EP4387811A1 - Gesteinsbohrwerkzeug, gesteinsbohrvorrichtung und verfahren zum bohren eines armierten gesteins - Google Patents

Gesteinsbohrwerkzeug, gesteinsbohrvorrichtung und verfahren zum bohren eines armierten gesteins

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EP4387811A1
EP4387811A1 EP22760932.8A EP22760932A EP4387811A1 EP 4387811 A1 EP4387811 A1 EP 4387811A1 EP 22760932 A EP22760932 A EP 22760932A EP 4387811 A1 EP4387811 A1 EP 4387811A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drilling
rock
rock drilling
tool
drilling tool
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP22760932.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Serhey Khandozhko
Dario BRALLA
Manuel KNOBEL
Carsten Peters
Markus Meierhofer
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Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4387811A1 publication Critical patent/EP4387811A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/14—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by boring or drilling
    • B28D1/146—Tools therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/02—Percussive tool bits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
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    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D7/00—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups
    • B28D7/02—Accessories specially adapted for use with machines or devices of the preceding groups for removing or laying dust, e.g. by spraying liquids; for cooling work
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2222/00—Materials of the tool or the workpiece
    • B25D2222/72—Stone, rock or concrete
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/141—Magnetic parts used in percussive tools

Definitions

  • the invention is based on a rock drilling tool for drilling rock, in particular reinforced concrete. Furthermore, the invention relates to a rock drilling device and a method for drilling reinforced rock with a rock drilling tool.
  • the rock drilling tool used often breaks.
  • the rock drilling tool has a smaller diameter than a rebar to be cut, for example in the case of a 10 mm diameter rock drilling tool and a 16 mm diameter rebar to be cut, and if the rock drilling tool hits the rebar centrally.
  • rock drilling tools that have been customary to date are subject to considerable wear when working reinforced rock, in particular when cutting through or drilling through a reinforcement, so that there is only a short service life for drilling reinforced rock.
  • the object of the present invention is therefore to provide a rock drilling tool, a rock drilling device and a method for drilling reinforced rock with a longer service life when drilling reinforced rock.
  • the object is achieved by a rock drilling tool for drilling reinforced rock, in particular reinforced concrete, the rock drilling tool having a magnetization device.
  • the magnetization device can be set up to magnetize the rock drilling tool.
  • a drill head of the rock drilling tool can be magnetizable by the magnetization device.
  • the rock drilling tool may include a shank and a drill head connected to the shank at a joint.
  • the drill head can have one or more, for example three or four cutting edges.
  • fractures often occur, for example in the form of one or more cutting edges chipping off. Fractures can also occur at the connection point.
  • the invention is now based on the surprising observation that the risk of such fractures can be significantly reduced if the rock drilling tool, in particular the drill head, is magnetized while drilling the reinforcement.
  • a magnetic field can thus be formed in the region of the drill head during drilling.
  • the rock drilling tool according to the invention can thus have a particularly long service life, in particular when drilling reinforced rock.
  • reinforcements are made of ferrous material. As a result, they are usually also magnetizable. Due to the magnetization of the rock drilling tool according to the invention, ferrous chips separated from the reinforcement can thus be magnetized and magnetically attracted to the rock drilling tool.
  • the iron-containing chips can therefore collect in the area of the rock drilling tool, in particular in the area of the drill head. According to our own research, the accumulation of ferrous chips in this way can reduce the risk of breakage. It is conceivable that the ferrous chips can dampen unwanted load peaks, for example in the area of the contact zone between the drill head and the reinforcement. So can Stress peaks of the rock drilling tool are minimized. In addition, it is also conceivable that the iron-containing chips can generate further friction due to the rotation of the rock drilling tool, so that the reinforcement can be severed or drilled through even more quickly and/or more reliably.
  • the effect can be particularly pronounced when drilling in a vertical direction, especially upwards.
  • the ferrous cuttings would usually fall out of the drilled hole by gravity. Due to the magnetization, however, the ferrous chips can be held in the area of the drill head at least partially and/or briefly.
  • the magnetization device can have a permanent magnet.
  • the magnetization device can be designed as a permanent magnet.
  • the magnetic field required according to the invention can thus be made available continuously and without an additional external energy source.
  • the magnetization device can also have a temporary magnet, in particular an electromagnet.
  • the magnetic field according to the invention can thus be provided as required. For example, provision can be made to activate the magnetic field when the rock drilling tool strikes a reinforcement and/or while the reinforcement is being severed. However, when drilling the rest of the unarmored rock, the magnetic field may be disabled.
  • a temporary magnet can also generate a magnetic field in the case of higher temperatures, for example temperatures greater than 200 °C.
  • the temperature can relate in particular to a temperature measured at the drill head.
  • the magnetization device can be arranged and/or formed in the area of the drill head, for example on the shank, of the rock drilling tool.
  • a section of the rock drilling tool for example a section of the shank, can also be designed as a magnetization device, in particular in the form of a magnet.
  • the magnetization device is designed as an independent part of the rock drilling tool.
  • it can be around the rest of the rock drilling tool, i.e. in particular around the shank and/or around the drill head. be arranged.
  • the magnetization device can be designed in the shape of a ring.
  • rock drilling tool is designed as a hammer drill.
  • hammer drill bits It is common for hammer drill bits to have a drill head which is connected to the shank of the rock drilling tool via a joint.
  • connection point can be made by soldering and/or welding.
  • the drill head of hammer drill bits usually has one or more cutting edges, which are at least essentially cuboid and/or protrude at least partially from the rest of the drill head.
  • the rock drilling tool in particular a drill head of the rock drilling tool, has cobalt and/or nickel.
  • These elements and/or alloys formed with these elements can be magnetizable and/or magnetic, so that the magnetic field in the area of the drill head can spread and/or form better.
  • the drill head has a hard metal containing cobalt and/or nickel.
  • the drill head can in particular be made of such a hard metal. This also allows the service life or service life of the rock drilling tool to be further extended.
  • the rock drilling tool has more than one cutting edge, in particular more than two cutting edges, for example four or six cutting edges. Such an increased number of cutting edges can prevent the rock drilling tool from getting stuck on and/or in the reinforcement, so that the effective risk of breakage can be further reduced and the service life of the rock drilling tool can be further extended.
  • the rock drilling tool it is also conceivable for the rock drilling tool to be designed as a suction drilling tool and/or as a hollow drilling tool. Then a suction device can be connected directly to the rock drilling tool.
  • the scope of the invention also includes a rock drilling device, comprising a drilling machine tool and a rock drilling tool that can be driven by the drilling machine tool, the rock drilling device having a magnetization device for magnetizing the rock drilling tool.
  • the rock drilling device can thus comprise the magnetization device.
  • the magnetization device can generate a magnetic field that can form and/or propagate along and/or in the area of the rock drilling tool.
  • the rock drilling tool in particular its drill head and/or an area bordering on the drill head, can be magnetizable by the magnetization device.
  • the rock drilling device can be and/or comprise a construction robot, in particular a drilling construction robot.
  • the rock drilling device can have at least one arm.
  • the drilling machine tool can then be arranged and/or formed on the arm.
  • the arm can have multiple axes. It can have at least three degrees of freedom, preferably at least six degrees of freedom.
  • the construction robot can also have a lifting device.
  • the lifting device can be designed to displace the drilling machine tool and/or the arm in a vertical direction.
  • the rock drilling device can be designed for drilling in a vertical direction, in particular in a vertical direction upwards.
  • the rock drilling device can thus be designed, for example, for drilling into a ceiling.
  • it can also be designed for drilling in a horizontal direction, for example for drilling in a wall.
  • the rock drilling device has a suction device.
  • the suction device may be controllable by the rock drilling device. In particular, it can be switched on and off by the rock drilling device and/or the power can be regulated.
  • the suction device can be designed to suck drilling dust out of a bore hole formed in the rock by the rock drilling tool.
  • the rock drilling device can be designed to activate and/or deactivate the suction device depending on the type of subsoil being processed. It is conceivable, for example, that the suction device is activated when drilling through non-reinforced rock and/or works at high power. The suction device can be deactivated and/or work with reduced power while the armor is being cut through.
  • the rock drilling device can also have a blowing device.
