WO2012159831A1

WO2012159831A1 - Gesteinsbohrer

Info

Publication number: WO2012159831A1
Application number: PCT/EP2012/057279
Authority: WO
Inventors: Rainer Widmann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-04-20
Publication date: 2012-11-29
Also published as: DE102011076365A1; CN103561894B; CN103561894A

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Gesteinsbohrer mit einer Drehachse (10), um welche eine Drehbewegung beim Bohren ausführbar ist, mit einem dachförmig ausgebildeten Schneidkörper (1), der wenigstens zwei an seiner Stirnseite vorgesehene Hauptschneidkanten (2, 3) und eine Zentrierspitze (8), durch welche der Gesteinsbohrer in Bezug auf die Achse des zu bohrenden Bohrlochs positionierbar ist, aufweist, wobei die Hauptschneidkanten auf den Flanken des dachförmigen Schneidkörpers angeordnet sind und vom Umfang des Bohrers radial in Richtung der Drehachse verlaufen. Um den Bohrfortschritt verbessern zu können, enden die Hauptschneidkanten am Fuß der Zentrierspitze mit radialem Abstand zur Drehachse.

Description

Beschreibung Titel

Gesteinsbohrer

Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik bekannt sind handelsübliche Gesteinsbohrer mit

Schneidkörpern, die gegebenenfalls als Schneidplatten bzw. Schneideinsätze ausgebildet sind und welche eine Zentrierspitze aufweisen. Die Zentrierspitze ermöglicht dabei eine Zentrierung des Gesteinsbohrers beim Bohren, positioniert ihn also in Bezug auf eine gedachte Achse des zu bohrenden Bohrlochs. Zudem ermöglicht die Zentrierspitze das positionsgenaue Einstecken in ein Zentrierloch.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gesteinsbohrer vorzuschlagen, der einen schnelleren Bohrfortschritt ermöglicht.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Gesteinsbohrer der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer dadurch aus, dass die Hauptschneidkanten am Fuß der Zentrierspitze mit radialem Abstand zur Drehachse enden. Die Drehbewegung des Gesteinsbohrers ist um eine Drehachse ausführbar. Der Gesteinsbohrer umfasst einen dachförmig ausgebildeten

Schneidkörper, der wenigstens zwei an seiner Stirnseite vorgesehene

Hauptschneidkanten und eine Zentrierspitze umfasst, durch welche der Gesteinsbohrer in Bezug auf die Achse des zu bohrenden Bohrlochs positionierbar ist. Dabei sind die Hauptschneidkanten auf den Flanken des dachförmigen Schneidkörpers angeordnet und vom Umfang des Bohrers radial in Richtung der Drehachse verlaufend ausgebildet. Grundsätzlich kann das Dach im Sinne der Erfindung zwei Flanken aufweisen, aber auch mehr, z.B. drei. Die Dachflanken können in Wirkrichtung zur Drehachse hin ansteigend verlaufen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, dass die

Hauptschneidkante am Fuß der Zentrierspitze mit radialem Abstand zur Drehachse enden, wird erreicht, dass die Hauptschneidkanten gewissermaßen an der

Zentrierspitze unterbrochen sind. Durch diese„Unterbrechung" der Schneidkanten wird ermöglicht, dass der Widerstand des Bohrers beim Eindringen in das zu durchbohrende Material verringert werden kann. Zudem wird erreicht, dass durch die einzelnen Schneidkanten jeweils unabhängige Wirkbereiche geschaffen werden können, in denen jeweils die Schlagenergie bei Zertrümmerung des Gesteins einzeln umgesetzt werden kann. Ferner wird ermöglicht, dass das abgetragene Bohrmehl einen anderen Weg in die Förderspiralen nehmen kann und somit den Schneiden insbesondere den Hauptschneiden im seitlichen Teil in geringerem Maße im Wege steht. Handelsübliche Gesteinsbohrer hingegen weisen eine durchgängige Schneidkante auf, die z. B. auch über die Zentrierspitze verläuft und nicht unterbrochen ist. Da bei derartigen handelsüblichen Gesteinsbohrern keine solche Aufteilung in einzelne Wirkbereiche erfolgt, sind diese in der Regel mit einem höheren Eindringwiderstand behaftet.

