EP0739673B1 - Bohrkronenrohr - Google Patents

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EP0739673B1
EP0739673B1 EP96105303A EP96105303A EP0739673B1 EP 0739673 B1 EP0739673 B1 EP 0739673B1 EP 96105303 A EP96105303 A EP 96105303A EP 96105303 A EP96105303 A EP 96105303A EP 0739673 B1 EP0739673 B1 EP 0739673B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill bit
stem
drill
tube
stem according
Prior art date
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Application number
EP96105303A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0739673A1 (de
Inventor
Wolfgang Peetz
Hans-Peter Dr. Meyen
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.)
Robert Bosch Power Tools GmbH
Original Assignee
Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Hawera Probst GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19602903A external-priority patent/DE19602903A1/de
Application filed by Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG, Hawera Probst GmbH filed Critical Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Publication of EP0739673A1 publication Critical patent/EP0739673A1/de
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Publication of EP0739673B1 publication Critical patent/EP0739673B1/de
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Expired - Lifetime 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
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/22Rods or pipes with helical structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/02Circular saw blades
    • B23D61/025Details of saw blade body
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23DPLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D65/00Making tools for sawing machines or sawing devices for use in cutting any kind of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28DWORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/04Working 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
    • B28D1/041Working 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S408/703Trepanning
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    • Y10T408/00Cutting by use of rotating axially moving tool
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    • Y10T408/89Tool or Tool with support
    • Y10T408/895Having axial, core-receiving central portion
    • Y10T408/8957Having axial, core-receiving central portion and having stepped cutting edges

Definitions

  • the invention relates to a drill bit tube according to the Preamble of claim 1 (see e.g. DE 42 42 910).
  • Tubes for core bits are generally drawn from soft mild steel Precision tubes manufactured. These pipes are usually painted, in some cases also chromated. You assign one uniformly round cross-section from the drill bit to Lid area. For small drill bits, typically at Pipe diameters that are less than 40 mm are sometimes Thickening with milled grooves at the cutting end appropriate. These thickenings are necessary for the Drill segments with sufficient strength are attached can. The grooves in the thickened areas are used for absorption of the resulting drilling dust during drilling.
  • drill bits for dry drilling become the side facing holes have, which serve the after drilling within the Remove the core from the core bit.
  • longitudinal slots up to the lid are sometimes provided. In these Longitudinal slots are again used for drilling dust during drilling. They also serve just like the round holes mentioned to remove the core from the drill bit.
  • These longitudinal slots were only so-called for the dimension Can countersink (maximum drilling depth 70 mm) practicable.
  • Tubes are also used to improve drilling dust transport become known on the outer circumference with a helix low slope is attached, which is usually turned becomes.
  • the material thickness must be increased for such spirals to ensure adequate pipe rigidity guarantee. This results in a larger one Cutting width, for which consequently a higher drive power when drilling is required.
  • the object of the invention is therefore a tube for a To propose a drill bit in which the friction during the Drilling reduces and at the same time the axial rigidity is improved, the drill bit at the same time with little Effort, in particular can be produced by shaping processes is.
  • a drill bit tube according to the invention instructs at least one surface on a structure that the tube without additional material reinforcement in the axial direction stiffened.
  • a structure shows in its course a large axis-parallel component to just this To cause stiffening in the axial direction.
  • the lateral surface is not a closed one Cylinder surface more in contact with the wall of the Borehole or the drill core. This will in addition to improved rigidity of the drill bit tube reduced friction during drilling.
  • the advantages according to the invention are achieved solely by Shape and not through additional material reinforcements reached.
  • the wall thickness of the drill bit tube remains through the Structures essentially unchanged.
  • Such structures can with relatively little through shaping processes Effort, for example, from flat material or from smooth Cylinder tubes are manufactured.
  • the lateral surface structure is preferably in the form of Embossments or indentations in the outer surface appropriate.
  • impressions or indentations
  • Such impressions can via a so-called roll rolling embossing in the tube sheet be embossed before the sheet is formed into the drill bit tube and is longitudinally welded.
  • roll rolling embossing in the tube sheet be embossed before the sheet is formed into the drill bit tube and is longitudinally welded.
