WO2017108461A1 - Bohrkrone mit einem wellenförmigen bohrschaft - Google Patents

Bohrkrone mit einem wellenförmigen bohrschaft Download PDF

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WO2017108461A1
WO2017108461A1 PCT/EP2016/080557 EP2016080557W WO2017108461A1 WO 2017108461 A1 WO2017108461 A1 WO 2017108461A1 EP 2016080557 W EP2016080557 W EP 2016080557W WO 2017108461 A1 WO2017108461 A1 WO 2017108461A1
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drill
shank
inner diameter
drill bit
drill shank
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PCT/EP2016/080557
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Matthaeus Hoop
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/04—Drills for trepanning
    • B23B51/042—Drills for trepanning with lubricating or cooling equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
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    • B23B51/04—Drills for trepanning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/04—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs
    • B28D1/041—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs with cylinder saws, e.g. trepanning; saw cylinders, e.g. having their cutting rim equipped with abrasive particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/75—Stone, rock or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a drill bit with a shaft-shaped drill shank according to the preamble of claim 1.
  • Drill bits consist of a plurality of drill bit sections, which are designed as a cutting section, a drill shaft section and a receiving section.
  • the cutting portion includes a ring portion and one or more cutting segments that are welded, brazed, bolted or secured in another suitable manner of attachment to the ring portion.
  • the cutting segments are arranged in a ring shape and form in a plane perpendicular to the drilling axis a cutting ring having an inner diameter, an outer diameter and a segment width.
  • the drill shank portion comprises a cylindrical drill shank having a ring shape with an inner diameter, an outer diameter and a shank width in a plane perpendicular to the drilling axis.
  • the receiving portion includes a lid and a spigot over which the drill bit is mounted in the tool holder of a core drilling machine.
  • the drill shank portion is connected to the receiving portion via a first connection and to the cutting portion via a second connection.
  • the first connection and the second connection may be formed as detachable connections or as non-detachable connections.
  • Known drill bits with a detachable first and a releasable second connection drill bits with a detachable first and a non-detachable second connection, drill bits with a non-detachable first and a detachable second connection and drill bits with a non-detachable first and a non-removable releasable second connection.
  • the ring portion and the drill stem are detachably connected, for example, via combined pin and pin connections with a loose pin element as described in WO 2013/093060 A1 or via combined pin and pin connections to a fixed pin element as described in WO 2014/096360 A1 and WO2014 / 096366 A1.
  • the ring portion and the drill collar can be monolithic; Alternatively, the ring portion can be integrally connected to the drill collar.
  • the object of the present invention is to further develop a drill bit in such a way that the stability of the drill shaft against deformation is improved.
  • the reliability of the drill bit during wet drilling is to be increased with a cooling and rinsing liquid reinforced concrete.
  • the drill shank in the plane perpendicular to the drilling axis has a wave-shaped, trapezoidal or zigzag-shaped cross-sectional shape.
  • a drill shank having a wave, trapezoidal or zigzag cross-sectional shape has the advantage over a drill shank having an annular cross-sectional shape that the stability of the drill shank is increased compared to a deformation of the drill shank or, for the same stability, a drill shank having a smaller wall thickness and thus one lower weight can be used.
  • the drill bit according to the invention comprises a cutting portion having a ring portion and one or more cutting segments, and a drill shank portion having a cylindrical drill shank.
  • the cutting section comprises a single one
  • Cutting segment which forms a closed cutting ring, or a plurality of cutting segments, which form a cutting ring with gaps.
  • the cylindrical drill shank has, in a plane perpendicular to the drilling axis, a wave-shaped, trapezoidal or zigzag-shaped cross-sectional shape with an inner diameter di and an outer diameter d A.
  • the diameter of an adjacent inner circle is defined as the inner diameter di of the shaft, trapezoidal or zigzag shaped drill shank, and the diameter of an adjacent outer circle is defined as the outer diameter d A of the shaft, trapezoid or zigzag shaped drill shank.
  • half the internal difference ⁇ between the inner diameter di of the drill shank and the inner diameter Di of the cutting ring is less than 0.2 mm.
  • the drill shank has the wave, trapezoidal or zigzag cross-sectional shape.
  • Half the internal difference between the inner diameter di of the drill shank and the inner diameter Di of the cutting ring determines the width of the inner supernatant of Cutting segments opposite the drill shank on the inside of the drill bit. Between the inside of the drill shank and the drill core, an inner gap is formed.
  • Limiting the inner overhang to values less than 0.2 mm reduces the risk that a severed iron wedge of a reinforcing iron will dislodge from the core, penetrate the inner gap between the core and the inside of the drill shank and jam there.
  • the preferred first design of the drill bit with an inner projection smaller than 0.2 mm is suitable for drill bits for wet drilling. When wet drilling a cooling and rinsing liquid is required, which cools the cutting segments as cooling fluid and removed as drilling fluid cuttings from the well.
  • Clean cooling and irrigation fluid is supplied through the inner gap between the core and the drill stem, and spent cuttings of spent cooling and irrigation fluid are removed via an outer gap between the drill stem and the wellbore.
  • the geometry of the wave, trapezoid or zigzag profile can be adapted to the required amount of liquid.
  • the corrugated, trapezoidal or zigzag profile creates depressions on the inside of the drill shank, through which the cooling and rinsing liquid can be transported to the processing site.
  • half the internal difference ⁇ between the inner diameter di of the drill shank and the inner diameter Di of the cutting ring is greater than 0.1 mm. If the inner gap between the drill core and the inside of the drill stem is greater than 0.1 mm, wet drilling with the drill bit may form a fluid film between the drill core and the inside of the drill stem, reducing friction. The friction between the inside of the drill stem and the core should be as small as possible. The smaller the friction between the drill shank and the core, the greater the progress of drilling at the same power and the life of the drill shank is increased.
