EP0607937A1 - Gesteinsbohrwerkzeug - Google Patents

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EP0607937A1
EP0607937A1 EP94100702A EP94100702A EP0607937A1 EP 0607937 A1 EP0607937 A1 EP 0607937A1 EP 94100702 A EP94100702 A EP 94100702A EP 94100702 A EP94100702 A EP 94100702A EP 0607937 A1 EP0607937 A1 EP 0607937A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cutting
drill
rock
face
clearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP94100702A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Peetz
Bernhard Moser
Siegfried Klaissle
August Haussmann
Gerhard Schwarz
Helmut Duscha
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Robert Bosch Power Tools GmbH
Original Assignee
Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Hawera Probst GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG, Hawera Probst GmbH filed Critical Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Publication of EP0607937A1 publication Critical patent/EP0607937A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/48Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts the bit being of core type
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/36Percussion drill bits
    • E21B10/40Percussion drill bits with leading portion
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21BEARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00Drill bits
    • E21B10/46Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56Button-type inserts

Definitions

  • the invention relates to a rock drilling tool according to the preamble of claim 1.
  • Usual rock drills consist of a cylindrical clamping shank, an adjoining helix and a carbide-tipped drill head. Drill head and feed helix largely have the same outside diameter.
  • drill bits In addition to such breakthrough drills, so-called drill bits have also become known. Such drill bits generally consist of a cylindrical shaft part for clamping the tool, which may be followed by a cylindrical, pot-shaped area via a conical transition area. Similar to a breakthrough drill, the cylindrical area forms an annular drill face, which is covered with hard metal cutting elements. As in the case of breakthrough drills, there is an axially projecting center drill in the middle.
  • the invention has for its object to provide a rock drilling tool and in particular a breakthrough drill or a drill bit, in which the cutting tool is optimized in particular for striking stress on the drilling tool.
  • flat teeth In addition to these cylindrical cutting pins, so-called “flat teeth” can be used, which are rectangular or trapezoidal in cross-section and have a flat cutting tip and side cutting edges. Such flat teeth are less easy to remove when struck due to their flat tip. However, due to their lateral cutting edges, material-explosive machining should be carried out with a good cutting lateral machining. Due to the existing flat cutting edges on the front side, the explosive effect is in any case less than with a cylindrical cutting pin with a conical tip.
  • the basic idea of the invention is that an optimal efficiency of the rock drilling tool according to the invention can only be achieved if the use of different cutting bodies is carried out. Each cutting body is used for the optimal application for its type.
  • a first cutting stock should take over the task of clearing the radial head, i.e. the cutting bodies used for this project beyond the ring-shaped end face of the pot-shaped drill head in the radial direction (circumferential cutting).
  • the lateral free cut can take place both radially outwards and inwards by a corresponding lateral overhang over the outer or inner diameter of the annular end face.
  • a second cutting edge is also provided, which is provided exclusively for the axial clearing work when the rock drilling tool is struck (face cutting).
  • a cutting body is used in particular, which is aligned with its longitudinal axis of symmetry parallel to the drill axis and is therefore aligned in an optimal line of action or line of force in the event of an impact load.
  • the second, clearing cutting stock is arranged for an optimal effect in such a way that it axially projects above the first cutting stock, so that when striking it is largely used solely for carrying out the clearing work.
  • the first cutting set to create the lateral clearance slightly set back compared to the clearing cutting bodies, and is used to produce a very precise drill hole.
  • Flat teeth with defined lateral cutting edges are used as lateral clearance-creating cutting bodies for circumferential machining.
  • the cutting bodies are used specifically for this application of circumferential cutting, i.e. e.g. wear-resistant cutting edges.
  • Cylindrical cutting pins are used as "clearing cutting bodies" for the face machining, which, like a pointed chisel, have a particularly high removal rate in the rock when struck, whereby the longitudinal axes of the cutting pins are always parallel to the center axis of the drill, i.e. in the direction of impact, i.e. are aligned in the direction of the lines of force.
  • the material and the shape of these cylindrical cutting bodies is selected in such a way that it is particularly suitable for clearing at the end.
  • the arrangement of the individual cutting bodies on an annular, interrupted or uninterrupted end face of the drilling tool to form a cutting surface can take various forms. At least two free-cutting and at least one clearing cutting body must be present. Several cutting bodies can be arranged symmetrically or asymmetrically on the annular end face. If increased clearing work is required, the number of clearing cutting bodies can be increased compared to the free-cutting cutting bodies. For example, three or four free-cutting and four or six clearing cutters are used in a symmetrical or asymmetrical arrangement. An asymmetrical arrangement avoids harmful resonance phenomena.
  • the cutting bodies are always optimized with regard to the division of their tasks, with the properties of the drive machines, the material to be processed and the material quality of the cutting bodies also having to be taken into account.
