EP0347601A1 - Bohrwerkzeug mit Förderwendel - Google Patents

Bohrwerkzeug mit Förderwendel Download PDF

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EP0347601A1
EP0347601A1 EP89109302A EP89109302A EP0347601A1 EP 0347601 A1 EP0347601 A1 EP 0347601A1 EP 89109302 A EP89109302 A EP 89109302A EP 89109302 A EP89109302 A EP 89109302A EP 0347601 A1 EP0347601 A1 EP 0347601A1
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helix
drilling tool
drill head
tool according
contact surface
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Bernhard Moser
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Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Robert Bosch Power Tools GmbH
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Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Hawera Probst GmbH
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    • 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/07—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers
    • E21B17/073—Telescoping joints for varying drill string lengths; Shock absorbers with axial rotation
    • 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
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • E21B10/445—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts percussion type, e.g. for masonry
    • 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
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/22—Rods or pipes with helical structure

Definitions

  • the invention relates to a drilling tool according to the preamble of claim 1.
  • Drilling tools with interchangeable conveying coils are mainly used to produce breakthroughs using electrically or pneumatically driven rotary hammers.
  • the carbide-tipped drill head is designed as a cross-drill head or solid drill head. Such tools are shown for example in DE-OS 26 39 310, DE-OS 30 44 757 or DE-OS 25 43 578 A1.
  • the contact force generated by the support spring between the feed helix and the drill head depends on the load capacity of the plastic helix. If the contact pressure is set very high, an axial displacement of the feed screw and thus a separation of the form-fitting connection between the feed screw and the drill head only occurs when there is a very high load as a result of tilting or jamming. However, this can lead to premature destruction of the conveyor helix. Conversely, the contact pressure must be at least so great that there is always a good positive fit between the helix and the drill head to bridge the play for the helix.
  • the object of the invention is to provide a drilling tool of the type described in the introduction to improve that the conveyor helix is exposed to lower forces during operation, so that the wear of the conveyor helix and thus the risk of breakage is reduced.
  • the drilling tool according to the invention has the advantage over the known devices that the service life, in particular of a plastic conveying helix, can be increased considerably for certain purposes. According to the invention, it is provided for this that no otherwise conventional form-fitting connection between the conveyor helix and the drill head, but a frictional connection is used.
  • the invention is based on the finding that it has proven to be harmless in practice if the conveying helix rotates slightly with respect to the drill head or the push-on shaft, even if it is easier to jam. This twisted position can generally not affect unimpeded removal of drilling dust, so that a positive connection between the helix and the drill head is not essential.
  • the contact surface between the helix and the drill head can be flat, conical or curved.
  • the latter has the advantage that a larger contact surface and thus a better frictional engagement is guaranteed.
  • the contacting contact surfaces between the helix and the drill head are roughened.
  • the roughening can e.g. B. be designed as a type of corrugation.
  • the better frictional connection can take place by means of an additionally applied friction lining or an additional friction disk.
  • the spring force of the support spring and thus the frictional engagement is adjustable. This can happen, for example, in that the support ring is adjustable in its axial position. Support springs of different hardness can also be used.
  • the drilling tool 1 shown in FIGS. 1 and 2 consists of a drill shaft 2 and a drill head 3 which, for. B. is designed as a cross drill bit, as is known for example from DE-OS 34 26 977.
  • the attachable and exchangeable conveyor helix 4 is designed as a fully profiled plastic helix, d. H. the conveyor helix has its own drill helix profile. Such full plastic coils are known for example from DE 36 14 0010 A1.
  • a wound conveying helix can also be used, provided that the same problem according to the invention occurs there.
  • the feed spiral 4 is limited in the axial direction by the support spring 5 downwards, the support spring being supported on a support ring 6.
  • the support ring 6 consists of a radially expandable, longitudinally slotted support sleeve 7, which can be snapped into a puncture groove in the drill shaft 2, the lower part of the support spring 5 enclosing an upper support sleeve region 7 'to block the radial expansion of the support sleeve.
  • the support spring 5 has the same winding direction as the helix 4, so that there may be an additional funding effect for the drilling dust.
  • the axial support of the conveyor spiral 4 takes place in its upper region 8 by means of a frictional connection on the contact surface 9.
  • the left one is Half of the figures as a conical or frustoconical contact surface 9 'and the right figure representation as a flat contact surface 9 ⁇ shown in an alternative embodiment.
  • the conical design of the contact surface 9 ' has the advantage of a larger connecting surface and thus an increased frictional engagement.
  • This surface can also be curved.
  • the mutual contact surfaces 9 between the helix 4 and the drill head 3 are expediently roughened.
  • a type of corrugation 10 is indicated schematically in the left figure representation of FIG. 2.
  • Another type of roughening can also be used to increase the friction torque, e.g. B. in the form of a glued or sprayed on friction lining or an additional friction disc.
  • the support spring 5 presses the feed screw 4 with a certain pressing force 11 in the direction of the drill head 3. This results in a frictional connection between the feed screw 4 and the drill head 3 under normal load on the drilling tool, so that a secure rotation of the feed screw 4 on the drill shaft 2 is ensured.
  • the contact force 11 can be changed by varying the spring hardness of the support spring 5. This would be e.g. B. guaranteed by an axial displacement or adjustability of the support ring 6 or by different strength springs 5.