  • Embossed in continuously drawn cylindrical tubes can be used to be embossed before the sheet is formed into the drill bit tube and is longitudinally welded.
  • the embossments can be groove-shaped over the entire length of the pipe and / or as self-contained impressions be made. Grooved impressions can be used here a straight course parallel to the axis or one take a curved or angular course. The in itself closed impressions can be circular or elliptical and be polygonal.
  • the structure of the inner and / or outer surface of the drill bit tube can be achieved in that the entire cross-sectional profile of the tube is designed differently from the cylindrical shape.
  • a profile tube can consist of several, for example four arcuate segments are assembled.
  • polygonal tube cross sections e.g. B. in the form of regular polygons.
  • Cross sections are also available to consider where the tube wall is wavy is arranged around a circular line.
  • cross-sectional profiles mentioned can be on different Because of being won. For example, you can by Joining individual pipe segments, by forming or Kinking of a finished pipe, e.g. B. circular Cross-section, or directly during the manufacture of the tube, e.g. B. be created by extrusion.
  • this version is a targeted Drilling dust extraction in the by twisting the embossing or cross-sectional formation caused channels.
  • Drill bit in particular a pipe of the type mentioned above can consist of the fact that instead of arcuate and comparatively long drilling segments on End of the drill bit is now shorter and straight Drill segments can be used.
  • the segments are, for example, with a profile tube polygonal or with a wavy cross section on the Maximum or minimum deflections of the resulting Arranged circumferential lines. This results in a Division of cuts between different drilling segments. Becomes the sequence between maximum or Minimum rashes chosen appropriately short, so can straight, short drill segments of this type are used without any problems that are typically only 10 - 15 mm long a length of 20 mm - 30 mm with a standard drill bit design exhibit.
  • the main advantage when using short and straight drilling segments is that same segments Can be used for drill bit tubes of various diameters are. Due to the larger number of identical components a significant cost advantage. This advantage also results from drill bit tubes of the previously known Art.
  • the drill bit tube 1 according to FIGS. 1 and 2 has one inner 2 and an outer 3 outer surface.
  • the pipe material is shaped so that diamond-shaped bulges 4 over the entire outer surface 3 are distributed.
  • Each diamond-shaped bulge 4 is of a corresponding diamond-shaped recess 5 framed.
  • the surface 2 results in the complementary picture, i.e. diamond-shaped indentations 4 'by corresponding diamond-shaped elevations 5 'are framed, so that the Material thickness remains essentially the same everywhere.
  • the diamond-shaped depressions 5 continuous intersecting channels, as exemplified by dashed lines 6, 7 shown.
  • This continuous Channels 6, 7 run parallel to the side walls of the diamond-shaped indentations 4 helical with a large one Incline around the outer circumference of the drill bit tube 1.
  • the pitch angle is ⁇ for example 45 °.
  • the diamond-shaped bulges 4 are with their one diagonal parallel to the axis 8 of the Drill bit tube 1 aligned.
  • drill segments 20 are attached which are shaped like a segment of a circle.
  • the inner one Shell surface 2 is correspondingly complementary to the outer Shell surface 3 formed.
  • the representation of the flat development 1 'of Drill bit tube 1 shows how such a tube 1 Flat material can be manufactured. Through roll embossing for example, embossed in a sheet be so that this receives the profile of the settlement 1 '. The drill bit tube is then e.g. by winding up and Welding made.
  • FIG. 6 - 7 relate to an embodiment in which the Cross section deviating from the cylindrical shape according to the invention through trough-shaped grooves 11 of round cross-section is realized.
  • the circular cross section 12 of this Grooves 11 is clearly on the front side (see. Fig. 6 and 8) see.
  • the drill bit tube 1 or parts of it can be created by molding.
  • FIGS. 9-11 is similar constructed as the above-described execution. Instead of However, grooves 11 pass through here in a flat design Kink created connecting edges 17 on which four Circular segment-like wall segments 13 are joined together.
  • the course of the scope of a trained Drill bit tube has four digits of maximum diameter Area of the middle of the wall segments 13 and four positions minimum diameter in the area of the connecting edges 17 on.
  • the described embodiment of the drill bit tube 1 can also be made from a different number of wall segments 13 consist. Both three wall segments would be conceivable as well five or more.