  • the drilling tools 1 shown in FIGS. 1a, 1b relate to a drill bit 2 (FIG. 1a) or a breakthrough drill 3 (FIG. 1b). Both drilling tools have a drill shaft 4 of the required length as a clamping shaft and an end-side drill head 5 for Material removal on. The transition between drill shank 4 and drill head 5 can take place via a conical intermediate region 6, which can have passage openings for drilling dust (not shown in more detail) in the drill bit 2 or the breakthrough drill 3 (see EP 0 334 806).
  • the drill bit 2 can have a conveying helix 8 on its cylindrical outer surface 7.
  • the breakthrough drill 3 can additionally be provided with an attachable feed helix (not shown in more detail).
  • the end-shaped area of the drill head 5 of both drilling tools 2, 3 does not differ in principle in structure. Accordingly, the different lower area of the two drilling tools 2, 3 is only shown in broken lines.
  • the rock drilling tool 1 in both tools 2, 3 consists in its head region of an axially parallel, cylindrical wall section 9, which has an end face 10 arranged on the end face, encircling in an annular or ring segment shape, uninterrupted or interrupted by circular cutouts 30 for receiving a hard metal cutting tool 11, 12 .
  • the recesses 30 which may be provided (dashed lines in FIGS. 1a, 1b) accordingly form circular ring segments of the wall section 9 (see DE 28 56 205, FIG. 1).
  • the bottom 31 of the breakthrough drill 3 can be curved or flat.
  • the top view of an uninterrupted annular end face 10 with hard metal cutting edges 11, 12 is shown again in FIGS. 2a to 2b.
  • center drill 13 In the center of the drilling tool there is a center drill 13, which is arranged axially parallel, and which axially projects beyond the annular end face 10 in a conventional manner.
  • the longitudinal axis of the drill is shown with reference numeral 14.
  • the end annular end face 10 of the drill head 5 is provided with a different cutting edge 11, 12.
  • the annular end face 10 initially has a first cutting edge 11 which, in order to create a free space 15, 15 '(see FIG. 4b), projects above the cylindrical wall section 9 of the drill head, particularly radially outwards, preferably also inwards.
  • This free space serves to produce a high-precision borehole and to avoid jamming or jamming of the rock drilling tool.
  • the first cutting stock 11 consists of cutting cutting bodies, as are formed by a flat tooth 16 with lateral cutting edges.
  • the flat tooth shown in Figures 1a, 1b with reference numerals 11, 16 consists of a cutting plate with a rectangular cross section, the width b 1 of which is greater than the wall thickness b 2 of the cylindrical wall section 9, so that there is a lateral, external and internal projection to create a free space results. Accordingly, the circumference created by the free-creating cutting element 11, 16 with the diameter d 1 is larger than the circumference of the outer diameter d 3 of the cylindrical wall section 9. The difference d 1 minus d 3 forms the circumferential free space 15.
  • the inner circumference with the diameter d2 of the clearance-creating cutting element 11, 16 is smaller than the inner diameter d4 of the cylindrical wall section 9, which in turn results in the interior clearance 15.
  • the first cutting edge 11, 16 therefore serves with its lateral cutting edges to create a radially outer and / or inner free space 15, 15 '.
  • the flat tooth 16 can also have a cross-section which is trapezoidal in plan view (FIG. 3b) in order to form front sharp outer or inner cutting edges 19 in the circumferential direction 20.
  • a so-called flat tooth 16 with a trapezoidal cross section is therefore used as the first cutting edge 11.
  • Such a flat tooth 16 has a flat upper cutting edge 21, which slopes obliquely towards the rear (surface 22).
  • the flat tooth 16 has sharp lateral cutting edges 19 to create the free space 15, 15 '.
  • a second hard metal cutting edge 12 is also provided, which is formed in particular by the cutting pins 12, 18 shown in FIGS. 1a, 1b, 2a, 2b, which are shown in FIGS. 3c, 3d is shown in a single representation with cone tip 23.
  • Such a cylindrical cutting pin 18 is placed as a second cutting tool 12 in the center of the cylindrical wall section 9, its longitudinal axis 24 of symmetry as well as the central axis of symmetry 24 'of the first cutting tool 11, 16 preferably being aligned parallel to the longitudinal axis 14 of the drill, ie in the direction of the lines of force during impact is.
  • the upper tip 25 of the cutting pin 12, 18 lies by an amount h1 axially in front of the front edge 21 of the flat tooth 16. This makes the striking clearing process of the rock to be drilled primarily from the second cutting edge 12, 18, which lies axially in front of the free-creating first cutting edge 16. This results in a separation between clearing first cutting stock 11, 16 and clearing or chiseling second cutting stock 12, 18.