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Abstract

Es wird ein Bohrwerkzeug vorgeschlagen, welches vorzugsweise zur Herstellung von Durchbrüchen in Beton- oder Mauerwerk in klüftigem Gestein geeignet ist. Um eine Beschädigung einer austauschbaren Förderwendel (4) zu vermeiden, wird die Verbindung zwischen Förderwendel (4) und Bohrkopf (3) als Reibschlußverbindung ausgeführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bohrwerkzeuge mit austauschbaren Förderwendeln werden vorwiegend zur Herstellung von Durchbrüchen benutzt, unter Verwendung von elektrisch oder pneumatisch angetriebenen Bohrhämmern. Dabei ist der mit Hartmetall bestückte Bohrkopf als Kreuzbohrkopf oder Vollbohrkopf ausgebildet. Derartige Werkzeuge sind beispielsweise in der DE-OS 26 39 310, DE-OS 30 44 757 oder der DE-OS 25 43 578 A1 dargestellt.
  • Aus der EP 0 264 657 A1 ist ein Bohrwerkzeug mit austauschbarer Förderwendel bekannt geworden, bei welchem zwischen Förderwendel und axialem Abstützring eine Spiralfeder vorgesehen ist, die ein bestimmtes axiales Spiel der Förderwendel gegenüber dem Bohrerschaft zuläßt. Die Förderwendel kann sich vom Bohrkopf gegen den Druck der Feder wegbewegen und insbesondere bei einer Verklemmung oder Verkantung der Wendel im Bohrloch auch frei gegenüber dem Bohrkopf bzw. dem Bohrerschaft durchdrehen. Hierdurch kann eine Zerstörung der Kunststoffwendel vermieden werden.
  • Die mittels der Abstützfeder erzeugte Anpreßkraft zwischen der Förderwendel und dem Bohrkopf richtet sich nach der Belastbarkeit der Kunststoffwendel. Stellt man die Anpreßkraft sehr hoch ein, so tritt eine axiale Verschiebung der Förderwendel und damit eine Trennung der formschlüssigen Verbindung zwischen Förderwendel und Bohrkopf erst bei einer sehr hohen Belastung infolge von Verkantung oder Verklemmung auf. Dies kann aber zu einer frühzeitigen Zerstörung der Förderwendel führen. Umgekehrt muß die Anpreßkraft mindestens so groß sein, daß stets ein guter Formschluß zwischen Förderwendel und Bohrkopf zur Überbrückung des vorgesehenen Spiels für die Förderwendel vorhanden ist.
  • Infolge der im Bohrkopf enthaltenen Bohrmehlnuten, in denen die Förderwendel im allgemeinen formschlüssig verankert ist, ist die wirksame Andruckfläche bzw. Verbindungsfläche der formschlüssigen Verbindung zwischen Förderwendel und Bohrkopf relativ klein gehalten. Hier kommt es deshalb zu hohen Flächenpressungen und damit zu einer erhöhten Beanspruchung der Förderwendel. Weiterhin tritt bei der bekannten Anordnung bei einer schlagartigen Beanspruchung der Förderwendel durch Verklemmen oder Verkanten eine außerordentlich hohe Schlagbelastung auf die formschlüssige Verbindung auf, da sich die axiale Verschiebung zur Überbrückung des vorgesehenen Spiels nicht schlagartig einstellen kann. Auch hierdurch kann es zu einer vorzeitigen Zerstörung oder zu einem Bruch der Förderwendel kommen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug der einleitend bezeichneten Art dahingehend zu verbessern, daß die Förderwendel im Betrieb geringeren Kräften ausgesetzt ist, so daß der Verschleiß der Förderwendel und damit die Bruchgefahr gemindert wird.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Bohrwerkzeug der einleitend bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug hat gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil, daß die Lebensdauer insbesondere einer Kunststoff-Förderwendel bei bestimmten Einsatzzwecken betächtlich erhöht werden kann. Erfindungsgemäß ist hierfür vorgesehen, daß keine sonst übliche formschlüssige Verbindung zwischen Förderwendel und Bohrkopf, sondern eine Reibschlußverbindung verwendet wird. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß es sich in der Praxis als unschädlich erwiesen hat, wenn sich die Förderwendel ggf. auch bei einem leichteren Verklemmen geringfügig gegenüber dem Bohrkopf bzw. dem Aufsteckschaft verdreht. Diese verdrehte Lage kann einen ungehinderten Bohrmehlabtransport im allgemeinen nicht beeinflussen, so daß es auf eine formschlüssige Verbindung zwischen Förderwendel und Bohrkopf nicht zwingend ankommt. Es kommt bei der Verwendung von Wendeln insbesondere aus Kunststoff vielmehr entscheidend darauf an, daß eine schlagartige Belastung auf die Wendel bei einem Verklemmen oder Verkanten möglichst vermieden werden soll, d. h. die Wendel sollte bei einer derartigen Beanspruchung sofort ohne zeitliche Verzögerung außer Eingriff kommen. Dies ist jedoch erfindungsgemäß nur mit einer sofort durchrutschenden Förderwendel möglich, die nicht erst axial verschoben werden muß. Die Verbindung der Förderwendel gegenüber dem Bohrkopf wurde deshalb als Reibschlußverbindung durchgeführt, wobei es zu keiner nennenswerten axialen Verschiebung zwischen Förderwendel und Bohrkopf kommt. Die Abstützfeder hat vielmehr die nunmehr andere Aufgabe, eine ausreichende Anpreßkraft der Förderwendel gegenüber dem Bohrkopf zu erzielen, damit die Förderwendel im Normalbetrieb nicht durchrutscht. Versuche haben gezeigt, daß diese Verbindungsart für die Praxis ausreichend ist, wobei der Vorteil einer äußerst schonenden Behandlung der Förderwendel damit verbunden ist.
