EP2556205B1 - Zweiteiliges bohrwerkzeug zum schlag- oder drehschlagbohren von löchern in boden- oder gesteinsmaterial - Google Patents

Zweiteiliges bohrwerkzeug zum schlag- oder drehschlagbohren von löchern in boden- oder gesteinsmaterial Download PDF

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EP2556205B1
EP2556205B1 EP20110718232 EP11718232A EP2556205B1 EP 2556205 B1 EP2556205 B1 EP 2556205B1 EP 20110718232 EP20110718232 EP 20110718232 EP 11718232 A EP11718232 A EP 11718232A EP 2556205 B1 EP2556205 B1 EP 2556205B1
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EP
European Patent Office
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adapter
drilling tool
drill head
thread
tool according
Prior art date
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Active
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EP20110718232
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English (en)
French (fr)
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EP2556205A2 (de
Inventor
Walter Karpellus
Karl BÖHM
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Dywidag Systems International GmbH Austria
Original Assignee
Dywidag Systems International GmbH Austria
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Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/36—Percussion drill bits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02—Couplings; joints
    • E21B17/04—Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/042—Threaded
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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    • 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 present invention relates to a two-part drilling tool for impact or rotary impact drilling of holes in soil or rock material with a drill head and an adapter member fixed in an interior of the drill head via cooperating complementary threads for coupling to a drill string, one facing away from a bore hole interior Front side of the drill head rests on a complementary trained stop or support surface of the adapter part.
  • Drilling tools for impact or rotary impact drilling holes in soil or rock material are known in a variety of designs and for a variety of purposes, in more recent times often drill bits are used, of which a part, the so-called ring bit remains after completion of a borehole in this or so-called lost drill bits are used, which remain after completion of a wellbore entirely in the wellbore.
  • drill bits for reasons of economy usually a retatively soft material for either the entire or at least the ring bit used, so that after completion of a well often problems when loosening and retracting the drill string or an adapter connected to the drill string, due to material deformations in the Area of the connection of the drill head or the drill bit and the adapter or the mountain-side end of the drill string occur.
  • a two-piece threaded drill has been known in which attempts have been made to keep the threaded connection of a drill with a drill string of bending moments free, and thus to prevent destruction of the thread, by providing larger diameter stop members than that of the threaded joint.
  • a two-part drill head has become known in which a drill head cooperates with an adapter inserted via a thread in the drill head, the two parts having mutually different threads which are adapted to securely receive lead grains during drilling.
  • the invention now aims to provide a threaded connection between a lost drill bit or a drill head and an adapter, which has both a sufficient service life for the formation of a wellbore and can be solved safely after completion of the drilling process to reusable elements, how to safely and reliably recover the boring bar and / or an adapter with a boring bar fixed thereto.
  • the two-part drilling tool according to the invention is characterized in that the remote from the bore hole end face of the drill head and the cooperating stop or support surface of the adapter plate is designed as a complementarily shaped wedge surfaces with front teeth, wherein essentially the wedge surfaces the impact stress and the end surfaces receive the torques, and that the pitch angle of the wedge surfaces is smaller than the pitch angle of the internal thread of the drill head or the cooperating external thread of the adapter part.
  • the remote from the bore hole end face of the drill head and the cooperating stop or support surface of the adapter part are designed as complementary trained wedge surfaces with front teeth, a rotation of the complementary inner and outer threads is provided which ensures that excessive torque stresses on the Thread be withheld.
  • the pitch angle of the wedge surfaces is smaller than the pitch angle of the internal thread of the drill head or the cooperating external thread of the adapter part, a relief of the thread is ensured in the axial direction, since the impact stress is applied primarily to the wedge surfaces and for excessive Wear particularly endangered surfaces of the cooperating thread, namely the interior of the mountain facing surface of the thread on the adapter and facing the mountain exterior surface of the drill bit or the Drill, are kept substantially free of impact in the axial direction.
  • the adapter can be reliably and reliably released from the drill bit, so that an excessive material cost and in particular the loss of adapters can be avoided.
  • the two-part drilling tool is designed so that the pitch angle of the wedge surfaces is at least 10% and at most 50%, in particular about 25% smaller than the pitch angle of the inner and outer threads. Due to a significantly smaller pitch angle of the bed area with respect to those of the internal thread of the drill head and the external thread of the adapter is lifted when screwing the adapter into the drill forcibly, so that forcibly a certain play of the thread of the adapter is formed in the internal thread of the drill head whereby during a drilling operation, the threaded connection between the drill head and adapter is kept substantially free of axial forces.
  • the invention is preferably developed such that in the axial direction of the two-part drill extending threads of the complementary thread of the drill head and the adapter have a dimension in the axial direction of the two-piece drill, which those exceeds the thread heads.
  • each of the thread root has a greater longitudinal extent in the axial direction of the two-piece drilling tool than the engaging respectively in the thread root threaded head, the respective threaded head is held completely free of axial stress at each stress of the two-piece drilling tool and it can thus be prevented that the complementary Thread and in particular: the usually made of a softer material internal thread of the drill head is knocked out or rounded during the drilling process by excessive load and after completion of the drilling process can not be solved.