  • the geometry of the wave, trapezoidal or zigzag profile can be used to adjust the friction between the core and the inside of the drill stem.
  • a drill shank having a wave or zigzag cross-sectional shape has less friction than a drill shank having a trapezoidal cross-sectional shape due to the smaller contact area.
  • half the outer difference ⁇ ⁇ between the outer diameter D A of the cutting ring and the outer diameter d A of the drill shank is greater than 0.4 mm.
  • Half the outer difference ⁇ ⁇ between the outer diameters of the cutting ring and the Drill shank determines the width of the outer protrusion of the cutting segments relative to the drill shank on the outside of the drill bit.
  • Between the outside of the drill shank and the borehole forms an outer gap, over which the spent cooling and rinsing liquid can be removed.
  • With a width of the outer projection greater than 0.4 mm the removal of the used cooling and rinsing liquid and the drill bit from the borehole is ensured and no increasing pressure can build up in the borehole.
  • the geometry of the wave, trapezoidal or zigzag profile can be adapted to the amount of liquid that has to be removed.
  • the corrugated, trapezoidal or zigzag profile creates depressions on the outside of the drill stem, through which the used cooling and rinsing liquid can be removed from the borehole.
  • the preferred second embodiment of the drill bit with an inner and outer protrusion greater than 0.4 mm is suitable for drill bits for dry drilling with a gaseous medium.
  • a gaseous medium in particular air, can be used to remove cuttings from the borehole. Air is extracted from the interior of the drill bit and results in an air flow that flows across the outer clearance between the drill hole and the drill stem into the inner gap between the drill core and the drill stem.
  • half the internal difference ⁇ between the inner diameter di of the drill shank and the inner diameter Di of the cutting ring is greater than 0.8 mm. Dry drilling produces cuttings that have particles whose diameters are larger than the diameters of wet drilling. In order to be able to transport the particles away via the inner gap, the inner gap has to be made wide enough.
  • the drill stem is produced from a plate-shaped profiled sheet with a wave, trapezoidal or zigzag profile, wherein the plate-shaped profiled sheet is bent around the longitudinal direction into a cylinder and connected in the overlap region.
  • the course direction of the wave, trapezoidal or zigzag profile is defined.
  • Plate-shaped profile sheets are cost-effective in large numbers with different geometry of the wave, trapezoidal or zigzag profile available and allow cost-effective production of shafts with wave, trapezoidal or zigzag cross-sectional shape.
  • the drill shank is made of a plate-shaped profile sheet with wave profile. The geometry of a wave profile is determined by a profile height, a module spacing, and the waveform.
  • the drill stem is made of a plate-shaped profile sheet with a trapezoidal profile.
  • the geometry of a trapezoidal profile is determined by a profile height, a module distance and the trapezoidal shape.
  • a third preferred variant of the drill shank is made of a plate-shaped profile sheet with zigzag profile.
  • the geometry of a zigzag profile is determined by a profile height, a module distance and the zigzag shape.
  • FIG. 1 shows a drill bit according to the invention with a cutting section, a drill shaft section and a receiving section;
  • FIG. FIG. 2 shows a longitudinal section through the drill bit of FIG. 1 along the section line A-A in FIG. 1 ;
  • FIGS. 3A, B is a cross section through the drill bit of FIG. 1 along the section line BB in FIG. 1 (FIG 3A) and a detail of the drill shank of FIG. 3A in an enlarged view (FIG. 3B); and FIG. 4A-C are profiled sheets having a wave-shaped cross-sectional shape (FIG.4A), a trapezoidal cross-sectional shape (FIG.4B), and a zigzag cross-sectional shape (FIG.4C).
  • FIG. 1 shows a drill bit 10 according to the invention, which has a cutting section 11, a drill shaft section 12 and a receiving section 13.
  • the drill shank portion 12 is connected via a first connection 14 to the receiving portion 13 and via a second connection 15 with the cutting portion 1 1.
  • the first and second connection 14, 15 may be formed as a detachable or non-detachable connection.
  • a connection is said to be detachable if the connection can be released non-destructively by the user, such as a plug connection, a pin connection or a threaded connection.
  • a connection is said to be non-releasable if the user can release the connection only by destroying the connection means, such as a solder connection, a welded connection or an adhesive connection.
  • FIG. 1 shows a drill bit in which the first and second connections 14, 15 are designed as non-detachable connections.
  • the cutting portion 1 1 comprises a ring portion 16 and a plurality of cutting segments 17, which are connected to the ring portion 16.
  • the cutting segments 17 are welded to the ring portion 16, soldered, screwed or fastened in another suitable manner of attachment to the ring portion 16.
  • the drill shaft section 12 comprises a cylindrical drilling shaft 18.
  • the receiving section 13 comprises a cover 19 and a spigot end 20, by way of which the drill bit 10 is fastened in a tool receptacle of a core drilling device.
  • the drill bit 10 is driven by the core drill around a drilling axis 21 and moved in a drilling direction 22 parallel to the drilling axis 21 in a workpiece to be machined 23.
  • the drill bit 10 produces in the workpiece 23 a drill core 24 and a borehole 25 with a borehole diameter D.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the drill bit 10 of FIG. 1 along the section line A-A in FIG. 1 .
  • the drill bit 10 comprises the cutting portion 1 1, the Bohrschaftabêt 12 and the receiving portion 13.
  • the cutting segments 17 are arranged in a plane perpendicular to the drilling axis 21 annularly around the drilling axis 21 and each have an inner edge 26 and an outer edge 27.
  • the cutting elements 17 form a cutting ring 28 having an inner diameter Di, an outer diameter D A and a segment width B, which is calculated as half the difference between the inner and outer diameters Di, D A.