  • the grooves 11 the edges 17 have a slight in the present example Swirl in the opposite direction to the direction of rotation Drill bit on.
  • the helix angle is angle ⁇ again kept very pointed. This in turn results in a increased wall rigidity of the drill bit tube 1, as in the previous embodiments.
  • the middle areas of the wall segments 13 form the areas which is the greatest distance from the axis of rotation of the Have drill bit tube and thus when drilling on the Rub the drilling wall.
  • These extreme elevations are moving when drilling along an outer envelope 15, which in 10 due to the existing swirl within the Drill bit tube 1 is visible as an outer contour.
  • the inner one Envelope 14 is traversed by the edges 17 during drilling. In the area of the edges 17 form between the outer Shell surface 3 and the wall of the borehole channels, through which the drilling dust can be removed.
  • FIGS. 12 to 14 there is a Embodiment of a drill bit tube according to the invention 1, in which the outer 3 and the inner 2 Shell surface by appropriate shaping of the pipe wall undulating along the circumference of a circular cylinder runs.
  • Short drilling segments 21 are at maximum 22 places or minimum distance 23 from the central axis of the Drill bit tube 1 attached.
  • Drill segments 20 of the aforementioned embodiments are the short drilling segments 21 are no longer curved, but straight.
  • the periods of the wave structure are so short trained that a sufficiently large number of short and straight drilling segments 21 each at a minimum distance 23 or maximum distance 22 can be attached to a to achieve sufficient drilling results.
  • stiffening structure in at least one of the outer surfaces of the drill bit tube 1 is molded becomes.
  • These stiffening structures can either be completely aligned in the axial direction or so be deflected in the axial direction that the stiffening Effect remains in the axial direction.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrkronenrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (siehe z.B. DE 42 42 910).
Rohre für Bohrkronen, insbesondere für Diamantbohrkronen werden im allgemeinen aus weichem Baustahl in Form gezogener Präzisionsrohre gefertigt. Diese Rohre werden in der Regel lackiert, in Einzelfällen auch chromatiert. Sie weisen einen gleichmäßig runden Querschnitt von der Bohrkrone bis hin zum Deckelbereich auf. Bei kleinen Bohrkronen, typischerweise bei Rohrdurchmessern, die kleiner als 40 mm sind, sind manchmal am schneidseitigen Ende Verdickungen mit eingefrästen Rillen angebracht. Diese Verdickungen sind notwendig, damit die Bohrsegmente mit ausreichender Festigkeit angebracht werden können. Die Rillen in den Verdickungen dienen zur Aufnahme des entstehenden Bohrmehls während des Bohrens.
Desweiteren sind Bohrkronen zum Trockenbohren bekannt geworden, die seitliche einander gegenüber liegende Bohrungen aufweisen, die dazu dienen, den nach dem Bohren innerhalb der Bohrkrone befindlichen Kern zu entfernen. Auch Längsschlitze bis hin zum Deckel werden manchmal vorgesehen. In diese Längsschlitze wird wiederum Bohrmehl beim Bohren aufgenommen. Außerdem dienen sie ebenso wie die genannten runden Löcher zum Entfernen des in der Bohrkrone befindlichen Bohrkerns. Diese Längsschlitze waren nur für die Abmessung sogenannter Dosensenker (Bohrtiefen maximal 70 mm) praktikabel. Naßbohrkronen hingegen können keine Durchbrüche aufweisen, da ansonsten ein Bypass im Fluß des Spülmittels vorhanden ist, das über den Deckel der Bohrkrone entlang der Innenseite, an den Bohrsegmenten vorbei zur Außenseite fließt.
Für die Verbesserung des Bohrmehltransports sind zudem Rohre bekannt geworden, an deren Außenumfang eine Wendel mit geringer Steigung angebracht ist, die zumeist eingedreht wird. Für derartige Wendeln muß die Materialstärke erhöht werden, um eine ausreichende Rohrsteifigkeit zu gewährleisten. Hieraus ergibt sich eine größere Schnittbreite, wofür folglich eine stärkere Antriebsleistung beim Bohren erforderlich ist.