Der Gesteinsbohrer weist eine bestimmte Drehrichtung auf, die beim Bohren vorgesehen ist, damit der Bohrer in das entsprechende, zu durchbohrende Material eindringen kann. In Bezug auf die Schneidkante kann daher eine in Drehrichtung vor der Schneidkante angeordnete Fläche vorhanden sein, die sog. Spanfläche.

Währenddessen kann sich entsprechend hinter der stirnseitigen Schneidkante in Bezug auf die Drehrichtung eine dort angeordnete Freifläche befinden. Gegebenenfalls kann der Bohrer in einer weiteren Ausführungsform auch so ausgebildet sein, dass mehr als eine Freifläche vorhanden ist, wobei die Freiflächen zueinander beispielsweise in einem anderen Anstellwinkel angeordnet sein können.

Grundsätzlich ist es ferner denkbar, dass der Gesteinsbohrer keinen einheitlich aus einem Stück ausgebildeten Bohrkopf bzw. Schneidkörper besitzt, sondern in den Bohrkopf ein als Schneidplatte ausgebildeter Schneidkörper eingesetzt ist. Diese Schneidplatte wird teilweise auch als Schneideinsatz bezeichnet. Dementsprechend kann ferner die Schneidplatte wiederum die Schneidkante mit der Spanfläche und der Freifläche umfassen. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass die Schneidplatte bzw. der Einsatz gegenüber den restlichen Komponenten des Bohrkopfes auch aus einem anderen Material ausgebildet sein kann, beispielsweise aus einem entsprechenden

Hartmetall.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung endet bzw. enden die Spanfläche und/oder die Freifläche am Fuß der Zentrierspitze mit radialem Abstand zur Drehachse. Diese geometrische Anordnung kann insbesondere dann vorhanden sein, wenn die

Zentrierspitze eine entsprechende Breite bzw. einen entsprechenden Durchmesser besitzt. Ist beispielsweise eine Schneidplatte als Einsatz vorhanden, kann sich gegebenenfalls die Zentrierspitze über die gesamte Dicke der Schneidplatte erstrecken. Durch die Unterbrechung von Spanfläche bzw. Schneidfläche können deren Wirkungseigenschaften ebenfalls speziell in Bezug auf den Gesteinsbohrer angepasst werden, beispielsweise können dadurch die Eigenschaften der Freifläche in Bezug auf das Wegräumen von Bohrmehl verändert werden.

Ferner kann bei einer Ausführungsform die Zentrierspitze auf der Drehachse angeordnet sein. Dies ermöglicht eine zentrale Positionierung des Bohrers auf der Drehachse und dem zu bohrenden Bohrloch.

Ferner ist es denkbar, dass jeweils die Hauptschneidkanten und/oder die Spanflächen und/oder die Freifläche auf unterschiedlichen Seiten der Dachflanken so angeordnet sind, dass sie nicht unmittelbar aneinander angrenzen, vorzugsweise die Zentrierspitze dazwischen angeordnet ist. Dies führt dazu, dass die Hauptschneidkanten, die Spanflächen bzw. die Freiflächen auf verschiedenen Dachflanken sich gewissermaßen nicht direkt berühren. Vorzugsweise bietet es sich an, dass die Zentrierspitze dazwischen angeordnet ist. Somit können in verbesserter Weise die einzelnen

Wirkungsabschnitte ausgebildet werden, wodurch noch einmal ermöglicht wird, dass ein besserer Bohrfortschritt erreicht wird, da in den einzelnen Abschnitten eine verbesserte Umsetzung der Energie in eine Bohrwirkung umgesetzt werden kann. Dies ist sowohl dann der Fall, wenn zwei Dachflanken, beispielsweise bei einer