  • the drill shaft 18 has in a plane perpendicular to the drilling axis 21 a wave-shaped cross-sectional shape with an inner diameter di, an outer diameter d A and a wall thickness b.
  • Half the difference between the outside diameter d A and the inside nen pressmesser di is defined as the profile height h of the drill shank 18.
  • the diameter of an adjacent inner circle is defined as the inner diameter di of the drill shank 18, and the diameter of an adjoining outer circle is defined as the outer diameter d A of the drill shank 18 (see FIGS. 3A, B).
  • the inner diameter di of the drill shank 18 is greater than the inner diameter Di of the cutting ring 28 and the outer diameter d A of the drill shank 18 is smaller than the outer diameter D A of the cutting ring 28.
  • the projection of the cutting segments 1 relative to the drill shaft 18 forms an inner gap 31 on the inner side of the drill bit 10 and an outer gap 32 on the outer side of the drill bit 10.
  • the width of the inner gap 31 varies between a minimum inner projection ⁇ , min of ⁇
  • the difference between the profile height h and the wall thickness b of the drill shank 18 determines the difference between the maximum and minimum projections on the inside and outside of the drill bit 10.
  • the optimum width of the inner and outer gap 31, 32 depends on the application of the drill bit 10th a distinction is made between drill bits for wet drilling with a liquid medium, drill bits for dry drilling with a gaseous medium and drill bits for dry drilling without medium.
  • cooling and rinsing liquid When wet drilling with the drill bit 10, a liquid medium is used, which is referred to as cooling and rinsing liquid.
  • the cooling and rinsing liquid cools the cutting segments 17 and transports cuttings out of the wellbore 25. Clean cooling and rinsing liquid is transported to the processing site via the inner gap 31 between the core 24 and the drill stem 18 and consumed cooling and rinsing liquid mixed with cuttings transported via the outer gap 32 between the drill shaft 18 and the borehole 25 from.
  • between the inner diameter di of the drill shank 18 and the inner diameter Di of the cutting ring 28 is smaller than 0.2 mm.
  • between the outer diameter D A of the cutting ring 28 and the outer diameter d A of the drill shank 18 are greater than 0.4 mm. Dry drilling produces cuttings that have particles whose diameters are larger than the diameters of wet drilling. In order to be able to remove the particles via the inner gap 31, the inner gap 31 must be made wide enough. The wider the inner gap 31 between the drill core 24 and the inner side of the drill shaft 18, the easier it is to suck large particles over the inner gap 31.
  • between the inner diameters di, Di of the drill shank 18 and the cutting ring 28 is advantageously greater than 0.8 mm.
  • FIGS. 3A, B show a cross section through the drill bit 10 along the section line BB in FIG. 1 (FIG 3A) and a detail of the drill stem 18 of FIG. 3A in an enlarged view (FIG. 3B).
  • the drill shaft 18 has in a plane perpendicular to the drilling axis 21 a wave-shaped cross-sectional shape with the inner diameter di, the outer diameter d A , the wall thickness b and the profile height h.
  • the stability of the drill shank 18, the friction between the core 24 and the drill shank 18 and the friction between the wellbore 25 and the drill shank 18 can be adjusted.
  • a cross-sectional shapes for the drill shank 18 are next to the wave-shaped cross-sectional shape a trapezoidal cross-sectional shape or a zigzag cross-sectional shape.
  • FIGS. 4A-C show profile sheets having a wave-shaped cross-sectional shape 41 (FIG. 4A), a trapezoidal cross-sectional shape 42 (FIG. 4B), and a zigzag-shaped cross-sectional shape 43 (FIG. 4C).
  • the cross-sectional shapes 41, 42, 43 are determined by the wall thickness d, the profile height h, a module distance a and the geometry of the profile.
  • the wall thickness d corresponds to the sheet thickness of the sheet material used
  • the profile height h indicates the distance between the minimum and maximum of a profile in the radial direction
  • the module distance a indicates the distance between adjacent profiles in the circumferential direction.
  • the wave-shaped cross-sectional shape 41 has a first wall thickness di, a first profile height hi and a first module spacing ai
  • the trapezoidal cross-sectional shape 42 has a second wall thickness d 2 , a second profile height h 2 and a second module spacing a 2
  • the zigzag-shaped cross-sectional shape 43 has a third wall thickness d 3 , a third profile height h 3 and a third module spacing a 3 .
  • a drill shank 18 with a wave-shaped cross-sectional shape 41 or a zigzag-shaped cross-sectional shape 43 has less friction than a drill shank 18 with a trapezoidal cross-sectional shape 42 due to the smaller contact surface.
  • the zigzag-shaped cross-sectional shape 43 with the same wall thickness and profile height, has a greater rigidity than the wave-shaped or trapezoidal cross-sectional shapes 41, 42.
  • the trapezoidal cross-sectional shape 42 of FIG. 4B and the zigzag cross-sectional shape 43 of FIG. 4C have between adjacent profiles a web with a web width l 2 , l 3 .
  • the in FIG. 4A wave-shaped cross-sectional shape 41 is formed without web; Alternatively, a web can be provided between adjacent wave profiles of the cross-sectional shape 41.

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Abstract

Bohrkrone (10), die um eine Bohrachse (21) drehbar ist, aufweisendeinen Schneidabschnitt (11) mit einem Ringabschnitt (16) und einem oder mehreren Schneidsegmenten (17) und einen Bohrschaftabschnitt (12) mit einem zylinderförmigen Bohrschaft (18). Der Bohrschaft (18) weist in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse (21) eine wellen-, trapez-und/oder zickzackförmige Querschnittsform auf.