Alle oben angeführten Ausführungsformen, die von der reinen Zylinderform des Bohrkronenrohres abweichen, haben eine Schwächung der axialen Steifigkeit des Bohrkronenrohres zur Folge. Dementsprechend viel Material muß bei der Fertigung derartiger Bohrkronenrohre verwendet werden. Die reine Zylinderform eines Bohrkronenrohres weist zwar gute axiale Führungseigenschaften auf, verursacht jedoch durch die große Fläche der mit den Bohrwänden in Berührung kommenden Seitenwänden eine enorme Reibung. Zum einen muß hierbei die entstehende Wärme durch die Bohrkrone verkraftet werden, zum anderen sind für den Antrieb der Bohrkrone entsprechend leistungsstarke Maschinen notwendig.
Mit der DE 42 42 910 wurde eine Bohrkrone bekannt, die zur Besserung der Steifigkeit in axialer Richtung Verstärkungsrippen in Form von Materialverstärkungen aufweist. Das Anbringen derartiger Matieralverstärkungen stellt jedoch einen deutlichen Mehraufwand in der Fertigung dar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rohr für eine Bohrkrone vorzuschlagen, bei der die Reibung während des Bohrens vermindert und zugleich die axiale Steifigkeit verbessert wird, wobei die Bohrkrone zugleich mit wenig Aufwand, insbesondere durch formgebende Verfahren herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Bohrkrone der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Dementsprechend weist ein erfindungsgemäßes Bohrkronenrohr an wenigstens einer Mantelfläche eine Struktur auf, die das Rohr ohne zusätzliche Materialverstärkung in axialer Richtung versteift. Eine derartige Struktur weist in ihrem Verlauf eine große achsenparallele Komponente auf, um eben diese Versteifung in axialer Richtung zu bewirken. Durch die Strukturierung der Mantelfläche kommt keine geschlossene Zylindermantelfläche mehr in Berührung mit der Wandung des Bohrloches bzw. des Bohrkerns. Hierdurch wird zusätzlich zur verbesserten Steifigkeit des Bohrkronenrohres eine verminderte Reibung während des Bohrens erzielt.
Die erfindungsgemäßen Vorteile werden allein durch die Formgebung und nicht durch zusätzliche Materialverstärkungen erreicht. Die Wandstärke des Bohrkronenrohrs bleibt durch die Strukturen im wesentlichen unverändert. Derartige Strukturen können durch formgebende Verfahren mit verhältnismäßig wenig Aufwand beispielsweise aus Flachmaterial oder aus glatten Zylinderrohren gefertigt werden.
Vorzugsweise wird die Mantelflächenstruktur in Form von Einprägungen oder Ausdellungen in der Mantelfläche angebracht. Derartige Einprägungen (oder Ausdellungen) können über eine sogenannte Rollwalzprägung in das Rohrblech eingeprägt werden, bevor das Blech zum Bohrkronenrohr geformt und längsnahtgeschweißt wird. Denkbar wäre jedoch auch eine Prägung in kontinuierlich gezogene zylindrische Rohre.
Die Einprägungen können rillenförmig über die gesamte Länge des Rohres und/oder als in sich geschlossene Einprägungen vorgenommen werden. Rillenförmige Einprägungen können hierbei einen achsenparallelen geraden Verlauf oder aber einen geschwungenen bzw. eckigen Verlauf nehmen. Die in sich geschlossenen Einprägungen können kreisförmig oder elliptisch sowie polygonförmig ausgebildet sein.
Für eine axiale Versteifungswirkung ist es in jedem Fall förderlich, wenn die Richtungskomponente der Einprägung in axialer Richtung stärker betont ist als die Komponente parallel zum Rohrumfang. Daher empfiehlt es sich, bei rillenförmigen Einprägungen die Abweichungen vom achsenparallelen Verlauf möglichst klein zu halten.
