EP0771934B1 - Bohrwerkzeug, insbesondere zur Bearbeitung von Gestein - Google Patents

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EP0771934B1
EP0771934B1 EP96116533A EP96116533A EP0771934B1 EP 0771934 B1 EP0771934 B1 EP 0771934B1 EP 96116533 A EP96116533 A EP 96116533A EP 96116533 A EP96116533 A EP 96116533A EP 0771934 B1 EP0771934 B1 EP 0771934B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thread
threaded
drill
axially parallel
drilling tool
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP96116533A
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English (en)
French (fr)
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EP0771934A3 (de
EP0771934A2 (de
Inventor
Hans-Peter Dr. Meyen
Bernhard Moser
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 GmbH
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Publication date
Application filed by Hawera Probst GmbH filed Critical Hawera Probst GmbH
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Publication of EP0771934A3 publication Critical patent/EP0771934A3/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP 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
    • E21B17/042—Threaded
    • E21B17/0426—Threaded with a threaded cylindrical portion, e.g. for percussion rods

Definitions

  • the invention relates to a drilling tool, in particular for a rotational impact for processing rock or the like according to the preamble of claim 1.
  • connection thread must depend on the application be optimized. There are common ones for this Thread types, such as metric thread, trapezoidal thread, Saw thread or round thread. Any thread type has its specific properties and advantages. round thread are used especially where there is a high risk of Soiling and damage is present. This can in the rough everyday operation of such drilling tools may be the case. According to the figure 3 of the US Pat. No. 4,262,762 mentioned at the beginning is also used in a such a drilling tool used a conventional round thread. These generally have advantages with regard to one Insensitivity to dirt and corrosion. Despite these conditions, they must be easy to open and close be close.
  • US-A-2 052 011 is a drilling tool with the features of the preamble of claim 1 become known.
  • This drilling tool shows a boring bar with an attached Drill head connected to each other via a threaded connection are screwed, the threaded connection axially parallel Has sections.
  • the invention is based on the object Rock drilling tool for a particularly striking Propose stress, its threaded connection especially between the drill head and the drill shank the prior art has been optimized so that considerable Advantages are achieved.
  • the object of the invention is characterized by the features of Claim 1 solved.
  • the invention is based on the main idea that Use of a modified round thread and thus one Special thread is generally advantageous to the occurring Soiling, corrosion or the like to be able to handle.
  • a disadvantage of one species Round thread connections are, however, generally hereby associated transmission losses. These losses are all the more higher, the higher the impact energy to be transmitted Realizes frictional heat and sound energy. The frictional heat arises especially in those contact sections that have a steep slope angle. This means that a high efficiency of the transmission of the impact energy the smallest possible pitch angle, i.e. one is as flat as possible. Losses through occurring sound energy are caused by too much play and the associated impact of the parts on each other caused.
  • the invention provides that a modified round thread or a Special thread is used, in which in the area of Wave crests and / or the wave troughs of such a thread axially parallel threaded sections are provided through which a round thread in these sections straightened axially parallel becomes.
  • Axially parallel sections cannot namely axial Take up forces so that it is not in these thread areas to a deadlock and thus to an excessive Wear with appropriate heating of this Thread sections comes.
  • the coordinated Threaded sections of the external thread of the threaded pin and Internal threads of the threaded bore are designed such that they face each other on the side facing away from the direction of the force Thread groove over a high area similar to a trapezoidal thread and one form a continuous curve while the wave crests and troughs in particular for correct axial Leadership and not for axial power transmission due to their respective side flattening can be used.
  • the side of each thread groove facing the direction of force can rather a game between the respective Thread pairing may be provided. This results in an optimal one Relationship between power transmission and durability of the System.
  • Threaded connection in that in particular the Shaft antinode of the threaded pin an axially parallel Has threaded section, as well as the alternative or additional axially parallel section in the trough of the Threaded pin covers a length range that is about 1/5 to 1/4 of the pitch of the thread.
  • the associated Internal thread in the threaded hole is a mirror image formed, that is, the radially outer axially parallel section on the shaft crest of the threaded pin corresponds to an associated radially outer one axially parallel section in the trough of the internal thread.
  • connection between A corresponding drill head and drill shank modified round thread according to the invention additionally high level of power transmission of the striking energy receives an all-round waistband.