Description

Bohrkrone mit einem wellenförmigen Bohrschaft Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrkrone mit einem wellenförmigen Bohrschaft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bohrkronen bestehen aus mehreren Bohrkronenabschnitten, die als Schneidabschnitt, Bohr- schaftabschnitt und Aufnahmeabschnitt ausgebildet sind. Der Schneidabschnitt umfasst einen Ringabschnitt und ein oder mehrere Schneidsegmente, die mit dem Ringabschnitt verschweißt, verlötet, verschraubt oder in einer anderen geeigneten Befestigungsart befestigt sind. Die Schneidsegmente sind ringförmig angeordnet und bilden in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse einen Schneidring mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und einer Segmentbreite. Der Bohrschaftabschnitt umfasst einen zylinderförmigen Bohrschaft, der in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse eine Ringform mit einem Innendurchmesser, einem Außendurchmesser und einer Schaftbreite aufweist. Der Aufnahmeabschnitt umfasst einen Deckel und ein Einsteckende, über das die Bohrkrone in der Werkzeugaufnahme eines Kernbohrgerätes befestigt wird. Der Bohrschaftabschnitt ist über eine erste Verbindung mit dem Aufnahmeabschnitt und über eine zweite Verbindung mit dem Schneidabschnitt verbunden. Die erste Verbindung und die zweite Verbindung können als lösbare Verbindungen oder als nicht-lösbare Verbindungen ausgebildet sein. Bekannt sind Bohrkronen mit einer lösbaren ersten und einer lösbaren zweiten Verbindung, Bohrkronen mit einer lösbaren ersten und einer nicht-lösbaren zweiten Verbindung, Bohrkronen mit einer nicht-lösbaren ersten und einer lösbaren zweiten Verbindung und Bohrkronen mit einer nicht-lösbaren ersten und einer nicht-lösbaren zweiten Verbindung. Bei Bohrkronen mit einer lösbaren zweiten Verbindung sind der Ringabschnitt und der Bohrschaft lösbar verbunden, beispielsweise über kombinierte Steck- und Stiftverbindungen mit einem losen Stiftelement, wie sie in WO 2013/093060 A1 beschrieben sind, oder über kombinierte Steck- und Stiftverbindungen mit einem festen Stiftelement, wie sie in WO 2014/096360 A1 und WO2014/096366 A1 beschrieben. Bei Bohrkronen mit einer nicht- lösbaren zweiten Verbindung können der Ringabschnitt und der Bohrschaft monolithisch ausgebildet sein; alternativ kann der Ringabschnitt stoffschlüssig mit dem Bohrschaft verbunden sein.
Darstellung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Bohrkrone dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Stabilität des Bohrschaftes gegenüber einer Verformung verbessert ist. Außerdem soll die Zuverlässigkeit der Bohrkrone beim Nassbohren mit einer Kühl- und Spülflüssigkeit von armiertem Beton erhöht werden.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Bohrkrone erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Bohrschaft in der Ebene senkrecht zur Bohrachse eine wellen-, trapez- oder zickzackförmige Querschnittsform aufweist. Ein Bohrschaft mit einer wellen-, trapez- oder zickzackförmigen Querschnittsform hat gegenüber einem Bohr- schaft mit einer ringförmigen Querschnittsform den Vorteil, dass die Stabilität des Bohrschaftes gegenüber einer Verformung des Bohrschaftes vergrößert ist oder bei gleicher Stabilität ein Bohrschaft mit einer geringeren Wandstärke und damit einem geringeren Gewicht verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Bohrkrone umfasst einen Schneidabschnitt, der einen Ringabschnitt und ein oder mehrere Schneidsegmente aufweist, und einen Bohrschaftabschnitt, der einen zylinderförmigen Bohrschaft aufweist. Der Schneidabschnitt umfasst ein einzelnes
Schneidsegment, das einen geschlossenen Schneidring bildet, oder mehrere Schneidsegmente, die einen Schneidring mit Zwischenräumen bilden. Der zylinderförmige Bohrschaft weist in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse eine wellen-, trapez- oder zickzackförmige Querschnittsform mit einem Innendurchmesser di und einem Außendurchmesser dA auf. Als Innendurchmesser di des wellen-, trapez- oder zickzackförmigen Bohrschaftes ist der Durchmesser eines angrenzenden Innenkreises definiert und als Außendurchmesser dA des wellen-, trapez- oder zickzackförmigen Bohrschaftes ist der Durchmesser eines angrenzenden Außenkreises definiert. In einer bevorzugten ersten Ausführung ist die halbe Innendifferenz Δι zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes und dem Innendurchmesser Di des Schneidringes kleiner als 0.2 mm. Der Bohrschaft weist die wellen-, trapez- oder zickzackförmige Querschnittsform auf. Die halbe Innendifferenz zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes und dem Innendurchmesser Di des Schneidringes bestimmt die Breite des inneren Überstandes der Schneidsegmente gegenüber dem Bohrschaft an der Innenseite der Bohrkrone. Zwischen der Innenseite des Bohrschaftes und dem Bohrkern bildet sich ein Innenspalt. Durch die Begrenzung des inneren Überstandes auf Werte kleiner als 0.2 mm ist das Risiko reduziert, dass sich ein abgetrennter Eisenkeil eines Armierungseisens aus dem Bohrkern löst, in den Innenspalt zwischen dem Bohrkern und der Innenseite des Bohrschaftes eindringt und sich dort verklemmt. Je kleiner der Innenspalt zwischen dem Bohrkern und der Innenseite des Bohrschaftes ist, umso geringer ist das Risiko, dass sich ein abgetrennter Eisenkeil eines Armierungseisens aus dem Bohrkern löst und in den Innenspalt zwischen dem Bohrkern und der Innenseite des Bohrschaftes eindringt. Die bevorzugte erste Ausführung der Bohrkrone mit einem inneren Überstand kleiner als 0.2 mm ist für Bohrkronen zum Nassbohren geeignet. Beim Nassbohren ist eine Kühl- und Spülflüssigkeit erforderlich, die als Kühlflüssigkeit die Schneidsegmente kühlt und als Spülflüssigkeit Bohrklein aus dem Bohrloch abtransportiert. Saubere Kühl- und Spülflüssigkeit wird über den Innenspalt zwischen dem Bohrkern und dem Bohrschaft zugeführt und mit Bohrklein versetzte, verbrauchte Kühl- und Spülflüssigkeit wird über einen Außenspalt zwischen dem Bohrschaft und dem Bohrloch abgeführt. Die Geometrie des Wellen-, Trapezoder Zickzackprofils kann an die benötige Flüssigkeitsmenge angepasst werden. Durch das Wellen-, Trapez- oder Zickzackprofil entstehen an der Innenseite des Bohrschaftes Vertiefungen, über die die Kühl- und Spülflüssigkeit an die Bearbeitungsstelle transportiert werden kann.
