°. Die konischen Bohrungen 88 für die Meißtslköpfe 12e bis h liegen in einem spitzen Winkel von 45° zur Mittellinie des Werkzeuges. Die Bohrungen 88 für die Meißelköpfe 12i und 12j bilden einen Winkel von 25° und die für die Meißelköpfe 12k und 121 einen Winkel von 15° zur Mittellinie des Werkzeuges. Die Bohrungen für die Meißelköpfe 12m und 12n liegen schließlich in einem Winkel von 9° zur Mittellinie des Werkzeuges, während die Bohrungen für die Meißelköpfe 12o und 12p einen Winkel von 0° bilden bzw. parallel zur Mittellinie des Werkzeuges angeordnet sind.

Jede der konischen Bohrungen 88 ist mit einer Seitenwand 90 versehen, die von der Vorderseite 73 nach innen konisch zulauf·':. Diese Seitenwand 90 endigt jeweils am Boden 91 der Bohrung.

Weiterhin sind im Meißel 70 Zutrittsöffnungen 92 ausgebildet, die von der Rückseite 72 aus zu den konischen Bohrungen 88 längs deren Mittelachse verlaufen, so daß diese Bohrungen von der Rückseite aus zugänglich sind. Sobald die Meißelköpfe übermäßig abgenutzt sind, wird der Meißel vom Prallteil abgenommen, worauf die Meißelköpfe, wie in Fig. 4 dargestellt, herausgestoßen werden.

Jeder der Meißelköpfe 12 weist eine leonische Hülse 95 (Pig. 2) mit einem dickeren Ende 96 und einem dünneren Ende 97 sowie einer konischen Außenwand 98 auf, deren Konus dem der Bohrungen 88 entspricht. Das dickere Ende 96 ist mit einer abgeschrägten Torderfläche versehen. Weiterhin ist in diesem dickeren Ende eine koaxiale Bohrung 100 vorgesehen, die eine Seitenwand 101 und eine Bodenfläche 102 bildet. Die konische Hülse ist mit einem Schlitz 103 versehen, der von der Außenwand 98 aus zur Hittellinie der Hülse verläuft und eine Kontraktxon sowie Expansion der Hülse in Umfangsrichtung ermöglicht.

Ein zylindrisch gestalteter Knopf oder Kopf 104 aus einem harten Metall wie etwa Wolframcarbid ist in der Bohrung 100 so angeordnet, daß dessen Vorderende 106 aus der Hülse herausragt und beim Bohrvorgang am Boden anliegt. WjU ii. den figuren dargestellt ist, ist dieses vordere Ende 106 abgerundet. Die Hülse 95 besteht aus einem weicheren Material als diese Köpfe 104·

Beim Befestigen der Meißelköpfe 12 am MeiJbel 70 werden diese Köpfe 104 zunächst verschiebbar in den Bohrungen 100 angeordnet. Danach werden die konischen Hülsen xn die konischen Bohrungen 88 eingepreßt, bis die dünneren Enden 97 Jeweils am Boden 91 der Bohrungen anliegen. Während dieses Vorganges wird die Hülse zusammengedrückt, so daß sie den Kopf 104 in der Bohrung 100 fest umschließt und hält. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich diese Köpfe während des Bohrvorganges lockern und verschieben.

jj Eis wurde festgestellt, daß ein Konus von etwa 15 mm pro 30 cm

K (0,6 inch per foot) der Bohrung und Hülse einen guten Preßsitz

(i ergibt, ohne daß die Meißelköpfe bei Beanspruchung aus den

% Bohrungen herausspringen. Der Schlitz 103 sorgt hierbei für

It einen Preßsitz, durch den die Seitenwand der Bohrung oder die

'\ Außenwand 97 der Hülse nicht beschädigt wird.

Hachddm die Meißelköpfe eingesetzt sind, wird der Meißel 70

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am unteren Ende des .Prallteiles 54 angeschraubt. Das Prallteil wird zusammen mit dem Meißel danach am unteren Ende des Schlagbohrwerkzeuges so befestigt, daß das obere Ende des Prallteiles nach oben in das Kolbengehäuse 33 hineinragt, wodurch es die Schlag- oder Stoßwirkung des unteren Endes des Kolbens 34 aufnimmt. Während des Betriebes des Schlagbohrwerkzeuges wird unter hohem Druck stehende Luft nach unten durch die Mitte der Steuerstange 21 eingeleitet, die aus der Hochdrucköffnung 42 austritt und in die Ringnut 41 des Kolbens einströmt. Bei der Darstellung in Fig. 1 erstreckt sich die Ringnut 41 zwischen der Hochdrucköffnung 42 und der unteren Seitennut 44» so daß die unter hohem Druck stehende Luft in die untere Kammer 36 geleitet wird. Dadurch wird der Kolben angehoben, wobei die Luft in der oberen Kammer 35 durch die Entlüftungsöffnung 50 nach außen entweicht. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird die Verbindung der Ringnut 41 mit der unteren Seitennut 44 unterbrochen und eine Verbindung mit der oberen Seitennut 43 hergestellt, so daß der hohe Druck in die obere Kammer 35 eingeleitet wird.