  • the between hole for that Internal thread and the outer diameter of the shaft part arranged circumferential collar with its circular surface supports large area on an opposite corresponding Collar on the drill head to the axial impact energy in the high Transfer dimensions from the drill shank to the drill head.
  • the modified round thread is from a Energy transfer relieves and also serves to a large extent for axial guidance between the drill shank and drill head.
  • Drill head 1 is a two-part drilling tool 1 shown, for example with a drill head 2 in Fig. 1b and for example a drill shaft 3 in Fig. 1a.
  • the Drill head 2 can be any other type of drill head include and in particular a drill head, as in all Prior art documents mentioned at the beginning is described.
  • 1b indicates, for example Use a drill bit as the drill head.
  • the drill shaft 3 can be any one Boring bar or the like with or without integrated Include conveyor helix, also a separate attachable Conveyor helix can be used with a cross boring head, for example would.
  • the drill head 2 a cup-shaped drill bit 4
  • the drill bit shaft 5 is designed as a threaded pin or threaded bolt 6.
  • the drill shaft 3 has a threaded nut 7 formed internal thread 7, which with the Threaded pin 6 cooperates.
  • Fig. 1a the borehole depth is L1 as well axial inlet section L2 shown.
  • Fig. 1b shows an entire pin length 11, a thread length 12 and a thread run-out length 13.
  • the collar 10 corresponding to the collar 9 of the drill head 2 the end face of the drill shaft 3 has corresponding Dimensions on.
  • the special feature of the modified round thread of the Threaded pin 6 and / or the threaded nut 7 now exists in that according to the representations in FIGS. 1 and 2 in the Wave crests and / or in the troughs of the round thread axially parallel sections are provided.
  • the threaded pin 6 on its round thread 8 each radially outer wave crests 11 and radially inner Wave valleys 12.
  • the internal thread 8 ' the threaded nut 7 radially inwardly projecting wave crests 11 ' as well as radially outward troughs 12 '.
  • Wave crests 11 axially parallel linear sections that That is, the radially outer area of the round thread 8 of the threaded pin 6 is flattened and parallel to Longitudinal axis of symmetry 13 arranged.
  • This axially parallel Section is in Fig. 1b, Fig. 2 with reference numeral 14 designated a width s1.
  • Fig. La shows the radial inside crest 11 'of the round thread 8' there also an axially parallel section 15 with the width s2 on.
  • the wave crest 11 of the round thread 8 of the threaded pin 6 therefore cooperates with its axially parallel section 14 a corresponding axially parallel section 15 'in Trough 12 'of the round thread 8' of the threaded nut 7 together, for example in the remaining area of the thread a continuous curve like one usual round thread may be present. Furthermore can however also an axially parallel section 15 of the radially downstream internal shaft crest 11 'of the threaded nut 7 interact with a corresponding axially parallel Section 14 'in the trough 12 of the threaded pin 6.
  • the one lying below the axially parallel section 14 Curve area 19 of the threaded pin 6 and the associated one Curve section 19 'of the threaded nut 7 can have a cavity Have 20 or gap 20, that is, in this area there is no power transmission. The same applies to the Curve area above the axially parallel section 15 of the Threaded nut 7.
  • the power transmission and in particular optimal guidance therefore happens between drill head 2 and drill shank 3 over the round thread 8, 8 'with axially parallel Surface sections 14, 14 ', 15, 15' on the respective Wave crests 11, 11 'or wave troughs 12, 12 ', or over the remaining curve shape 18, 18' and 19, 19 'of the modified round thread, which is constant or is continuously developed.
  • the length L1 has a dimension which corresponds approximately to 1 to 1.3 times the outer diameter d A of the drill bit 4.
  • the difference between the nominal diameter d N and the core diameter d K of the threaded pin 6 corresponds to approximately 10% of the core diameter.
  • the inlet zone or the inlet section 21 has a length L2 which corresponds to approximately 30% of the length L1. By this measure, the area in which the radius R2 lies at the transition from the threaded pin 6 to the drill bit 4, not unnecessarily tightened when joining the threads.
  • the two round threads 8, 8 ' are designed in accordance with conventional round threads, the flank radius R1, r1 in the respective thread being approximately 0.1 to 0.15 times the respective nominal diameter D N or d N corresponds.
  • the respective cylindrical section 14, 15 on the wave crests 11, 11 ' has an axial length s1, s2 which corresponds to 0.1 to 0.4 times the pitch h.