  • the thread root exceeds the dimension of the threaded head in the axial direction of the two-piece drilling tool by at least one third of the height of the front teeth, not only an exemption of the complementary thread of any axial load is ensured but additionally ensured that the clearance between the threaded head and thread base is sufficiently small so as not to be subject to undesirable bending moments during drilling and in addition to dirty by registered rock remains too far that a loosening roof termination of the drilling process is impossible.
  • the invention is preferably designed so that the end face of the adapter and the stop or support surface of the drill head at least one, in particular at least three wedge surfaces with front teeth.
  • the slope of the wedge surfaces is here chosen so that the resulting longitudinal extent of the spur teeth in the axial direction is so large that even with the highest rotating loads or highest bending moments a sufficiently large bearing surface is provided on the drill head and on the adapter front teeth available to a safe and reliable To ensure transmission of the required torques and eichzeitig to prevent excessive wear of the front teeth.
  • At least the wedge surfaces of the adapter are hardened ensures that the particularly stressed, the impact energy transmitted, wedge surfaces are secured against knocking or wearing.
  • the wedge surfaces of the adapter are hardened, a recycling of this element or of these elements is ensured after a drilling operation has been impaired in further drilling operations.
  • this one preferred Further development of the invention corresponds to the wedge surfaces and the front teeth of the adapter are hardened, all highly stressed elements of the adapter are secured against premature wear.
  • the front teeth are hardened, not only the transmission of very high torques is ensured but especially a knocking off the extremely loaded areas of the front teeth avoided.
  • the training according to the invention is preferably developed so that in the adapter and in the Anschlagg. Support surface of the drill head in the region of the front teeth are each formed in approximately semicircular recesses.
  • the two-part drilling tool according to the invention is preferably developed such that the internal thread of the drill head and the cooperating complementary external thread of the adapter are formed as a single thread.
  • catchy threads it is also possible in the case of extreme contamination and for example the entry of tough or solidifying drilling mud to safely release the thread after completion of the drilling process and thus the elements intended for further use, namely the drill pipe and optionally an adapter to specification safely and reliably remove the drill string from the lost drill bit.
  • the two-part drilling tool according to the invention is designed so that the respective thread of the drill head and the adapter over at least 75% and at most 99% of the circumference of the adapter and the drill head extends on the one hand a secure connection of the drill head with the adapter ensures and on the other hand ensured that the connection can be solved reliably even after extreme loads and / or contamination.
  • the complementary threads are designed as flat threads or trapezoidal threads with a flank angle of less than 25 °.
  • flat thread or trapezoidal thread to accommodate high axial stresses capable and on the other hand manages with such thread forms the necessary clearance or the necessary space between a thread root and a corresponding meshing threaded head to provide the intended preferred features of To achieve invention.
  • Fig. 1 is a drill head 1, in particular a so-called lost drill bit 1 shown, which is formed on its side facing away from the release tools 2 end face 3 with wedge surfaces 4 and front teeth 5.
  • the wedge surfaces 4 are hiebei designed so that they are formed with complementary wedge surfaces 6 of an adapter 7 while drilling holes in soil and / or rock material adjacent to each other and via which wedge surfaces 4 and 6, the impact energy is applied via the adapter 7 to the drill head 1.
  • the adapter 7 has hiebei in addition to the wedge surfaces 6 Stirzähne 8, which abut during a drilling, in particular during the application of torque during a rotary impact drilling on the complementary front teeth 5 of the drill head 1 and absorb the torques applied to the two-piece drilling tool or withstand these ,
  • Fig. 2 which is a section along the line AA of Fig. 1 represents the reference numerals of Fig. 1 maintained.
  • an inlet thread 11 is formed, which is designed so that a thread base 12 in the axial direction of the two-piece drilling tool has greater longitudinal extent than cooperating with this thread base 12 threaded head 13 of the thread 11 engaging in the thread 14 of Adapters 7
  • the complementary thread 14 of the adapter 7 is hiebei also formed so that a thread root 20 has a greater axial length than a thread engaging in this root 20 threaded head.
  • the cooperating threads 11 and 14 essentially serve to center the adapter 7 in the drill head 1 and take in the case of loading of the drill head 1, in particular during impact or rotary impact drilling on any axial load and are thus free of any in axial direction acting loads.
  • the training hiebei is such that while drilling a threaded head 13 of the formed on the adapter 7 thread 14 is arranged substantially centrally in a thread base 12 of the complementary thread 11 in the drill head 1 and that both sides of the threaded head 13 in Essentially equal free spaces 15 is formed both in the direction of the excavation front and the drill pins 2 of the drill head 1 and in the direction away from the bore hole inside, so that during drilling, in particular impact and / or rotary impact drilling no load on the threaded head or the threaded heads 13 acts.
  • the cooperating wedge surfaces 4 and 6 of the drill head 1 and the adapter 7 are hiebei formed so that they can be performed without mutual interference on each other and also that formed in both elements 1 and 7 front teeth 5 and 8 are moved freely one above the other can, without abutting one another or abut against each other, whereby a secure, reliable screwing the adapter 7 is ensured in the drill head 1.
  • Fig. 5 the two-part drilling tool is shown during retraction of the adapter 7 in the direction of arrow 17, as is usually performed during a rotary impact drilling.