  • the blowing device can particularly preferably be part of the suction device, for example by the suction device being equipped with a blowing function.
  • a blowing device makes it possible to blow previously sucked off drill dust and/or externally stored particles, for example other drill dust, into the borehole.
  • the quantity of particles, in particular the quantity of drilling dust can thus be further increased during the drilling of the reinforcement.
  • the suction device may be controllable by the rock drilling device. In particular, it can be switched on and off by the rock drilling device and/or the power can be regulated.
  • the magnetization device can be formed and/or arranged on the suction device.
  • a magnetic field can thus be made available.
  • the advantages of the invention can be realized. In particular, these can be realized independently of the type of rock drilling tool used.
  • the service life of conventional rock drilling tools, for example conventional hammer drill bits, can thus be significantly extended with the aid of the rock drilling device according to the invention when working on reinforced rock.
  • the magnetization device can have a permanent magnet and/or a temporary magnet, in particular an electromagnet. These types of magnets can be those described above in connection with the rock drilling tool Realize benefits without requiring a special design of the rock drilling tool to be used.
  • the rock drilling device has a rock drilling tool according to the invention with the features and advantages described above.
  • the magnetizing device of the rock drilling tool can then form the magnetizing device of the rock drilling device.
  • the rock drilling device has a drilling direction detection device, a subsoil detection device and/or a drilling progress detection device.
  • the rock drilling device can thus be configured to detect a drilling direction with the aid of the drilling direction detection device.
  • it can be set up to detect whether drilling is taking place in a vertical or at least essentially vertical direction. It can particularly preferably be set up to detect whether drilling is being carried out vertically upwards or at least essentially vertically upwards.
  • the rock drilling device can be designed with the aid of the subsoil detection device to detect a subsoil to be processed, in particular reinforcement and/or non-reinforced rock.
  • the drilling progress can, for example, be measurable and therefore detectable using the drilling speed.
  • the rock drilling device can be operable in at least two drilling modes.
  • a drilling mode may be a rebar drilling mode.
  • the rebar drilling mode can be set up to cut through a rebar.
  • the rock drilling apparatus may further have a non-reinforcement drilling mode.
  • the non-reinforcement drilling mode may be set up for drilling non-reinforcement rock, such as concrete outside of rebars.
  • the rock drilling device can be set up, for example, to deactivate the suction device and/or to operate it with throttled power.
  • the magnetization device can also be closed activate and in particular to generate the magnetic field.
  • non-reinforcement drilling mode provision can be made for deactivating the magnetization device and thus for deactivating the magnetic field while drilling non-reinforced rock.
  • the suction device is activated and/or operated with regular and/or increased power.
  • the rock drilling device can be set up, depending on the type of subsoil to be drilled, to select automatically between the reinforcement drilling mode and the non-reinforcement drilling mode, in particular to switch between these two drilling modes.
  • the type of subsurface can be determined and/or can be determined using the subsurface detection device.
  • rock drilling device is set up to select the rebar drilling mode or, alternatively, to select it exclusively when drilling in a vertical or essentially vertical direction upwards.
  • they can also be set up to activate the magnetic field, in particular in the case of a temporary magnet, or, alternatively, to activate it exclusively when drilling into a reinforcement and, particularly preferably, when also in a vertical or essentially vertical direction upwards is drilled.
  • the scope of the invention also includes a method for drilling reinforced rock with a rock drilling tool, in particular a rock drilling tool according to the invention, the rock drilling tool, in particular a drill head of the rock drilling tool, being magnetic and/or being magnetized during drilling.
  • This method according to the invention can also be used to make use of the above-mentioned, surprising finding within the meaning of the invention and its advantageous effects of magnetization during drilling of reinforced rock.
  • the risk of breakage of the rock drilling tool can thus be reduced.
  • the service life of the rock drilling tool can thus be extended considerably.
  • the method can be used particularly advantageously when drilling is carried out in a ceiling and/or in a vertical or essentially vertical direction upwards.
  • the ferrous shavings of a rebar would usually fall out of the borehole created during drilling, driven by gravity.
  • these iron-containing chips can be kept at least partially and/or temporarily in the borehole and in particular in the area of the drill head.
  • a drilling direction, a subsoil type and/or a drilling progress can be detected, in particular while drilling the reinforced rock.
  • a position of the rock drilling tool and/or a rock drilling device can be determined, vibrations can be evaluated and/or a drilling speed can be measured.
  • the drilling direction, the type of subsoil and/or the drilling progress can thus be monitored. From this it can be deduced, for example, whether drilling is being carried out upwards and/or into a ceiling and/or whether reinforcement or non-reinforced rock, in particular concrete, is being drilled.
  • the magnetization device can then be activated, deactivated and/or its power regulated as required. For example, it can be activated when armor is reached and/or severed.
  • the magnetization device can be deactivated while rock is being drilled, that is to say in particular outside of a reinforcement.
  • the suction device can be activated, deactivated and/or controlled in terms of its performance as required. This can also be done analogously to controlling the magnetization device to control the suction device.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a first rock drilling tool with a magnetizing device
  • Figure 2 is a schematic side view of a second rock drilling tool with a second magnetizing device
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a rock drilling device with a suction device and magnetization device arranged thereon;
  • FIG. 4 shows a schematic, perspective representation of a rock drilling device designed as a drilling construction robot
  • Figure 5 is a photograph of a rock drilling tool after drilling reinforced rock.
  • Fig. 1 shows a rock drilling tool 10 having a drill head 12, a shank 14 and a shank 16.
  • the rock drilling tool 10 is designed as a hammer drill.
  • the drill head 12 is soldered to the shank 14 at a connection point 18 .
  • the drill head 12 is welded to the shank 14 at the connection point 18 .
  • the drill head 12 has 4 cutting edges 20, which are designed in the shape of a cross overall.
  • Drill head 12 is made of a hard metal, for example made of one containing cobalt and/or nickel tungsten carbide, formed.
  • the shaft 14 has a transport structure 22 .
  • the transport structure 22 is designed to transport drill dust, chips or the like away.
  • the transport structure 22 has an outer helix that runs, in particular, in a helical shape.
  • the transport structure 22 can be single-threaded or multi-threaded.
  • the spigot end 16 may have a standardized shape, for example it may have a shape commonly referred to as "SDS-plus".
  • the rock drilling tool 10 also has a magnetization device 24 .
  • the magnetization device 24 is ring-shaped. It encloses the shaft 14.
  • the magnetization device 24 has a permanent magnet 26 .
  • the permanent magnet 26 thus generates a magnetic field which propagates in the area of the rest of the rock drilling tool 10, for example along the shank 14 and particularly preferably in the area of the drill head 12.
  • FIG. 2 shows another rock drilling tool 10 which, unless otherwise described below, corresponds to the previously described exemplary embodiment of the rock drilling tool 10 according to FIG.
  • the magnetization device 24 is not designed as a separate part that is ring-shaped and, in particular, encloses the rock drilling tool 10 .
  • the magnetizing device 24 is in the form of a plurality of permanent magnets 26 formed, which are arranged on the shaft 14.
  • the permanent magnets 26 are arranged in an end region of the shank 14 facing the drill head 12 .
  • the permanent magnets 26 are thus arranged in the vicinity of the drill head 12 .
  • they can be glued, soldered and/or welded to the shaft 14 .
  • the shaft 14 has at least one area with a magnetizable material.
  • the permanent magnets 26 can then also be formed by magnetizing this area of the shaft 14 .
  • the magnetizing device 24 can thus generate a magnetic field, in particular with the aid of the permanent magnets 26 .
  • the magnetic field can be permanently available in the area of the drill head 12, in particular in the area of its cutting edges 20.
  • the rock drilling device 100 comprises a drilling machine tool 103. This is designed as a hammer drill. It has a tool holder 102 in which a rock drilling tool 10 is accommodated.
  • the rock drilling device 100 is designed for drilling reinforced rock. It has an operating mode selector switch 104 . Different operating modes can be selected by means of the operating mode selector switch 104 . In particular, an operating mode for hammer drilling, i.e. for percussive drilling, is available.
  • the rock drilling device 100 also has a handle area 106 .
  • the handle area 106 is designed to hold the rock drilling device 100 manually and/or mechanically.