  • FIGS. 2a to 2b Different cutting trimmings for the individual cutting elements are shown in FIGS. 2a to 2b.
  • FIG. 2a shows a first clearing cutting edge 11, consisting of three symmetrically or asymmetrically arranged flat teeth 16 and a second cutting edge 12, consisting of three, likewise symmetrically arranged cutting pins 18.
  • the angular distances between the individual cutting elements can be the same or different. The latter may be used to produce an asymmetrical arrangement to avoid vibrations.
  • FIG. 2b shows a first clearing cutting set 11 consisting of four flat teeth 16, two of which are arranged at an angular distance of 180 °.
  • the remaining two flat teeth 16 are not arranged symmetrically by 90 °, but rather by an angle ⁇ ⁇ 15 °.
  • This asymmetrical arrangement of two flat teeth 16 in turn has advantages in terms of vibration.
  • an arrangement of six cutting pins 18 is provided as the second cutting edge 12, one cutting pin 18 on the one in the first and third quadrant and two further flat teeth symmetrically on the ring sections 10 in the second and fourth quadrant.
  • FIG. 4a, 4b show a basic illustration for the use of the cutting trimmings according to the invention.
  • the surface of the stone to be machined is shown in principle by reference numeral 28.
  • the first, clearing cutting edge 11 in the form of a flat tooth 16 is shown on the right side of the figure, and the clearing cutting edge 12 in the form of a cutting pin 18 on the left half of the figure. Due to the axial overhang h 1 of the clearing cutting element 12, 18, the cutting pin 18 is already penetrated by this height h 1 into the rock material, represented by the rock surface 28 in Fig. 4a, when the flat tooth 16 with its flat, frontal edge 21 touches the rock surface 28 (Fig. 4a).
  • the first cutting stock 11, 16 thus penetrates into a rock material which has already been smashed by the second cutting stock 12, 18 with the height h 1.
  • FIG. 4b the penetration of the drilling tool into the rock material 29 is shown by the depth t 1.
  • the second, clearing cutting edge 12, 18 with its conical tip hammering the rock material 23 always hurries ahead of the first cutting edge 11, 16 by the amount h 1.
  • the first, clearing cutting stock 11, 16 therefore always strikes an already shattering depression 30 (FIG. 4b), so that the creation of the outside free space 15 or the inside free space 15 'is greatly simplified by the clearing cutting element 11, 16.
  • the division of tasks between the first and second cutting stock is therefore clearly evident from FIG. 4b.
  • the invention generally aims at an optimal use and an optimal use of the available cutting elements. This is particularly the case when the clearing cutting elements 12, 16 with their Longitudinal axes of symmetry 24 are parallel to the longitudinal axis 14 of the drill. In this case, the lines of force act on the clearing cutting element in the optimal direction of action, so that minimal losses occur when striking the clearing cutting element.

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Abstract

Es wird ein Gesteinsbohrwerkzeug vorgeschlagen, welches für einen schlagenden Einsatz in einer Hammerbohrmaschine o. dgl. dient und eine ringförmige Stirnseite mit Hartmetall-Schneidbesatz aufweist. Um eine Aufgabentrennung hinsichtlich einer Abräumarbeit (Stirnzerspannung) und einer freischneidenden Arbeit (Umfangszerspannung) zwischen den einzelnen Schneidelementen zu erhalten, ist ein erster, aus einem Flachzahn gebildeter Schneidbesatz (11, 16) vorgesehen, der zur Schaffung eines Freiraumes dient, während ein zweiter, aus einem zylindrischen Schneidstift bestehender Schneidbesatz (12, 18) derart angeordnet ist, daß er eine voreilende Abräumarbeit durchführt. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Gesteinsbohrwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Übliche Gesteinsbohrer bestehen aus einem zylindrischen Einspannschaft, einer sich hieran anschließenden Förderwendel sowie einem hartmetallbestückten Bohrkopf. Bohrerkopf und Förderwendel nehmen weitgehend den gleichen Außendurchmesser ein.
  • Neben solchen Gesteinsbohrern sind weiterhin sogenannte Durchbruchbohrer bekannt geworden, die mit oder ohne aufsteckbare Förderwendel verwendet werden. Ein solcher Bohrer ist in der DE 28 56 205 A1 dargestellt. Hier weist der Bohrkopf einen wesentlich größeren Außendurchmesser auf als der Bohrerschaft. Am vorderen Ende des Bohrwerkzeugs befindet sich ein glockenförmig ausgebildeter Bohrkopf, der an seiner Stirnseite mit Schneidstiften versehen ist. Die Schneidstifte befinden sich sowohl auf den axial vorstehenden Ringsegmenten als auch auf den axial zurückversetzten zentrischen Ausnehmungen des Bohrerkopfes. Dabei werden ausschließlich zylindrische Schneidstifte mit kegelförmiger Spitze verwendet, die zur Herstellung eines Freischnittes schräg auf den Ringsegmenten angeordnet sind und diese radial nach außen und nach innen überragen. Diese Schneidstifte müssen demnach sowohl den Freischnitt als auch die Abräumarbeit des Gesteins bei einer schlagenden Beanspruchung übernehmen, wobei die abräumenden Schneidstifte in einer zur Bohrerlängsachse schrägen Anordnung eine ungünstige Krafteinleitung aufweisen.