  • the axially parallel sections 14, 15 executed directly next to each other that is, the axially parallel section 14 on the crest 11 acts with a in Fig. La arranged in the trough 12 axially parallel Section 15 'together with approximately the same outer radius as this is indicated by dash-dotted lines in Fig. la. hereby is an optimal axially parallel guidance of the threaded parts achieved to each other.
  • such arrangements can only the wave crests 11 and / or only in the wave valleys 12 of the Threaded pin 6 may be arranged with associated sections in the threaded nut 7.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug insbesondere für eine drehschlagende Beanspruchung zur Bearbeitung von Gestein oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zur drehschlagenden Bearbeitung von Gestein werden je nach Bohrlochgröße sogenannte Durchbruchbohrer mit einer Art Kreuzkopf verwendet, wie er beispielsweise in der US-PS 4,262,762 oder der US-PS 3,492,101 dargestellt ist. Für größere Bohrlochdurchmesser werden sogenannte Bohrkronen verwendet, deren topfförmiges Gehäuse stirnseitig mit Hartmetall-Schneideinsätzen bestückt sind und die zentrisch einen zusätzlichen Zentrierbohrer aufweisen. Auch derartige Bohrkronen können einer schlagenden Beanspruchung zur Gesteinsbearbeitung unterworfen sein. Hierzu wird beispielsweise auf die DE-U 85 21 577 verwiesen. Schließlich sind übliche Gesteinsbohrer zur schlagenden Beanspruchung von Gestein bekannt geworden, die eine einstückige (DE 43 14 868 A1) oder eine auswechselbare Förderwendel aufweisen.
Bei Gesteinsbohrer mit schlagender Beanspruchung besteht grundsätzlich das Problem, daß der Bohrerkopf und insbesondere die Hartmetall-Schneideinsätze einer hohen mechanischen und thermischen Belastung unterworfen sind. Weiterhin müssen die Werkzeuge sowohl im Bohrerkopfbereich als auch im Bereich ihres Wendelschaftes und ihres Einspannendes zur Hammerbohrmaschine auf die jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden. Dies führt häufig dazu, daß der Bohrerkopf mit dem sich anschließenden Bohrerschaft, der mit oder ohne Förderwendel oder mit austauschbarer Förderwendel ausgestattet sein kann, zweiteilig ausgebildet ist. Bei allen zuvor genannten bekannten Gesteinsbohrern erfolgt dieser Austausch in aller Regel durch eine Gewindeverbindung zwischen Bohrerkopf und Bohrerschaft, wobei der Gewindezapfen oder Gewindebolzen mit seinem Außengewinde in aller Regel am Bohrerschaft und die zugehörige Gewindebohrung oder Gewindemutter mit seinem Innengewinde im Bohrerkopf angeordnet sind. Es sind jedoch auch Ausführungen bekannt geworden, bei welchen der Gewindezapfen am Bohrerkopf und die Gewindebohrung am zugehörigen Gewindeschaft positioniert sind. Aus der DE 25 43 578 ist ein Durchbruchbohrer bekannt geworden, dessen Verbindung zwischen Bohrerkopf und Bohrerschaft über eine bloße Konusverbindung erfolgt.
Die Art des Verbindungsgewindes muß je nach Anwendungsfall optimiert werden. Hierfür bieten sich übliche Gewindebauarten, wie metrisches Gewinde, Trapezgewinde, Sägen-Gewinde oder auch Rundgewinde an. Jede Gewindebauart hat ihre spezifischen Eigenschaften und Vorteile. Rundgewinde werden insbesondere dort eingesetzt, wo eine hohe Gefahr von Verschmutzungen und Beschädigungen vorhanden ist. Dies kann im rauhen Alltagsbetrieb von derartigen Bohrwerkzeugen durchaus der Fall sein. Gemäß der Figurendarstellung 3 der eingangs erwähnten US-PS 4,262,762 wird auch bei einem solchen Bohrwerkzeug ein übliches Rundgewinde eingesetzt. Diese haben generell Vorteile hinsichtlich einer Unempfindlichkeit hinsichtlich Verschmutzung und Korrosion. Sie müssen trotz dieser Bedingungen leicht zu öffnen und zu schließen sein.
