DEST000370MA - Gesteinsbohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrer zum Bohren von Mineralien. Beim Bohren von Mineralien, insbesondere von hartem Gestein wendet man zwei Verfahren an, nämlich das Drehbohrverfahren und das Schlagbohrverfahren. Beim Drehbohrverfahren wird der Bohrer unter hohem Druck an die Bohrlochsohle angepresst und löst durch Drehbewegung das Bohrgut. Der Andruck ist erheblich und beträgt z.B. beim Sprenglochbohren 2 000 kg und mehr. Beim Schlagbohrverfahren wird der Meissel auf die Bohrlochsohle geschlagen. Die Schläge werden mit solcher Stärke ausgeführt, dass der Bohrmeissel vom Gestein zurückprallt. Dadurch wird er von der Sohle abgehoben. Dann wird er umgesetzt und von neuem auf das Gestein aufgeschlagen. Bei beiden Verfahren ist der Schneidenwerkstoff, sei es beim Drehbohrer, sei es beim Bohrmeissel, sehr hoher Beanspruchung und daher entsprechendem Verschleiss unterworfen.

Der Bohrer gemäss Erfindung dient zum Bohren von Mineralien nach einem Verfahren, das etwa als eine Kombination des Drehbohr- und des Schlagbohrverfahrens angesprochen werden kann, bei dem das schlagende und das drehende Bohrverfahren jedoch derart kombiniert sind, dass das schlagende Bohrverfahren ohne Rückschlag ausgeführt wird und dass das drehende Bohrverfahren nur mit einem geringen, dem Bohrer gerade mit der Bohrlochsohle in Berührung haltenden Druck ausgeführt wird. Der Bohrer erhält während seines kontinuierlichen Rundlaufs Schläge in bestimmter Taktfolge, durch die die zu bohrenden Mineralien eingekerbt werden und das in Drehrichtung vor den Bohrschneiden befindliche Bohrgut radial weggeschnitten und weggeräumt wird.

Bei den üblichen Gesteinsbohrern für drehendes Bohren werden die Spitzen der Schneiden des Bohrers zur Erzielung eines möglichst geringen Drehmoments in der Nähe der Drehachse angeordnet. Die Mineralien werden über den gesamten Bohrlochquerschnitt mit Ausnahme eines in der Mitte verbleibenden schwachen Kerns bearbeitet. Diese Arbeitsweise bedingt einen relativ hohen Andruck des Bohrers auf die Bohrlochsohle, um die Druckfestigkeit des Gesteins zu überwinden und beansprucht die Werkzeugschneiden ausserordentlich auf Verschleiss. Selbst beim Hohlbohren grösserer Bohrlöcher ist entsprechend dem zu zerspanenden Ringquerschnitt noch ein bedeutender Andruck des Bohrers auf die Bohrlochsohle notwendig.

Beim schlagenden Bohrverfahren besitzen die Bohrerschneiden eine meisselartige Ausbildung. Spröde, verschleissfeste Meisselschneiden, z.B. aus hartem Metall, können beim schlagenden Bohren, beim dem der Bohrer auf der Bohrlochsohle aufgeschlagen, abgehoben, umgesetzt und wieder aufgeschlagen wird, vorzeitig zerstückeln.

Der Gesteinsbohrer, der zur Ausübung eines kombinierten Drehbohr- und Schlagbohrverfahrens gemäss der Erfindung angewendet wird, zeichnet sich durch radial angeordnete Schneiden, die sowohl als Kerbschneiden wie als Drehschneiden (Kerb-Drehschneiden) ausgebildet sind, aus. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass im Gegensatz zu den beiden vorstehend geschilderten üblichen, aber nachteiligen Bohrweisen der Bohrer ohne Abheben von der Bohrlochsohle in das Mineral eingekerbt und ohne einen grösseren Andruck, als zum satten Anliegen an die Bohrlochsohle erforderlich ist, an das Mineral angelegt wird. Der Kerb-Drehbohrerwird so angewendet, dass er während der Drehbewegung in bestimmter Taktfolge Kerbschläge erhält, wodurch die Kerbschneiden des Bohrers in das Mineral hineingetrieben werden und jeweils nach dem Schlagimpuls die in Drehrichtung vor den Schneiden befindlichen Mineralien weggeschnitten, bzw. soweit sie gesplittert sind, aus ihrem Verband gelöst und weggeräumt werden.

Es wurde gefunden, dass es vorteilhaft ist, die Kerbschneiden an dem Bohrer so anzuordnen, dass die Schneidkanten mit der Bohrerdrehachse einen Winkel bilden, derart, dass am Umfang des Bohrers Keilspitzen entstehen. In Bohrrichtung gesehen fallen also die Schneidkanten von den am Umfang des Bohrers liegenden Keilspitzen in Richtung auf die Drehachse nach hinten ab.