  • Neben derartigen Durchbruchbohrern sind weiterhin sogenannte Bohrkronen bekannt geworden. Solche Bohrkronen bestehen im allgemeinen aus einem zylindrischen Schaftteil zum Einspannen des Werkzeugs, dem sich ggf. über einen konischen Übergangsbereich ein zylindrischer, topfförmiger Bereich anschließt. Ähnlich wie bei einem Durchbruchbohrer bildet der zylindrische Bereich eine ringförmige Bohrerstirnfläche, die mit Hartmetallschneidkörpern besetzt ist. In der Mitte befindet sich ebenso wie bei Durchbruchbohrern ein axial vorstehender Zentrierbohrer.
  • Aus der DE 38 09 428 A1 (EP 0 334 806 A1) ist eine solche Gesteinsbohrkrone bekannt geworden, die an ihrer ringförmigen Stirnfläche zylindrische Hartmetall-Schneidstifte als Schneidkörper aufweist. Dabei überragen die Schneidstifte die ringförmige Stirnseite sowohl in axialer als auch in nach außen und innen gerichteter radialer Richtung, letzteres zur Herstellung eines Freischnittes. Hierfür sind die Längsachsen aller Schneidstifte in einem spitzen Winkel zur Bohrerlängsachse angeordnet, so daß wiederum eine ungünstige Krafteinwirkung bei einer axialen Schlagbeanspruchung auf die Schneidstifte auftritt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gesteinsbohrwerkzeug und insbesondere einen Durchbruchbohrer oder eine Bohrkrone zu schaffen, bei welchem der Schneidbesatz insbesondere für eine schlagende Beanspruchung des Bohrwerkzeugs optimiert ist.
  • Dieser Aufgabe wird ausgehend von einem Gesteinsbohrwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Gesteinsbohrerwerkzeugs nach dem Anspruch 1 angegeben.
  • Als Schneidelemente oder Schneidkörper zur Bestückung einer ringförmigen Schneidfläche von Durchbruchbohrern oder Bohrkronen kommen verschiedene Hartmetall-Elemente in Betracht. Dies sind zum einen die in den genannten Veröffentlichungen verwendeten zylindrischen Schneidstifte mit kegelförmiger Spitze. Solche Schneidstifte wirken bei schlagender Beanspruchung wie ein Spitzmeißel, d.h. es sind keine definierten Schneidkanten vorgesehen. Eine optimale Wirkung als Abräumwerkzeug erzielen solche zylindrischen Schneidstifte aber nur bei einer axialen Schlagbeanspruchung.
  • Neben diesen zylindrischen Schneidstiften können sogenannte "Flachzähne" verwendet werden, die im Querschnitt rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet sind und eine ebene Schneidspitze sowie Seitenschneiden aufweisen. Solche Flachzähne können bei schlagender Beanspruchung aufgrund ihrer ebenen Spitze nur schlechter eine abräumende d.h. materialsprengende Bearbeitung jedoch aufgrund ihrer seitlichen Schneidkanten eine gute schneidende seitliche Bearbeitung vornehmen. Aufgrund der vorhandenen stirnseitigen flachen Schneidkanten ist die Sprengwirkung jedenfalls geringer als bei einem zylindrischen Schneidstift mit kegelförmiger Spitze.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb für Durchbruchbohrer oder Bohrkronen eine konsequente Ausnutzung der Vorteile der verschiedenen Schneidkörper verfolgt.
  • Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß ein optimaler Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrwerkzeuges nur dann erzielt werden kann, wenn der Einsatz verschiedener Schneidkörper vorgenommen wird. Dabei wird jeder Schneidkörper für den für seine Bauart optimalen Einsatzzweck verwendet.
  • Hierdurch wird ein Bohrwerkzeug geschaffen, welches zwei verschiedene Schneidelementbesätze mit unterschiedlicher Aufgabenstellung aufweist. Dabei soll ein erster Schneidbesatz die Aufgabe des radialen Freiräumens des Bohrkopfes übernehmen, d.h. die hierfür verwendeten Schneidkörper überragen die ringförmige Stirnfläche des topfförmigen Bohrerkopfes in radialer Richtung (Umfangszerspannung). Der seitliche Freischnitt kann dabei sowohl radial nach außen als auch nach innen durch einen entsprechend seitlichen Überstand über den Außen- bzw. Innendurchmesser der ringförmigen Stirnfläche erfolgen.