Schneidplatte, vorhanden sind, die in Bezug auf die Zentrierspitze gegenüberliegend angeordnet sind, als auch dann, wenn z. B. drei Dachflanken vorgesehen sind, die etwa in stirnseitiger Betrachtung sternförmig angeordnet sind, bei der also

beispielsweise die Schneidkanten auf den jeweiligen Dachflanken einen 120°-Winkel zur nächsten Schneidkante bilden. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Zentrierspitze etwa kegelförmig ohne

Ausbildung einer Kante aufgebaut ist. Dies ermöglicht grundsätzlich, dass die

Zentrierspitze vergleichsweise frei in dem als Positionierung dienenden Bohrloch sich bewegen kann, ohne einen größeren Widerstand zu besitzen. Bei vielen Anwendungen ist es jedoch gewünscht, dass die Zentrierspitze selbst eine Zentrierschneidkante aufweist. Somit ist die Zentrierspitze wiederum dazu ausgebildet, selbst einen Beitrag zum Bohrfortschritt zu leisten, indem sie ebenfalls Gesteinsmaterial abträgt.

Insbesondere wird sodann ermöglicht, dass die Zentrierspitze dadurch, dass sie im näheren Umgebungsbereich der Drehachse selbst Gesteinsmaterial abträgt, bei immer größer werdendem Bohrschritt gewissermaßen eine Zentrierhilfe bildet, welche sich aktiv in das zu bohrende Gestein einarbeitet.

Bei einigen Bohrköpfen ist insbesondere die Zentrierspitze mit einer Zentrierkante stirnseitig gegenüber den Dachflanken, welche die Hauptschneidkanten aufweisen, noch einmal nach vorne versetzt. Hierdurch kann die Wirkung der Zentrierspitze hinsichtlich der Positionierung verstärkt werden, da die Zentrierspitze zum einem selbst in das Material einschneidet und zum anderen gegenüber dem restlichen Bohrkopf bereits weiter in das Material eingedrungen ist und hierdurch eine betonte

Zentrierwirkung erreicht werden kann.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung sind daher wenigstens eine der

Hauptschneidkanten und die Zentrierschneidkante zueinander berührungsfrei angeordnet. Dies bedeutet, dass, wenn man entlang einer Hauptschneidkante in Richtung der Drehachse sich bewegt, nicht unmittelbar auf die Zentrierschneidkante gelangt, sondern zwischen dem Ende der entsprechenden Hauptschneidkante und dem Verlauf der Zentrierschneidkante ein Versatz in einer Ebene senkrecht zur Drehachse vorhanden ist. Insbesondere können alle Hauptschneidkanten einen entsprechenden Versatz zur Zentrierschneidkante aufweisen.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet weiterhin die

Zentrierschneidkante einen Winkel mit der gedachten Verlängerung wenigstens eines der Teilabschnitt der Hauptschneidkante. Diese gedachte Verlängerung reicht dementsprechend von der Linie der Hauptschneidkante, die sich auf der Dachflanke befindet über bzw. durch die Zentrierspitze hindurch. Somit schneidet dann

automatisch die gedachte Verlängerung einer Zentrierschneidkante, die sich an der Zentrierspitze befindet. Ein Versatz in Richtung der Drehachse kann unberücksichtigt bleiben, d. h. wenn die gedachte Verlängerung der Hauptschneidkante und die Zentrierschneidkante windschief verlaufen, sich also nur in einer Projektionsebene senkrecht zur Drehachse schneiden. Diese Maßnahme ermöglicht nicht nur, dass ein entsprechender Wirkbereich in einzelnen, radial zur Drehachse versetzten Bereichen ausgebildet wird, sondern ebenfalls dass diese Wirkbereiche beim Drehen bzw. Bohren nacheinander zum Einsatz kommen können. Somit kann der Bohrfortschritt noch einmal deutlich verbessert werden.

Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Hauptschneidkante in Bezug auf die

Zentrierschneidkante bzw. die Verlängerung der Hauptschneidkante in Bezug auf die Zentrierschneidkante einen Winkel zwischen 60° und 90°, insbesondere 65° bis 75°, aufweisen. In den genannten Bereich ist der Winkel ausreichend groß ausgeprägt, dass dieser Phasenversatz merklich ist und zum Tragen kommen kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt die Zentrierspitze in einer Ebene senkrecht zur Drehachse einen ovalen Querschnitt, vorzugsweise einen ellipsenförmigen Querschnitt. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die

Zentrierspitze einen runden Querschnitt aufweist, beispielsweise dann, wenn sie kegelförmig aufgebaut ist. Ein ovaler Querschnitt ermöglicht allerdings, dass zum einen die Zentrierschneidkante länger ausgebildet ist, nämlich dann, wenn diese über der längeren Hauptachse der Ellipse liegt. Ist ferner diese längere Hauptachse der Ellipse in einem Winkel, beispielsweise in einem Winkel von 65° zu den Hauptschneidkanten angeordnet bzw. ausgerichtet, so grenzen die Hauptschneidkanten an die schmälere Seite der Ellipse an und können somit, relativ gesehen, länger ausgebildet sein als wenn es sich um einen kreisförmigen Querschnitt mit dem Durchmesser der

Hauptachse handeln würde. Sowohl Zentrierschneidkante als auch

Hauptschneidkanten können also länger ausgebildet sein. Ferner können die einander gegenüber liegenden Enden der Hauptschneidkante näher zusammenrücken.

Grundsätzlich ist die Zentrierspitze oder zumindest das wirkseitige Ende der

Zentrierspitze in Wirkrichtung zuerst angeordnet. Eine Weiterbildung der Erfindung kann jedoch so ausgestaltet sein, dass zumindest Teile der Zentrierschneidkante in Wirkrichtung hinter der Hauptschneidkante angeordnet sind, insbesondere dann, wenn die Zentrierschneidkante in einem Winkel zur Hauptschneidkante angeordnet ist, kann die Zentrierschneidkante jeweils in ihren Endabschnitten tiefer geführt werden, als Teile der Hauptschneidkante angeordnet sind. Dies führt dazu, dass die

Zentrierschneidkante auch in einem Bereich, in dem beim Bohren gerade die

Hauptschneidkante aktiv ist und sich in das Material einschneidet, zusätzlich auch die Zentrierschneidkante auf gleicher Höhe aktiv einen Schneidprozess ausführen kann. Dies ermöglicht zum einen eine bessere Bohrwirkung bzw. einen besseren

Bohrfortschritt und zum anderen eine noch positionsgenauere Zentrierung.

Gerade bei Gesteinsbohrern ist es bei einigen Ausführungen besonders vorteilhaft, wenn die Schneidplatte und/oder der Schneidkörper aus Hartmetall ausgebildet sind, damit das in Bezug auf das Schneiden wirksame Material ausreichende Härte aufweist. Insbesondere können aber auch Schneidplatte bzw. Schneidkörper aus Vollhartmetall ausgebildet sein.

Ausführungsbeispiel

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen

Figur 1 eine schematische Konturdarstellung einer Schneidplatte für einen

Gesteinsbohrer gemäß der Erfindung in Seitenansicht und

Figur 2 eine schematische Konturdarstellung einer Schneidplatte in Draufsicht.

Figur 1 und Figur 2 zeigen eine Schneidplatte 1 für einen Gesteinsbohrer, die als Einsatz in den entsprechenden Bohrkopf eingesetzt wird. Vorteilhafterweise ist diese Schneidplatte aus Hartmetall ausgebildet. Die Ausbildung aus Hartmetall ermöglicht einen besonders effektiven Bohrfortschritt und einen besonders effektiven Abtrag bei vielen üblichen Gesteinmaterialien, für die entsprechende Gesteinsbohrer verwendet werden können.