  • a vibration damping device 108 is formed between the handle area 106 and the rest of the rock drilling device 100 and is set up to minimize the transmission of vibrations from the rest of the rock drilling device 100 to the handle area 106 .
  • the drilling device 100 also has a suction device 110 .
  • the suction device 110 is arranged on the rock drilling device 100, in particular detachably.
  • the suction device 110 has a suction head 112 .
  • the suction head 112 annularly encloses the rock drilling tool 10 accommodated in the tool holder 102.
  • the suction head 112 is designed to suck off drill dust produced by the rock drilling tool 10 during drilling in rock, in particular in reinforced rock.
  • the suction head 112 is arranged telescopically on the rest of the suction device 110 .
  • the suction head 112 may abut a surface of a rock to be drilled while the rock drilling tool 10 is penetrating the rock to be drilled.
  • a magnetization device 24 is formed on the suction head 112 that annularly encloses the rock drilling tool 10 .
  • the electromagnet 28 can be supplied with electrical energy via the suction device 110 .
  • the suction device 110 itself can be supplied with electrical energy by the rock drilling device 100 .
  • the rock drilling device 100 is designed in this way in such a way that the electromagnet 28 and thus a magnetic field generated by it can be activated, deactivated or its power can be controlled.
  • the rock drilling device 100 has a drilling direction detection device 113 and a subsurface detection device 114 .
  • the drilling direction detection device 113 and the underground detection device 114 are shown only schematically in FIG. 3 for reasons of illustration.
  • the drilling direction detection device 113 is designed to detect a drilling direction. In particular, it is set up to detect whether drilling is in a vertical or essentially vertical direction and, particularly preferably, whether it is drilling upwards.
  • the drilling direction detection device 113 can have a position sensor.
  • the underground detection device 114 is designed to detect and/or evaluate vibrations of the tool 102 . It can also be set up to use these vibrations to detect the type of subsurface being processed. Thus, it can be set up to distinguish between a treatment of a reinforcement and a non-reinforced rock.
  • the rock drilling device 100 is set up, in particular when hammer drilling is selected as the operating mode, to automatically select between a reinforcement drilling mode and a non-reinforcement drilling mode.
  • the electromagnet 28 in particular is activated, deactivated and/or its power is regulated.
  • the suction device 110 can preferably also be controlled by the rock drilling device 100 analogously to the electromagnet 28 .
  • the rock drilling device 101 is designed as a drilling construction robot. It has a mobile platform 116 .
  • the mobile platform 116 is designed, for example, as a tracked vehicle.
  • the mobile platform 116 can be remotely controllable, semi-autonomous, and/or fully autonomous.
  • the mobile platform 116 also has a control unit 117 which is shown only schematically in FIG. 4 .
  • the control unit 117 is designed as a computer unit and set up to control all functions of the rock drilling device 101, in particular also its drilling functions.
  • a lifting device 118 is arranged on the mobile platform 116, by means of which an arm 120 can also be displaced in the vertical direction.
  • the arm 120 has six degrees of freedom.
  • the arm 120 has a machine tool mount 122 at its free end.
  • a rock drilling device 100 is accommodated in the machine tool mount 122 .
  • the rock drilling device 100 corresponds to the embodiment described above in connection with FIG. 3 .
  • the rock drilling device 100 can also be controlled by the control unit 117 via a control interface (not shown in FIG. 4 ) integrated into the machine tool holder 122 .
  • the rock drilling device 101 is thus set up, rock, in particular reinforced rock, in the horizontal and/or vertical direction and thus in walls and/or to drill ceilings. Preferably it is also set up to drill into soil.
  • the walls and/or the ceilings can be made of reinforced rock, for example reinforced concrete. It should be particularly noted that the rock drilling device 101 is thus set up to drill in a vertical or a substantially vertical direction and in particular upwards.
  • a method for drilling reinforced rock with the rock drilling device 101 is explained in more detail below with reference to FIG. 4 .
  • the reinforcement of the reinforced concrete consists, for example, of ferrous reinforcement rods, each with a diameter of 16 mm.
  • the rock drilling device 101 first aligns its rock drilling device 100 and thus the rock drilling tool 10 (FIG. 3) accommodated therein vertically upwards.
  • the drilling process is then started.
  • the rock drilling device 100 uses the subsurface detection device 114 (FIG. 3) to monitor the type of subsurface being worked on.
  • the rock drilling apparatus 100 operates in the non-reinforcement drilling mode.
  • the suction device 110 (FIG. 3) is operated at high power and the magnetization device 24 (FIG. 3) remains deactivated.
  • the rock drilling device 100 switches to the reinforcement drilling mode.
  • the power of the suction device 110 is throttled and the magnetization device 24 is activated.
  • control unit 117 can then also select and optionally switch over the drilling mode.
  • the drilling progress can be measured, for example, by monitoring the movements of the lifting device 118 and/or the arm 120 .
  • FIG. 5 shows a photograph of a rock drilling tool 10 after drilling a borehole 200 in reinforced rock 202.
  • the reinforced rock 202 forms a roof of a building.
  • the borehole 200 is thus formed vertically upwards.
  • the rock drilling tool 10 is magnetized. In particular, it corresponds to the embodiment of the rock drilling tool 10 described in connection with FIG.
  • non-magnetic drilling dust 204 is located along the shaft 14, in particular along the transport structure 22 (FIG. 1).
  • ferrous chips 206 adhere to the rock drilling tool 10, in particular due to the magnetization of the rock drilling tool 10.
  • the ferrous chips 206 are located in particular in the region of the drill head 12 of the rock drilling tool 10. In the illustration according to FIG. 5, the drill head 12 is largely covered by the ferrous chips 206.
  • the service life of the rock drilling tools 10 can be approximately doubled without reducing the drilling performance, in particular the impact performance, when it hits the reinforcement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gesteinsbohrwerkzeug (10) zum Bohren von armiertem Gestein (202), insbesondere von armiertem Beton. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gesteinsbohrwerkzeug (10) eine Magnetisierungsvorrichtung (24) aufweist. Weiter betrifft die Erfindung eine Gesteinsbohrvorrichtung (100, 101) sowie ein Verfahren zum Bohren eines armierten Gesteins (202). Die Erfindung ermöglicht erheblich verlängerte Standzeiten beim Bohren armierten Gesteins (202).

Description

Gesteinsbohrwerkzeug, Gesteinsbohrvorrichtung und Verfahren zum Bohren eines armierten Gesteins
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einem Gesteinsbohrwerkzeug zum Bohren von Gestein, insbesondere von armiertem Beton. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Gesteinsbohrvorrichtung sowie ein Verfahren zum Bohren eines armierten Gesteins mit einem Gesteinsbohrwerkzeug.
Beim Bohren von armiertem Gestein kommt es häufig zu Brüchen des verwendeten Gesteinsbohrwerkzeugs. Erfahrungsgemäß besteht ein besonders hohes Bruchrisiko, wenn das Gesteinsbohrwerkzeug einen geringeren Durchmesser aufweist als eine zu durchtrennende Armierung, beispielsweise im Falle eines Gesteinsbohrwerkzeugs mit 10 mm Durchmesser und einer zu durchtrennenden Armierungsstange mit 16 mm Durchmesser, und wenn das Gesteinsbohrwerkzeug zentral auf die Armierung trifft.
Darüber hinaus ist oftmals das Bruchrisiko erhöht, wenn mit hoher Bohrleistung, insbesondere mit hoher Schlagleistung, gebohrt wird. Zwar kann das Bruchrisiko teilweise durch Reduktion der Bohrleistung während des Bohrens der Armierung gesenkt werden, dies führt jedoch zu einem entsprechend langsameren Bohrfortschritt.
Allgemein unterliegen bislang übliche Gesteinsbohrwerkzeuge bei der Bearbeitung armierten Gesteins, insbesondere während des Durchtrennens bzw. Durchbohrens einer Armierung, einem erheblichen Verschleiß, sodass sich lediglich geringe Standzeiten für das Bohren von armiertem Gestein ergeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gesteinsbohrwerkzeug, eine Gesteinsbohrvorrichtung sowie ein Verfahren zum Bohren eines armierten Gesteins mit verlängerten Standzeiten beim Bohren armierten Gesteins anzubieten. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Gesteinsbohrwerkzeug zum Bohren von armiertem Gestein, insbesondere armiertem Beton, wobei das Gesteinsbohrwerkzeug eine Magnetisierungsvorrichtung aufweist.
