CH650194A5 - Gesteinsbohrer. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer mit Bohrkopf, Schaft und rückseitigem Einsteckende, wobei der Schaft für das Ableiten des Bohrkleins aus dem Bohrloch eine oder mehrere zwischen Bohrkopf und Einsteckende wendelartig verlaufende Abfuhrnuten mit parallel zur Bohrerachse verlaufendem Nutengrund und im wesentlichen normal zur Bohrerachse gerichteter bohrkopfnaher Flanke aufweist.

Bekannte Gesteinsbohrer, deren Schaft eine oder gegebenenfalls mehrere wendeiförmig verlaufende Abfuhrnuten aufweist, leiten beim Bohrvorgang das Bohrklein - analog einer Förderschnecke - aus dem Bohrlochtiefsten nach aussen. Weitgehend problemlos geht dies bei horizontaler oder senkrecht nach oben verlaufender Bohrrichtung vonstatten. Hingegen führt der Abtransport des Bohrkleins beim Bohren senkrecht nach unten vielfach zu Schwierigkeiten.

Das Ableiten von Bohrklein nach dem Prinzip der Förderschnecke ist nur möglich, wenn zwischen dem in der Abfuhrnut befindlichen Bohrklein und der Wandung des Bohrloches ein grösserer Reibungswiderstand als zwischen Bohrklein und der Oberfläche der Abfuhrnut besteht. Um diese Reibungsverhältnisse zu erreichen, ist die Oberfläche der Abfuhrnut in der Regel glatt beschaffen. Nur unter dieser Voraussetzung kann die Abfuhrnut das sich an der Wandung des Bohrloches abstützende Bohrklein mit Hilfe der zur Bohrerachse geneigten, sich drehenden Gänge aus dem Bohrlochtiefsten zum Auslauf der Bohrung schieben.

Stimmen die besagten Reibungsverhältnisse nicht, d.h. ist der Kontakt zwischen dem Bohrklein und der Wandung des Bohrloches zu gering, bleibt das Bohrklein im Bereich der

Abfuhrnut liegen und wird lediglich im Bohrloch mit der Drehung des Bohrers im Kreise bewegt. Ein Abtransport dieses Bohrkleins kommt allenfalls dadurch zustande, dass vom Bohrkopf her weiteres fortan abgetragenes Bohrklein in der Abfuhrnut nachdrängt, das dabei stark verdichtet und langsam entlang der Abfuhrnut in Richtung Auslauf des Bohrloches geschoben wird. Hierbei handelt es sich also nicht um ein Ableiten nach Prinzip der Förderschnecke. Diese Art der Bohrkleinbewegung führt zu den bekannten Erscheinungen des Verklemmens des Bohrers im Bohrloch, was letztlich eine starke Verminderung des Bohrfortschrittes zur Folge hat.

Nebst der ausreichenden Querschnittsgrösse der Abfuhrnut ist zur Erzielung des Abtransports des Bohrkleins nach dem vorteilhaften Prinzip der Förderschnecke von massgeblicher Bedeutung, dass der Nutengrund, wie bekannt, parallel zur Bohrerachse verläuft. Bei ausreichend mit Bohrklein gefüllter Abfuhrnut bewirkt der Nutengrund so ein rechtwinkeliges Andrücken des Bohrkleins gegen die Wandung des Bohrloches, so dass das Bohrklein aufgrund des erwähnten grösseren Reibungswiderstandes gegenüber der Wandung des Bohrloches in gewünschter Weise abtransportiert wird.

Bei einem bekannten Bohrer weist die Abfuhrnut, im Längsschnitt des Bohrers betrachtet, im wesentlichen die Form einer rechteckigen Nische auf. Bei dieser Ausgestaltung zeigt sich, dass die Abfuhrnut, je nach Bohrklein-Anfall - sei es aufgrund unterschiedlicher Festigkeit des Bohrgutes oder sich ändernder Schneidgüte des Bohrers - entweder zu klein oder zu gross dimensioniert ist. Ist der Querschnitt der Abfuhrnut in Relation zum Bohrklein-Anfall zu klein dimensioniert, wie dies in der Regel bei im Durchmesser kleinen Bohrern aus Festigkeitsgründen der Fall ist, so wird die Abfuhrnut unweigerlich verstopft, und es kommt allenfalls zu einem Abtransport des Bohrkleins unter der bereits geschilderten, mit Nachteilen behafteten Druckausübung. Ist die Abfuhrnut hingegen zu gross dimensioniert, so füllt das Bohrklein den Nutquerschnitt nicht auf und liegt so als lose Schüttung in der Abfuhrnut. Da es also, wenn überhaupt, nur zu einem unzureichenden Andrücken des Bohrkleins gegen die Wandung des Bohrloches kommt, erfolgt dieserart auch nur ein unbefriedigendes Ableiten des Bohrkleins aus dem Bohrloch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer mit guter Ableitung des Bohrkleins und hoher Festigkeit auch bei kleinen Durchmessergrössen zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Nutengrund wenigstens über einen Teil der Nutenlänge in axiale Abschnitte unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist, wobei die Nuttiefe abschnittsweise stufenartig gegen das Einsteckende abnimmt.