Bei in sich geschlossenen Einprägungen sind kreisförmige oder elliptische Einprägungen, deren eine Halbachse wiederum nur wenig oder gar nicht von der achsenparallelen Richtung abweicht, von Vorteil. Dementsprechend sind von den eckigen Einprägungen rautenförmige Einprägungen vorzuziehen, deren eine Diagonale wiederum nur wenig oder gar nicht von der achsenparallelen Ausrichtung abweicht.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Struktur der inneren und/oder äußeren Mantelfläche des Bohrkronenrohres dadurch erzielt werden, daß das gesamte Querschnittsprofil des Rohres von der Zylinderform abweichend ausgestaltet wird. Ein solches Profilrohr kann aus mehreren, beispielsweise vier bogenförmigen Segmenten zusammengesetzt werden. Denkbar sind jedoch auch polygonförmige Rohrquerschnitte, z. B. in Form von regelmäßigen Vielecken. Weiterhin sind auch Querschnitte in Betracht zu ziehen, bei denen die Rohrwandung wellenförmig um eine Kreislinie herum angeordnet ist.
Die genannten Querschnittsprofile können auf verschiedenen Wegen gewonnen werden. Sie können beispielsweise durch Zusammenfügen einzelner Rohrsegmente, durch Formung oder Knickung eines fertigen Rohres, z. B. kreisförmigen Querschnitts, oder aber direkt bei der Fertigung des Rohres, z. B. durch Strangpressen, erstellt werden.
Bei allen bislang vorgeschlagenen Bohrkronenrohrausbildungen wird die Wandsteifigkeit des Rohres erheblich verbessert. Hierdurch sind erheblich dünnere Wandstärken für ein Bohrkronenrohr verwendbar. Zusätzlich ist die Reibungsfläche an der Bohrwandung bzw. an der Außenwandung des Bohrkerns deutlich verkleinert. Hieraus resultiert eine wirkungsvolle Absenkung der Reibung. Dies hat zur Folge, daß eine wesentlich geringere Antriebsleistung notwendig ist, um mit einer erfindungsgemäßen Bohrkrone zu bohren.
Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich durch eine zur Drehrichtung gegensinnigen Verdrallung der Prägung bzw. des gesamten Profilrohres wie oben beschrieben. Der Drallwinkel eines solchen Rohres ist hierbei im Gegensatz zu einer bislang üblichen Wendel von Bohrkronen eher spitz. Eine typische Steigung liegt z. B. zwischen 5 cm und 20 cm für eine volle Umdrehung der Prägung bzw. des Querschnitts entlang der axialen Richtung mit Bohrkronen mit einem Umfang bis ca. 60 mm. Der Steigungs- oder Drallwinkel sollte dabei nicht größer als 45 Grad sein. Durch diese steilen Drallwinkel wird nach wie vor die erhöhte Steifigkeit des Rohres gewährleistet, wodurch die obengenannten geringeren Wandstärken weiterhin möglich sind.
Zusätzlich wird in dieser Ausführung eine gezielte Bohrmehlförderung in den durch die Verdrallung der Prägung oder Querschnittsformung entstandenen Kanälen bewirkt.
Ein weiterer Vorteil einer besonderen Ausführung einer Bohrkrone, die insbesondere ein Rohr der oben angeführten Art aufweisen kann, besteht darin, daß statt handelsüblichen, bogenförmigen und vergleichsweise langen Bohrsegmenten am Bohrende der Bohrkrone nunmehr kürzere und gerade Bohrsegmente verwendbar sind.