  • Die Anlagefläche zwischen Förderwendel und Bohrkopf kann eben, konusförmig oder auch gewölbt ausgebildet sein. Letzteres hat den Vorteil, daß eine größere Anlagefläche und damit ein besserer Reibschluß gewährleistet ist.
  • Um den Reibschluß zu verbessern, kann es zweckmäßig und vorteilhaft sein, daß die sich berührenden Anlageflächen zwischen Förderwendel und Bohrkopf aufgerauht sind. Die Aufrauhung kann z. B. als eine Art Riffelung ausgebildet sein. Weiterhin kann der bessere Reibschluß durch einen zusätzlich aufgebrachten Reibbelag oder einer zusätzlichen Reibscheibe erfolgen.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Federkraft der Abstützfeder und damit der Reibschluß verstellbar ausgeführt ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Abstützring in seiner axialen Lage verstellbar ist. Es können auch unterschiedlich harte Abstützfedern zum Einsatz kommen.
  • Weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden, anhand der Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen
    • Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs und
    • Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Verbindung zwischen Förderwendel und Bohrkopf in zwei Ausführungsvarianten.
  • Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Bohrwerkzeug 1 besteht aus einem Bohrerschaft 2 und einem Bohrkopf 3, der z. B. als Kreuzbohrkrone ausgebildet ist, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 34 26 977 bekannt ist. Die aufsteckbare und auswechselbare Förderwendel 4 ist als voll profilierte Kunststoff-Aufsteckwendel ausgebildet, d. h. die Förderwendel hat ein eigenes Bohrerwendelprofil. Derartige Voll-Kunststoffwendeln sind beispielsweise aus der DE 36 14 0010 A1 bekannt.
  • Anstelle der Massiv-Kunststoffwendel 4 kann auch eine gewickelte Förderwendel Verwendung finden, sofern an dieser das gleiche erfindungsgemäße Problem auftritt.
  • Die Förderwendel 4 wird in axialer Richtung durch die Abstützfeder 5 nach untenhin begrenzt, wobei sich die Abstützfeder auf einem Abstützring 6 abstützt. Der Abstützring 6 besteht aus einer radial aufweitbaren, längsgeschlitzten Abstützhülse 7, die in eine Einstichnut im Bohrerschaft 2 einrastbar ist, wobei zur Blockierung der radialen Aufweitung der Abstützhülse der untere Teil der Abstützfeder 5 einen oberen Abstützhülsenbereich 7′ umschließt.
  • Die Abstützfeder 5 weist die gleiche Wickelrichtung auf, wie die Förderwendel 4, so daß es zu einer zusätzlichen Förderwirkung für das Bohrmehl kommen kann.
  • Wie aus Fig. 2 in Schnittdarstellung ersichtlich, erfolgt die axiale Abstützung der Förderwendel 4 in ihrem oberen Bereich 8 mittels einer Reibschlußverbindung an der Berührungsfläche 9. Dabei ist in der Fig. 2 die linke Figurenhälfte als konusförmige oder kegelstumpfförmige Berührungsfläche 9′ und die rechte Figurendarstellung als ebene Berührungsfläche 9˝ in alternativer Ausführungsform dargestellt. Die konusförmige Ausbildung der Berührungsfläche 9′ hat den Vorteil einer größeren Verbindungsfläche und damit einer erhöhten Reibschlußwirkung. Diese Fläche kann auch gewölbt ausgebildet sein. Die gegenseitigen Berührungsflächen 9 zwischen Förderwendel 4 und Bohrkopf 3 sind zweckmäßigerweise aufgerauht. Hierfür ist in der linken Figurendarstellung von Fig. 2 eine Art Riffelung 10 schematisch angedeutet. Es kann auch eine andere Art der Aufrauhung zur Erhöhung des Reibmoments verwendet werden, z. B. in Form eines aufgeklebten oder aufgespritzten Reibbelags oder einer zusätzlich eingebrachten Reibscheibe.
  • Die Abstützfeder 5 drückt die Förderwendel 4 mit einer bestimmten Andruckkraft 11 in Richtung zum Bohrkopf 3. Hierdurch erfolgt bei normaler Belastung auf das Bohrwerkzeug eine Reibschlußverbindung zwischen Förderwendel 4 und Bohrkopf 3, so daß eine gesicherte Drehmitnahme der Förderwendel 4 auf dem Bohrerschaft 2 gewährleistet ist. Die Anpreßkraft 11 kann durch Variation der Federhärte der Abstützfeder 5 geändert werden. Dies wäre z. B. durch eine axiale Verschiebbarkeit oder Verstellbarkeit des Abstützringes 6 oder durch unterschiedlich starke Federn 5 gewährleistet.
  • Der Vorgang des Verklemmens ist in der EP 0 264 657 beschrieben. Dies tritt vorallem bei der Herstellung von Durchbrüchen in klüftigem Gestein auf.
  • Sobald ein Verklemmen der Förderwendel 4 bei dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug eintritt, kann sich die Reibschlußverbindung zwischen Förderwendel 4 und Bohrkopf 3 durch leichte axiale Verschiebung lösen, so daß eine Beschädigung der Förderwendel ausgeschlossen ist. Sobald sich die Verklemmung zwischen Förderwendel und Bohrloch gelöst hat, drückt die Abstützfeder 5 die Förderwendel 4 über die Anpreßkraft 11 wiederum in ausreichendem Maße gegen den Bohrkopf 3, so daß eine Reibschlußverbindung an den Berührungsflächen 9 geschaffen wird.