Die Magnetisierungsvorrichtung kann eingerichtet sein, dass Gesteinsbohrwerkzeug zu magnetisieren. Insbesondere kann ein Bohrkopf des Gesteinsbohrwerkzeugs durch die Magnetisierungsvorrichtung magnetisierbar sein.
Das Gesteinsbohrwerkzeug kann einen Schaft und einen mit dem Schaft an einer Verbindungsstelle verbundenen Bohrkopf aufweisen.
Der Bohrkopf kann eine oder mehrere, beispielsweise drei oder vier, Schneiden aufweisen.
Bei bisher üblichen Gesteinsbohrwerkzeugen kommt es beim Bohren in armiertem Gestein, insbesondere während des Durchbohrens einer Armierung, oftmals zu Brüchen, beispielsweise in Form von Absplitterungen, einer oder mehrerer Schneiden. Auch kann es zu Brüchen an der Verbindungsstelle kommen.
Der Erfindung liegt nun die überraschende Beobachtung zugrunde, dass sich das Risiko solcher Brüche erheblich senken lässt, wenn das Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere der Bohrkopf, während des Bohrens der Armierung magnetisiert ist. Somit kann während des Bohrens ein Magnetfeld im Bereich des Bohrkopfs ausgebildet sein. Somit kann das erfindungsgemäße Gesteinsbohrwerkzeug eine besonders lange Standzeit, insbesondere beim Bohren armierten Gesteins, aufweisen.
Üblicherweise sind Armierungen aus eisenhaltigem Material ausgebildet. Sie sind dadurch üblicherweise ebenfalls magnetisierbar. Durch die erfindungsgemäße Magnetisierung des Gesteinsbohrwerkzeugs kann somit von der Armierung abgetrennte, eisenhaltige Späne magnetisiert und an das Gesteinsbohrwerkzeug magnetisch angezogen werden.
Die eisenhaltige Späne kann sich somit im Bereich des Gesteinsbohrwerkzeugs, insbesondere im Bereich des Bohrkopfes, sammeln. Eigenen Untersuchungen zufolge kann die derart angesammelte eisenhaltige Späne das Risiko von Brüchen senken. Denkbar ist, dass durch die eisenhaltige Späne unerwünschte Belastungsspitzen, beispielsweise im Bereich der Kontaktzone zwischen Bohrkopf und Armierung, gedämpft werden können. Somit können Beanspruchungsspitzen des Gesteinsbohrwerkzeugs minimiert werden. Zudem ist auch denkbar, dass die eisenhaltige Späne durch die Rotation des Gesteinsbohrwerkzeugs weitere Reibung erzeugen kann, so dass die Armierung noch schneller und / oder zuverlässiger durchtrennt bzw. durchbohrt werden kann.
Der Effekt kann besonders ausgeprägt sein, wenn in einer vertikalen Richtung, insbesondere nach oben, gebohrt wird. Bei einem Bohren nach oben würde üblicherweise die eisenhaltige Späne schwerkraftgetrieben aus dem Bohrloch herausfallen. Durch die Magnetisierung kann jedoch die eisenhaltige Späne zumindest teilweise und / oder kurzzeitig im Bereich des Bohrkopfes gehalten werden.
Die Magnetisierungsvorrichtung kann einen Permanentmagnet aufweisen. Insbesondere kann die Magnetisierungsvorrichtung als Permanentmagnet ausgebildet sein. Das erfindungsgemäß erforderliche Magnetfeld kann somit kontinuierlich und ohne zusätzlicher externer Energiequelle zur Verfügung gestellt.
Alternativ oder ergänzend kann die Magnetisierungsvorrichtung auch einen Temporärmagnet, insbesondere einen Elektromagnet, aufweisen. Somit kann das erfindungsgemäße Magnetfeld bedarfsgerecht bereitgestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, das Magnetfeld bei Auftreffen des Gesteinsbohrwerkzeugs auf eine Armierung und / oder während des Durchtrennens der Armierung zu aktivieren. Beim Bohren des übrigen, nicht armierten Gesteins kann jedoch das Magnetfeld deaktiviert sein.
Zudem kann ein Temporärmagnet ein Magnetfeld auch im Falle höherer Temperaturen, beispielsweise von Temperaturen größer als 200 °C, zu erzeugen. Dabei kann sich die Temperatur insbesondere auf eine am Bohrkopf gemessene Temperatur beziehen.
Die Magnetisierungsvorrichtung kann im Bereich des Bohrkopfes, beispielsweise am Schaft, des Gesteinsbohrwerkzeugs angeordnet und / oder ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann auch ein Teilstück des Gesteinsbohrwerkzeugs, beispielsweise ein Abschnitt des Schafts, als Magnetisierungsvorrichtung, insbesondere in Form eines Magneten, ausgebildet sein.
Denkbar ist auch, dass die Magnetisierungsvorrichtung als eigenständiges Teil des Gesteinsbohrwerkzeugs ausgebildet ist. Sie kann beispielsweise um das übrige Gesteinsbohrwerkzeug, also insbesondere um den Schaft und / oder um den Bohrkopf herum, angeordnet sein. Dazu kann die Magnetisierungsvorrichtung ringförmig ausgebildet sein.
Denkbar ist des Weiteren, dass das Gesteinsbohrwerkzeug als Hammerbohrer ausgebildet ist.
Bei Hammerbohrern ist es üblich, dass diese einen Bohrkopf aufweisen, der über eine Verbindungsstelle mit dem Schaft des Gesteinsbohrwerkzeugs verbunden ist.
Die Verbindungsstelle kann durch Löten und / oder Schweißen hergestellt sein.
Ferner weist der Bohrkopf von Hammerbohrern üblicherweise eine oder mehrere Schneiden auf, die zumindest im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet sind und / oder zumindest teilweise vom übrigen Bohrkopf abragen.
Bei einem solchen Hammerbohrer besteht somit grundsätzlich die eingangs beschriebenen Risiken von Brüchen, insbesondere das eingangs beschriebene Risiko von Absplitterungen und das Risiko eines Bruches der Verbindungsstelle, sodass sich die Erfindung bei einem solchen Hammerbohrer besonders vorteilhaft auswirken kann.
Denkbar ist auch, dass das Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere ein Bohrkopf des Gesteinsbohrwerkzeugs, Kobalt und / oder Nickel aufweist. Diese Elemente und / oder mit diesen Elementen gebildete Legierungen können magnetisierbar und / oder magnetisch sein, sodass sich das Magnetfeld im Bereich des Bohrkopf verbessert ausbreiten kann und / oder ausbilden kann.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Bohrkopf ein Kobalt und / oder Nickel aufweisendes Hartmetall aufweist. Der Bohrkopf kann insbesondere aus einem solchen Hartmetall ausgebildet sein. Auch dadurch lässt sich die Standzeit bzw. Lebensdauer des Gesteinsbohrwerkzeugs weiter verlängern.
Denkbar ist dabei auch, dass das Gesteinsbohrwerkzeug mehr als eine Schneide, insbesondere mehr als zwei Schneiden, beispielsweise vier oder sechs Schneiden, aufweist. Durch eine derart vergrößerte Anzahl von Schneiden kann ein Festsetzen des Gesteinsbohrwerkzeugs an und / oder in der Armierung vermindert werden, sodass das effektive Bruchrisiko weiter gesenkt werden und die Standzeit des Gesteinsbohrwerkzeugs weiter verlängert werden kann. Denkbar ist auch alternativ oder ergänzend, dass das Gesteinsbohrwerkzeug als Saugbohrwerkzeug und / oder als Hohlbohrwerkzeug ausgebildet ist. Dann kann eine Saugvorrichtung unmittelbar an das Gesteinsbohrwerkzeug angeschlossen werden.
In den Rahmen der Erfindung fällt des Weiteren eine Gesteinsbohrvorrichtung, umfassend eine Bohrwerkzeugmaschine und ein von der Bohrwerkzeugmaschine antreibbares Gesteinsbohrwerkzeug, wobei die Gesteinsbohrvorrichtung eine Magnetisierungsvorrichtung zur Magnetisierung des Gesteinsbohrwerkzeugs aufweist.