  • the shoulder 18 of the threaded head 13, which is remote from the bore hole, of the thread 14 formed on the adapter 7 now comes into contact with the side 19 of the thread 11 formed in the drill head 1, and more precisely against the shoulder remote from the drill hole interior 19 of the thread bottom 12 of the thread 11 in Appendix.
  • the drill bit 1 are now the wedge surfaces 4 and 6 of the adapter 7 and the drill head 1 lifted from each other or are not directly adjacent to each other and an axial load acts on the wedge surfaces 4 and 6 not.
  • a section through an adapter 7 is shown, in which (which) the pitch angle ⁇ 1 or ⁇ 2 of the wedge surface 6 and the thread 14 are shown.
  • the angle a1 or ⁇ 2 which in relation to a fictitious, normal to a longitudinal axis 21 of the;
  • Adapters standing axis 22 are determined as the pitch angle of the respective thread, clearly show that when screwing the adapter 7 in the in Fig. 7 drill head 1 not shown, the thread 14 must forcibly lift off from the complementary thread 11 of the drill head 1 whereby the complementary threads 11, 14 are held during the drilling operation in the axial direction free of forces.
  • the wedge surfaces 6 and the end teeth 8 are formed hardened for achieving a particularly high stability.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zweiteiliges Bohrwerkzeug zum Schlag- oder Drehschlagbohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial mit einem Bohrkopf und einem in einem Inneren des Bohrkopfes über zusammenwirkende, komplementäre Gewinde festgelegtes Adapterteil zur Kopplung mit einem Bohrgestänge, wobei eine von einem Bohrlochinneren abgewandte Stirnseite des Bohrkopfes auf einer komplementär ausgebildeten Anschlag- bzw. Auflagerfläche des Adapterteils aufruht.
  • Bohrwerkzeuge zum Schlag- oder Drehschlagbohren von Löchern in Boden- oder Gesteinsmaterial sind in den unterschiedlichsten Ausbildungen und für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke bekannt, wobei in neuerer Zeit häufig Bohrkronen zum Einsatz gelangen, von welchen ein Teil, die sogenannte Ringbohrkrone nach Fertigstellung eines Bohrloches in diesem verbleibt oder sogenannte verlorene Bohrkronen zum Einsatz gelangen, welche nach Fertigstellung eines Bohrloches zur Gänze in dem Bohrloch verbleiben. Bei derartigen Bohrkronen wird aus Gründen der Wirtschaftlichkeit üblicherweise ein retativ weiches Material für entweder die gesamte oder zumindest die Ringbohrkrone verwendet, so dass es nach Fertigstellung eines Bohrloches häufig Probleme beim Lösen und Zurückziehen des Bohrgestänge oder eines mit dem Bohrgestänge verbundenen Adapters, aufgrund von Materialverformungen im Bereich der Verbindung des Bohrkopfes bzw. der Bohrkrone und des Adapters oder des bergseitigen Endes des Bohrgestänges auftreten. Um diese Verformungen zu minimieren bzw. vollstandig zu vermeiden wurden bereits verschiedenste Arten der Verbindung zur Verfügung gestellt, wie z.B. die in der DE-A 25 43 578 oder der US-A 2 052 011 beschriebenen, wobei jedoch keine dieser Verbindungen ausreichende Standzeiten während eines Schlag- oder Drehschlagbohrens aufweist.
  • Aus der DE-A 33 30 025 ist ein zweistückiger mit einem Gewinde versehener Bohrer bekannt, bei welchem versucht wurde durch Vorsehen von Anschlag- bzw. Auflagerelementen größeren Durchmessers als jenem der Gewindeverbindung, die Gewindeverbindung eines Bohrers mit einem Bohrgestänge von Biegemomenten freizuhalten und somit eine Zerstörung des Gewindes hintanzuhalten.
  • Aus der GB 2 127 436 A ist ein zweiteiliger Bohrkopf bekannt geworden, bei welchem ein Bohrkopf mit einem über ein Gewinde in dem Bohrkopf eingesetzten Adapter zusammenwirkt, wobei die beiden Teile voneinander verschiedene Gewinde aufweisen, die so ausgebildet sind, um Blegemornente während des Bohrens sicher aufzunehmen.
  • Aus der EP-B 0 771 934 ist ein Bohrwerkzeug, insbesondere zur Bearbeitung von Gestein bekanntgeworden, bei weichem durch eine spezielle Ausbildung einer Gewindeverbindung zwischen Bohrkopf und Bohrschaft die axiale Belastbarkeit des Gewindes erhöht wird und die Verschleißanfälligkeit desselben verringert wird.