Die Segmente sind beispielsweise bei einem Profilrohr mit polygonförmigem bzw. bei wellenförmigem Querschnitt an den Maximal- bzw. Minimalausschlägen der sich ergebenden Umfangslinien angeordnet. Hieraus resultiert eine Schnittaufteilung zwischen verschiedenen Bohrsegmenten. Wird die Aufeinanderfolge zwischen Maximal- bzw. Minimalausschlägen geeignet kurz gewählt, so können problemlos solche gerade, kurze Bohrsegmente eingesetzt werden, die typischerweise nur 10 - 15 mm Länge gegenüber einer Länge von 20 mm - 30 mm bei bohrkronenüblicher Bauart aufweisen. Der maßgebliche Vorteil bei der Verwendung kurzer und gerader Bohrsegmente liegt darin, daß gleiche Segmente für Bohrkronenrohre verschiedener Durchmesser einsatzfähig sind. Durch die größere Stückzahl gleicher Bauelemente ergibt sich hierdurch ein erheblicher Kostenvorteil. Dieser Vorteil ergibt sich auch bei Bohrkronenrohren der bislang bekannten Art.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Im einzelnen zeigen
Fig. 1
eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäß geprägten Bohrkronenrohres,
Fig. 2
eine Seitenansicht eines Rohres gemäß Fig. 1,
Fig. 3
einen Querschnitt gemäß Linie III in Fig. 2,
Fig. 4
eine Ausschnittvergrößerung aus Fig. 3,
Fig. 5
eine Darstellung einer flachen Abwicklung des Rohres gem. Fig. 1,
Fig. 6
eine perspektivische Darstellung eines Profilrohres für eine Bohrkrone,
Fig. 7
eine Seitenansicht einer Ausführung gemäß Fig. 5 und
Fig. 8
eine Stirnansicht eines Bohrkronenrohres gemäß den Fig. 6 und 7,
Fig. 9
eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels,
Fig. 10
eine Seitenansicht eines Bohrkronenrohres gemäß Fig. 9 und
Fig. 11
eine Stirnansicht einer Ausführungsform gemäß den Fig. 9 und 10,
Fig. 12 und 13
zwei perspektivische Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels und
Fig. 14
eine Stirnansicht einer Ausführungsform gemäß den Fig. 12 und 11.
Das Bohrkronenrohr 1 gemäß den Fig. 1 und 2 weist eine innere 2 und eine äußere 3 Mantelfläche auf. Das Rohrmaterial ist so geprägt, daß rautenförmige Ausdellungen 4 über die gesamte äußere Mantelfläche 3 verteilt sind. Jede rautenförmige Ausdellung 4 ist von einer korrespondierenden rautenförmigen Vertiefung 5 umrahmt. Auf der inneren Mantelfläche 2 ergibt sich das komplementäre Bild, d.h. rautenförmigen Eindellungen 4', die von korrespondierende rautenförmige Erhebungen 5' umrahmt sind, so daß die Materialstärke im wesentlichen überall gleich bleibt.
Im Zusammenhang ergeben die rautenförmigen Vertiefungen 5 durchgehende sich kreuzende Kanäle, wie beispielhaft durch gestrichelte Linien 6, 7 dargestellt. Diese durchgehenden Kanäle 6, 7 verlaufen parallel zu den Seitenwänden der rautenförmigen Ausdellungen 4 wendelförmig mit einer großen Steigung um den Außenumfang des Bohrkronenrohres 1 herum. Vorliegend beträgt der Steigungswinkel α beispielsweise 45°. Die rautenförmigen Ausdellungen 4 sind mit ihrer einen Diagonalen parallel zur Achse 8 des Bohrkronenrohres 1 ausgerichtet. An der Bohrseite des Bohrkronenrohres 1 sind Bohrsegmente 20 angebracht, die kreissegmentartig geformt sind.
Insbesondere in den Fig. 3 und 4 ist die alternierende Abfolge von Erhebungen 9 und Vertiefungen 10 entlang dem Umfang des Bohrkronenrohres 1 veranschaulicht. Die innere Mantelfläche 2 ist entsprechend komplementär zur äußeren Mantelfläche 3 ausgebildet.
Zu den erfindungsgemäßen Vorteilen, der verbesserten Wandsteifigkeit sowie der verminderten Reibung durch die geringere Reibungsfläche mit der Bohrwand, die vorliegend durch die Oberfläche der Erhebungen 9 gebildet wird, kommt durch die wendelförmig umlaufenden Kanäle 6 bzw. 7 ein zusätzlicher Vorteil hinzu. Durch diese wendelförmigen Kanäle 6 bzw. 7 wird beim Drehen der Bohrkrone der Abtransport des Bohrmehls verbessert.
Die Darstellung der flachen Abwicklung 1' des Bohrkronenrohrs 1 zeigt, wie ein solches Rohr 1 aus Flachmaterial gefertigt werden kann. Durch Rollprägung kann beispielsweise eine Prägung in einem Blech vorgenommen werden, so daß dieses das Profil der Abwicklung 1' erhält. Das Bohrkronerohr wird sodann z.B. durch Aufwickeln und Verschweißen hergestellt.