Aus der US-A-2 052 011 ist ein Bohrwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 bekannt geworden. Dieses Bohrwerkzeug zeigt eine Bohrstange mit aufgesetztem Bohrerkopf, die über eine Gewindeverbindung miteinander verschraubt sind, wobei die Gewindeverbindung achsparallele Abschnitte aufweist.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gesteinsbohrwerkzeug für eine insbesondere schlagende Beanspruchung vorzuschlagen, dessen Gewindeverbindung insbesondere zwischen Bohrerkopf und Bohrerschaft gegenüber dem Stand der Technik optimiert wurde, so daß erhebliche Vorteile erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs angegeben.
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß die Verwendung eines modifizierten Rundgewindes und damit eines Spezialgewindes generell vorteilhaft ist, um die auftretenden Verschmutzungen, Korrosionsbelastungen oder dergleichen handhaben zu können. Nachteilig an einer Art Rundgewindeverbindung sind jedoch die generell hiermit verbundenen Übertragungsverluste. Diese Verluste sind umso höher, je höher die zu übertragende Schlagenergie sich in Reibungswärme und Schallenergie umsetzt. Die Reibungswärme entsteht insbesondere in solchen Berührungsabschnitten, die einen steilen Steigungswinkel aufweisen. Dies bedeutet, daß eine hohe Effizienz der Übertragung der Schlagenergie bei einem möglichst geringen Steigungswinkel, das heißt einer möglichst ebenen Aufschlagfläche gegeben ist. Verluste durch auftretende Schallenergie werden durch zu großes Spiel und das damit verbundene Aufschlagen der Teile aufeinander hervorgerufen.
Die Verwendung eines herkömmlichen Rundgewindes hat zwar den Vorteil, daß eine hohe Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung und Korrosion gegeben ist. Sie hat jedoch den Nachteil, daß die aufeinander aufliegenden Flächenabschnitte aufgrund der stetigen Krümmung der Flankenabschnitte des Rundgewindes äußerst gering sind beispielsweise gegenüber einem Trapez-Gewinde mit hohen aufeinander aufliegenden Flächenanteilen.
Um insbesondere die Flächenabschnitte mit steiler werdender Gewindesteigung im Rundgewinde und die damit verbundene Klemmverbindung zu eleminieren, sieht die Erfindung vor, daß ein modifiziertes Rundgewinde beziehungsweise ein Spezialgewinde zum Einsatz kommt, bei welchem im Bereich der Wellenberge und/oder der Wellentäler eines solchen Gewindes achsparallele Gewindeabschnitte vorgesehen sind, durch die ein Rundgewinde in diesen Abschnitten achsparallel begradigt wird. Achsparallele Abschnitte können nämlich keine axiale Kräfte aufnehmen, so daß es in diesen Gewindebereichen nicht zu einer Verklemmung und damit zu einem übermäßigen Verschleiß mit einer entsprechenden Erwärmung dieser Gewindeabschnitte kommt. Die aufeinander abgestimmten Gewindeabschnitte von Außengewinde des Gewindezapfens und Innengewinde der Gewindebohrung sind derart ausgebildet, daß sie sich auf der zur Kraftrichtung abgewandten Seite jeder Gewindenut über einen hohen Flächenabschnitt ähnlich wie bei einem Trapez-Gewinde aneinander anschmiegen und einen kontinuierlichen Kurvenzug bilden, während die Wellenberge und Wellentäler insbesondere auch zur korrekten axialen Führung und nicht zur axialen Kraftübertragung aufgrund ihrer jeweiligen seitlichen Abflachung verwendet werden. Im Bereich der der Kraftrichtung zugewandten Seite jeder Gewindenut kann vielmehr auch ein Spiel zwischen der jeweiligen Gewindepaarung vorgesehen sein. Dies ergibt ein optimales Verhältnis zwischen Kraftübertragung und Haltbarkeit des Systems.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung der Gewindeverbindung dahingehend, daß insbesondere der Wellenbauch des Gewindezapfens einen achsparallelen Gewindeabschnitt aufweist, der ebenso wie der alternative oder ergänzende achsparallele Abschnitt im Wellental des Gewindezapfens einen Längenbereich umfaßt, der ca. 1/5 bis 1/4 der Steigungshöhe des Gewindes beträgt. Das zugehörige Innengewinde in der Gewindebohrung ist spiegelbildlich ausgebildet, das heißt, der radial außenliegende achsparallele Abschnitt am Wellenberg des Gewindezapfens korrespondiert mit einem zugehörigen radial außenliegenden achsparallelen Abschnitt im Wellental des Innengewindes.