  • Die Erfindung zielt nun darauf ab eine Gewindeverbindung zwischen einer verlorenen Bohrkrone bzw. einem Bohrkopf und einem Adapter zur Verfügung zu stellen, welche sowohl eine ausreichende Standzeit für die Ausbildung eines Bohrloches aufweist als auch nach Beendigung des Bohrvorganges sicher gelöst werden kann, um wiederverwertbare Elemente, wie die Bohrstange und/oder einen Adapter mit einer daran festgelegten Bohrstange sicher und zuverlässig rückgewinnen zu können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist das zweiteilige Bohrwerkzeug gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Bohrlochinneren abgewandte Stirnfläche des Bohrkopfes und die damit zusammenwirkende Anschlag- bzw. Auflagefläche des Adaptertells als komplementär ausgebildete Keilflächen mit Stirnzähnen ausgebildet ist, wobei im Wesentlichen die Keilflächen die Schlagbeanspruchung und die Stirnflächen die Drehmomente aufnehmen, und dass der Steigungswinkel der Keilflächen kleiner als der Steigungswinkel des Innengewindes des Bohrkopfs bzw. des damit zusammenwirkenden Außengewindes des Adapterteils ist. Indem die von dem Bohrlochinneren abgewandte Stirnfläche des Bohrkopfes und die damit zusammenwirkende Anschlag- bzw. Auflagerfläche des Adapterteils als komplementär ausgebildete Keilflächen mit Stirnzähnen ausgebildet sind, wird eine Verdrehsicherung der komplementären Innen- und Außengewinde zur Verfügung gestellt wodurch sichergestellt ist, dass übermäßige Drehmomentbeanspruchungen auf das Gewinde hintangehalten werden. Indem weiterhin der Steigungswinkel der Keilflächen kleiner als der Steigungswinkel des Innengewindes des Bohrkopfs bzw. des damit zusammenwirkenden Außengewindes des Adapterteils ist, ist eine Entlastung des Gewindes in axialer Richtung gewährleistet, da die Schlagbeanspruchung in erster Linie auf die Keilflächen aufgebracht wird und die für eine übermäßige Abnutzung besonders gefährdeten Flächen der zusammenwirkenden Gewinde, nämlich die zum Berginneren gewandte Fläche des Gewindes am Adapter sowie die zum Bergäußeren gewandte Fläche der Bohrkrone bzw. des Bohrkopfes, von einer Schlagbeanspruchung in axialer Richtung im Wesentlichen frei gehalten werden.
  • Mit einer derartigen Ausbildung gelingt es weiterhin sicherzustellen, dass nach Beendigung eines Bohrvorganges der Adapter sicher und zuverlässig von der Bohrkrone gelöst werden kann, so dass ein übermäßiger Materialaufwand und insbesondere der Verlust von Adaptern vermieden werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das zweiteilige Bohrwerkzeug so ausgebildet dass der Steigungswinkel der Keilflächen wenigstens 10 % und höchstens 50 %, insbesondere etwa 25 % kleiner als der Steigungswinkel des Innen- und des Außengewindes ist. Durch einen deutlich kleineren Steigungswinkel der Kellfläche in Bezug auf jenen des Innengewindes des Bohrkopfes und des Außengewindes des Adapters hebt sich bei einem Einschrauben des Adapters in den Bohrkopf zwangsweise ab, so dass zwangsweise ein gewisses Spiel des Gewindes des Adapters in dem Innengewinde des Bohrkopfes ausgebildet wird, wodurch während eines Bohrvorganges die Gewindeverbindung zwischen Bohrkopf und Adapter im Wesentlichen frei von axialen Kräften gehalten ist.
  • Um die axiale Belastung der Gewinde des Bohrkopfes und des Adapters weiter herabzusetzen ist die Erfindung bevorzugt so weitergebildet dass sich jeweils in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeugs erstreckende Gewindegründe der komplementären Gewinde des Bohrkopfes und des Adapters eine Abmessung in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeugs aufweisen, welche jene der Gewindeköpfe übersteigt. In dem jeweils der Gewindegrund eine größere Längserstreckung in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeuges als der jeweils in den Gewindegrund eingreifende Gewindekopf aufweist, wird der jeweilige Gewindekopf bei jeder Beanspruchung des zweiteiligen Bohrwerkzeuges vollständig frei von axialer Belastung gehalten und es kann somit verhindert werden, dass die komplementären Gewinde und Insbesondere : das üblicherweise aus einem weicheren Material gefertigte Innengewinde des Bohrkopfes während des Bohrvorganges durch übermäßige Belastung ausgeschlagen oder abgerundet wird und nach Beendigung des Bohrvorganges nicht mehr gelöst werden kann.
  • Indem, wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht der Gewindegrund die Abmessung des Gewindekopfes in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeugs um wenigstens ein Drittel der Höhe der Stirnzähne übersteigt, wird nicht nur eine Freistellung der komplementären Gewinde von jeglicher axialen Belastung sichergestellt sondern zusätzlich sichergestellt, dass der Freiraum zwischen Gewindekopf und Gewindegrund ausreichend klein ist, um nicht während des Bohreinsatzes unerwünschten Biegemomenten zu unterliegen und zusätzlich durch eingetragene Gesteinsreste zu soweit zu verschmutzen, dass ein Lösen dach Beendigung des Bohrvorganges unmöglich gemacht ist.
  • Um sowohl eine sichere und zuverlässige Übertragung der Schlagenergie auf den Bohrkopf sicherzustellen als auch eine sichere und zuverlässige Übertragung der drehenden Beanspruchung auf den Bohrkopf sicherzustellen ist die Erfindung bevorzugt so ausgebildet, dass die Stirnfläche des Adapters und der Anschlag- bzw. Auflagerfläche des Bohrkopfes jeweils wenigstens eine, insbesondere wenigstens drei Keilflächen mit Stirnzähnen aufweist. Durch Ausbildung von wenigstens einer, vorzugsweise drei zusammenwirkenden Keilflächen des Adapters mit den entsprechenden komplementären Keilflächen des Bohrkopfes gelingt eine zuverlässige Übertragung der Schlagenergie auf den Bohrkopf ohne, dass die Gewinde des Bohrkopfes und des Adapters in axialer Richtung belastet werden.