Die Fig. 6 - 7 betreffen ein Ausführungsbeispiel, in dem der erfindungsgemäß von der Zylinderform abweichende Querschnitt durch rinnenförmige Rillen 11 von rundem Querschnitt realisiert wird. Der rundverlaufende Querschnitt 12 dieser Rillen 11 ist an der Stirnseite (s. Fig. 6 und 8) deutlich zu sehen. Auch hier wird deutlich, daß keine Materialverstärkungen vorgenommen sind. Das Bohrkronenrohr 1 oder Teile hiervon lassen sich durch Formung erzeugen.
In der vorliegenden Ausführung sind vier derartige Rillen 11 in das Bohrkronenrohr 1 eingeformt. Hierdurch ergeben sich zwischen den Rillen 11 vier runde Wandsegmente 13. Die Rillen 11 sind so in die Wandung des Bohrkronenrohres 1 eingeformt, daß sie einen leichten Drall aufweisen. Insbesondere in Fig. 7 ist erkennbar, daß der Steigungswinkel Winkel α hierbei sehr spitz gehalten ist. Durch diese Anordnung der Rillen 11 mit spitzem Steigungswinkel Winkel α wird die Versteifung der Rohrwandung in axialer Richtung verstärkt.
Die Rillen 11, die durch geeignete Formung erzeugt wurden, treten an der äußeren Mantelfläche 3 als Vertiefung auf. In der inneren Mantelfläche 2 hingegen stellen die Rillen 11 Erhebungen dar. Gebohrt wird bei einer Bohrkrone, die mit einem derartigen Bohrkronenrohr 1 versehen ist, zwischen einer inneren 14 und einer äußeren 15 kreisförmigen Hüllkurve, wie in der Stirnansicht von Fig. 8 deutlich wird. Die Wandsegmente 13 liegen hierbei nur an ihren äußersten Erhebungen 16 an der Bohrwand an. Ebenso wird der Bohrkern im inneren eines solchen Bohrkronenrohres 1 nur durch die Rillen 11 berührt. Hierdurch ergibt sich eine deutlich herabgesenkte Reibung wie bereits mehrfach erläutert.
Die Ausführungsform gemäß den Fig. 9 - 11 ist ähnlich aufgebaut, wie die vorbeschriebene Ausführung. An Stelle der Rillen 11 treten hier jedoch flach ausgebildete, durch Knickung erzeugte Verbindungskanten 17, an denen vier kreissegmentartige Wandsegmente 13 aneinander gefügt sind. Der Verlauf des Umfangs eines so ausgebildeten Bohrkronenrohres weist vier Stellen maximalen Durchmessers im Bereich der Mitte der Wandsegmente 13 sowie vier Positionen minimalen Durchmessers im Bereich der Verbindungskanten 17 auf. Die beschriebene Ausführungsform des Bohrkronenrohres 1 kann auch aus einer anderen Anzahl von Wandsegmenten 13 bestehen. Denkbar wären sowohl drei Wandsegmente als auch fünf oder eine noch größere Anzahl.
Wie im vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel die Rillen 11 weisen die Kanten 17 im vorliegenden Beispiel einen leichten Drall in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung der Bohrkrone auf. Der Steigungswinkel Winkel α ist wiederum sehr spitz gehalten. Somit ergibt sich wiederum eine erhöhte Wandsteifigkeit des Bohrkronenrohres 1, wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen.
Wie insbesondere in Fig. 11 ersichtlich und bereits erwähnt, bilden die Mittelbereiche der Wandsegmente 13 die Bereiche, die den größten Abstand von der Drehachse des Bohrkronenrohres aufweisen und somit beim Bohren an der Bohrwandung reiben. Diese äußersten Erhebungen bewegen sich beim Bohren entlang einer äußeren Hüllkurve 15, die in Fig. 10 aufgrund des vorhandenen Dralls innerhalb des Bohrkronenrohres 1 als Außenkontur sichtbar ist. Die innere Hüllkurve 14 wird von den Kanten 17 beim Bohren abgefahren. Im Bereich der Kanten 17 bilden sich zwischen der äußeren Mantelfläche 3 und der Wandung des Bohrloches Kanäle, durch die das Bohrmehl abgeführt werden kann.