Zweckmässig werden die vom Bohrumfang zur Bohrerachse abfallenden Schneidkanten der Kerb- Drehschneiden mit einem sogenannten Hinterschliff oder Freiwinkel versehen, d.h. die im Drehsinn hinter der Schneidkante liegende Fläche ist so abgeschrägt, dass sie mit der Drehebene des Bohrers einen spitzen Winkel bildet.

Diese erfindungsgemässe Ausbildung des Gesteinsbohrers bewirkt, dass die Kerb- Drehschneiden durch den Schlagimpuls zunächst punktförmig in das zu bohrende Material eindringen und dann, je nach der Stärke des Schlagimpulses, weiter keilförmig eindringen. Infolgedessen wird die dem Bohrer beim Kerbschlag erteilte Schlagenergie vollständig in Kerbarbeit auf der Bohrlochsohlenfläche umgewandelt, sodass der Bohrer nicht zurückprallen kann. Eine derartige Anordnung der Bohrerschneide lässt sich im Prinzip auch in anderer Weise verwirklichen. Das Wesentliche ist, dass die Schneiden beim Kerbschlag zunächst punktförmig und dann, je nach Stärke des Kerbschlags und nach Härte des Gesteins den ersten Angriffspunkt keilförmig erweitern und dadurch tiefer eindringen, wobei die erteilte Schlagenergie völlig in die beabsichtigte Zerkleinerungsarbeit des Bohrguts übergeführt wird.

Der Kerb-Drehbohrer nach der Erfindung kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Entweder liegt ein Bohrer vor, bei dem ein einziger, schneidentragender Ring um den Spülkanal vorhanden ist, oder es sind auf mehreren konzentrischen Ringen, die in Achsenrichtung stufenförmig versetzt sind, Kerb-Drehschneiden angeordnet. Eine solche Bohrerausbildung wird als Stufenbohrer bezeichnet. Die Anzahl der jeweils auf einer Stufe vorhandenen Schneiden kann gleich sein, oder es können auf den um den inneren Ring angeordneten äusseren Ringen eine zunehmende Zahl von Schneiden vorgesehen sein, z.B. derart, dass der innerste Ring, bzw. der in Schneidrichtung vorderste Ring drei Schneiden trägt, auf der folgenden Stufe 6 und auf der nächstfolgenden Stufe 12 Schneiden vorgesehen sind. Mit Rücksicht auf die Ablaufnuten ist es zweckmässig, die einander entsprechenden Schneiden auf den verschiedenen Stufen so anzuordnen, dass sie in denselben radialen Ebenen liegen.

Bei Anordnung von zwei oder mehr Stufen können Zuleitungen vom Spülkanal zu den einzelnen Stufen vorgesehen sein.

Auf der Zeichnung ist als Beispiel ein Stufenbohrer dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen zweistufigen Gesteinsbohrer.

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gesteinsbohrers.

Fig. 3 eine Aufsicht auf den Gesteinsbohrer.

Nach den Fig. 1 - 3 ist der Bohrerkörper 1 als Hohlkörper mit dem axial durchgehenden Spülkanal 2 ausgebildet.

Der Bohrerkörper 1 weist auf seiner Aussenfläche das Anschlussgewinde 3 zum Anschrauben der Bohrstange, die Schlüsselfläche 4 zum Befestigen und Lösen des Bohrers mittels eines Schraubenschlüssels, die Bohrkleinablaufnuten 5 und die mit Hartmetall 6 bestückten Bohrerschneiden auf. Die vordere Stufe besteht aus den drei, im Kreis um den Spülkanal 2 angeordneten Bohrerschneiden 7, 8 und 9.

Auf der nächsten, axial in Bohrrichtung versetzten Stufe, die einen konzentrischen Ring um den Ring der vordersten Stufe bildet, sind weitere Schneiden 10, 11 und 12 so angeordnet, dass sie in derselben radialen Ebene liegen wie die entsprechenden Schneiden auf den vordersten Stufen. Alle Schneiden sind so angeordnet, dass die Schneidkanten mit der Bohrerdrehachse einen Winkel 13 bilden, derart, dass am Umfang des Bohrers Keilspitzen entstehen. Ausserdem haben alle Schneiden einen Freiwinkel 14, d.h. die im Drehsinn hinter der Schneidkante liegende Fläche ist so abgeschrägt, dass sie mit der Drehebene des Bohrers einen spitzen Winkel bildet (Hinterschliff). Der Winkel 13, den die Schneidkanten mit dem durch die Spitze 15 gehenden Radius des Bohrers bilden und der Freiwinkel 14 ergeben die keilförmige Ausgestaltung der Spitze 15. Sie kann deshalb auch als Keilspitze bezeichnet werden.

Auf Seite 3 Absatz 2 ist gesagt worden, dass es vorteilhaft ist, die Kerbschneiden an dem Bohrer so anzuordnen, dass die Schneidkanten mit der Bohrerdrehachse einen Winkel bilden, derart, dass am Umfang des Bohrers Keilspitzen entstehen. Im Extremfall liegt die Keilspitze peripher.