  • Durch gleichzeitiges Vorsehen von im Eingriffsfall bzw während des Bohrvorganges aneinander anliegenden Stirnzähnen gelingt einerseits eine sichere Übertragung der Drehbewegung des Bohrgestänges auf den Bohrkopf und andererseits wird eine Sicherung gegen ein zu weites Einschrauben des Adapters in den Bohrkopf zur Verfügung gestellt, Die Steigung der Keilflächen ist hierbei so gewählt, dass die resultierende Längserstreckung der Stirnzähne in axialer Richtung so groß ist, dass auch bei höchsten drehenden Belastungen bzw. höchsten Biegemomenten eine ausreichend großes Auflagerfläche von an dem Bohrkopf und an dem Adapter ausgebildeten Stirnzähnen zu Verfügung gestellt ist, um eine sichere und zuverlässige Übertragung der erforderlichen Drehmomente zu gewährleisten und eichzeitig einen übermäßigen Verschleiß der Stirnzähne hintanzuhalten.
  • Indem, wie dies einer bevorzugen Weiterbildung des erfindungsgemäßen zweiteiligen Bohrwerkzeugs entspricht, wenigstens die Keilflächen des Adapters gehärtet ausgebildet sind wird sichergestellt, dass die besonders beanspruchten, die Schlagenergie übertragenden, Keilflächen gegen ein Ausschlagen bzw. Abnutzen gesichert sind. Indem insbesondere die Keilflächen des Adapters gehärtet ausgebildet sind, wird eine Wiederverwertung dieses Elementes bzw. dieser Elemente nach Beeinigung eines Bohrvorganges in weiteren Bohrvorgängen sichergestellt. Indem wie dies einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht die Keilflächen und die Stirnzähne des Adapters gehärtet ausgebildet sind, werden sämtliche hochbeanspruchten Elemente des Adapters gegen vorzeitige Abnutzung gesichert. Indem auch die Stirnzähne gehärtet ausgebildet sind, wird nicht nur die Übertragung von sehr hohen Drehmomenten gewährleistet sondern vor allem ein Abschlagen der extrem belasteten Bereiche der Stirnzähne vermieden.
  • Um eine weitere Verringerung der Belastungsmomente im Bereich der Stirnzähne zu erzielen und insbesondere ein Ausreißen derselben hintanzuhalten ist die erfindungsgemäße Ausbildung bevorzugt so weitergebildet, dass im Adapter und in der Anschlagbzw. Auflagerfläche des Bohrkopfes im Bereich der Stirnzähne jeweils in etwa halbkreisförmige Ausnehmungen ausgebildet sind. Durch Vorsehen der halbkreisförmigen Ausnehmungen wird eine Rissbildung, insbesondere bei übermäßiger Beanspruchung der extrem belasteten Bereiche der Stirnzähne, durch Verteilung der eingebrachten Energie auf die im wesentlichen halbkreisförmigen Ausnehmungen gewährleistet und so ein Ausreißen bzw. Abreißen der Stirnzähne mit Sicherheit vermieden.
  • Um ein sicheres Lösen der Gewindeverbindung zwischen Bohrkopf und Adapter zu gewährielsten ist das zweiteilige Bohrwerkzeug gemäß der Erfindung bevorzugt so weitergebildet, dass das Innengewinde des Bohrkopfes und das damit zusammenwirkende komplementäre Außengewinde des Adapters als eingängige Gewinde ausgebildet sind. Durch Vorsehen von eingängigen Gewinden gelingt es auch im Fall von extremen Verschmutzungen und beispielsweise dem Eintrag von zähem bzw. fest werdenden Bohrschlamm das Gewinde nach Beendigung des Bohrvorganges sicher zu lösen und somit die zur Weiterverwendung gedachten Elemente, nämlichen das Bohrgestänge sowie gegebenenfalls einen Adapter zu Festlegung des Bohrgestänges sicher und zuverlässig wieder aus der verlorenen Bohrkrone zu entfernen.
  • Indem weiterhin gemäß einer bevorzugten Weiterbildung das erfindungsgemäße zweiteilige Bohrwerkzeug so ausgebildet ist, dass sich der jeweilige Gewindegang des Bohrkopfes und des Adapters über wenigstens 75 % und höchstens 99 % des Umfangs des Adapters und des Bohrkopfes erstreckt wird einerseits eine sichere Verbindung des Bohrkopfes mit dem Adapter gewährleistet und andererseits sichergestellt, dass die Verbindung auch nach extremen Belastungen und/oder Verschmutzungen zuverlässig gelöst werden kann.