In der Darstellung gemäß den Figuren 12 bis 14 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bohrkronenrohres 1 gezeigt, bei dem die äußere 3 sowie die innere 2 Mantelfläche durch eine entsprechende Formung der Rohrwand wellenförmig entlang dem Umfang eines Kreiszylinders verläuft. Kurze Bohrsegmente 21 sind an Stellen maximalen 22 bzw. minimalen Abstands 23 von der Mittelachse des Bohrkronenrohres 1 angebracht. Im Gegensatz zu den gekrümmten Bohrsegmenten 20 der vorgenannten Ausführungsbeispiele sind die kurze Bohrsegmente 21 nun nicht mehr gekrümmt, sondern gerade. Die Perioden der Wellenstruktur sind so kurz ausgebildet, daß eine genügend große Anzahl der kurzen und geraden Bohrsegmente 21 jeweils an einem Minimal-Abstand 23 bzw. Maximal-Abstand 22 angebracht werden kann, um ein ausreichendes Bohrergebnis zu erzielen.
Durch die wellenförmige Ausbildung des Bohrkronenrohres 1 ergibt sich wie bei allen bisherigen Ausführungsformen eine axiale Versteifung. Ebenso wird die Reibung des Bohrkronenrohres 1 in dem Bohrloch vermindert, da dieses nur noch an den Stellen mit minimalen 23 bzw. maximalen 22 Abstand zur Achse des Bohrkronenrohres an der Wandung des Bohrloches bzw. des Bohrkerns anliegen können.
Alle vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele zeichnen sich trotz ihrer unterschiedlichen Ausbildung erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine versteifende Struktur in wenigstens eine der Mantelflächen des Bohrkronenrohres 1 eingeformt wird. Diese versteifenden Strukturen können entweder vollkommen in axialer Richtung ausgerichtet sein oder so aus der axialen Richtung ausgelenkt werden, daß die versteifende Wirkung in axialer Richtung erhalten bleibt.
Durch diese Abweichungen von der axialen Ausrichtung der eingeformten Strukturen ist es möglich, beispielsweise einen leichten Drall mit spitzem Steigungswinkel Winkel α bei verschiedenen Formgebungen mit in das Bohrkronenrohr einzuarbeiten, um den zusätzlichen Vorteil des erleichterten Bohrmehltransportes zu erreichen. Wichtig ist dabei jedoch, daß die erhöhte Versteifung und die damit verbundene Einsparung an Material sowie die verringerte Wandreibung, wodurch geringere Antriebsleistungen beim Bohren notwendig werden, erhalten bleiben.

Claims (12)

  1. Bohrkronenrohr (1) mit einer inneren (2) und einer äußeren (3) Mantelfläche, wobei wenigstens eine Mantelfläche (2, 3) eine Struktur (4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 16, 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur das Rohr ohne Materialverstärkung wenigstens in axialer Richtung versteift, daß die Struktur in Form von eingeprägten Erhebungen (9) bzw. Vertiefungen (10) in der Mantelfläche (2, 3) vorliegen, und daß sich die eingeprägten Erhebungen bzw. Vertiefungen über die gesamte Länge des Rohres erstrecken.
  2. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die eingeprägten Erhebungen (9) bzw. Vertiefungen (10) in sich geschlossen sind.
  3. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur das komplette Querschnittsprofil des Rohres umfaßt.
  4. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsprofil aus bogenförmigen Wandsegmenten (13) zusammengesetzt ist.
  5. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Rohres (1) polygonförmig ist.
  6. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Rohres (1) einen wellenförmigen Verlauf entlang eines kreisförmigen Umfangs aufweist.
  7. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur sowohl durch den gesamten Rohrquerschnitt gebildet wird und zusätzliche Vertiefungen bzw. Erhebungen in wenigstens eine der Mantelflächen eingeprägt sind.
  8. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur einen Drall mit spitzem Drallwinkel (11, 8) aufweist.
  9. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Bohrkronenrohr eine reibungsmindernde Beschichtung aufweist.
  10. Bohrkronenrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß kurze Bohrsegmente vorhanden sind.
  11. Bohrkronenrohr nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrsegmentlänge zwischen 10 mm und 15 mm liegt.
  12. Bohrkronenrohr nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrsegmente (21) nicht gekrümmt sind.
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