Besonders bevorzugt ist die halbe Innendifferenz Δι zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes und dem Innendurchmesser Di des Schneidringes grösser als 0.1 mm. Wenn der Innenspalt zwischen dem Bohrkern und der Innenseite des Bohrschaftes grösser als 0.1 mm ist, kann sich beim Nassbohren mit der Bohrkrone ein Flüssigkeitsfilm zwischen dem Bohrkern und der Innenseite des Bohrschaftes bilden, der Reibung reduziert. Die Reibung zwischen der Innenseite des Bohrschaftes und dem Bohrkern sollte möglichst klein sein. Je kleiner die Reibung zwischen Bohrschaft und Bohrkern ist, umso grösser ist der Bohrfortschritt bei gleicher Leistung und die Lebensdauer des Bohrschaftes ist erhöht. Über die Geometrie des Wellen-, Trapez- oder Zickzackprofils kann die Reibung zwischen dem Bohrkern und der Innenseite des Bohrschaftes angepasst werden. Ein Bohrschaft mit einer wellen- oder zickzackförmigen Querschnittsform weist aufgrund der geringeren Kontaktfläche eine geringere Reibung als ein Bohrschaft mit einer trapezförmigen Querschnittsform auf.
Bevorzugt ist die halbe Außendifferenz ΔΑ zwischen dem Außendurchmesser DA des Schneidringes und dem Außendurchmesser dA des Bohrschaftes grösser als 0.4 mm. Die halbe Außendifferenz ΔΑ zwischen den Außendurchmessern des Schneidringes und des Bohrschaftes bestimmt die Breite des äußeren Überstandes der Schneidsegmente gegenüber dem Bohrschaft an der Außenseite der Bohrkrone. Zwischen der Außenseite des Bohrschaftes und dem Bohrloch bildet sich ein Außenspalt, über den die verbrauchte Kühl- und Spülflüssigkeit abtransportiert werden kann. Bei einer Breite des äußeren Überstandes grös- ser als 0.4 mm ist der Abtransport der verbrauchten Kühl- und Spülflüssigkeit und des Bohr- kleins aus dem Bohrloch sichergestellt und im Bohrloch kann sich kein ansteigender Druck aufbauen. Die Geometrie des Wellen-, Trapez- oder Zickzackprofils kann an die Flüssigkeitsmenge, die abzutransportieren ist, angepasst werden. Durch das Wellen-, Trapez- oder Zickzackprofil entstehen an der Außenseite des Bohrschaftes Vertiefungen, über die die ver- brauchte Kühl- und Spülflüssigkeit aus dem Bohrloch abtransportiert werden kann.
In einer zweiten bevorzugten Ausführung sind die halbe Außendifferenz ΔΑ zwischen dem Außendurchmesser DA des Schneidringes und dem Außendurchmesser dA des Bohrschaftes und die halbe Innendifferenz Δ| zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes und dem Innendurchmesser Di des Schneidringes grösser als 0.4 mm. Die bevorzugte zweite Ausführung der Bohrkrone mit einem inneren und äußeren Überstand grösser als 0.4 mm ist für Bohrkronen zum Trockenbohren mit einem gasförmigen Medium geeignet. Beim Trockenbohren kann ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, genutzt werden, um Bohrklein aus dem Bohrloch abzutransportieren. Luft wird aus dem Inneren der Bohrkrone abgesaugt und führt zu einem Luftstrom, der über den Außenspalt zwischen dem Bohrloch und dem Bohrschaft in den Innenspalt zwischen dem Bohrkern und dem Bohrschaft strömt.
Besonders bevorzugt ist die halbe Innendifferenz Δι zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes und dem Innendurchmesser Di des Schneidringes grösser als 0.8 mm. Beim Trockenbohren entsteht Bohrklein, das Partikel aufweist, deren Durchmesser grösser sind als die Durchmesser beim Nassbohren. Um die Partikel über den Innenspalt abtransportie- ren zu können, muss der Innenspalt breit genug ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Bohrkrone ist der Bohrschaft aus einem platten- förmigen Profilblech mit Wellen-, Trapez- oder Zickzackprofil hergestellt, wobei das platten- förmige Profilblech um die Längsrichtung zu einem Zylinder gebogen und im Überlappbereich verbunden ist. Als Längsrichtung des plattenförmigen Profilblechs ist die Verlaufsrich- tung des Wellen-, Trapez- oder Zickzackprofils definiert. Plattenförmige Profilbleche stehen kostengünstig in großer Anzahl mit unterschiedlicher Geometrie des Wellen-, Trapez- oder Zickzackprofils zur Verfügung und ermöglichen eine kostengünstige Herstellung von Bohrschäften mit wellen-, trapez- oder zickzackförmiger Querschnittsform. In einer ersten bevorzugten Variante ist der Bohrschaft aus einem plattenförmigen Profilblech mit Wellenprofil hergestellt. Die Geometrie eines Wellenprofils ist durch eine Profilhöhe, einen Modulabstand und die Wellenform festgelegt.