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs dahingehend, daß generell der Bohrerkopf einen angesetzten Gewindezapfen mit Außengewinde und der sich hieran anschließende Bohrerschaft eine zugehörige Bohrung mit Innengewinde aufweist. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß der Bohrerkopf nicht durch eine zusätzliche Bohrung zur Aufnahme eines Innengewindes geschwächt wird, so daß beispielsweise bei der Ausbildung der Erfindung als Bohrkrone dieser Bereich vorzüglich zur Aufnahme einer Innenbohrung für einen Zentrierbohrer verwendet werden kann.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß die Verbindung zwischen Bohrerkopf und Bohrerschaft über ein entsprechendes erfindungsgemäßes modifiziertes Rundgewinde zusätzlich ein hohes Maß der Kraftübertragung der schlagenden Energie über einen umlaufenden Bund erhält. Der zwischen Bohrung für das Innengewinde und dem Außendurchmesser des Schaftteils angeordnete umlaufende Bund mit seiner Kreisringfläche stützt sich großflächig an einem gegenüberliegenden entsprechenden Bund am Bohrerkopf ab, um die axiale Schlagenergie im hohen Maße vom Bohrerschaft auf dem Bohrerkopf zu übertragen. In diesem Fall wird das modifizierte Rundgewinde von einer Energieübertragung entlastet und dient in hohem Umfang auch zur axialen Führung zwischen Bohrerschaft und Bohrerkopf.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind auch aus den Zeichnungen entnehmbar, auf die ausdrücklich hiermit verwiesen wird. In der nachfolgenden Beschreibung werden diese Zeichnungen unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1a, 1b
ein Ausführungsbeispiel für eine Gewindeverbindung zwischen einem Bohrerschaft (Fig. 1a) und einem Bohrerkopf (Fig. 1b) und
Fig. 2
eine vergrößerte Darstellung der zusammengefügten Gewindeabschnitte über etwa einen Gewindegang.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Fig. 1 ist ein zweiteiliges Bohrwerkzeug 1 dargestellt, mit zum Beispiel einem Bohrerkopf 2 in Fig. 1b sowie zum Beispiel einem Bohrerschaft 3 in Fig. 1a. Der Bohrerkopf 2 kann jede andere beliebige Bohrerkopfart umfassen und insbesondere einen Bohrerkopf, wie er in allen eingangs erwähnten Druckschriften zum Stand der Technik beschrieben ist. Die Fig. 1b deutet zum Beispiel auf die Verwendung einer Bohrkrone als Bohrerkopf hin.
Gleichermaßen kann auch der Bohrerschaft 3 jede beliebige Bohrstange oder dergleichen mit oder ohne integrierter Förderwendel umfassen, wobei auch eine separate aufsteckbare Förderwendel zum Beispiel bei einem Kreuzbohrkopf verwendbar wäre.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1b weist der Bohrerkopf 2 eine topfförmige Bohrkrone 4 auf, dessen Bohrkronenschaft 5 als Gewindezapfen oder Gewindebolzen 6 ausgebildet ist. Gleichermaßen weist der Bohrerschaft 3 ein als Gewindemutter 7 ausgebildetes Innengewinde 7 auf, welches mit dem Gewindezapfen 6 zusammenwirkt.
Der Gewindezapfen 6 sowie die Gewindemutter 7 weisen ein modifiziertes Rundgewinde 8, 8' - im weiteren auch "Rundgewinde" genannt - auf, mit einer Gewindesteigung h und einer Gewindetiefe tl. In der Fig. la ist ein Außendurchmesser DA des Bohrerschaftes 3, ein Nenndurchmesser DN und ein Kerndurchmesser DK des Innengewindes 7 dargestellt, wobei die Nutentiefe t1 = DN - DK beträgt. Gleichermaßen ist in Fig. 1b ein Außendurchmesser dA der Bohrkrone 4, ein Nenndurchmesser dN und ein Kerndurchmesser dK für den Gewindezapfen 6 angegeben, wobei die Nutentiefe t2 = dN - dK beträgt.
In Fig. 1a ist weiterhin die Bohrlochtiefe L1 sowie ein axialer Einlaufabschnitt L2 dargestellt.