  • Eine besonders einfache und gleichzeitig zuverlässige Verschraubung des Bohrkopfes mit dem Adapter wird gewährleistet, wenn, wie dies eine bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen zweitelligen Bohrwerkzeugs entspricht, die komplementären Gewinde als Flachgewinde oder Trapezgewinde mit einem Flankenwinkel kleiner 25° ausgebildet sind. In an sich bekannter Weise sind Flachgewinde oder Trapezgewinde zur Aufnahme von hohen axialen Beanspruchungen fähig und andererseits gelingt es mit derartigen Gewindeformen das nötige Spiel bzw. den nötigen Freiraum zwischen einem Gewindegrund und einem entsprechenden kämmenden Gewindekopf zur Verfügung zu stellen, um die beabsichtigten bevorzugten Merkmale der Erfindung zu erzielen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen:
    • Fig. 1 eine Außenansicht eines zweiteiligen Bohrwerkzeugs gemäß der Erfindung in der Stellung während eines Schlag- oder Drehschlagbohrens von Löchern in Bonden- oder Gesteinsmaterial,
    • Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 des zweiteiligen Bohrwerkzeugs gemäß Fig.
    • Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des Details B von Fig. 2, welches die wechselweise Position des Innengewindes des Bohrkopfs bzw. des Außengewindes des Adapters im Zustand während des Bohrens zeigt,
    • Fig. 4 wiederum einen Längsschnitt durch das zweiteilige Bohrwerkzeug, wobei das zweitellige Bohrwerkzeug in der Position während des Einschraubens des Adapters in den Bohrkopf dargestellt ist,
    • Fig. 5 einen Längsschnitt durch das zweiteilige Bohrwerkzeug gemäß der Erfindung, in dem Betriebszustand während eines Zurückziehens des Bohrgestänges und eines Linksdrehens desselben, um während des Drehschlagbohrens die drehende Bewegung eines Bohrkopfs auszuführen,
    • Fig. 6 eine Außenansicht des zweiteiligen Bohrwerkzeugs in der Position gemäß Fig. 5, und
    • Fig. 7 einen Schnitt durch den Adapter in welchem die Steigungswinkel des Keilflächen bzw. des Gewindes gezeigt sind.
  • In Fig. 1 ist ein Bohrkopf 1, insbesondere eine sogenannte verlorene Bohrkrone 1 dargestellt, welche an ihrer von den Lösewerkzeugen 2 abgewandten Stirnfläche 3 mit Keilflächen 4 und Stirnzähnen 5 ausgebildet ist. Die Keilflächen 4 sind hiebei so ausgebildet, dass sie mit komplementären Keilflächen 6 eines Adapters 7 während des Bohrens von Löchern in Boden- und/oder Gesteinsmaterial aneinander anliegend ausgebildet sind und über welche Keilflächen 4 bzw. 6 die Schlagenergie über den Adapter 7 auf den Bohrkopf 1 aufgebracht wird. Der Adapter 7 weist hiebei zusätzlich zu den Keilflächen 6 Stirzähne 8 auf, welche während eines Bohrens, insbesondere während der Aufbringung eines Drehmoments während eines Drehschlagbohrens an den komplementären Stirnzähnen 5 des Bohrkopfs 1 anliegen und die auf das zweiteilige Bohrwerkzeug aufgebrachte Drehmomente aufnehmen bzw. diesen standhalten.
  • Um ein Ausreißen und insbesondere ein unbeabsichtigtes Verformen der Stirnzähne 5 bzw. 8 mit Sicherzeit hintanzuhalten, sind hiebei sowohl in dem Bohrkopf 1 als auch in dem Adapter 7 im Wesentlichen halbkreisförmige Ausnehmungen 9 und 10 ausgebildet, welche zur Aufnahme von übermäßigen Beanspruchungen und zur Verteilung der eingebrachten Energie dienen, wodurch ein Abreißen bzw. Ausschlagen der Stirnzähne 5 bzw. 8 mit Sicherheit hintangehalten ist.
  • In Fig. 2, welche ein Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1 darstellt sind die Bezugszeichen von Fig. 1 beibehalten. Im Inneren der Bohrkrone 1 ist hiebei ein eingangiges Gewinde 11 ausgebildet, welches so ausgeführt ist, dass ein Gewindegrund 12 eine in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeugs größere Längserstreckung aufweist als ein mit diesem Gewindegrund 12 zusammenwirkender Gewindekopf 13 des in das Gewinde 11 eingreifenden Gewindes 14 des Adapters 7 Das komplementäre Gewinde 14 des Adapters 7 ist hiebei ebenfalls so ausgebildet, dass ein Gewindegrund 20 eine größere axiale Längserstreckung als ein in diesen Gewindegrund 20 eingreifender Gewindekopf aufweist. Durch eine derartige Ausbildung dienen die zusammenwirkenden Gewinde 11 und 14 im wesentlichen zur Zentrierung des Adapters 7 in dem Bohrkopf 1 und nehmen im Falle der Belastung des Bohrkopfs 1, insbesondere während des Schlag- oder Drehschlagbohrens keinerlei axiale Last auf und sind somit frei von jeglichen in axialer Richtung wirkenden Belastungen. Wie dies der vergrößerten Teilansicht der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist die Ausbildung hiebei so getroffen, dass während des Bohrens ein Gewindekopf 13 des an dem Adapter 7 ausgebildeten Gewindes 14 im wesentlichen mittig in einem Gewindegrund 12 des komplementären Gewindes 11 in dem Bohrkopfs 1 angeordnet ist und dass beidseitig des Gewindekopfs 13 im Wesentlichen gleiche Freiräume 15 sowohl in Richtung zu der Abbaufront bzw. den Bohrstiften 2 des Bohrkopfs 1 als auch in der vom Bohrlochinneren abgewandten Richtung ausgebildet ist, so dass während eines Bohrens, insbesondere Schlag- und/oder Drehschlagbohrens keinerlei Belastung auf den Gewindekopf bzw. die Gewindeköpfe 13 wirkt.