In einer zweiten bevorzugten Variante ist der Bohrschaft aus einem plattenförmigen Profil- blech mit Trapezprofil hergestellt. Die Geometrie eines Trapezprofils ist durch eine Profilhöhe, einen Modulabstand und die Trapezform festgelegt.
In einer dritten bevorzugten Variante ist der Bohrschaft aus einem plattenförmigen Profilblech mit Zickzackprofil hergestellt. Die Geometrie eines Zickzackprofils ist durch eine Profilhöhe, einen Modulabstand und die Zickzackform festgelegt. Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematischer und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruch- ten Gegenstand. Bei gegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:
FIG. 1 eine erfindungsgemäße Bohrkrone mit einem Schneidabschnitt, einem Bohrschaftabschnitt und einem Aufnahmeabschnitt;
FIG. 2 einen Längsschnitt durch die Bohrkrone der FIG. 1 entlang der Schnittlinie A-A in FIG. 1 ;
FIGN. 3A, B einen Querschnitt durch die Bohrkrone der FIG. 1 entlang der Schnittlinie B-B in FIG. 1 (FIG. 3A) sowie ein Detail des Bohrschaftes der FIG. 3A in einer vergrößerten Darstellung (FIG. 3B); und FIGN . 4A-C Profilbleche mit einer wellenförmigen Querschnittsform (FIG. 4A), einer trapezförmigen Querschnittsform (FIG. 4B) und einer zickzackförmigen Querschnittsform (FIG. 4C).
FIG. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bohrkrone 10, die einen Schneidabschnitt 1 1 , einen Bohrschaftabschnitt 12 und einen Aufnahmeabschnitt 13 aufweist. Der Bohrschaftabschnitt 12 ist über eine erste Verbindung 14 mit dem Aufnahmeabschnitt 13 und über eine zweite Verbindung 15 mit dem Schneidabschnitt 1 1 verbunden. Die erste und zweite Verbindung 14, 15 können als lösbare oder nicht-lösbare Verbindung ausgebildet sein. Eine Verbindung wird als lösbar bezeichnet, wenn die Verbindung vom Anwender zerstörungsfrei gelöst wer- den kann, wie beispielsweise eine Steckverbindung, eine Stiftverbindung oder eine Gewindeverbindung. Eine Verbindung wird als nicht-lösbar bezeichnet, wenn der Anwender die Verbindung nur durch Zerstörung der Verbindungsmittel lösen kann, wie beispielsweise eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung. FIG. 1 zeigt eine Bohrkrone, bei der die erste und zweite Verbindung 14, 15 als nicht-lösbare Verbindungen aus- gebildet sind.
Der Schneidabschnitt 1 1 umfasst einen Ringabschnitt 16 und mehrere Schneidsegmente 17, die mit dem Ringabschnitt 16 verbunden sind. Die Schneidsegmente 17 sind mit dem Ringabschnitt 16 verschweißt, verlötet, verschraubt oder in einer anderen geeigneten Befestigungsart am Ringabschnitt 16 befestigt. Der Bohrschaftabschnitt 12 umfasst einen zylinder- förmigen Bohrschaft 18. Der Aufnahmeabschnitt 13 umfasst einen Deckel 19 und ein Einsteckende 20, über das die Bohrkrone 10 in einer Werkzeugaufnahme eines Kernbohrgerätes befestigt wird. Im Bohrbetrieb wird die Bohrkrone 10 vom Kernbohrgerät um eine Bohrachse 21 angetrieben und in einer Bohrrichtung 22 parallel zur Bohrachse 21 in ein zu bearbeitendes Werkstück 23 bewegt. Die Bohrkrone 10 erzeugt im Werkstück 23 einen Bohrkern 24 und ein Bohrloch 25 mit einem Bohrlochdurchmesser D.
FIG. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Bohrkrone 10 der FIG. 1 entlang der Schnittlinie A- A in FIG. 1 . Die Bohrkrone 10 umfasst den Schneidabschnitt 1 1 , den Bohrschaftabschnitt 12 und den Aufnahmeabschnitt 13. Die Schneidsegmente 17 sind in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse 21 ringförmig um die Bohrachse 21 angeordnet und weisen jeweils eine Innen- kante 26 und eine Außenkante 27 auf. Die Schneidsemente 17 bilden einen Schneidring 28 mit einem Innendurchmesser Di, einem Außendurchmesser DA und einer Segmentbreite B, die als halbe Differenz aus dem Innen- und Außendurchmesser Di, DA berechnet wird.
Der Bohrschaft 18 weist in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse 21 eine wellenförmige Querschnittsform mit einem Innendurchmesser di, einem Außendurchmesser dA und einer Wandstärke b auf. Die halbe Differenz zwischen dem Außendurchmesser dA und dem In- nendurchmesser di ist als Profilhöhe h des Bohrschaftes 18 definiert. Als Innendurchmesser di des Bohrschaftes 18 ist der Durchmesser eines angrenzenden Innenkreises definiert und als Außendurchmesser dA des Bohrschaftes 18 ist der Durchmesser eines angrenzenden Außenkreises definiert (siehe FIGN. 3A, B). Für die Größenverhältnisse zwischen dem Bohr- schaft 18 und dem Schneidring 28 gilt, dass der Innendurchmesser di des Bohrschaftes 18 grösser als der Innendurchmesser Di des Schneidringes 28 ist und der Außendurchmesser dA des Bohrschaftes 18 kleiner als der Außendurchmesser DA des Schneidringes 28 ist.