In Einklang mit dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gedanken kann somit die Gesteinsbohrvorrichtung die Magnetisierungsvorrichtung umfassen. Die Magnetisierungsvorrichtung kann ein Magnetfeld erzeugen, das sich entlang und / oder im Bereich des Gesteinsbohrwerkzeugs ausbilden und / oder ausbreiten kann. Das Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere sein Bohrkopf und / oder ein an den Bohrkopf grenzender Bereich, kann durch die Magnetisierungsvorrichtung magnetisierbar sein.
Die Gesteinsbohrvorrichtung kann ein Bauroboter, insbesondere ein Bohrbauroboter, sein und / oder einen solchen umfassen. Die Gesteinsbohrvorrichtung kann dazu wenigstens einen Arm aufweisen. Die Bohrwerkzeugmaschine kann dann an dem Arm angeordnet und / oder ausgebildet sein. Der Arm kann mehrachsig ausgebildet sein. Er kann wenigstens drei Freiheitsgrade, vorzugsweise wenigstens sechs Freiheitsgrade, aufweisen.
Der Bauroboter kann auch eine Hebevorrichtung aufweisen. Die Hebevorrichtung kann ausgebildet sein, die Bohrwerkzeugmaschine und / oder den Arm in einer vertikalen Richtung zu verlagern. Die Gesteinsbohrvorrichtung kann ausgebildet zum Bohren in einer vertikalen Richtung, insbesondere in einer vertikalen Richtung nach oben, ausgebildet sein. Die Gesteinsbohrvorrichtung kann somit beispielsweise zum Bohren in eine Decke ausgebildet sein.
Sie kann alternativ oder ergänzend auch zum Bohren in eine horizontale Richtung, beispielsweise zum Bohren in eine Wand, ausgebildet sein.
Denkbar ist auch, dass die Gesteinsbohrvorrichtung eine Saugvorrichtung aufweist. Die Saugvorrichtung kann durch die Gesteinsbohrvorrichtung steuerbar sein. Insbesondere kann sie durch die Gesteinsbohrvorrichtung einschaltbar, ausschaltbar und / oder in der Leistung regelbar sein. Die Saugvorrichtung kann ausgebildet sein, Bohrmehl aus einem von dem Gesteinsbohrwerkzeug im Gestein ausgebildeten Bohrloch abzusaugen.
Besonders bevorzugt kann die Gesteinsbohrvorrichtung ausgebildet sein, die Saugvorrichtung in Abhängigkeit von der Art des jeweils bearbeiteten Untergrundes zu aktivieren und / oder zu deaktivieren. Denkbar ist beispielsweise, dass die Saugvorrichtung beim Durchbohren von nicht armierten Gestein aktiviert ist und / oder mit hoher Leistung arbeitet. Während des Durchtrennens einer Armierung kann die Saugvorrichtung deaktiviert ist und / oder mit verminderter Leistung arbeitet.
Auch kann die Gesteinsbohrvorrichtung eine Blasvorrichtung aufweisen. Besonders bevorzugt kann die Blasvorrichtung Teil der Saugvorrichtung sein, beispielsweise, indem die Saugvorrichtung mit einer Blasfunktion ausgestattet ist. Somit ist es nicht nur möglich, das Bohrmehl bei Bedarf nicht abzusaugen. Vielmehr ermöglicht eine solche Blasvorrichtung, zuvor abgesaugtes Bohrmehl und / oder extern bevorratete Partikel, beispielsweise anderes Bohrmehl, in das Bohrloch einzublasen. Somit lässt sich die Partikelmenge, insbesondere die Menge an Bohrmehl, während des Bohrens der Armierung weiter steigern.
Die Saugvorrichtung kann durch die Gesteinsbohrvorrichtung steuerbar sein. Insbesondere kann sie durch die Gesteinsbohrvorrichtung einschaltbar, ausschaltbar und / oder in der Leistung regelbar sein.
Bei einer Klasse von Ausführungsformen der Erfindung kann die Magnetisierungsvorrichtung an der Saugvorrichtung ausgebildet und / oder angeordnet sein. Somit kann ein Magnetfeld zur Verfügung gestellt werden. Die erfindungsgemäßen Vorteile können verwirklicht werden. Diese können insbesondere unabhängig von der Art des verwendeten Gesteinsbohrwerkzeugs verwirklichbar sein. Somit lassen sich Standzeiten auch herkömmlicher Gesteinsbohrwerkzeuge, beispielsweise herkömmlicher Hammerbohrer, mithilfe der erfindungsgemäßen Gesteinsbohrvorrichtung beim Bearbeiten von armiertem Gestein erheblich verlängern.
Dabei kann die Magnetisierungsvorrichtung einen Permanentmagnet und / oder einen Temporärmagnet, insbesondere einen Elektromagnet, aufweisen. Diese Arten von Magneten können die im Zusammenhang mit dem Gesteinsbohrwerkzeug vorangehend beschriebenen Vorteile realisieren, ohne dass eine besondere Ausgestaltung des zu verwendenden Gesteinsbohrwerkzeugs erforderlich wäre.
Alternativ oder ergänzend ist auch denkbar, dass die Gesteinsbohrvorrichtung ein erfindungsgemäßes Gesteinsbohrwerkzeug mit den vorangehend beschriebenen Merkmalen und Vorteilen, aufweist. Die Magnetisierungsvorrichtung des Gesteinsbohrwerkzeugs kann dann die Magnetisierungsvorrichtung der Gesteinsbohrvorrichtung bilden.
Weiter ist denkbar, dass die Gesteinsbohrvorrichtung eine Bohrrichtungserkennungsvorrichtung, eine Untergrunderkennungsvorrichtung und / oder eine Bohrfortschrittserkennungsvorrichtung aufweist.
Somit kann die Gesteinsbohrvorrichtung mithilfe der Bohrrichtungserkennungsvorrichtung ausgebildet sein, eine Bohrrichtung zu detektieren. Insbesondere kann sie eingerichtet sein zu detektieren, ob in einer vertikalen oder zumindest im Wesentlichen vertikalen Richtung gebohrt wird. Sie kann besonders bevorzugt eingerichtet sein zu detektieren, ob vertikal nach oben oder zumindest im Wesentlichen vertikal nach oben gebohrt wird.
Die Gesteinsbohrvorrichtung kann mithilfe der Untergrunderkennungsvorrichtung ausgebildet sein, einen zu bearbeiten Untergrund, insbesondere eine Armierung und / oder ein nicht armiertes Gestein, zu detektieren.
Sie kann auch eingerichtet sein, mithilfe der Bohrfortschrittserkennungsvorrichtung einen Bohrfortschritt zu detektieren. Der Bohrfortschritt kann beispielsweise anhand der Bohrgeschwindigkeit messbar und somit detektierbar sein.
Die Gesteinsbohrvorrichtung kann in wenigstens zwei Bohrmodi betreibbar sein. Ein Bohrmodus kann ein Armierungs-Bohrmodus sein. Der Armierungs-Bohrmodus kann zur Durchtrennung einer Armierung eingerichtet sein. Die Gesteinsbohrvorrichtung kann weiter einen Nichtarmierungs-Bohrmodus aufweisen. Der Nichtarmierungs-Bohrmodus kann für das Bohren nicht armierten Gesteins, beispielsweise Beton außerhalb von Armierungen, eingerichtet sein.
Im Armierungs-Bohrmodus kann die Gesteinsbohrvorrichtung beispielsweise eingerichtet sein, die Saugvorrichtung zu deaktivieren und / oder mit gedrosselter Leistung zu betreiben. Im Armierungs-Bohrmodus kann auch vorgesehen sein, die Magnetisierungsvorrichtung zu aktivieren und insbesondere das Magnetfeld zu erzeugen.
Im Nichtarmierungs-Bohrmodus kann vorgesehen sein, die Magnetisierungsvorrichtung zu deaktivieren und damit während des Bohrens nicht armierten Gesteins das Magnetfeld zu deaktivieren. Im Nichtarmierungs-Bohrmodus kann weiter vorgesehen sein, die Saugvorrichtung zu aktivieren und / oder mit regulärer und / oder erhöhter Leistung zu betreiben.