  • Durch die zusammenwirkenden Gewinde 11 bzw. 14 ist hiebei insbesondere sichergestellt, dass der Bohrkopf 1 auf dem Adapter 7 zentriert angeordnet Ist und dass während eines Bohrens keinerlei Biegeelemente auf die Bohrkrone wirken können.
  • Durch die Ausbildung mit den zusammenwirkenden Keilflächen 4 der Bohrkrone 1 bzw. 6 des Adapters 7 wird eine sichere und zuverlässige Übertragung der axialen Kraft des Bohrgestänges auf die Bohrkrone 1 sichergestellt und weiterhin wird durch Ausbildung der Stirnzähne 5 bzw. 8 eine sichere und zuverlässige Übertragung des Drehmoments während eines Drehschlagbohrens auf die Bohrkrone 1 gewährleistet.
  • Bei der Darstellung gemäß Fig. 4, in welcher wiederum die Bezugszeichen der vorhergehenden Figuren beibehalten wurden, ist die Situation des zweiteiligen Bohrwerkzeugs während des Einschraubens des Adapters 7 in den Bohrkopf 1 dargestellt. Während des Einschraubens des Adapters 7 in den Bohrkopf 1 ist hiebei die vordere Endkante 16 des Bohrkopfs 13 des Gewindes 14 des Adapders 7 in Anlage an der in Richtung zum Bohrlochinneren angeordneten Seitenwange 17 des Bohrgrundes 12 des Innengewindes 11 des Bohrkopfs 1 angeordnet, wodurch eine sichere Zentrierung des Adapters 7 im Inneren des Bohrkopfs gewährleistet ist. Die zusammenwirkenden Keilflächen 4 bzw. 6 des Bohrkopfs 1 bzw. des Adapters 7 sind hiebei so ausgebildet, dass sie ohne gegenseitige Behinderung übereinander geführt werden können und auch dass die in beiden Elementen 1 bzw. 7 ausgebildeten Stirnzähne 5 bzw. 8 frei übereinander bewegt werden können, ohne aneinander anzustoßen bzw. aneinander anzuschlagen, wodurch ein sicheres, zuverlässiges Einschrauben des Adapters 7 in den Bohrkopf 1 gewährleistet ist.
  • In Fig. 5 ist schließlich das zweiteilige Bohrwerkzeug während eines Zurückziehens des Adapters 7 in Richtung des Pfeils 17 dargestellt, wie dies während eines Drehschlagbohrens üblicherweise durchgeführt wird. Während des Zurückziehens des Adapters 7 gelangt nunmehr die von dem Bohrlochinneren abgewandte Schulter 18 des Gewindekopfs 13 des an dem Adapter 7 ausgebildeten Gewindes 14 an die vom Bohrlochinneren abgewandte Seite 19 des im Bohrkopf 1 ausgebildeten Gewindes 11 in Anlage und genauer an die vom Bohriochinneren abgewandte Schulter 19 des Gewindegrundes 12 des Gewindes 11 in Anlage. In dieser Position des Adapters 7 im Inneren der Bohrkrone 1 sind nunmehr die Keilflächen 4 bzw. 6 des Adapters 7 bzw. des Bohrkopfs 1 von einander abgehoben bzw. liegen nicht unmittelbar aneinander an und eine axiale Last wirkt auf die Keilflächen 4 bzw. 6 nicht. Trotzdem verbleibt ein ausreichendes Übergreifen der Stirnzähne 5 bzw. 8, durch welches Übergreifen eine übermäßige Drehmomentbeanspruchung, welche gegebenenfalls zu einem Abbrechen der Stirnzähne 5 bzw. 8 führen könnte, wie dies aus der Darstellung gemäß Fig. 6 ersehen werden kann, zu verhindern. In Fig. 6 ist zusätzlich zu erkennen, dass die Stirnflächen 4 bzw. 6 nicht in Eingriff miteinander sind und voreinander abgehoben sind, so dass eine axiale Beanspruchung in Richtung zum Bohrlochinneren der Bohrkrone 1 durch den Adapter 7 nicht stattfindet.
  • Mit einer Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung! gelingt es somit, eine Gewindeverbindung 11, 14 zwischen einem Bohrkopf 1 und einem Adapter 7 zur Verfügung zu stellen, welche Gewindeverbindung 11, 14 während dem Bohren vollständig unbelastet ist und bei welcher Verbindung die gesamte axiale Belastung über die Keilflächen 4 bzw. 6 auf dem Bohrkopf 1 aufgebracht wird und die Drehmomentbeanspruchung während des Drehschlagbohrens über die Stirnzähne 5 bzw. 8 aufgebracht wird, so dass insgesamt ein Verschleiß des Gewindes 11 des Bohrkopfs 1 ebenso wie des Außengewindes 14 des Adapters 7 mit Sicherheit hintangehalten wird und nach Beendigung des Bohrvorgangs ein sicheres und zuverlässiges Lösen des Bohrwerkzeugs bzw. des Adapters 7 aus dem Bohrkopf 1 sichergestellt werden kann und auch der Adapter 7 für weitere Einsätze wiederverwendet werden kann.