Für gewisse Bohrzwecke kann es aber auch angebracht sein, dass die Keilspitze nicht an der Peripherie liegt, sondern etwas zur Achse hin verlegt ist. In diesem Fall hat man es mit zwei Schneidkanten zu tun, von denen die längere Kante in Bohrrichtung gesehen zur Drehachse nach hinten verhältnismässig flach abfällt, während die kürzere, ebenfalls in Bohrrichtung gesehen, in Bezug auf die Drehachse nach hinten, aber verhältnismässig steil abfällt.

Mit dem erfindungsgemässen Bohrer ist es möglich, eine wesentlich verbesserte Bohrleistung zu erzielen, die nach praktischen Versuchen ein Vielfaches der bisher angewendeten Bohrverfahren beträgt. Gegenüber dem Schlagbohrverfahren z.B. wurde ein vier- bis sechsfacher Bohrfortschritt erzielt, wobei nur ein Bruchteil des sonst üblichen Energieaufwandes erforderlich ist. Durch das Einkerben und anschliessende Wegschneiden des Bohrguts, bzw. Wegräumen, fällt in weit grösserem Umfang als bisher körniges Bohrklein an, wodurch die Silikosegefahr verringert ist. Ferner kann das Gewicht der Bohrmaschine, bzw. der Bohrhämmer, erheblich niedriger gehalten werden. Dadurch werden die erforderlichen Bohrgerüste leichter, nehmen geringeren Raum ein und lassen sich leichter montieren und demontieren. Die Arbeitsgeräte und die die Geräte bedienenden Arbeiter erfahren keine derart starken Erschütterungen, wie sie beim Schlagbohren vorkommen, sodass schädliche Muskelüberbeanspruchungen entfallen. Da kein höherer Anpressdruck des Bohrers auf die Bohrlochsohle benötigt wird als zum satten Anliegen des Bohrers an der Bohrlochsohle erforderlich ist, können die Bohrgeräte sowie die Vorschubeinrichtungen wesentlich leichter gebaut werden.

Mit Rücksicht auf eine einfache und billige Bauweise des Bohrers ist es vorteilhaft, jede Bohrerstufe mit drei Schneiden zu besetzen. Es können aber auch, um auf den äusseren Bohrerringen ein zu grosses Drehmoment zu vermeiden, die Anzahl der Schneiden auf den äusseren Ringen gegenüber dem inneren Ring vermehrt werden. Räumlich stört eine vergrösserte Anzahl von Schneiden auf den äusseren Bohrerringen nicht.

Die Ausgestaltung des Bohrers, insbesondere in Bezug auf die Zahl der Bohrerschneiden auf den inneren und den äusseren Bohrerringen hängt selbstverständlich von der Anzahl der Kerbschläge je Umdrehung und der Drehzahl des Bohrers ab. Es ist also zweckmässig, den Bohrer dem angewendeten Arbeitsverfahren anzupassen, sodass bei kleinstem Drehwinkel schon wieder ein Kerbschlag erfolgt. Es ist klar, dass bei nach kleinen Drehwinkeln erfolgenden Einkerbschlägen der Kerbschlag verhältnismässig schwach sein kann, und dass dadurch die Schneiden des Bohrers geschont werden. Versuche haben ergeben, dass Schlagwerkzeuge mit 50 000 Kerbschlägen und mehr je Minute mit Erfolg betrieben werden können. Wichtig ist selbstverständlich, dass der Bohrer nicht solch starke Kerbschläge erfahren darf, dass er sich von der Bohrlochsohle abhebt, vielmehr muss er nach Erreichen einer gewissen Kerbtiefe nach dem Kerbschlag in den Kerben verbleiben. Im allgemeinen wird durch Erhöhen der Zahl der Kerbschläge der Bohrfortschritt erhöht.

Claims (8)

1. Gesteinsbohrer, gekennzeichnet durch radial angeordnete Schneiden, die sowohl als Kerbschneiden als auch als Drehschneiden (Kerb-Drehschneiden) ausgebildet sind.

2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten unter gleichzeitiger Keilspitzenbildung am Umfang des Bohrers in einem bestimmten Winkel zur Bohrer-Drehachse angeordnet sind.

3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schneiden mit zwei Schneidkanten, wobei die Keilspitze in der Nähe des Umfangs des Bohrers liegt.

4. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Drehsinn hinter der Schneidkante liegende Fläche mit der Drehachse durch Hinterschliff einen spitzen Winkel bildet.

5. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerb-Drehschneiden auf mehreren konzentrischen, in Achsenrichtung stufenförmig versetzten Ringen zur Ausbildung des Bohrers als Stufenbohrer angeordnet sind.

6. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Bohrer, bzw. auf den in konzentrischen Ringen angeordneten Stufen mindestens zwei, vorzugsweise drei oder mehr Schneiden angebracht sind.

7. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den verschiedenen konzentrischen Ringen eines Stufenbohrers jeweils die gleiche Anzahl Schneiden angeordnet sind.

8. Gesteinsbohrer nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Schneiden auf den verschiedenen Stufen in derselben radialen Ebene angeordnet sind.