  • Erfindungsgemäß ist darüberhinaus ein zweiter Schneidbesatz vorgesehen, der ausschließlich für die axiale Abräumarbeit bei schlagender Beanspruchung des Gesteinsbohrwerkzeuges vorgesehen ist (Stirnzerspannung). Hierfür dient insbesondere ein Schneidkörper, der mit seiner Längssymmetrieachse parallel zur Bohrerachse ausgerichtet ist und dadurch in einer optimalen Wirklinie oder Kraftlinie bei einer Schlagbeanspruchung ausgerichtet ist.
  • Durch die Auftrennung des Aufgabengebietes des ersten und zweiten Schneidbesatzes wird der zweite, abräumende Schneidbesatz für eine optimale Wirkung derart angeordnet, daß er den ersten Schneidbesatz axial überragt, so daß dieser bei schlagender Beanspruchung weitestgehend alleine zur Durchführung der Abräumarbeit im Einsatz ist. Demzufolge ist der erste Schneidbesatz zur Schaffung des seitlichen Freiraumes geringfügig gegenüber den Abräum-Schneidkörpern zurückversetzt, und dient zur Herstellung eines sehr präzisen Bohrloches.
  • Als seitlichen Freiraum-schaffenden Schneidkörper zur Umfangszerspannung werden Flachzähne mit definierten seitlichen Schneidkanten verwendet. Dabei werden die Schneidkörper hinsichtlich Formgebung und Materialeigenschaften speziell für diesen Einsatz der Umfangszerspannung eingesetzt, d.h. z.B. verschleißfeste Schneidkanten.
  • Als "Abräum-Schneidkörper" für die Stirnzerspannung kommen zylindrische Schneidstifte zum Einsatz, die ähnlich wie ein Spitzmeißel eine besonders hohe Abtragsleistung im Gestein bei schlagender Beanspruchung aufweisen, wobei die Längsachsen der Schneidstifte grundsätzlich parallel zur Bohrermittelachse, d.h. in Schlagrichtung, d.h. in Richtung der Kraftlinien ausgerichtet sind. Das Material und die Formgebung dieser zylindrischen Schneidkörper wird derart gewählt, daß es besonders für ein stirnseitiges Abräumen geeignet ist.
  • Die Anordung der einzelnen Schneidkörper auf einer kreisringförmigen unterbrochenen oder ununterbrochenen stirnseitigen Stirnfläche des Bohrwerkzeuges zur Bildung einer Schneidfläche kann in verschiedener Form erfolgen. So müssen mindestens zwei freischneidende und wenigstens ein abräumender Schneidkörper vorhanden sein. Mehrere Schneidkörper können symmetrisch oder asymmetrisch auf der ringförmigen Stirnfläche angeordnet sein. Wird eine erhöhte Abräumarbeit benötigt, so kann die Anzahl der abräumenden Schneidkörper gegenüber den freischneidenden Schneidkörper erhöht werden. Beispielsweise können drei oder vier freischneidende und vier oder sechs abräumende Schneidkörper in symmetrischer oder asymmetrischer Anordnung Verwendung finden. Eine asymmetrische Anordnung vermeidet schädliche Resonanzerscheinungen.
  • Es findet stets eine Optimierung der Schneidkörper im Hinblick auf deren Aufgabenteilung statt, wobei auch Eigenschaften der Antriebsmaschinen, des zu bearbeitenden Materials sowie der verwendeten Werkstoffqualität der Schneidkörper zu berücksichtigen sind.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und unter Angabe von weiteren Vorteilen in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen wiedergegeben.
  • Es zeigen
  • Fig. 1a, 1b
    eine Bohrkrone bzw. einen Durchbruchbohrer mit erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Bohrerkopfes,
    Fig. 2a - 2b
    Draufsichten auf verschiedene Ausführungsformen der Figuren 1a und 1b,
    Fig. 3a - 3d
    die verschiedenen, zum Einsatz kommenden Schneidkörper,
    Fig. 4a, 4b
    eine symbolische Darstellung über den Einsatz der verschiedenen Schneidbesätze mit einem Flachzahn und einem Stiftzahn,
    Beschreibung der Erfindung:
  • Die in den Figuren 1a, 1b dargestellten Bohrwerkzeuge 1 betreffen eine Bohrkrone 2 (Fig. 1a) oder einen Durchbruchbohrer 3 (Fig. 1b). Beide Bohrwerkzeuge weisen einen Bohrerschaft 4 in erforderlicher Länge als Einspannschaft sowie einen stirnseitigen Bohrerkopf 5 zum Materialabtrag auf. Der Übergang zwischen Bohrerschaft 4 und Bohrerkopf 5 kann über einen konischen Zwischenbereich 6 erfolgen, der bei der Bohrerkrone 2 oder dem Durchbruchbohrer 3 nicht näher dargestellte Durchtrittsöffnungen für Bohrmehl aufweisen kann (siehe EP 0 334 806). Zur Bohrmehlförderung kann die Bohrkrone 2 an ihrer zylindrischen Mantelfläche 7 eine Förderwendel 8 aufweisen. Demgegenüber kann der Durchbruchbohrer 3 zusätzlich mit einer nicht näher dargestellten, aufsteckbaren Förderwendel versehen werden.
