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Stoßend wirkender Drehbohrmeißel Die Erfindung bezieht sich auf einen
stoßend wirkenden Drehbohrmeißel, der Stößen .ausgesetzt ist, die aus 'der Drehbewegung
des Meißels abgeleitet werden, mit einem Bohrkopf, der einen Hammerteil und einen
zu diesem relativ verdrehbaren und axial 'verschiebbaren Amboßteil aufweist, deren
zueinander gekehrten Stirnflächen nach Art eines Sperrades mit Schrägflächen versehen
sind und beim Bohrvorgang aneinander entlang rutschen und dabei periodische Stöße
in Achsrichtung bewirken.
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Es ist bereits eine Einrichtung zum Tiefbohren in weichem Gestein
nach dem Drehspülverfahren mittels eines Doppelkernrohres bekanntgeworden, bei der
das innere Kernrohr in Ruhe bleibt bzw. dem äußeren sich drehenden Kernrohr-voreft.
Das als Stoßbohrer wirkende innere Kernrohr ist hierbei Schlägen ausgesetzt, die
aus der Drehbewegung des äußeren Kernrohres abgeleitet werden. Das innere Kernrohr
wird dabei nur durch den Widerstand des Gesteins daran gehindert, sich zusammen
mit den übrigen Teilen des Bohrkörpers zu drehen. Der zwischen die koaxialen Kernrohre
eindringende Schutt kann leicht ein Verklemmen und Kuppeln dieser beiden Teile zur
Folge haben. Dann drehen sich sämtliche Teile des Bohrkörpers miteinander, als ob
sie ein einziges Stück wären, und die Einrichtung zur periodischen Erzeugung einer
Schlagwirkung wird unwirksam.
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Zweck der Erfindung ist es hauptsächlich, dies. Nachteil zu vermeiden
und dafür Sorge zu tragen, daß die Bohrwerkzeuganordnung am Kopf des
Bohrerkörpers
.im Betrieb unter allen Umständen einen positiven Antrieb erhält.
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Erfindungsgemäß wird dies entweder dadurch erreicht, a) daß der Bohrkopf
in einer Ebene quer zur Längsachse geteilt ist und in dieser Ebene s:ichf das Sperrad
befindet, so daß der obere Teil des Bohrkopfes mitsamt dem aufgeschraubten Bohrgestänge
den Hammerteil bildet, wäfirend der untere Teil den Amboß darstellt, der- Schneidrollen
trägt, die mit einem Zahnkrank in, einen entsprechenden Zahnkranz einer im Bohrkopf.
koaxial geführten Buchse eingreifen, welche Buchse oberhalb der Teilungsebene des
Bohrkopfes mehrkantig, unterhalb dagegen zylindrisch ausgebildet ist, oder dadurch,
b) daß beide Teile des Bohrkopfes fest miteinander verbunden sind, während die im
Bohrkopf geführte Buchse nach einer quer zur Längsachse geführten Ebene in einen
Hammer- und einen Amboßteil aufgeteilt und mit dem Sperrad versehen ist, wobei der
-Hammerteil mehrkantig, der Amboßteil aber, in dessen Zahnkranz die Zahnkränze der
Schneidrollen eingreifen, zylindrisch ausgebildet ist und die beiden Teile durch
eine Schraubenfeder aneinandergepreßt sind.
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Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Bohrwerkzeuganordnung
am Kopf des Bohrerkörpers auf jeden Fall einen positiven Antrieb erhält. Dabei ist
die Drehrichtung von Hammer und Amboß immer die gleiche, jedoch ist dank der Verzahnung
gewährleistet, daß diese beiden Teile mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufen.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. i ist eine Schnittansicht des Gesteinsbohrers ; Fig. 2 ist in
verkleinertem Maßstab eine schematische Ansicht des Bohrkopfes; Fig. 3 ist eine
schematische Ansicht des Bohrkopfes in einer anderen Arbeitsstellung; Fig. 4 ist
eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Gesteinsbohrers.
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Bei der in den Fig. i bis 3 dargestellten Ausführungsform hat der
allgemein mit i bezeichnete Bohrkopf im wesentlichen zylindrische Form. Das eine
Ende des Kopfes hat eine einstöckig mit ihm ausgebildete vorstehende Nabe 2, welche
außen mit Schraubengewinde versehen ist, um ein Ende eines Bohrrohres 3 (in strichpunktierten
Linien dargestellt) aufzunehmen. Der Bohrkopf i hat eine sich in axialer Richtung
erstreckende Bohrung; welche sich gegen das das Bohrwerkzeug tragende Ende erweitert,
um eine innere Kammer zu bilden, wie in den Zeichnungen dargestellt ist. Der Bohrkopf
ist längs einer senkrecht zur Achse des Körpers verlaufenden und durch die Innenkammer
hindurchgehenden waagerechten Ebene in einen Hammerteil 4 und einen Amboßteil5 unterteilt.