Durch den Überstand der Schneidsegmente 1 gegenüber dem Bohrschaft 18 bildet sich an der Innenseite der Bohrkrone 10 ein Innenspalt 31 und an der Außenseite der Bohrkrone 10 ein Außenspalt 32. Die Breite des Innenspaltes 31 variiert zwischen einem minimalen inneren Überstand Δι, min von Δ|, min = di - Di und einem maximalen inneren Überstand Δι, max von Δι, max = Δ|, min + (h - b); die Differenz zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes und dem Innendurchmesser Di des Schneidringes 28 wird auch als Innendifferenz Δι bezeichnet. Die Breite des Außenspaltes 32 variiert zwischen einem minimalen äußeren Über- stand AA, min von ΔΑ, min = DA - dA und einem maximalen äußeren Überstand AA, max von ΔΑ, max = ΔΑ, min + (h - b); die Differenz zwischen dem Außendurchmesser DA des Schneidringes 28 und dem Außendurchmesser dA des Bohrschaftes 18 wird auch als Außendifferenz ΔΑ bezeichnet. Die Differenz zwischen der Profilhöhe h und der Wandstärke b des Bohrschaftes 18 bestimmt den Unterschied zwischen den maximalen und minimalen Überständen an der Innen- und Außenseite der Bohrkrone 10. Die optimale Breite des Innen- und Außenspaltes 31 , 32 hängt von der Anwendung der Bohrkrone 10 ab, wobei zwischen Bohrkronen zum Nassbohren mit einem flüssigen Medium, Bohrkronen zum Trockenbohren mit einem gasförmigen Medium und Bohrkronen zum Trockenbohren ohne Medium unterschieden wird.
Beim Nassbohren mit der Bohrkrone 10 wird ein flüssiges Medium eingesetzt, das als Kühl- und Spülflüssigkeit bezeichnet wird. Die Kühl- und Spülflüssigkeit kühlt die Schneidsegmente 17 und transportiert Bohrklein aus dem Bohrloch 25. Saubere Kühl- und Spülflüssigkeit wird über den Innenspalt 31 zwischen dem Bohrkern 24 und dem Bohrschaft 18 an die Bearbeitungsstelle transportiert und mit Bohrklein versetzte, verbrauchte Kühl- und Spülflüssigkeit wird über den Außenspalt 32 zwischen dem Bohrschaft 18 und dem Bohrloch 25 ab trans- portiert. Die halbe Innendifferenz Δ| zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes 18 und dem Innendurchmesser Di des Schneidringes 28 ist kleiner als 0.2 mm. Durch die Begrenzung der halben Innendifferenz Δ| auf werte kleiner als 0.2 mm ist das Risiko reduziert, dass sich ein abgetrennter Eisenkeil eines Armierungseisens aus dem Bohrkern 24 löst, in den Innenspalt 31 zwischen dem Bohrkern 24 und der Innenseite des Bohrschaftes 18 ein- dringt und sich dort verklemmt. Beim Trockenbohren mit der Bohrkrone 10 kann ein gasförmiges Medium, insbesondere Luft, benutzt werden, um Bohrklein aus dem Bohrloch 25 abzutransportieren. Luft wird aus dem Inneren der Bohrkrone 10 abgesaugt und führt zu einem Luftstrom, der über den Außenspalt 32 zwischen dem Bohrloch 25 und dem Bohrschaft 18 in den Innenspalt 31 zwi- sehen dem Bohrkern 24 und dem Bohrschaft 18 strömt. Die halbe Innendifferenz Δ| zwischen dem Innendurchmesser di des Bohrschaftes 18 und dem Innendurchmesser Di des
Schneidringes 28 und die halbe Außendifferenz Δ| zwischen dem Außendurchmesser DA des Schneidringes 28 und dem Außendurchmesser dA des Bohrschaftes 18 sind grösser als 0.4 mm. Beim Trockenbohren entsteht Bohrklein, das Partikel aufweist, deren Durchmesser grösser als die Durchmesser beim Nassbohren sind. Um die Partikel über den Innenspalt 31 abtransportieren zu können, muss der Innenspalt 31 breit genug ausgebildet sein. Je breiter der Innenspalt 31 zwischen dem Bohrkern 24 und der Innenseite des Bohrschaftes 18 ist, umso einfacher lassen sich auch große Partikel über den Innenspalt 31 absaugen. Die halbe Innendifferenz Δ| zwischen den Innendurchmessern di, Di des Bohrschaftes 18 und des Schneidringes 28 ist vorteilhaft grösser als 0.8 mm.
FIGN. 3A, B zeigen einen Querschnitt durch die Bohrkrone 10 entlang der Schnittlinie B-B in FIG. 1 (FIG. 3A) sowie ein Detail des Bohrschaftes 18 der FIG. 3A in einer vergrößerten Darstellung (FIG. 3B). Der Bohrschaft 18 weist in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse 21 eine wellenförmige Querschnittsform mit dem Innendurchmesser di, dem Außendurchmesser dA, der Wandstärke b und der Profilhöhe h auf.
Über die Querschnittsform des Bohrschaftes 18 können die Stabilität des Bohrschaftes 18, die Reibung zwischen dem Bohrkern 24 und dem Bohrschaft 18 und die Reibung zwischen dem Bohrloch 25 und dem Bohrschaft 18 angepasst werden. Als Querschnittsformen für den Bohrschaft 18 eignen sich neben der wellenförmigen Querschnittsform eine trapezförmige Querschnittsform oder eine zickzackförmige Querschnittsform.