Die Entlüftungsöffnung 40 ist längs der Steuernut so angeordnet, daß nicht die gesamte Luft durch diese Öffnung 40 nach außen entweicht. Es wird eine ausreichende Luftmenge in der oberen Kammer zurückgehalten, so daß sich ein Puffer ergibt, der ein Anschlagen des oberen Endes des Kolbens an der Steuervorrichtung 18 verhindert. Dies ist jedoch nicht beim Abwärtshub des Kolbens der Fall. Der Kolben wird nach unten beschleunigt, so daß dessen unteres Ende am oberen Ende des Prallteiles aufschlägt und über die Meißelvorrichtung eine entsprechende Schlagkraft auf die Köpfe 104 überträgt.

Zusätzlich zu der erzeugten Schlagkraft wird das Werkzeug 10 häufig langsam zwischen 10 und 30 U/Min, gedreht, damit die Stellung der Köpfe 104 kontinuierlich verlagert und der gesamte Boden des Bohrloches bestrichen wird.

Sobald diese Schlagköpfe 104 stark abgenutzt sind, wird das

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Schlagbohrwerkzeug 10 aus dem Bohrloch herausgezogen und der Meißel 70 vom Prallteil 54 abgeschraubt. Danach wird ein Dorn oder Stößel in die Zutrittsöffnungen 92 eingeführt, so daß er an den konischen Hülsen 95 zum Anliegen kommt, die dann herausgestoßen werden, so daß die Schlagköpfe bequem entfernt werden I können. Danach werden neue Schlagköpfe in die Hülsen eingesetzt.

Mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung können neue Schneid- bzw. Schlagelemente schnell und wirksam eingesetzt werden, ohne daß der gesamte Meißelaufbau abgenommen zu werden braucht oder sogar unbrauchbar wird. Dadurch werden die Betriebskosten erheblich reduziert und es können die Schlagelemente in kurzer Zeit ausgewechselt werden, so daß auch die Standzeit der Bohranlage verkürzt wird. Nach Schätzungen können die Unterhaltungskosten einer erfindungsgemäßen Meißelvorrichtung nahezu um das Fünffache gegenüber einer bisher gebräuchlichen Vorrichtung verringert werden.

Claims (8)

gt/nsprüche

1. Meißelvorrichtung für ein Schlagbohrwerkzeug zur Herstellung eines Grundloehes, gekennzeichnet durch ein am unteren Ende des Schlagbohrwerkzeuges (10) anbringbares Prallteil (54) und einen zylindrischen, koaxial zur Mittellinie lösbar an diesem Prallteil befestigten Meißel (70) mit einer Vorderseite (73) tind einer Rückseite (72), der eine Anzahl von radial in spitzen Winkeln zur Mittellinie verlaufenden , konischen Bohrungen (88) in der Vorderseite aufweist, in die mit Preßsitz konische Meißelkopfe (12) mit Schlagköpfen (104) eingesetzt sind, die von der Vorderseite (73) nach außen vorstehen und am Boden des Bohrloches sum Anliegen kommen, sowie eine Anzahl von Zutrittsöffnungen (92) in der Rückseite (72), die mit den konischen Bohrungen (88) fluchten und in Verbindung stehen, so daß die konischen Meißelköpfe (12) aus diesen Bohrungen herausgestoßen werden können, wenn der Meißel (70) zum Ersetzen der abgenutzten Meißelköpfe vom Prallteil abgenommen ist.

2. Meißelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Prallteiles (54) mit einem Gewinde versehen und in der Rückseite (72) des Meißels (70) eine zylindrische Gewindebohrung (75) zur Aufnahme des unteren Endes des Prallteiles ausgebildet ist, so daß eine lösbare, feste Verbindung zwischen Prallteil und Meißel vorhanden ist.

3. Meißelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spitzen Winkel der konischen Bohrungen (88) zur

Mittellinie zwischen 0 und 50° betragen.

4. Meißelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderseite (73) mit einer ringförmigen, abgeschrägten Fläche (86) versehen ist, die in eine zylindrische

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Seitenfläche (71) des Meißels (70) übergeht.

5. Meißelvorrichtung nach Ansprach 4, dadurch gekennzeicimei, daß in der Seitenfläche (71) symmetrisch Nuten (84) ausgebildet sind, d^e den Abfluß des abgetragenen Materials vom Boden des Bohrloches erleichtern.

6. Meißelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der leonischen Meißelköpfe (12) eine leonische Metallhülse (95) aus relativ weichem Material, in deren ^ dickerem Ende (96) eine Bohrung (100) ausgebildet ist, und einen Schlagkopf (104) aus hartem Metall umfaßt, der in dieser Bohrung der Hülse angeordnet ist und vom dickeren Ende nach außen vorsteht, wobei seitlich in dieser Hülse (95) ein Schlitz (103) awg&\xldet ist, der mit der Bohrung (100) in Verbindung eStht, so claß die Hülse zusammengepreßt wird und den Sehlag&opf (104) fest umschließt, wenn sie in eine Bohrung (88) eingepreßt wird.

7. Meißelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Meißelköpfe (12) eine konische Hülse (95) mit einer Bohrung (100) in deren einem Ende und einem radial verlaufenden Seitenschlitz (103) aufweist, der über die länge der Hülse verläuft, wobei ein Schlagkopf (104) in dieser Bohrung (100) angeordnet ist und fest— gehalten wird, wenn der Meißelkopf (12) mit Preßsitz in die Bohrung (88) eingesetzt wird, damit die Hülse zusammengedrückt und der Schlagkopf (104) in der Bohrung (100) gehalten wird.

8. Meißelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konizität der Bohrungen (88) und der Hülsen (95) annähernd 15 mm pro 30 cm beträgt.

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