Insbesondere zu sehen sind außerdem die Hauptschneidkanten 2, 3, die jeweiligen Spanflächen 4, 5 und die in Drehrichtung D um die Drehachse A angeordneten

Freiflächen 6, 7. Diese sind jeweils wieder unterteilt, nämlich die Freifläche 6 in die Teilfreiflächen 6' und 6" und die Freifläche 7 in die Teilfreiflächen 7' und 7", wobei 6'in einem anderen Winkel ausgerichtet ist als 6", ebenso 7' gegenüber 7". Im Übrigen sind die Hauptschneidkanten 2, 3 als gestrichelter Bereich jeweils dargestellt. Beim Bohren wird das Bohrmehl zumindest teilweise über die Spanflächen 4, 5 nach vorne abgeführt. In der Mitte ist um die Drehachse A die Zentrierspitze 8 angeordnet. Auch diese weist eine Schneidkante, die Zentrierschneidkante 9 auf. Diese

Zentrierschneidkante 9, bildet, wie in Fig. 1 deutlich zu sehen ist, einen Winkel von ca. 65° in Bezug auf die Hauptschneidkanten, genauer gesagt in Bezug auf die gedachte Verlängerung der Hauptschneidkanten durch die Zentrierspitze hindurch. Die

Hauptschneidkanten 2, 3 enden jeweils am Fuß der Zentrierspitze 8. Die Schneidplatte 1 dreht sich beim Bohren um die Drehachse 10.

Diese Ausführungsvariante der Erfindung ermöglicht einen besonders guten Bohrfortschritt.

Claims

Ansprüche

1 . Gesteinsbohrer mit einer Drehachse (10), um welche eine Drehbewegung beim Bohren ausführbar ist, mit einem dachförmig ausgebildeten Schneidkörper (1 ), der wenigstens zwei an seiner Stirnseite vorgesehene Hauptschneidkanten (2, 3) und eine Zentrierspitze (8), durch welche der Gesteinsbohrer in Bezug auf die Achse des zu bohrenden Bohrlochs positionierbar ist, aufweist, wobei die Hauptschneidkanten (2, 3) auf den Flanken des dachförmigen Schneidkörpers angeordnet sind und vom Umfang des Bohrers radial in Richtung der Drehachse (10) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptschneidkanten (2, 3) am Fuß der Zentrierspitze (8) mit radialem Abstand zur Drehachse enden.

2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Spanfläche (4, 5) und eine in Drehrichtung des Gesteinsbohrers hinter der stirnseitigen Schneidkante angeordnete Freifläche (6, 6', 6"; 7, 7', 7") vorhanden sind.

3. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkörper als Schneidplatte (1 ) ausgebildet ist, wobei die Schneidplatte wiederum die Schneidkante mit der Spanfläche (4, 5) und der Freifläche (6, 6', 6"; 7, 7', 7") umfasst.

4. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanfläche (4, 5) und/oder die Freifläche (6, 6', 6", 7, 7', 7") am Fuß der Zentrierspitze mit radialem Abstand zur Drehachse endet/enden.

5. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierspitze (8) auf der Drehachse (10) angeordnet ist.

6. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Hauptschneidkanten und/oder die Spanflächen und/oder die Freiflächen auf unterschiedlichen Seiten der Dachflanken so angeordnet sind, dass sie nicht unmittelbar aneinander angrenzen, vorzugsweise die Zentrierspitze zwischen ihnen angeordnet ist.

7. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierspitze eine Zentrierschneidkante (9) aufweist.

8. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Hauptschneidkanten und die Zentrierschneidkante zueinander berührungsfrei angeordnet sind.

9. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierschneidkante einen Winkel mit der gedachten Verlängerung wenigstens eines der Teilabschnitte der Hauptschneidkante bildet.

10. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Zentrierschneidkante und der gedachten Verlängerung wenigstens einer der Hauptschneidkanten 60° bis 90°, insbesondere 65° bis 75° beträgt.

1 1 . Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierspitze in einer Ebene senkrecht zur Drehachse einen ovalen, vorzugsweise einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweist.

12. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierschneidkante wenigstens teilweise in Wirkrichtung hinter der Hauptschneidkante angeordnet ist.

13. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidplatte und/oder der Schneidkörper aus Hartmetall, insbesondere aus Vollhartmetall, ausgebildet sind/ist.