  • Der stirnförmige Bereich des Bohrerkopfes 5 beider Bohrwerkzeuge 2, 3 unterscheidet sich prinzipiell nicht im Aufbau. Demzufolge ist der unterschiedliche untere Bereich der beiden Bohrwerkzeuge 2, 3 nur gestrichelt dargestellt.
  • Das Gesteinsbohrwerkzeug 1 besteht bei beiden Werkzeugen 2, 3 in seinem Kopfbereich aus einem achsparallelen, zylindrischen Wandungsabschnitt 9, der eine stirnseitig angeordnete, ringförmig oder ringsegmentförmig umlaufende, ununterbrochene oder durch kreisbogenförmige Aussparungen 30 unterbrochene Stirnfläche 10 zur Aufnahme eines Hartmetall-Schneidbesatzes 11, 12 aufweist. Die gegebenenfalls vorgesehenen Aussparungen 30 (gestrichelt in Fig. 1a, 1b) bilden demnach Kreisringsegmente des Wandungsabschnitts 9. (s. DE 28 56 205, Fig. 1). Der Boden 31 des Durchbruchbohrers 3 kann gewölbt oder eben sein. Die Draufsicht einer ununterbrochenen ringförmigen Stirnfläche 10 mit Hartmetall-Schneidbesatz 11, 12 ist in den Figuren 2a bis 2b nochmals dargestellt.
  • In der Mitte des Bohrwerkzeugs befindet sich zentrisch, d.h. achsparallel angeordnet ein Zentrierbohrer 13, der die ringförmige Stirnfläche 10 in herkömmlicher Weise axial überragt. Die Bohrerlängsachse ist mit Bezugszeichen 14 dargestellt.
  • Gemäß der Darstellung in den Figuren 1a, 1b bzw. in verschiedenen Ausführungsformen in den Figuren 2a bis 2b ist die stirnseitige ringförmige Stirnfläche 10 des Bohrerkopfes 5 mit einem unterschiedlichen Schneidbesatz 11, 12 versehen.
  • Die ringförmige Stirnfläche 10 weist zunächst einen ersten Schneidbesatz 11 auf, der zur Schaffung eines Freiraumes 15, 15' (siehe Fig. 4b) den zylindrischen Wandungsabschnitt 9 des Bohrerkopfes insbesondere radial nach außen vorzugsweise auch nach innen überragt. Dieser Freiraum dient zur Herstellung eines hochpräzisen Bohrloches sowie zur Vermeidung von Verklemmungen oder Verkantungen des Gesteinsbohrwerkzeuges.
  • Der erste Schneidbesatz 11 besteht hierfür aus schneidenden Schneidkörpern, wie sie durch einen Flachzahn 16 mit seitlichen Schneiden gebildet sind. Der in den Figuren 1a, 1b mit Bezugszeichen 11, 16 dargestellte Flachzahn besteht aus einem im Querschnitt rechteckförmigen Schneidplättchen, dessen Breite b₁ größer ist als die Wandstärke b₂ des zylindrischen Wandungsabschnittes 9, so daß sich ein seitlicher, außenliegender und innenliegender Überstand zur Schaffung eines Freiraumes ergibt. Demzufolge ist der durch das Freiraum-schaffende Schneidelement 11, 16 entstehende Umkreis mit dem Durchmesser d₁ größer als der Umkreis des Außendurchmessers d₃ des zylindrischen Wandungsabschnittes 9. Die Differenz d₁ minus d₃ bildet den umlaufenden Freiraum 15.
  • Gleichermaßen ist der innenliegenden Umkreis mit dem Durchmesser d₂ des Freiraum-schaffenden Schneidelements 11, 16 kleiner als der Innendurchmesser d₄ des zylindrischen Wandungsabschnittes 9, wobei sich wiederum der innenliegende Freiraum 15 ergibt.