Die Abfuhrnut mit gestuftem Nutengrund schliesst sich mit Vorteil an den Bohrkopf an und erstreckt sich nach hinten bis zum Beginn des Einsteckendes. Das vom Bohrkopf in die Abfuhrnut mit gestufter Nuttiefe gelangende Bohrklein sammelt sich zuerst in dem dem Bohrkopf nächsten Abschnitt mit grösster Tiefe. Bei durchschnittlichem Bohrklein-Anfall wird sich dieser Abschnitt anfüllen, so dass der zugehörige Nutengrund-Abschnitt das hier befindliche Bohrklein gegen die Wandung des Bohrloches drückt. Fällt mehr Bohrklein an, so füllen sich nacheinander auch der bzw. die nächsten, eine etwas geringere Tiefe aufweisenden Abschnitte mit Bohrklein, das wiederum von den zugehörigen, parallel zur Bohrerachse verlaufenden Nutengrund-Abschnitten gegen die Wandung des Bohrloches gedrückt wird. Es lässt sich so also bei unterschiedlichem Bohrkleiii-Anfall jeweils das für vorteilhaftes Ableiten nach dem Prinzip der Förderschnecke erforderliche Andrücken des Bohrkleins gegen die Wandung

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des Bohrloches erzielen, so dass ein wirkungsvoller Abtransport stattfindet.

Insbesondere bei Gesteinsbohrern mit langem Schaft, die also dem Herstellen tiefer Bohrlöcher dienen, kann es aus Festigkeitsgründen jedoch zweckmässig sein, die Nut nur über einen Teil der gesamten Länge mit gestufter Nuttiefe auszubilden. Zwischen diesem Teil der Nut und dem Bohrkopfist ein Teil mit einheitlicher Nuttiefe vorgesehen. Vor-zugsweie erstreckt sich der Teil der Nutenlänge mit axialen Abschnitten unterschiedlicher Tiefe, entgegen der Bohrrichtung gesehen, ab den 3- bis 7-fachen des Bohrkopfdurchmessers bis zum Einsteckende hin. Die Längenrelation stellt ein Optimum zwischen gutem Abieitvermögen und hoher Ver-schleiss- bzw. Biegefestigkeit dar. In dem an den Bohrkopf anschliessenden Teil der Abfuhrnut wird das Bohrklein von dem vom Bohrkopf her nachdrängenden Bohrklein weitergeschoben. Alsdann gelangt das Bohrklein in den Teil der Abfuhrnut mit gestufter Tiefe, wo es in der voran geschilderten Weise nach dem Prinzip der Förderschnecke weitertransportiert wird.

Ein gutes Abieitvermögen, im besonderen verbunden mit einfacher Herstellbarkeit des Gesteinsbohrers, wird erreicht, wenn der Nutengrund in zwei Abschnitte mit unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist. Diese Ausbildung eignet sich vor allem dann, wenn der Bohrer für ein bestimmtes Bohrgut mit wenig ändernder Materialfestigkeit vorgesehen ist. Hingegen ist es für Bohrer, die für verschiedenstes Bohrgut eingesetzt werden, von Vorteil, den Nutengrund in drei axiale Abschnitte unterschiedlicher Tiefe zu unterteilen. Dadurch wird der Bohrer dank der weitgehenden Anpassung der Abtransportbedingungen an die vom Bohrkopf geförderte Bohrkleinmenge universell einsetzbar, ohne dass die wirtschaftliche Fertigung des Bohrers in Frage gestellt ist.

Im Hinblick auf maximales Abieitvermögen und hohe Festigkeit des Bohrers auch bei kleinen Durchmessern wird eine optimale Form der Abfuhrnut erreicht, wenn, nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, deren grösste Tiefe zu deren axial gemessener Breite ein Verhältnis zwischen 1:2 und 1:10, vorzugsweise 1:3 bis 1:5, aufweist.

Aus Festigkeitsgründen sind die Übergänge der Stufen zweckmässig durch Radien gebildet, wobei die Radien die Länge der achsparallel verlaufenden Nutengrund-Abschnitte nicht nennenswert kürzen dürfen. Lediglich der Übergang vom Abschnitt mit kleinster Tiefe zur Mantelfläche des Schaftes kann mit Vorteil durch eine konkave Krümmung mit grösserem Radius gebildet sein.