Die Gesteinsbohrvorrichtung kann eingerichtet sein, je nach Art des jeweils zu bohrenden Untergrunds selbsttätig zwischen dem Armierungs-Bohrmodus und dem Nichtarmierungs- Bohrmodus zu wählen, insbesondere zwischen diesen beiden Bohrmodi umzuschalten. Dazu kann die Art des Untergrunds mithilfe der Untergrunderkennungsvorrichtung ermittelbar sein und / oder ermittelt werden.
Denkbar ist auch, dass die Gesteinsbohrvorrichtung eingerichtet ist, den Armierungs-Bohrmodus auszuwählen oder, alternativ, ausschließlich auszuwählen, wenn in einer vertikalen oder im Wesentlichen vertikalen Richtung nach oben gebohrt wird.
Alternativ oder ergänzend sie auch eingerichtet sein, das Magnetfeld, insbesondere im Falle eines Temporärmagnet, zu aktivieren oder, alternativ, ausschließlich zu aktivieren, wenn in eine Armierung gebohrt wird und, besonders bevorzugt, wenn zudem in einer vertikalen oder im Wesentlichen vertikalen Richtung nach oben gebohrt wird.
In den Rahmen der Erfindung fällt des Weiteren ein Verfahren zum Bohren eines armierten Gesteins mit einem Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere einem erfindungsgemäßen Gesteinsbohrwerkzeug, wobei während des Bohrens das Gesteinsbohrwerkzeug, insbesondere ein Bohrkopf des Gesteinsbohrwerkzeugs, magnetisch ist und / oder magnetisiert wird.
Auch durch dieses erfindungsgemäße Verfahren können somit die oben genannte, überraschende Erkenntnis im Sinne der Erfindung und deren vorteilhafte Wirkungen einer Magnetisierung während des Bohrens armierten Gesteins ausgenutzt werden. Das Risiko eines Bruches des Gesteinsbohrwerkzeugs kann somit verringert werden. Die Standzeit des Gesteinsbohrwerkzeugs lässt sich somit erheblich verlängern.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren angewendet werden, wenn in eine Decke und / oder in einer vertikalen oder im Wesentlichen vertikalen Richtung nach oben gebohrt wird. In diesem Falle würde üblicherweise die eisenhaltige Späne einer Armierung schwerkraftgetrieben aus dem während des Bohrens erzeugten Bohrloch herausfallen. Erfindungsgemäß kann dagegen diese eisenhaltige Späne zumindest teilweise und / oder zeitweilig im Bohrloch und insbesondere im Bereich des Bohrkopfes, gehalten werden.
Eine Bohrrichtung, eine Untergrundart und / oder ein Bohrfortschritt können, insbesondere während des Bohrens des armierten Gesteins, detektiert werden. Beispielsweise können dazu eine Lage des Gesteinsbohrwerkzeugs und / oder einer Gesteinsbohrvorrichtung bestimmt werden, Vibrationen ausgewertet werden und / oder eine Bohrgeschwindigkeit gemessen werden.
Es kann somit die Bohrrichtung, die Art des Untergrunds und / oder der Bohrfortschritt überwacht werden. Daraus kann beispielsweise abgeleitet werden, ob beispielsweise nach oben und / oder in eine Decke gebohrt wird und /oder ob eine Armierung oder ein nicht armiertes Gestein, insbesondere Beton, gebohrt wird. Die Magnetisierungsvorrichtung kann dann bedarfsgerecht aktiviert, deaktiviert und / oder in ihrer Leistung geregelt werden. Beispielsweise kann sie dann aktiviert werden, wenn eine Armierung erreicht und / oder durchtrennt wird. Während des Bohrens von Gestein, also insbesondere außerhalb einer Armierung, kann die Magnetisierungsvorrichtung deaktiviert werden. Ebenso kann die Saugvorrichtung bedarfsgerecht aktiviert, deaktiviert und / oder in ihrer Leistung gesteuert werden. Dies kann analog zur Steuerung der Magnetisierungsvorrichtung auch zur Steuerung der Saugvorrichtung erfolgen.
Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn zum Bohren eine Gesteinsbohrvorrichtung verwendet wird, die als Bohrbauroboter ausgebildet ist und / oder einen solchen aufweist, da bei diesen häufig das oben genannte, ursprüngliche Bruchrisiko im Vergleich zu menschlichen Benutzern einer Gesteinsbohrvorrichtung erhöht sein kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein. In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein schematische Seitenansicht eines ersten Gesteinsbohrwerkzeugs mit einer Magnetisierungsvorrichtung;
Fig. 2 ein schematische Seitenansicht eines zweiten Gesteinsbohrwerkzeugs mit einer zweiten Magnetisierungsvorrichtung;
Fig. 3 ein schematische Seitenansicht einer Gesteinsbohrvorrichtung mit einer Saugvorrichtung und daran angeordneter Magnetisierungsvorrichtung;
Fig. 4 eine schematische, perspektivische Darstellung einer als Bohrbauroboter ausgebildeten Gesteinsbohrvorrichtung und
Fig. 5 eine fotografische Abbildung eines Gesteinsbohrwerkzeugs nach dem Bohren eines armierten Gesteins.
In der nachfolgenden Beschreibung der Figuren werden zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung für gleiche oder sich funktional entsprechende Elemente jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Gesteinsbohrwerkzeug 10 mit einem Bohrkopf 12, einem Schaft 14 und einem Einsteckende 16.
Das Gesteinsbohrwerkzeug 10 ist als Hammerbohrer ausgebildet.
Der Bohrkopf 12 ist an einer Verbindungsstelle 18 mit dem Schaft 14 verlötet. Alternativ ist auch denkbar, dass der Bohrkopf 12 an der Verbindungsstelle 18 mit dem Schaft 14 verschweißt ist.
Der Bohrkopf 12 weist 4 Schneiden 20 auf, die insgesamt kreuzförmig ausgebildet sind. Der
Bohrkopf 12 ist aus einem Hartmetall, beispielsweise aus einem kobalt- und / oder nickelhaltigen Wolframkarbid, ausgebildet.
Der Schaft 14 weist eine Transportstruktur 22 auf. Die Transportstruktur 22 ist ausgebildet zum Abtransport von Bohrmehl, Späne oder dergleichen. Dazu weist die Transportstruktur 22 eine, insbesondere helixförmig, verlaufende Außenwendei auf. Die Transportstruktur 22 kann eingängig oder mehrgängig sein.
Das Einsteckende 16 kann eine standardisierte Form aufweisen, beispielsweise kann es eine Form aufweisen, wie sie üblicherweise mit „SDS-plus“ bezeichnet wird.
Weiter weist das Gesteinsbohrwerkzeug 10 eine Magnetisierungsvorrichtung 24 auf. Die Magnetisierungsvorrichtung 24 ist ringförmig ausgebildet. Sie umschließt den Schaft 14.
Die Magnetisierungsvorrichtung 24 weist einen Permanentmagnet 26 auf.
Der Permanentmagnet 26 erzeugt somit ein Magnetfeld, das sich im Bereich des übrigen Gesteinsbohrwerkzeugs 10, beispielsweise entlang des Schafts 14 und besonders bevorzugt im Bereich des Bohrkopfs 12, ausbreitet.
Somit besteht im Bereich des Bohrkopfs 12, insbesondere im Bereich der Schneiden 20, ein Magnetfeld. Dessen Magnetfeld weist eine derartige Stärke auf, sodass während des Bohrens mit dem Gesteinsbohrwerkzeug 10 in einer Armierung des zu bohrenden armierten Gesteins entstehende eisenhaltige Späne vom Gesteinsbohrwerkzeug 10 magnetisch angezogen werden kann. Die eisenhaltige Späne kann somit, insbesondere im Bereich des Bohrkopfs 12, gesammelt werden.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Gesteinsbohrwerkzeug 10, das, soweit nicht im Folgenden anders beschrieben, dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Gesteinsbohrwerkzeugs 10 gemäß Fig. 1 entspricht.
Im Gegensatz zu dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist bei diesem Gesteinsbohrwerkzeug 10 jedoch die Magnetisierungsvorrichtung 24 nicht als ringförmiges und insbesondere das Gesteinsbohrwerkzeug 10 umschließendes, separates Teil ausgebildet.