  • Der erste Schneidbesatz 11, 16 dient demnach mit seinen seitlichen Schneidkanten zur Schaffung eines radial außenliegenden und/oder innenliegenden Freiraumes 15, 15'.
  • Gemäß der Darstellung der Erfindung in Fig. 2a, 2b sowie Fig. 3a, 3b kann der Flachzahn 16 auch einen in Draufsicht trapezförmigen Querschnitt (Fig. 3b) aufweisen, um vordere scharfe außenliegende oder innenliegende Schneidkanten 19 in Umlaufrichtung 20 zu bilden.
  • Gemäß der Darstellung des Ausführungsbeispiels in Fig. 2a, 2b in Verbindung mit Fig. 3a, 3b wird demzufolge als erster Schneidbesatz 11 ein sogenannter Flachzahn 16 mit trapezförmigen Querschnitt verwendet. Ein solcher Flachzahn 16 hat eine ebene obere Schneidkante 21, die nach hinten hin schräg abfällt (Fläche 22). Der Flachzahn 16 weist seitliche scharfe Schneidkanten 19 zur Schaffung des Freiraums 15, 15' auf.
  • Erfindungsgemäß ist neben dem ersten, einen Freiraumschaffendne Schneidbesatz 11, 16 noch ein zweiter Hartmetall-Schneidbesatz 12 vorgesehen, der insbesondere durch die in den Figuren 1a, 1b, 2a, 2b dargestellten Schneidstifte 12, 18 gebildet ist, der in Fig. 3c, 3d in Einzeldarstellung mit Kegelspitze 23 gezeigt ist. Ein solcher zylindrischer Schneidstift 18 ist als zweiter Schneidbesatz 12 jeweils mittig auf den zylinderförmigen Wandungsabschnitt 9 aufgesetzt, wobei seine Symmetrielängsachse 24 ebenso wie die Symmetriemittelachse 24' des ersten Schneidbesatzes 11, 16 vorzugsweise parallel zur Bohrerlängsachse 14, d.h. in Richtung der Kraftlinien beim schlagenden Einsatz ausgerichtet ist. Die obere Spitze 25 des Schneidstiftes 12, 18 liegt um einen Betrag h₁ axial vor der stirnseitigen Kante 21 des Flachzahnes 16. Dadurch wird der schlagende Abräumvorgang des zu bohrenden Gesteins in erster Linie von dem zweiten Schneidbesatz 12, 18 vorgenommen, der axial vor dem Freiraum-schaffenden ersten Schneidbesatz 16 liegt. Hierdurch ist eine Auftrennung zwischen freiräumenden ersten Schneidbesatz 11, 16 und abräumenden oder aufmeißelnden zweiten Schneidbesatz 12, 18 gegeben.
  • In den Figuren 2a bis 2b sind verschiedene Schneidbesätze für die einzelnen Schneidelemente dargestellt.
  • Fig. 2a zeigt einen ersten freiräumenden Schneidbesatz 11, bestehend aus drei symmetrisch oder asymmetrisch angeordneten Flachzähnen 16 und einem zweiten Schneidbesatz 12, bestehend aus drei, ebenfalls symmetrisch angeordneten Schneidstiften 18. Die Winkelabstände zwischen den einzelnen Schneidelementen können gleich oder unterschiedlich sein. Letzteres gegebenenfalls zur Herstellung einer asymmetrischen Anordnung zur Vermeidung von Schwingungen.
  • Die Darstellungsform nach Fig. 2b zeigt einen ersten freiräumenden Schneidbesatz 11 bestehend aus vier Flachzähnen 16, von denen zwei in einem Winkelabstand von 180° angeordnet sind. Die übrigen beiden Flachzähne 16 sind hierzu nicht symmetrisch um 90°, sondern um einen Winkel α ≈ 15° voreilend angeordnet.
  • Diese asymmetrische Anordnung zweier Flachzähne 16 hat wiederum schwingungstechnische Vorteile.
  • Als zweiter Schneidbesatz 12 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2b eine Anordnung von sechs Schneidstiften 18 vorgesehen, wobei sich jeweils ein Schneidstift 18 auf der winkelhabierenden im ersten und dritten Quadranten und jeweils zwei weitere Flachzähne symmetrisch auf den Ringabschnitten 10 im zweiten und vierten Quadranten befinden.