Die ringförmige Stirnfläche jedes Teiles 4 und 5 ist mit Sätzen von sich im Kreis
erstreckenden langen keilförmigen Zähnen 6 bzw. 7 versehen (Fig. 2 und 3). Wenn
die Teile .4 und 5 relativ zueinander gedreht werden, sind sie -in axialer Richtung
zueinander verschoben angeordnet, bis die Spitzen der beiden Zahnsätze 6 und 7 eben
aneinander vorbeigehen, woraufhin die Teile 4 und 5 sich schnell gegeneinander bewegen.
Der Hammerteile soll in Richtung des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Pfeiles bewegt
werden.
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Der Teil der Innenkammer, welcher innerhalb des Hammerteiles 4 liegt,
hat einen nicht kreisförmigen Querschnitt. Der in dem Amboßteil 5 liegende Teil
der Kammer hat einen kreisförmigen Querschnitt. Der Amboßteil 5 weist an seinem
unteren Ende mehrere sich radial erstreckende Träger für Schneidrollen 8 auf. Die
Schneidrollen 8 haben im wesentlichen die übliche Ausführung und haben eine kegelstumpfförmige
Gestalt, wobei, wie dargestellt, Zähne an ihrer äußeren, gekrümmten Fläche angeordnet
sind. Die umlaufenden Schneidrollen 8 sind so angeordnet, daß ihre Achsen in radialer
Richtung im wesentlichen gegeneinander gerichtet sind, wobei eine Erzeugende jeder
konischen Schneidrolle 8 so aiigeordnet ist, daß sie mit einer waagerechten ebenen
Fläche in Berührung steht.
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Ein ringförmiges Tragglied 9 ist zwischen den oberen Seiten der Schneidrolle
8 und der Mündung der Innenkammer in dem Bohrkopf i angeordnet. Das Tragglied legt
sich gegen eine entsprechend ausgebildete Schulter io auf dem Amboßteil 5, und das
ringförmige Tragglied hat eine verkleinerte buchsenartige Verlängerung i i, welche
in die in dem Amboßteil 5 befindliche Kammer hineinpaßt. Die Buchse i i setzt sich
in die innere Kammer in dem Hammerteil 4 fort und ist an dieser Stelle nicht kreisförmig,
so daß sie in die nicht kreisförmige Innenkammer paßt. Oberhalb des nicht kreisförmigen
Teiles 12 der Buchse i i ist sie in ihrem Außendurchmesser beträchtlich verkleinert
und setzt sich als eine rohrförmige Verlängerung 13 fort, welche in die axiale Bohrung
der Nabe 2 hineinpaßt und durch sie - hindurchgeht und aus deren oberem Ende sie
vorsteht. An dem oberen Ende des rohrförmigen Teiles 13 ist eine Anschlagmutter
14 vorgesehen, und zwischen der Anschlagmutter 14 und der oberen Fläche der Nabe
2 ist eine Feder 15 angeordnet, welche dazu dient, den Gesamtaufbau zusammenzuhalten,
wenn der Bohrer nicht verwendet wird.
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Das ringförmige Tragglied i i hat einen Zahnkranz 16, welcher mit
einem Zahnkranz 17 auf den umlaufenden Schneidrollen 8 zusammenarbeiten, und der
ringförmige Tragteil i i kann daher als ein Kronenrad und der Hammerteil e und die
Buchse i i als Antriebsvorrichtung angesehen werden. Eine Bohrung 23 ist in der
Buchse i i vorgesehen, damit Flüssigkeit zu dem Bohrer nach unten gepumpt werden
kann, um die Flächen zwischen der Buchse i i und dem Bohrkopf zu schmieren.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform des Bohrwerkzeuges werden die
Bohrrohre nacheinander miteinander verbunden, wenn der Bohrvorgang fortschreitet,
wobei das unterste Rohr 3 die Nabe 2 des Bohrkopfes fest erfaßt. Die Bohrrohre werden
mit den Schneidrollen 8 gedreht, die mit der zu bohrenden Fläche in Berührung stehen.