Vielmehr ist die Magnetisierungsvorrichtung 24 in Form mehrerer Permanentmagnete 26 ausgebildet, die am Schaft 14 angeordnet sind.
Insbesondere sind die Permanentmagnete 26 in einem dem Bohrkopf 12 zugewandten Endbereich des Schafts 14 angeordnet. Somit sind die Permanentmagnete 26 in der Nähe des Bohrkopf 12 angeordnet. Sie können beispielsweise am Schaft 14 angeklebt, gelötet und / oder angeschweißt sein.
Denkbar ist auch, dass der Schaft 14 zumindest einen Bereich mit einem magnetisierbaren Material aufweist. Dann können die Permanentmagnete 26 auch dadurch ausgebildet sein, dass dieser Bereich des Schafts 14 magnetisiert wird.
Auch bei dieser Ausführungsform kann somit die Magnetisierungsvorrichtung 24, insbesondere mithilfe der Permanentmagnete 26, ein Magnetfeld erzeugen. Das Magnetfeld kann dauerhaft im Bereich des Bohrkopfs 12, insbesondere im Bereich von dessen Schneiden 20 zur Verfügung stehen.
Fig. 3 zeigt eine Gesteinsbohrvorrichtung 100. Die Gesteinsbohrvorrichtung 100 umfasst eine Bohrwerkzeugmaschine 103. Diese ist als Bohrhammermaschine ausgebildet. Sie weist einen Werkzeughalter 102 auf, in dem ein Gesteinsbohrwerkzeug 10 aufgenommen ist. Die Gesteinsbohrvorrichtung 100 ist zum Bohren von armiertem Gestein ausgebildet. Sie weist einen Betriebsmoduswahlschalter 104 auf. Mittels des Betriebsmoduswahlschalters 104 können unterschiedliche Betriebsmodi ausgewählt werden. Insbesondere steht ein Betriebsmodus zum Hammerbohren, also zum schlagenden Bohren mit, zur Verfügung.
Weiter weist die Gesteinsbohrvorrichtung 100 einen Griffbereich 106 auf. Der Griffbereich 106 ist zur manuellen und / oder mechanischen Halterung der Gesteinsbohrvorrichtung 100 ausgebildet.
Zwischen dem Griffbereich 106 und der übrigen Gesteinsbohrvorrichtung 100 ist eine Vibrationsdämpfung 108 ausgebildet, die eingerichtet ist, eine Übertragung von Vibrationen von der übrigen Gesteinsbohrvorrichtung 100 auf den Griffbereich 106 zu minimieren.
Weiter weist die Bohrvorrichtung 100 eine Saugvorrichtung 110 auf. Die Saugvorrichtung 110 ist, insbesondere lösbar, an der Gesteinsbohrvorrichtung 100 angeordnet. Die Saugvorrichtung 110 weist einen Saugkopf 112 auf. Der Saugkopf 112 umschließt ringförmig das im Werkzeughalter 102 aufgenommene Gesteinsbohrwerkzeug 10.
Der Saugkopf 112 ist ausgebildet, vom Gesteinsbohrwerkzeug 10 während des Bohrens in Gestein, insbesondere in armiertem Gestein, erzeugtes Bohrmehl abzusaugen.
Der Saugkopf 112 ist teleskopierbar an der übrigen Saugvorrichtung 110 angeordnet. Somit kann der Saugkopf 112 an einer Oberfläche eines zu bohrenden Gesteins anliegen, während das Gesteinsbohrwerkzeug 10 in das zu bohrende Gestein eindringt.
Am das Gesteinsbohrwerkzeug 10 ringförmig umschließenden Saugkopf 112 ist ferner eine Magnetisierungsvorrichtung 24 ausgebildet.
Sie weist einen ringförmigen Elektromagnet 28 auf. Der Elektromagnet 28 ist über die Saugvorrichtung 110 mit elektrischer Energie versorgbar. Vorzugsweise kann die Saugvorrichtung 110 selber von der Gesteinsbohrvorrichtung 100 mit elektrischer Energie versorgbar sein.
Die Gesteinsbohrvorrichtung 100 ist auf diese Weise derart ausgebildet, dass der Elektromagnet 28 und damit ein durch diesen erzeugtes Magnetfeld aktivierbar, deaktivierbar oder in seiner Leistung steuerbar ist.
Die Gesteinsbohrvorrichtung 100 weist eine Bohrrichtungserkennungsvorrichtung 113 und eine Untergrunderkennungsvorrichtung 114 auf. Die Bohrrichtungserkennungsvorrichtung 113 und die Untergrunderkennungsvorrichtung 114 sind aus Darstellungsgründen in Fig. 3 lediglich schematisch dargestellt.
Die Bohrrichtungserkennungsvorrichtung 113 ist ausgebildet, eine Bohrrichtung zu detektieren. Insbesondere ist sie eingerichtet zu detektieren, ob in eine vertikale oder im Wesentlichen vertikale Richtung und, besonders bevorzugt, ob nach oben gebohrt wird. Dazu kann die Bohrrichtungserkennungsvorrichtung 113 einen Lagesensor aufweisen.
Die Untergrunderkennungsvorrichtung 114 ist ausgebildet, Vibrationen des Werkzeugs 102 zu erfassen und / oder auszuwerten. Sie kann weiter eingerichtet sein, anhand dieser Vibrationen die Art des jeweils bearbeiteten Untergrundes zu detektieren. Somit kann sie eingerichtet sein, zwischen einer Bearbeitung eine Armierung und eines nicht armierten Gesteins zu unterscheiden.
Mithilfe der Bohrrichtungserkennungsvorrichtung 113 und der Untergrunderkennungsvorrichtung 114 ist die Gesteinsbohrvorrichtung 100, insbesondere wenn Hammerbohren als Betriebsmodus ausgewählt ist, eingerichtet, zwischen einem Armierungs-Bohrmodus und einem Nichtarmierungs-Bohrmodus selbsttätig auszuwählen. Je nach Bohrmodus wird insbesondere der Elektromagnet 28 aktivieren, deaktiviert und / oder in seiner Leistung geregelt. Bevorzugt kann auch die Saugvorrichtung 110 durch die Gesteinsbohrvorrichtung 100 analog zum Elektromagnet 28 gesteuert werden.
Fig. 4 zeigt eine Gesteinsbohrvorrichtung 101. Die Gesteinsbohrvorrichtung 101 ist als Bohrbauroboter ausgebildet. Sie weist eine mobile Plattform 116 auf. Die mobile Plattform 116 ist beispielsweise als Kettenfahrzeug ausgebildet. Die mobile Plattform 116 kann fernsteuerbar, teilautonom und / oder vollständig autonom steuerbar sein.
Die mobile Plattform 116 weist zudem eine in Fig. 4 lediglich schematisch dargestellte Steuerungseinheit 117 auf. Die Steuerungseinheit 117 ist als Rechnereinheit ausgebildet und eingerichtet, alle Funktionen der Gesteinsbohrvorrichtung 101 , insbesondere auch ihrer Bohrfunktionen, zu steuern.
Auf der mobilen Plattform 116 ist eine Hubvorrichtung 118 angeordnet, durch die ein Arm 120 zusätzlich in vertikaler Richtung verlagerbar ist. Der Arm 120 weist sechs Freiheitsgrade auf.
An seinem freien Ende weist der Arm 120 eine Werkzeugmaschinenhalterung 122 auf. In der Werkzeugmaschinenhalterung 122 ist eine Gesteinsbohrvorrichtung 100 aufgenommen. Die Gesteinsbohrvorrichtung 100 entspricht dabei der vorangehend im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform.
Über eine in die Werkzeugmaschinenhalterung 122 integrierte Steuerschnittstelle (in Fig. 4 nicht dargestellt) ist die Gesteinsbohrvorrichtung 100 auch durch die Steuerungseinheit 117 steuerbar.