  • Die Fig. 4a, 4b zeigt eine Prinzipdarstellung für den Einsatz der erfindungsgemäßen Schneidbesätze. Dabei ist mit Bezugszeichen 28 die Oberfläche des zu bearbeitenden Steins prinzipiell dargestellt. Auf der rechten Bildhäfte ist jeweils der erste, freiräumende Schneidbesatz 11 in Form eines Flachzahns 16, auf der linken Figurenhälfte der abräumende Schneidbesatz 12 in Form eines Schneidstiftes 18 dargestellt. Aufgrund des axialen Überstandes h₁ des abräumenden Schneidelementes 12, 18 ist in Fig. 4a der Schneidstift 18 bereits um diese Höhe h₁ in das Gesteinsmaterial, dargestellt durch die Gesteinsoberfläche 28 eingedrungen, wenn der Flachzahn 16 mit seiner flachen, stirnseitigen Kante 21 die Gesteinsoberfläche 28 berührt (Fig. 4a). Der erste Schneidbesatz 11, 16 dringt demnach in ein Gesteinsmaterial ein, welches bereits durch den zweiten Schneidbesatz 12, 18 mit der Höhe h₁ zertrümmert worden ist.
  • In Fig. 4b ist das Eindringen des Bohrwerkzeugs in das Gesteinsmaterial 29 um die Tiefe t₁ dargestellt. Dabei eilt der zweite, abräumende Schneidbesatz 12, 18 mit seiner das Gesteinsmaterial hämmernden Kegelspitze 23 dem ersten Schneidbesatz 11, 16 stets um den Betrag h₁ voraus. Der erste, freiräumende Schneidbesatz 11, 16 trifft demnach stets auf eine bereits zertrümmernde Mulde 30 (Fig. 4b), so daß die Schaffung des außenliegenden Freiraums 15 bzw. des innenliegenden Freiraums 15' durch das freiräumende Schneidelement 11, 16 stark vereinfacht wird. Aus der Fig. 4b ist demnach die Aufgabenteilung zwischen erstem und zweitem Schneidbesatz klar ersichtlich.
  • Die Erfindung bezweckt generell einen optimalen Einsatz und eine optimale Verwendung der zur Verfügung stehenden Schneidelemente. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die abräumenden Schneidelemente 12, 16 mit ihren Symmetrielängsachsen 24 parallel zur Bohrerlängsachse 14 stehen. In diesem Fall wirken die Kraftlinien auf das abräumende Schneidelement in optimaler Wirkrichtung, so daß geringste Verluste beim schlagenden Einsatz auf das abräumende Schneidelement auftreten.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens nach den Patentansprüchen.

Claims (7)

  1. Gesteinsbohrwerkzeug insbesondere für einen schlagenden Einsatz in einer Hammerbohrmaschine o. dgl., bestehend aus einem Bohrerschaft und einem sich hieran anschließenden, ringförmigen Bohrerkopf, der als Bohrkrone oder als Durchbruchbohrer ausgebildet ist und an dessen ringförmiger Stirnfläche axial und/oder radial vorstehende Schneidelemente vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der ringförmigen Stirnfläche (10) des Bohrerkopfes (5) ein aus einem Flachzahn (16) bestehender erster Schneidbesatz (11) vorgesehen ist, der zur Schaffung eines Freiraumes (15, 15') im Gesteinsmaterial den zylindrischen Bereich (9) des Bohrerkopfes (5) radial außen und/oder innen überragt und daß ein aus einem zylindrischen Schneidstift (18) bestehender zweiter Schneidbesatz (12) vorgesehen ist, der zuvor ein Abräumen des Gesteins bewirkt, wobei die Stirnseite des zweiten Schneidbesatzes (12) diejenige des ersten Schneidbesatzes (11) axial überragt.
  2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schneidbesatz (11) aus Flachzähnen (16) besteht, die im Querschnitt rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet sind, wobei der Flachzahn (16) eine abgeflachte Zahnfront (21) aufweist.
  3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schneidbesatz (12) aus zylindrischen Schneidstiften (18) mit einer Kegelspitze (23) besteht, wobei die Schneidelemente die Außen- bzw. Innenkontur des zylindrischen Wandungsabschnitts (9) des Bohrkopfes (5) radial nicht überragen.
  4. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerkopf (5) als ersten, Freiraum-schaffenden Schneidbesatz (11) drei oder vier Flachzähne (16) und als zweiten, gesteinabräumenden Schneidbesatz (12) drei, vier oder sechs Schneidstifte (18) aufweist, wobei die Schneidstifte (18) jeweils zwischen den Flachzähnen (16) symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sind.
  5. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abräumenden Schneidelemente (12, 18) und/oder die Freiraum-schaffenden Schneidelemente (11, 16) in den einzelnen Quadranten einer ringförmigen Schneidfläche (10) symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet sind.
  6. Gesteinsbohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen vier symmetrisch oder asymmetrisch angeordneten Flachzähnen (16) zwei Doppelpaare und ein Einzelpaar von Schneidstiften (18) in symmetrischer oder asymmetrischer Anordnung vorgesehen sind.
  7. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Stirnfläche (10) als ununterbrochene oder durch Einschnitte unterbrochene Fläche ausgebildet ist.
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