Fig. 1b zeigt eine gesamte Zapfenlänge 11, eine Gewindelänge 12 und eine Gewindeauslauflänge 13.
Das in Fig. la dargestellte Rundgewinde 7 weist einen Krümmungsradius R1 auf. Weiterhin sind der untere Einlaufwinkel α1 für das Rundgewinde und der obere Kegelwinkel α2 für die Kegelspitze dargestellt.
Fig. 1b zeigt den Übergangsradius R2 zum umlaufenden Bund 9 zwischen Gewindezapfen 6 und Bohrkrone 4. Der endseitige Gewindeauslauf des Gewindezapfens 6 weist einen Steigungswinkel α3 auf.
Der zum Bund 9 des Bohrerkopfs 2 korrespondierende Bund 10 an der Stirnseite des Bohrerschafts 3 weist entsprechende Abmaßen auf.
Für ein ausgewähltes Ausführungsbeispiel sind die oben angegebenen Größen beispielhaft zusammengestellt.
Die Besonderheit des modifizierten Rundgewindes des Gewindezapfens 6 und/oder der Gewindemutter 7 besteht nun darin, daß gemäß den Darstellungen in Fig. 1 und 2 in den Wellenbergen und/oder in den Wellentälern des Rundgewindes achsparallele Abschnitte vorgesehen sind. Beispielsweise weist der Gewindezapfen 6 an seinem Rundgewinde 8 jeweils radial außenliegende Wellenberge 11 und radial innenliegende Wellentäler 12 auf. Gleichermaßen weist das Innengewinde 8' der Gewindemutter 7 radial nach innen ragende Wellenberge 11' sowie radial nach außen weisende Wellentäler 12' auf. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1b weisen jeweils die Wellenberge 11 achsparallele lineare Abschnitte auf, das heißt, der radial außenliegende Bereich des Rundgewindes 8 des Gewindezapfens 6 ist abgeflacht und parallel zur Längssymmetrieachse 13 angeordnet. Dieser achsparallele Abschnitt ist in Fig. 1b, Fig. 2 mit Bezugszeichen 14 mit einer Breite s1 bezeichnet. In Fig. la weist der radial nach innen weisende Wellenberg 11' des dortigen Rundgewindes 8' ebenfalls einen achsparallelen Abschnitt 15 mit der Breite s2 auf. Der Wellenberg 11 des Rundgewindes 8 des Gewindezapfens 6 wirkt demnach mit seinem achsparallelen Abschnitt 14 mit einem entsprechenden achsparallelen Abschnitt 15' im Wellental 12' des Rundgewindes 8' der Gewindemutter 7 zusammen wobei im übrigen Bereich des Gewindes beispielsweise ein kontinuierlicher Kurvenzug wie zum Beispiel bei einem üblichen Rundgewinde vorhanden sein kann. Weiterhin kann jedoch auch ein achsparalleler Abschnitt 15 des radial nach innen weisenden Wellenbergs 11' der Gewindemutter 7 zusammenwirken mit einem entsprechenden achsparallelen Abschnitt 14' im Wellental 12 des Gewindezapfens 6. Über die axiale Länge gesehen folgen demnach jeweils achsparallele Abschnitte 14, 14' des Wellenbergs 11 und des Wellentals 12 des Gewindezapfens 6 beziehungsweise achsparallele Abschnitt 15, 15' des Wellenbergs 11' beziehungsweise des Wellentals 12' der Gewindemutter 7. Zwischen diesen achsparallelen Abschnitten 14, 14', 15, 15' liegen kontinuierliche Kurvenzüge des jeweiligen modifizierten Rundgewindes 8, 8' wobei durchaus auch gegebenenfalls Hohlräume 16, 17, entstehen können. In den achsparallelen Bereichen über einen axialen Abschnitt s1, s2 können keine Kräfte übertragen werden. Dies führt zu einer sehr deutlichen Herabsetzung der Flächenpressung der Gewindeverbindung.
Wie insbesondere aus der Fig. 2 mit den zuvor beschriebenen angegebenen Details ersichtlich, liegt die Gewindemutter 7 mit ihrem Rundgewinde 8' insbesondere auf dem der Kraft P abgelegenen Kurvenbereich 18' über einen axialen Höhenbereich s3 eng und formschlüssig am nahezu gleichlaufenden Kurvenabschnitt 18 des Gewindezapfens 6 an. In diesem Bereich 18, 18' mit kontinuierlichem Kurvenzug erfolgt die Kraftübertragung bei der schlagenden Beanspruchung.
