EP0334806A1 - Gesteinsbohrkrone - Google Patents

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EP0334806A1
EP0334806A1 EP89810149A EP89810149A EP0334806A1 EP 0334806 A1 EP0334806 A1 EP 0334806A1 EP 89810149 A EP89810149 A EP 89810149A EP 89810149 A EP89810149 A EP 89810149A EP 0334806 A1 EP0334806 A1 EP 0334806A1
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rock
area
drilling tool
drill
cutting bodies
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Josef Obermeier
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/04—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs
    • B28D1/041—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs with cylinder saws, e.g. trepanning; saw cylinders, e.g. having their cutting rim equipped with abrasive particles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/02—Core bits
    • E21B10/04—Core bits with core destroying means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/36—Percussion drill bits
    • E21B10/40—Percussion drill bits with leading portion

Definitions

  • the invention relates to a rock drilling tool with a drill bit, which has a region which widens in the feed direction in the inner and outer diameter and is provided with at least one essentially axially extending passage opening for the cuttings which is open to the outer contour.
  • Rock drilling tools known from DE-OS 2 856 205 have a shank and a bell-shaped drilling head at the front end.
  • the drill head is provided with cutting pins on its face.
  • the drill head has grooves extending from the circumference, which serve for the passage of the cuttings. After the guide length of this drill head is short, it is not possible to produce precise bores, for example for receiving mechanical anchors. Due to the complex shape, these drilling tools can only be manufactured by forging and subsequent machining, which leads to high manufacturing costs.
  • a bell-like chisel tool can be seen from DE-PS 2 928 445, which is used together with an impact-emitting device.
  • This tool is at least partially tapered on the outside and inside in the feed direction.
  • the front end of the tool in the setting direction is designed as a ring cutter.
  • the tool also has through-openings which are inclined to the longitudinal axis and lead from the inside to the outside and which serve to discharge the cuttings which are broken and crushed by the conical inner shape. Due to the design for purely striking operation, no requirements regarding guidance are made on this tool used for earth drilling.
  • the invention has for its object to provide a rock drilling tool that is suitable for creating deeper holes with a precise geometric shape and can be produced economically.
  • this is achieved in that, in the feed direction, the area with a widening inside and outside diameter is adjoined by a cylindrical area with a constant inside and outside diameter, the end face of which is provided with cutting bodies along the circumference.
  • the shape proposed according to the invention enables economical production, in particular by extrusion.
  • the decisive factor here is the fact that there are no major jumps in the material thickness. Due to the conical design in connection with the cylindrical area, ideal conditions for an extrusion process are also given from the point of view of the material flow. It also enables better shock transmission.
  • the cylindrical area adjoining the area with a widening inside and outside diameter in the feed direction creates a good guidance of the drilling tool in the borehole.
  • the cutting bodies arranged on the end face are used to process the subsoil, the core which remains standing being broken and crushed when it hits the conical area of the drill bit, so that the resulting cuttings emerge from the through the openings Drill bit can come out and get into the area of a transport helix which may adjoin the drill bit on the back.
  • Wear-resistant elements can be arranged in the conical overrun area.
  • the cutting bodies expediently project axially beyond the cylindrical region.
  • An annular groove is cut out by these cutting bodies projecting beyond the cylindrical region when working with the drilling tool according to the invention.
  • the crown body itself hardly comes into direct contact with the surface. On the one hand, this enables good removal of the cuttings and, on the other hand, prevents wear on the crown body.
  • the cutting bodies advantageously protrude radially from the cylindrical region, with a protrusion both outwards and inwards. This enables free cutting and prevents the cylindrical area of the crown body from touching the borehole wall.
  • the cutting bodies are expediently designed in the form of a pin. Such cutting bodies can be accommodated in bores in the drill bit and are therefore precisely positioned, whereby they are also simple to manufacture and, under certain circumstances, can be replaced by the user himself.
  • the length of the cylindrical region is expediently 0.2 to 3 times the outside diameter. A length of the cylindrical area lying in this area creates good guidance.
  • the drill bit is advantageously provided with a centering drill which projects axially above it.
  • the center drill At the start of the drilling process, the center drill first drills into the ground. If the drill bit then comes into engagement with the subsurface, the center drill becomes one prevents the drilling tool from running.
  • the center drill is subject to a relatively high level of wear and should therefore be replaceable, since the tool is only partially functional in the event of a failure.
  • the rock drilling tool shown in FIGS. 1 to 3 essentially consists of a shank 1 which is provided with longitudinal grooves 2 in its rear end region. These longitudinal grooves 2 are used for the axial mounting and the rotary driving of the drilling tool.
  • the shaft 1 is provided with a conical region 3 that widens in the feed direction and has an inner and outer diameter that widens in the feed direction.
  • a cylindrical region 4 adjoins the conical region 3.
  • the length L of this cylindrical region 4 is approximately 0.2 to 3 times the outer diameter D.
  • the front end of the cylindrical region 4 is designed as an annular cutting edge 5.
  • the conical region 3 is provided with through openings 6 which serve to discharge the cuttings formed in the interior of the drill bit.
  • the inside of the drill bit is provided with a receiving bore 7 for a centering drill 8 axially projecting beyond the drill bit.
  • a centering drill 8 axially projecting beyond the drill bit.
  • the drill bit is in the area of the cutting edge 5 with pin-shaped Migen cutting bodies 9 provided.
  • These cutting bodies 9 are preferably hard metal pins. However, these cutting bodies 9 can also be plate-shaped or consist of synthetic diamonds embedded in a matrix.