Um nebst der optimalen Abstimmung von Abieitvermögen und Festigkeit auch minimale Reibungsverluste zu erzielen, ist, nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, der zwischen den Nuten Windungen verbleibende mantelseitige Rücken in dem Teil der Nutenlänge mit einem in Abschnitte mit unterschiedlicher Tiefe unterteiltem Nutengrund

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schmäler ausgebildet als in dem Teil der Nutenlänge mit einheitlicher Tiefe des Nutengrundes. Als zweckmässig hat sich beispielsweise erwiesen, den Rücken im bohrkopfnahen Teil etwa doppelt so breit als im anschliesenden hinteren Teil zu dimensionieren.

Die Erfindung soll nunmehr anhand eienr sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Gesteinsbohrer in gekürzter Ansicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Gesteinsbohrer, gemäss Schnittverlauf II-II in den Fig. 1 und 3,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines Gesteinsbohrers in gekürzter Ansicht.

Der in Fig. 1 dargestellte Gesteinsbohrer besteht im wesentlichen aus einem insgesamt mit 1 bezeichneten Bohrkopf, einem daran anschliessenden, insgesamt mit 2 bezeichneten Schaft und einem diese nach hinten verlängernden Einsteckende 3.

Der Bohrkopf 1 trägt eine Hartmetallschneide 4. In den Bohrkopf 1 mündet eine insgesamt mit 5 bezeichnete Abfuhrnut, die entlang des Schaftes 2 wendelartig verläuft.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, beträgt die Breite B der Abfuhrnut 5 in Längsschnittbetrachtung des Bohrers zirka das 3,5fache der grössten Tiefe T. Die Abfuhrnut 5 ist in axiale Abschnitte 6,7,8 mit in dieser Reihenfolge abnehmender Tiefe unterteilt. Der jedem Abschnitt 6,7,8 zugeordnete Nutengrund 6', 7', 8' verläuft parallel zur Bohrerachse. Die bohrkopfnahe Flanke 9 der Abfuhrnut 5 ist normal zur Bohrerachse gerichtet.

Die Stufung der Abschnitte 6,7,8 muss weder in axialer noch in radialer Hinsicht gleichmässig erfolgen. So kann es insbesondere für Bohrer, die vorzugsweise zum Einsatz in weichem Bohrgut vorgesehen sind, zweckmässig sein, den Abschnitt 6 gegenüber den anderen Abschnitten 7,8 axial zu verlängern, so dass durch den Abschnitt 6 ein relativ grosser Aufnahmeraum für das Bohrklein gegeben ist.

Die in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsform weist im wesentlichen dieselben konstruktiven Merkmale wie der in der Fig. 1 gezeigte Gesteinsbohrer auf, weshalb auch weitgehend die gleichen Bezugszeichen übernommen sind. Der Schaft 2 weist eine Abfuhrnut 5 auf, die sich hier aus einem vom Bohrkopf 1 ausgehenden Teil, dessen Nutengrund 5'

eine einheitliche Nuttiefe aufweist, und dem daran gegen das Einsteckende 3 hin anschliessenden Teil, der einen in Abschnitte 6,7,8 unterteilten Nutengrund6', 7', 8' mit unterschiedlicher Tiefe besitzt, zusammensetzt. Im bohrkopfnahen Teil ist der verbleibende mantelseitige Rücken 2' des Schaftes 2 etwa doppelt so breit wie im anschliessenden hinteren Teil.

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1 Blatt Zeichnungen

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650 194 PATENTANSPRÜCHE

1. Gesteinsbohrer mit Bohrkopf, Schaft und rückseitigem Einsteckende, wobei der Schaft für das Ableiten ds Bohr-kleins aus dem Bohrloch eine oder mehrere zwischen Bohrkopf und Einsteckende wendelartig verlaufende Abfuhrnuten mit parallel zur Bohrerachse verlaufendem Nutengrund und im wesentlichen normal zur Bohrerachse gerichteter bohrkopfnaher Flanke aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutengrund (6', 7', 8') wenigstens über einen Teil der Nutenlänge in axiale Abschnitte (6,7,8) unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist, wobei die Nuttiefe abschnittsweise stufenartig gegen das Einsteckende (3) abnimmt.

2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Teil der Nutenlänge mit axialen Abschnitten (6,7,8) unterschiedlicher Tiefe, entgegen der Bohrrichtung gesehen, ab dem 3- bis 7-fachen des Bohrkopfdurchmessers bis zum Einsteckende (3) hin erstreckt.

3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutengrund in zwei axiale Abschnitte unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist.

4. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutengrund (6', T, 8') in drei axiale Abschnitte (6,7,8: unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist.

5. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfuhrnut (5) ein Verhältnis von grösster Tiefe (T) zu axial gemessener Breite (B) zwischen 1:2 und 1:10, vorzugsweise 1:3 bis 1:5„ aufweist

6. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Nutenwindungen verbleibende mantelseitige Rücken (2') in dem Teil der Nutenlänge mit einem in Abschnitte (6,7,8) mit unterschiedlicher Tiefe unterteilten Nutengrund schmäler als in dem Teil der Nutenlänge mit einheitlicher Tiefe des Nutengrundes (5') ausgebildet ist.