Das
Drehen des Bohrrohres 3 bewirkt, daß der Amboßteil q. gedreht wird. Der nicht kreisförmige
Teil I2 der Buchse i i wird daher dementsprechend gedreht,, und daher wird das durch
die Buchse i i gebildete Kronenrad dementsprechend-gedreht. Die umlaufenden Schneidrollen
8 drehen sich um ihre Achse, und da sie mit der zu bohrenden Fläche in Berührutig
stehen, bewirken sie, daß der Amboßteil 5 um die Mittelachse des Bohrerkörpers gedreht
wird. Daher rotieren die Teile q. und 5 relativ zueinander, wobei die langen keilartig
ausgebildeten Zähne 6 und 7,- welche an den sich berührenden Flächen der Teile q.
und 5 vorgesehen sind, als schräge Ebene übereinandergleiten. Wenn die Zahnspitzen
sich so bewegen, daß sie in Ausrichtung liegen, bewirkt der Hammerteil ,4. des Bohrers,
daß die Bohrrohre angehoben werden. Nachdem die Spitzen aneinander vorbeigegangen
sind, fällt der Teil g. auf den unteren Amboßteil 5 und bewirkt dadurch einen Erschütterungsschlag,
der sich wirksam auf den Amboßteil 5 und daher auf die Schneidrollen 8 selbst auswirkt.
Es ist ersichtlich, daß die notwendige Energie für die Stöße den Bohrrohren von,
den sich drehenden Schneidrollen erteilt wird.
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Bei der in Fig. q. dargestellten abgeänderten Ausführungsform sind
diejenigen Teile, welche den der vorgeschriebenen Ausführungsform bezeichneten Teilen
entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen benannt. Bei der in Fig. q. dargestellten
Ausführungsform sind die Teile q. und 5 des Bohrkopfes zusammengeschraubt, so daß
sie tatsächlich ein Stück bilden. Der buchsenartige Teil innerhall der inneren Kammer
wird dann getrennt, um einen Hammerteil 18 und einen Amboßteil ig zu bilden, und
der Hammerteil 18 hat eine nicht kreisförmige Außenform, während der Amboßteil i9
einen kreisförmigen Querschnitt hat. Die beiden sich berührenden Flächen der Teile
18 und ig weisen sich im Kreis erstreckende lange keilartige Zähne 2o, 21 auf ihnen
auf. Eine Feder 22 legt sich, wie dargestellt, auf die obere Seite des Hammerteiles
18. Wenn der Bohrkopf gedreht wird, wobei sich äie Bohrwerkzeuge mit der zu bohrenden
Fläche in Berührung befinden, rotieren die Schneidrollen um ihre Achsen, und ihre
Drehbewegung bewirkt, daß der Amboßteil i9 relativ zum Bohrkopf gedreht wird. Da
der Hammerteil 18 sich relativ zu dein Bohrerkörper nicht drehen kann, bewirken
die Zähne zwischen den beiden Teilen, -daß der Hammerteil 18 sich in axialer Richtung
entgegen der Wirkung der Feder 22 bewegt, wodurch dem Amboßteil i9 und den sich
drehenden -Schneidrollen eine Reihe von Stößen erteilt wird. Es ist des weiteren
ersichtlich, daß die notwendige Energie für diese Schläge der Feder von den rotierenden
Bohrwerkzeugen erteilt wird.
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Es ist erkennbar, daß bei beiden Ausführungsformen die langen keilförmigen
Zähne tatsächlich mehrere schräge Ebenen bilden. Im gegebenen Fall braucht nur ein
einziger Zahn auf jedem der zusammenarbeitenden Flächen vorgesehen sein, wobei dieser.
Zahn als eine einzige schräge Ebene arbeitet.
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Es sei noch bemerkt, daß die in Fig. 2 und 3 angegebene Pfeilrichtung
sowie die hier gezeigte Lage der flachen und der steilen Schrägflächen der Stirnverzahnung
6, 7.an. den Teilen g. und 5 voraussetzt, daß das Gewinde 2 ein Linksgewinde ist,
da andernfalls sich das Gewinde während des Betriebes lockern würde, wenn der Bohrkopf,
wie mit dem Pfeil angegeben, links herumgedreht wird. In den meisten Fällen arbeiten
die Bohrgeräte im Rechtsdrehsinii, und die Verschraubungen an Stangen, Rohren und
Geräten haben in der Regel Rechtsgewinde. Je nach Bedarf ist naturgemäß die Neigungsrichtung
der flachen und der steilen Zahnflanken der Stirnverzahnung 6, 7 so zu wählen, daß
während des Betriebes kein unerwünschtes Lockern oder Losschrauben der Verschraubungen
eintritt.