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Abstract

Das Gesteinsbohrwerkzeug weist einen in Vorschubrichtung an den Schaft (1) anschliessenden konischen Bereich (3) und einen in gleicher Richtung daran anschliessenden, zylindrischen Bereich (4) auf. Der konische Bereich (3) ist mit Durchtrittsöffnungen (6) versehen, welche dem Durchtritt des Bohrkleins von der Innenseite zur Aussenseite der Bohrkrone dienen. Die Bohrkrone weist ausserdem stiftförmige Schneidkörper (9) sowie einen die Bohrkrone axial überragenden Zentrierbohrer (8) auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gesteinsbohrwerkzeug mit Bohr­krone, die einen sich in Vorschubrichtung im Innen- und Aus­sendurchmesser erweiternden, mit wenigstens einer im wesent­lichen axial verlaufenden, zur Aussenkontur hin offenen Durchtrittsöffnung für das Bohrklein versehenen Bereich auf­weist.
  • Aus der DE-OS 2 856 205 bekannte Gesteinsbohrwerkzeuge wei­sen einen Schaft und am vorderen Ende einen glockenförmig ausgebildeten Bohrkopf auf. Der Bohrkopf ist an seiner Stirn­seite mit Schneidstiften versehen. Ausserdem weist der Bohr­kopf vom Umfang ausgehende Nuten auf, welche dem Durchtritt des Bohrkleins dienen. Nachdem die Führungslänge dieses Bohr­kopfes gering ist, lassen sich genaue Bohrungen, beispiels­weise zur Aufnahme von mechanisch zu spreizenden Dübeln, nicht herstellen. Durch die aufwendige Formgebung ist eine Herstellung dieser Bohrwerkzeuge nur durch Schmieden und anschliessende spanabhebende Bearbeitung möglich, was zu hohen Herstellkosten führt.
  • Aus der DE-OS 3 041 135 sind weitere Gesteinsbohrwerkzeuge bekannt, deren Aussendurchmesser vom Schaft her in Vorschub­richtung konisch zunimmt. Diese Bohrwerkzeuge weisen die Form einer geschlossenen Glocke auf. Die Bohrtiefe dieser Bohrwerkzeuge ist dadurch begrenzt. Falls mit diesen Bohr­werkzeugen Durchbrüche in Wänden mit grösserer Wandstärke hergestellt werden sollen, so muss dies in mehreren Etappen erfolgen, weil jeweils nach einer Etappe der Bohrkern ent­fernt werden muss.
  • Neben diesen bekannten Gesteinsbohrwerkzeugen ist aus der DE-PS 2 928 445 ein glockenartiges Meisselwerkzeug ersicht­lich, das zusammen mit einem Schläge abgebenden Gerät ver­wendet wird. Dieses Werkzeug ist an seiner Aussen- und Innen­seite zumindest teilweise in Vorschubrichtung konisch er­weitert. Das in Setzrichtung vordere Ende des Werkzeuges ist als Ringschneide ausgebildet. Das Werkzeug weist ferner zur Längsachse geneigt angeordnete, von der Innen- zur Aussen­seite führende Durchtrittsöffnungen auf, die der Abfuhr des Bohrkleins dienen, das durch die konische Innenform gebrochen und zerkleinert wird. Durch die Auslegung auf rein schlagen­den Betrieb werden an dieses zum Erdbohren verwendete Werk­zeug keine Anforderungen hinsichtlich Führung gestellt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gesteinsbohr­werkzeug zu schaffen, das zur Schaffung tieferer Bohrlöcher mit genauer geometrischer Form geeignet ist und sich wirt­schaftlich herstellen lässt.
  • Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass sich in Vorschubrichtung an den Bereich mit sich erweiterndem Innen- und Aussendurchmesser ein zylindrischer Bereich mit konstantem Innen- und Aussendurchmesser anschliesst, dessen Stirnseite entlang des Umfanges mit Schneidkörpern versehen ist.
  • Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Formgebung ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung, insbesondere durch Fliess­pressen. Massgebend hierzu ist vor allem der Umstand, dass keine grossen Sprünge in den Materialstärken vorhanden sind. Durch die kegelartige Ausbildung in Verbindung mit dem zylin­drischen Bereich sind zudem aus der Sicht des Materialflus­ses ideale Voraussetzungen für ein Fliesspressverfahren ge­geben. Ausserdem wird dadurch eine bessere Stossübertragung ermöglicht.
  • Der sich in Vorschubrichtung an den Bereich mit sich erwei­terndem Innen- und Aussendurchmesser anschliessende zylind­rische Bereich schafft eine gute Führung des Bohrwerkzeuges im Bohrloch. Die an der Stirnseite angeordneten Schneidkör­per dienen dem Bearbeiten des Untergrundes, wobei der ste­henbleibende Kern beim Auflaufen auf den konischen Bereich der Bohrkrone gebrochen und zerkleinert wird, so dass das entstehende Bohrklein durch die Durchtrittsöffnungen aus der Bohrkrone heraustreten kann und in den Bereich einer gege­benenfalls sich rückseitig an die Bohrkrone anschliessenden Transportwendel gelangt. Im konischen Auflaufbereich können verschleissfeste Elemente angeordnet werden.
  • Zweckmässigerweise überragen die Schneidkörper den zylin­drischen Bereich axial. Durch diese den zylindrischen Be­reich überragenden Schneidkörper wird beim Arbeiten mit dem erfindungsgemässen Bohrwerkzeug eine Ringnut herausgeschnit­ten. Der Kronenkörper selbst kommt dabei kaum in direkte Berührung mit dem Untergrund. Dies ermöglicht einerseits eine gute Abfuhr des Bohrkleins und verhindert andererseits einen Verschleiss des Kronenkörpers.
  • Die Schneidkörper überragen den zylindrischen Bereich vor­teilhafterweise radial, wobei ein Ueberragen sowohl nach aussen als auch nach innen erfolgen kann. Dies ermöglicht ein Freischneiden und verhindert eine Berührung des zylin­drischen Bereiches des Kronenkörpers mit der Bohrlochwan­dung.
  • Zweckmässigerweise sind die Schneidkörper stiftförmig ausge­bildet. Solche Schneidkörper können in Bohrungen der Bohr­krone aufgenommen werden und sind dadurch in der Lage genau positioniert, wobei sie zudem in der Herstellung einfach sind und unter Umständen vom Anwender selbst ausgewechselt werden können.
  • Die Länge des zylindrischen Bereiches beträgt zweckmässiger­weise das 0,2- bis 3-fache des Aussendurchmessers. Eine in diesem Bereich liegende Länge des zylindrischen Bereiches schafft eine gute Führung.
  • Für den Anbohrvorgang sowie auch für das Weiterführen der Bohrung ist die Bohrkrone vorteilhafterweise mit einem diese axial überragenden Zentrierbohrer versehen. Zu Beginn des Bohrvorganges bohrt sich somit zuerst der Zentrierbohrer in den Untergrund ein. Kommt dann die Bohrkrone mit dem Unter­grund in Eingriff, so wird durch den Zentrierbohrer ein seit­ liches Verlaufen des Bohrwerkzeuges verhindert. Der Zen­trierbohrer ist einem relativ hohen Verschleiss unterworfen und sollte daher auswechselbar sein, da das Werkzeug bei einem Ausfall nur noch bedingt funktionstüchtig ist.