  • In Fig. 7, in welcher die Bezugszeichen der vorergehenden Figuren beibehalten sind, ist ein Schnitt durch einen Adapter 7 dargestellt, in welchem (welcher) die Steigungswinkel α1 bzw. α2 der Keilfläche 6 bzw. des Gewindes 14 dargestellt sind. Der Winkel a1 bzw. α2, welcher in Bezug auf eine fiktive, normal auf eine Längsachse 21 des ; Adapters stehende Achse 22 als Steigungswinkel der jeweiligen Gewinde ermittelt sind, zeigen deutlich, dass bei einem Einschrauben des Adapters 7 in den in Fig. 7 nicht dargestellten Bohrkopf 1 das Gewinde 14 zwangsweise von dem komplementären Gewinde 11 des Bohrkopfs 1 abheben muss wodurch die komplementären Gewinde 11, 14 während des Bohrvorgangs In axialer Richtung frei von Kräften gehalten sind.
  • Durch die spezielle konstruktive Ausgestaltung wird weiterhin sichergestellt, dass ein Abbrechen der Stirnzähne 5 bzw. 8 ebenso wie ein Verschleiß der Keilflächen 4 bzw. 6 hintangehalten wird, wobei für das Erzielen einer besonders hohen Standfestigkeit insbesondere die Keilflächen 6 bzw. die Stirnzähne 8 gehärtet ausgebildet sind. Durch Ausbilden der Keilflächen 4 bzw. 6 mit von den Gewinden 11, 14 im Inneren des Bohrkopfs 1 bzw. am Äußeren des Adapters 7 verschiedener Steigung wird insbesondere das Gewinde 11, 14 in axialer Richtung belastungsfrei gehalten und somit nicht unnötig verschlissen.

Claims (11)

  1. Zweiteiliges Bohrwerkzeug zum Schlag- oder Drehschlagbohren von Löchern In Boden- oder Gesteinsmaterial mit einem Bohrkopf und einem in einem Inneren des Bohrkopfes (1) über zusammenwirkende, komplementäre Gewinde (11, 14) festgelegten Adapterteil (7) zur Kopplung mit einem Bohrgestänge wobei eine von einem Bohrlochinneren abgewandte Stirnfläche (3) des Bohrkopfes (1) auf einer komplementär ausgebildeten Anschlag- bzw. Auflagerfläche des Adapterteils (7) aufruht, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Bohrlochinneren abgewandte Stirnfläche (3) des Bohrkopfes (1) und die damit zusammenwirkende Anschlag- bzw. Auflagerfläche des Adapterteils (7) als komplementär ausgebildete Keilflächen (4, 6) mit Stirnzähnen (5, 8) ausgebildet sind, wobei im Wesentlichen die Keilflächen die Schlagbeanspruchung und die Stirnzähne die Drehmomente aufnehmen, und dass der Steigungswinkel (α1) der Keilflächen (4, 6) kleiner als der Steigungswinkel (α2) des Innengewindes des Bohrkopfs (1) bzw. des damit zusammenwirkenden Außengewindes des Adapterteils (7) ist.
  2. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steigungswinkel (α1) der Keilflächen (4, 6) wenigstens 10 % und höchstens 50 %, insbesondere etwa 25 % kleiner als der Steigungswinkel (α2) des Innen- und des Außengewindes (11, 14) ist.
  3. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeugs erstreckende Gewindegründe (12, 20) der komplementären Gewinde (11, 14) des Bohrkopfes (1) und des Adapters bzw. der Bohrstange (7) eine Abmessung in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeugs aufweisen, welche jene der Gewindeköpfe (13) übersteigt.
  4. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindegrund (12, 20) die Abmessung des Gewindekopfes (13) in axialer Richtung des zweiteiligen Bohrwerkzeugs um wenigstens ein Drittel der Höhe der Stirnzähne (5, 8) übersteigt.
  5. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, das die Stirnfläche des Adapters (7) und der Anschlag- bzw. Auflagerfläche (3) des Bohrkopfes (1) jeweils wenigstens eine, insbesondere wenigstens drei Keilflächen (4, 6) mit Stimzähnen (5, 8) aufweist.
  6. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Keilflächen (4, 6) des Adapters (7) gehärtet ausgebildet sind.
  7. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach Anspruche 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilflächen (4, 6) und die Stirnzähne (5, 8) des Adapters (7) gehärtet ausgebildet sind.
  8. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Adapter (7) und in der Anschlag- bzw. Auflagerfläche (3) des Bohrkopfes (1) im Bereich der Stirnzähne (5, 8) jeweils in etwa halbkreisförmige Ausnehmungen (9, 10) ausgebildet sind.
  9. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Innen- (11) und das damit zusammenwirkende komplementäre Außengewinde (14) als eingängige Gewinde ausgebildet sind.
  10. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der jeweilige Gewindegang des Bohrkopfes (1) und des Adapters (7) über wenigstens 75 % und höchstens 99 % des Umfangs des Adapters (7) und des Bohrkopfes (1) erstreckt.
  11. Zweiteiliges Bohrwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementären Gewinde (11, 14) als Flachgewinde oder Trapezgewinde mit einem Flankenwinkel kleiner 25° ausgebildet sind.
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