Insgesamt ist somit die Gesteinsbohrvorrichtung 101 eingerichtet, Gestein, insbesondere armiertes Gestein, in horizontaler und/oder vertikaler Richtung und somit in Wände und / oder Decken zu bohren. Vorzugsweise ist sie auch eingerichtet, in Böden zu bohren. Die Wände und / oder die Decken können aus armiertem Gestein, beispielsweise armiertem Beton, ausgebildet sein. Besonders ist zu vermerken, dass somit die Gesteinsbohrvorrichtung 101 eingerichtet ist, in eine vertikale oder eine im Wesentlichen vertikale Richtung und insbesondere nach oben zu bohren.
Anhand Fig. 4 wird im Folgenden ein Verfahren zum Bohren eines armierten Gesteins mit der Gesteinsbohrvorrichtung 101 näher erläutert.
Im Beispiel wird angenommen, dass ein 10 mm - Bohrloch in eine aus armiertem Beton ausgebildete Decke gebohrt werden soll. Insofern ist also vertikal nach oben in den armierten Beton zu Bohren. Die Armierung des armierten Betons besteht beispielsweise aus eisenhaltigen Armierungsstäben mit jeweils 16 mm Durchmesser.
Dazu richtet die Gesteinsbohrvorrichtung 101 zunächst ihre Gesteinsbohrvorrichtung 100 und damit das darin aufgenommene Gesteinsbohrwerkzeug 10 (Fig. 3) vertikal nach oben aus.
Anschließend wird der Bohrvorgang gestartet.
Während des Bohrens überwacht die Gesteinsbohrvorrichtung 100 mithilfe der Untergrunderkennungsvorrichtung 114 (Fig. 3) die Art des jeweils bearbeiteten Untergrundes.
Solange als Untergrundart Beton festgestellt wird, arbeitet die Gesteinsbohrvorrichtung 100 in dem Nichtarmierungs-Bohrmodus. Insbesondere wird die Saugvorrichtung 110 (Fig. 3) mit hoher Leistung betrieben und die Magnetisierungsvorrichtung 24 (Fig. 3) bleibt deaktiviert.
Sobald als Untergrundart jedoch eine Armierung detektiert wird schaltet die Gesteinsbohrvorrichtung 100 auf den Armierungs-Bohrmodus um. Insbesondere wird dazu die Leistung der Saugvorrichtung 110 gedrosselt und die Magnetisierungsvorrichtung 24 aktiviert.
Sobald die Armierung vollständig durchbohrt ist, wird dann wieder in den Nichtarmierungs- Bohrmodus umgeschaltet.
Denkbar ist, dass die Überwachung der Untergrundart und / oder weitere Überwachungen weiterer Bohrparameter, beispielsweise des Bohrfortschritts, alternativ oder ergänzend durch die Steuereinheit 117 erfolgen. Vorzugsweise können dann auch die Auswahl und gegebenenfalls die Umschaltung des Bohrmodus durch die Steuereinheit 117 erfolgen.
Die Messung des Bohrfortschritts kann beispielsweise durch Überwachung der Bewegungen der Hubvorrichtung 118 und / oder des Arms 120 erfolgen.
Fig. 5 zeigt eine fotografische Abbildung eines Gesteinsbohrwerkzeugs 10 nach einem Bohren eines Bohrloches 200 in einem armierten Gestein 202. Das armierte Gestein 202 bildet eine Decke eines Gebäudes. Das Bohrloch 200 ist somit vertikal nach oben ausgebildet.
Das Gesteinsbohrwerkzeug 10 ist magnetisiert. Insbesondere entspricht es der im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Ausführungsform des Gesteinsbohrwerkzeugs 10.
Zu erkennen ist, dass sich nichtmagnetisches Bohrmehl 204 entlang des Schafts 14, insbesondere entlang der Transportstruktur 22 (Fig. 1), befindet.
Weiters ist zu erkennen, dass eisenhaltige Späne 206 am Gesteinsbohrwerkzeug 10, insbesondere aufgrund der Magnetisierung des Gesteinsbohrwerkzeugs 10, anhaften.
Die eisenhaltige Späne 206 befindet sich dabei insbesondere im Bereich des Bohrkopfes 12 des Gesteinsbohrwerkzeugs 10. In der Darstellung gemäß Fig. 5 ist dabei der Bohrkopf 12 weitgehend durch die eisenhaltige Späne 206 verdeckt.
Eigenen Untersuchungen zufolge kann das eingangs genannte Bruchrisiko bei unterschiedlichen Gesteinsbohrwerkzeugen 10, insbesondere beim Bohren in Decken in armierten Beton einschließlich dem Bohren durch im armierten Beton befindliche Armierungen, durch die beschriebenen Maßnahmen und / oder Vorrichtungen in etwa halbiert werden.
Dementsprechend lassen sich Standzeiten der Gesteinsbohrwerkzeuge 10 ohne Reduktion der Bohrleistung, insbesondere der Schlagleistung, beim Auftreffen auf die Armierung in etwa verdoppeln. Bezugszeichenliste
10 Gesteinsbohrwerkzeug
12 Bohrkopf
14 Schaft
16 Einsteckende
18 Verbindungsstelle
20 Schneiden
22 Transportstruktur
24 Magnetisierungsvorrichtung
26 Permanentmagnet
100 Gesteinsbohrvorrichtung
101 Gesteinsbohrvorrichtung
102 Werkzeughalter
103 Bohrwerkzeugmaschine
104 Betriebsmoduswahlschalter
106 Griffbereich
108 Vibrationsdämpfung
110 Saugvorrichtung
112 Saugkopf
113 Bohrrichtungserkennungsvorrichtung
114 Untergrunderkennungsvorrichtung
116 mobile Plattform
117 Steuerungseinheit
118 Hubvorrichtung
120 Arm
122 Werkzeugmaschinenhalterung
200 Bohrloch
202 Gestein
204 Bohrmehl
206 Späne

Claims

Patentansprüche Gesteinsbohrwerkzeug (10) zum Bohren von armiertem Gestein (202), insbesondere von armiertem Beton, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesteinsbohrwerkzeug (10) eine Magnetisierungsvorrichtung (24) aufweist. Gesteinsbohrwerkzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsvorrichtung (24) einen Permanentmagnet (26) aufweist. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsvorrichtung (24) einen Temporärmagnet, insbesondere einen Elektromagnet (28), aufweist. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesteinsbohrwerkzeug (10) als Hammerbohrer ausgebildet ist. Gesteinsbohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesteinsbohrwerkzeug (10), insbesondere ein Bohrkopf (12) des Gesteinsbohrwerkzeugs (10), Kobalt und / oder Nickel aufweist. Gesteinsbohrvorrichtung (100, 101), umfassend eine Bohrwerkzeugmaschine (103) und ein von der Bohrwerkzeugmaschine (103) antreibbares Gesteinsbohrwerkzeug (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinsbohrvorrichtung (100, 101) eine Magnetisierungsvorrichtung (24) zur Magnetisierung des Gesteinsbohrwerkzeugs (10) aufweist. Gesteinsbohrvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinsbohrvorrichtung (100, 101) eine Saugvorrichtung (110) aufweist. Gesteinsbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsvorrichtung (24) an der Saugvorrichtung (110) ausgebildet und / oder angeordnet ist.
9. Gesteinsbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsvorrichtung (24) einen Permanentmagnet (26) aufweist.
10. Gesteinsbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsvorrichtung (24) einen Temporärmagnet, insbesondere einen Elektromagnet (28), aufweist.
11. Gesteinsbohrvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinsbohrvorrichtung (100, 101) ein Gesteinsbohrwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.
12. Gesteinsbohrvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gesteinsbohrvorrichtung (100, 101) eine Bohrrichtungserkennungsvorrichtung (113), eine Untergrunderkennungsvorrichtung (114) und / oder eine Bohrfortschrittserkennungsvorrichtung aufweist.
13. Verfahren zum Bohren eines armierten Gesteins (202) mit einem Gesteinsbohrwerkzeug (10), insbesondere einem Gesteinsbohrwerkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bohrens das Gesteinsbohrwerkzeug (10), insbesondere ein Bohrkopf (12) des Gesteinsbohrwerkzeugs (10), magnetisch ist und / oder magnetisiert wird.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Decke und / oder in einer vertikalen Richtung nach oben gebohrt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bohrrichtung, eine Untergrundart und / oder ein Bohrfortschritt, insbesondere während des Bohrens des armierten Gesteins (202), detektiert werden.
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