Der unterhalb des achsparallelen Abschnitts 14 liegende Kurvenbereich 19 des Gewindezapfens 6 sowie der zugehörige Kurvenabschnitt 19' der Gewindemutter 7 können einen Hohlraum 20 oder Spalt 20 aufweisen, das heißt, in diesem Bereich findet keine Kraftübertragung statt. Gleiches gilt für den Kurvenbereich oberhalb des achsparallelen Abschnitts 15 der Gewindemutter 7.
Die Kraftübertragung und insbesondere eine optimale Führung zwischen Bohrerkopf 2 und Bohrerschaft 3 geschieht deshalb über das Rundgewinde 8, 8' mit jeweils achsparallelen Flächenabschnitten 14, 14', 15, 15' an den jeweiligen Wellenbergen 11, 11' beziehungsweise den Wellentälern 12, 12', beziehungsweise über den übrigen Kurvenverlauf 18, 18' sowie 19, 19' des modifizierten Rundgewindes, welcher stetig beziehungsweise kontinuierlich ausgebildet ist.
Der wesentliche Teil der Kraftübertragung der Kraft P vom Bohrerschaft 3 auf den Bohrerkopf 2 erfolgt über die beiden Anschlagbunde 9, 10, die bei zusammengefügten Rundgewinde 8, 8' formschlüssig und kraftschlüssig aufeinanderliegen. Diese Kraftübertragung ist in Fig. 1a, 1b mit P1, P2 dargestellt.
Die vorstehende Betrachtung läßt sich auch durch entsprechende achsparallele Abschnitte in nur den jeweiligen Wellenbergen 11, 11' oder den jeweiligen Wellentälern 12, 12' der beiden Rundgewinde 8, 8' durchführen. Dies ist entsprechend anzuwenden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Länge L1 ein Maß, welches ca. das 1 bis 1,3fache des Außendurchmessers dA der Bohrkrone 4 entspricht. Die Differenz des Nenndurchmesser dN zum Kerndurchmesser dK des Gewindezapfens 6 entspricht etwa 10 % des Kerndurchmessers.
Die Einlaufzone beziehungsweise der Einlaufabschnitt 21 weist eine Länge L2 auf, die etwa 30 % der Länge L1 entspricht. Durch diese Maßnahme wird der Bereich, in welchem der Radius R2 am Übergang des Gewindezapfens 6 zur Bohrkrone 4 liegt, nicht beim Zusammenfügen der Gewinde unnötig verspannt.
Außer den achsparallelen Abschnitten 14, 15 in ihren jeweils angegebenen Bereichen sind die beiden Rundgewinde 8, 8' entsprechend herkömmlichen Rundgewinden ausgebildet, wobei der Flankenradius R1, r1 im jeweiligen Gewinde das ca. 0,1 bis 0,15fache des jeweiligen Nenndurchmessers DN beziehungsweise dN entspricht. Der jeweilige zylindrische Abschnitt 14, 15 an den Wellenbergen 11, 11' weist eine axiale Länge s1, s2 auf, die das 0,1 bis 0,4fache der Steigungshöhe h entspricht.
Abgesehen von den achsparallelen Abschnitten ist demzufolge das Rundgewinde als kontinuierlicher Kurvenzug ausgeprägt.
Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Rundgewindes wird derjenige Flankenbereich des Rundgewindes mit steilen Flächenabschnitten aufgrund der achsparallelen Flächenabschnitte von Impulskräften des Hammers entlastet, so daß die Stoßwelle zum überwiegenden Teil über den Querschnittsbereich 22 seitlich des Rundgewindes 8' in der Gewindemutter 7 verläuft und über die Kontaktflächen 9, 10 auf dem Bohrerkopf übertragen wird. Hierdurch ergeben sich wenige Reibungsverluste im Gewinde und damit eine spürbar geringere Wärmeentwicklung und eine längere Lebensdauer der Verbindung. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine um 25 % verbesserte Leistungsübertragung gegenüber vergleichbaren Werkzeugschnittstellen ebenfalls mit Rundgewinde erreicht. Die Verwendung dieser Bauart ermöglicht dennoch eine gute Paßgenauigkeit beider Fügepartner. Es werden keine scharfkantigen Übergänge erzeugt, die eine erhöhte Bruchgefahr mit sich bringen. Weiterhin spart das Außengewinde auf der Werkzeugseite, das heißt, im Bereich des Bohrerkopfes einen Bauraum, der Festigkeitsreserven in diesem Bereich ermöglicht. Schließlich ist die gesamte Verbindung verschmutzungs- und korrosionsunempfindlich. Für ein Ausführungsbeispiel sind nachfolgend für eine Bohrkrone folgende Maße angegeben.