Claims (6)

1. Bohrwerkzeug, vorzugsweise zur Herstellung von Durchbrüchen in Beton- oder Mauerwerk mit einer austauschbaren, axial gesicherten Förderwendel, die sich im Bereich des Bohrkopfes abstützt, wobei zwischen der Förderwendel und einer am Bohrerschaft fixierten Abstützvorrichtung eine Abstützfeder zur axialen Verspannung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Abstützung der Förderwendel (4) gegenüber dem Bohrkopf (3) mittels einer Reibschlußverbindung erfolgt, wobei die Reibschlußkraft in Abhängikeit der Federvorspannung der Abstützfeder (5) steht.
2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche (9) zwischen Förderwendel (4) und Bohrkopf (3) konusförmig (9′), eben (9˝) oder im Querschnitt gewölbt ausgebildet ist.
3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche (9) zwischen Förderwendel (4) und Bohrkopf (3) nach Art einer Riffelung (10) o. dgl. aufgerauht ist.
4. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft (11) der Abstützfeder (5) und damit die Reibschlußkraft an der Berührungsfläche (9) variabel einsetzbar ist.
5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Reibbelag auf die Berührungsfläche (9) mittels Kleben oder Aufspritzen aufgebracht ist.
6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein separater Reibbelag als Reibscheibe zwischen Förderwendel (4) und Bohrkopf (3) eingebracht ist.
EP89109302A 1988-06-18 1989-05-23 Bohrwerkzeug mit Förderwendel Expired - Lifetime EP0347601B1 (de)

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DE3820697A DE3820697A1 (de) 1988-06-18 1988-06-18 Bohrwerkzeug
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