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein erfindungsgemässes Gesteinsbohrwerkzeug, teilweise im Schnitt dargestellt;
    • Fig. 2 eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Gesteinsbohrwerkzeuges, in Richtung des Pfeiles A;
    • Fig. 3 eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Ge­steinsbohrwerkzeuges, in Richtung des Pfei­les B.
  • Das aus Fig. 1 bis 3 ersichtliche Gesteinsbohrwerkzeug be­steht im wesentlichen aus einem Schaft 1, der in seinem rück­wärtigen Endbereich mit Längsnuten 2 versehen ist. Diese Längsnuten 2 dienen der axialen Halterung und der Drehmit­nahme des Bohrwerkzeuges. Der Schaft 1 ist mit einem sich in Vorschubrichtung erweiternden, konischen Bereich 3 mit sich in Vorschubrichtung erweiterndem Innen- und Aussendurchmes­ser versehen. An den konischen Bereich 3 schliesst sich ein zylindrischer Bereich 4 an. Die Länge L dieses zylindrischen Bereiches 4 beträgt etwa das 0,2- bis 3-fache des Aussendurch­messers D. Das vordere Ende des zylindrischen Bereiches 4 ist als ringförmige Schneidkante 5 ausgebildet. Der konische Bereich 3 ist mit Durchtrittsöffnungen 6 versehen, welche der Abfuhr des sich im Innern der Bohrkrone bildenden Bohr­kleins dienen. Die Bohrkrone ist an ihrer Innenseite mit einer Aufnahmebohrung 7 für einen die Bohrkrone axial über­ragenden Zentrierbohrer 8 versehen. Zu Beginn des Anbohrvor­ganges kommt zunächst nur der Zentrierbohrer 8 mit der Ober­fläche des zu bearbeitenden Untergrundes in Eingriff. Die Bohrkrone ist im Bereich des Schneidkante 5 mit stiftför­ migen Schneidkörpern 9 versehen. Bei diesen Schneidkörpern 9 handelt es sich vorzugsweise um Hartmetallstifte. Diese Schneidkörper 9 können jedoch auch plattenförmig ausgebildet oder aus synthetischen, in eine Matrix eingebetteten Diaman­ten bestehen.

Claims (6)

1. Gesteinsbohrwerkzeug mit Bohrkrone, die einen sich in Vorschubrichtung im Innen- und Aussendurchmesser erwei­ternden, mit wenigstens einer im wesentlichen axial verlaufenden, zur Aussenkontur hin offenen Durchtritts­öffnung für das Bohrklein versehenen Bereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Vorschubrichtung an den Bereich (3) mit sich erwei­terndem Innen- und Aussendurchmesser ein zylindrischer Bereich (4) mit konstantem Innen- und Aussendurchmesser anschliesst, dessen Stirnseite entlang des Umfanges mit Schneidkörpern (9) versehen ist.
2. Gesteinswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­net, dass die Schneidkörper (9) den zylindrischen Be­reich (4) axial überragen.
3. Gesteinswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­kennzeichnet, dass die Schneidkörper (9) den zylin­drischen Bereich (4) radial überragen.
4. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkörper (9) stift­förmig ausgebildet sind.
5. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, dass die Länge (L) des zylin­drischen Bereiches (4) das 0,2- bis 3-fache des Aussen­durchmessers (D) beträgt.
6. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrkrone mit einem diese axial überragenden Zentrierbohrer (8) versehen ist.
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