FIGN. 4A-C zeigen Profilbleche mit einer wellenförmigen Querschnittsform 41 (FIG. 4A), einer trapezförmigen Querschnittsform 42 (FIG. 4B) und einer zickzackförmigen Querschnittsform 43 (FIG. 4C). Die Querschnittsformen 41 , 42, 43 sind durch die Wandstärke d, die Profilhöhe h, einen Modulabstand a und die Geometrie des Profils festgelegt. Die Wandstärke d entspricht der Blechdicke des verwendeten Blechmaterials, die Profilhöhe h gibt den Abstand zwischen dem Minimum und Maximum eines Profils in radialer Richtung an und der Modulabstand a gibt den Abstand zwischen benachbarten Profilen in Umfangsrichtung an.
Die wellenförmige Querschnittsform 41 weist eine erste Wandstärke di, eine erste Profilhöhe hi und einen ersten Modulabstand ai auf, die trapezförmige Querschnittsform 42 weist eine zweite Wandstärke d2, eine zweite Profilhöhe h2 und einen zweiten Modulabstand a2 auf und die zickzackförmige Querschnittsform 43 weist eine dritte Wandstärke d3, eine dritte Profilhöhe h3 und einen dritten Modulabstand a3 auf.
Über die Querschnittsformen 41 , 42, 43 können die Steifigkeit des Bohrschaftes 18 gegenüber Verformung, die Kontaktfläche des Bohrschaftes 18 und der für den Transport einer Kühl- und Spülflüssigkeit verfügbare Querschnitt angepasst werden. Ein Bohrschaft 18 mit einer wellenförmigen Querschnittsform 41 oder einer zickzackförmigen Querschnittsform 43 weist aufgrund der geringeren Kontaktfläche eine geringere Reibung als ein Bohrschaft 18 mit einer trapezförmigen Querschnittsform 42 auf. Die zickzackförmige Querschnittsform 43 weist bei gleicher Wandstärke und Profilhöhe eine größere Steifigkeit als die wellen- oder trapezförmigen Querschnittsformen 41 , 42 auf.
Die trapezförmige Querschnittsform 42 der FIG. 4B und die zickzackförmige Querschnittsform 43 der FIG. 4C weisen zwischen benachbarten Profilen einen Steg mit einer Stegbreite l2, l3 auf. Die in FIG. 4A dargestellte wellenförmige Querschnittsform 41 ist ohne Steg ausgebildet; alternativ kann zwischen benachbarten Wellenprofilen der Querschnittsform 41 ein Steg vorgesehen sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Bohrkrone (10), die um eine Bohrachse (21 ) drehbar ist, aufweisend:
■ einen Schneidabschnitt (1 1 ) mit einem Ringabschnitt (16) und einem oder mehreren Schneidsegmenten (17), die in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse (21 ) einen Schneidring (28) mit einem Außendurchmesser (DA) und einem Innendurchmesser
(Di) bilden, und
■ einen Bohrschaftabschnitt (12) mit einem zylinderförmigen Bohrschaft (18), der in einer Ebene senkrecht zur Bohrachse (21 ) einen Außendurchmesser (dA) und einen Innendurchmesser (di) aufweist, wobei der Innendurchmesser (di) des Bohrschaftes (18) grösser als der Innendurchmesser (Di) des Schneidringes (28) ist und der Außendurchmesser (dA) des Bohrschaftes (18) kleiner als der Außendurchmesser (DA) des Schneidringes (28) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrschaft (18) in der Ebene senkrecht zur Bohrachse (21 ) eine wellen-, trapez- und/oder zickzackförmige Querschnittsform (41 , 4243) auf- weist.
2. Bohrkrone nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die halbe Innendifferenz (Δ|) zwischen dem Innendurchmesser (di) des Bohrschaftes (18) und dem Innendurchmesser (Di) des Schneidringes (28) kleiner als 0.2 mm ist.
3. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die halbe Innendifferenz (Δ|) zwischen dem Innendurchmesser (di) des Bohrschaftes (18) und dem
Innendurchmesser (Di) des Schneidringes (28) grösser als 0.1 mm ist.
4. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die halbe Außendifferenz (ΔΑ) zwischen dem Außendurchmesser (DA) des Schneidringes (28) und dem Außendurchmesser (dA) des Bohrschaftes (18) grösser als 0.4 mm ist.
5. Bohrkrone nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die halbe Außendifferenz (ΔΑ) zwischen dem Außendurchmesser (DA) des Schneidringes (28) und dem Außendurchmesser (dA) des Bohrschaftes (18) und die halbe Innendifferenz (Δ|) zwischen dem Innendurchmesser (di) des Bohrschaftes (18) und dem Innendurchmesser (Di) des Schneidringes (28) grösser als 0.4 mm sind.
6. Bohrkrone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die halbe Innendifferenz (Δ|) zwischen dem Innendurchmesser (di) des Bohrschaftes (18) und dem Innendurchmesser (Di) des Schneidringes (28) grösser als 0.8 mm.
7. Bohrkrone nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrschaft (18) aus einem plattenförmigen Profilblech mit Wellen-, Trapez- und/oder Zickzackprofil (41 , 42, 43) hergestellt ist, wobei das plattenförmige Profilblech um die Längsrichtung zu einem Zylinder gebogen und im Überlappbereich verbunden ist.
8. Bohrkrone nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrschaft (18) aus einem plattenförmigen Profilblech mit Wellenprofil (41 ) hergestellt ist.
9. Bohrkrone nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrschaft (18) aus einem plattenförmigen Profilblech mit Trapezprofil (42) hergestellt ist.
10. Bohrkrone nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrschaft (18) aus einem plattenförmigen Profilblech mit Zickzackprofil (43) hergestellt ist.
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