  • 1. Schaftteil:
  • L1 = 38 mm
  • L2 = 10 mm
  • dA = 32 mm
  • DN = 22,1 mm
  • DK = 20 mm
  • α1 = 30°
  • α2 = 27°
  • R1 = 2,5 mm
  • t1 = 0,4 mm.
  • 2. Gewindezapfen 6:
  • l1 = 30 mm
  • l2 = 27 mm
  • dN = 22 mm
  • dK = 20 mm
  • t2 = 0,4 mm.
    • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.
    Insbesondere werden die achsparallelen Abschnitte 14, 15 unmittelbar nebeneinanderliegend ausgeführt, das heißt, der achsparallele Abschnitt 14 am Wellenberg 11 wirkt mit einem in Fig. la im Wellental 12 angeordneten achsparallelen Abschnitt 15' mit etwa gleichem Außenradius zusammen, wie dies strichpunktiert in Fig. la angedeutet ist. Hierdurch wird eine optimale achsparallele Führung der Gewindeteile zueinander erzielt. Gleiches gilt für entsprechende achsparallele Abschnitte 14' in den Wellentälern 12 des Gewindezapfens 6. Alternativ können solche Anordnungen nur an den Wellenbergen 11 und/oder nur in den Wellentälern 12 des Gewindezapfens 6 angeordnet sein, mit zugehörigen Abschnitten in der Gewindemutter 7.

    Claims (3)

    1. Bohrwerkzeug für eine drehschlagende Beanspruchung zur Bearbeitung von Gestein oder dergleichen, wobei ein Bohrkopf (2) als mit Schneidelementen bestückte Bohrkrone (4), als Durchbruchbohrer mit Kreuzbohrkopf oder als herkömmlicher Gesteinsbohrer und das Werkzeug mehrteilig ausgebildet ist und die Teile über ein Gewinde (8, 8') miteinander verbunden sind, wobei am Außengewinde (8) eines Gewindezapfens (6) und/oder am Innengewinde einer Gewindemutter (7) achsparallele Gewindeabschnitte (14, 14'; 15, 15') am jeweiligen Wellenberg (11, 11') bzw. im jeweiligen Wellental (12, 12') vorgesehen sind und wobei der Bereich (18, 18') zwischen den Gewindeabschnitten (14, 14'; 15, 15') durch einen kontinuierlichen Kurvenzug gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerschaft (3) des Bohrwerkzeugs (1) ein Innengewinde (8') und ein umlaufenden Querschnittsbereich (22) mit stirnseitigem Bund (10) aufweist, der bei verspannter Gewindeverbindung (8, 8') zur Übertragung der Schlagkräfte (P) auf einen umlaufenden Aufschlagbund (9) am Bohrerkopf (2) mit Gewindezapfen (6) formschlüssig und kraftschlüssig anliegt und daß der achsparallele Abschnitt (14, 14') am Außengewinde (8) des Gewindezapfens (6) und/oder der achsparallele Abschnitt (15, 15') am Innengewinde (8') der Gewindemutter (7) des Bohrerschaftes (3) eine axiale Länge s1 ≈ s2 von 1/5 bis 1/4 h aufweist, wobei "h" die Steigungshöhe beziehungsweise Ganghöhe des Gewindes ist.
    2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Wellenberg (11) des Gewindezapfens (6) einen achsparallelen Gewindeabschnitt (14) aufweist, der mit einem entsprechenden achsparallelen Abschnitt (15') der Gewindemutter (7) des Bohrwerkzeugschaftes (3) zu einer achsialen Führung zusammenwirkt.
    3. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindetiefe t1 ≈ t2 der Rundgewinde (8, 8') etwa 1/6 bis 1/7 der Steigungshöhe h beträgt.
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