CH682584A5

CH682584A5 - Bohrkrone mit umfangsverteilt angeordneten Zähnen für Bohrrohre.

Info

Publication number: CH682584A5
Application number: CH337090A
Authority: CH
Inventors: Theo Fromme
Original assignee: Michael Hartfuss
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1990-10-10
Publication date: 1993-10-15
Also published as: DE3933867A1; DE8915905U1; ATA205090A; DE3933867C2; AT394246B

Description

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CH 682 584 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone mit um-fangsverteilt mittels Schweissverbindungen angeordneten Zähnen für Bohrrohre.

Bekannt sind Bohrkronen insbesondere für dop-pelwandige Bohrrohre mit gebräuchlichen Durchmessern von 600 mm bis 2000 mm. Diese bestehen aus einem Stahlgusskörper mit einer Kronenverzahnung und einem Kupplungsteil zum Verbinden mit dem Bohrrohrstrang. Bei anderen bekannten Bohrkronen sind die Zähne durch Brennschnitte aus einem gewalzten Flusstahl-Rohling geformt und durch Aufschweissen erhöht und darauf mit einer Verschleiss-Auftragsschweissung gepanzert. Bei diesen Kronen werden die verschlissenen oder abgebrochenen Zähne durch sog. Lagen-schweissen von unten nach oben neu aufgebaut und gepanzert und nachgeschliffen. Wenn die Ver-schleisspanzerung nur teilweise zu erneuern ist, wird zunächst die verschlissene Panzerung abgeschliffen, dann durch Aufbauschweissung die Grundzahnform wieder hergestellt und darauf die Verschleisspanzerung aufgebracht. Diese Arbeiten können in den meisten Fällen auf der Baustelle nicht durchgeführt werden, sie erfordern ausserdem einen Arbeitsaufwand von ca. 0,5 bis 1,5 Arbeitsstunden pro Zahn.

Bei anderen bekannten Bohrkronen sind vollständige Zahneinheiten mit äusseren Freischnitträumern und inneren Zahnrücken in tiefen Ausbuchtungen in den Grundkörper der Bohrkrone eingeschweisst. Diese Ausbuchtungen sind von der Unterkante des Bohrrohr-Rohlings oder der Bohrkrone nach oben gerichtet und verlaufen im oberen Bereich halbrund. Durch diese Formgestaltung sind sehr lange und tiefe Schweissnähte erforderlich, die in keinem realistischen Verhältnis zur Eigenfestigkeit des Zahnes stehen. Sollen bei dieser Bauart verschlissene Zähne ersetzt werden, so ist es umständlich und langwierig, diese grossen Schweissnähte zu entfernen, die Ausbuchtungen zur Aufnahme von neuen Zahneinheiten freizumachen und vorzubereiten. Das Ein-schweissen der neuen Zahneinheiten erfordert einen grossen Zeit- und Arbeitsaufwand. Diese umfangreichen Arbeiten können nicht auf der Baustelle durchgeführt werden, sondern die Bohrrohre oder Bohrkronen müssen zum Aufarbeiten in eine Werkstatt.

Als nachteilig beim genannten Stand der Technik erscheint, dass bei vielen Bohrkronen die verschlissenen Zähne nicht ersetzt werden können, sondern zeitaufwendig aufgearbeitet werden müssen oder dass bei anderen Kronentypen das Entfernen und Neu-Einsetzen eines kompletten Fertigzahnes sehr arbeits- und zeitaufwendig ist. Dies liegt daran, dass zum Austauschen der kompletten Bohrzähne die in Rundungen verlaufenden langen Schweissnähte in dem Grundkörper sauber abgebrannt oder abgeflext werden müssen, um das Einschweissen neuer Zahneinheiten vorzubereiten. Diese Art des Regenerierens der Bohrkronenverzahnung verursacht hohe Kosten.

Hinzu kommt noch, dass bei den bekannten Bohrkronentypen die Schneid-, Fräs- und Räumeffekte nicht konsequent berücksichtigt worden sind, und dass die Zahnhöhenvariation nicht relativ schnell an den jeweiligen Baugrund anpassbar ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Bohrkrone so auszubilden, dass diese leicht von dem Bohrrohr gelöst werden kann und dass die dem stärksten Verschleiss ausgesetzten Zahnteile geringstem Zeit- und Arbeitsaufwand ersetzbar sind. Diese Arbeit soll auf der Baustelle durchführbar sein und deshalb ist es bedeutsam, dass der eigentliche Grundkörper der Bohrkrone der dem Verschleiss minimal unterliegt von dem Bohrrohr leicht lösbar und an diese wieder ansetzbar und dazu kostengünstig durch die Wiederverwertbarkeit ist. Insbesondere muss die Herstellung der Ersatzzahnspitzen billiger sein als deren Regenerierung.

Diese Aufgabe wird in erfinderischer Weise gelöst durch einen ringförmigen an ein Bohrrohr oder eine Kupplung anschweissbaren Grundkörper, an den abstandsverteilt Zahn-Ansätze angeformt sind, an denen austauschbar die Zahnspitzen durch Ver-schweissen in der Weise angesetzt sind, dass alle Befestigungs-Schweissnähte an der Unterkante des Grundkörpers auf einer Kreislinie liegen.

Da der Grundkörper anschweissbar ist, sind an dem Bohrrohr- oder der Kupplung keine Verbindungselemente erforderlich, die sich bei Benutzung infolge Verziehen, Verformen oder Verfüttern nicht mehr oder schwierig trennen lassen.

Die auf einer Kreislinie zur Unterkante des Grundkörpers verlaufenden Schweissnähte sind gegenüber denen bei kompletten Fertig-Austausch-zähnen kürzer und erfordern zum Trennen und zur Herstellung weniger zeitlichen und arbeitstechnischen Aufwand als eine um den kompletten Austauschzahn verlaufende und eingelassene Rundnaht. Dennoch weist die kürzere, ebene Doppel-V-Schweissnaht genügende Festigkeit auf, da sie mindestens der Eigenfestigkeit des Zahnes ange-passt ist.

Eine weitere erfinderische Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass an dem Grundkörper die erhaben vorstehende Freischnitträumer angeordnet sind, deren Basis einen Abstand von der Grundkörper-Un-terkante aufweist, und dass im Bereich an dieser Basis mittels einer Schweissung die Zahnspitzen austauschbar angeschlossen sind.

Weitere erfinderische Merkmale sind, dass die Aussenflächen der Zahnspitzen bündig an die Aus-senfläche des Grundkörpers angeschlossen sind, und dass die Aussenfläche der Zahnspitzen fluchtend mit den Aussenflächen des Grundkörpers angeordnet sind, und ferner dass die Flanken und Stege der Zahnspitzen geometrisch genau fluchtend an die entsprechenden Flanken- und Stegflächen der Zahn-Ansätze am Grundkörper angeschlossen sind.

Bekannte Bohrkronen weisen stumpfe, beidseitig radial ausgerichtete Stirnflächen der Zähne auf. Das gelöste Bohrgut kann nicht nach innen in das Bohrloch weggeschoben werden. Um Schneid-, Fräs- und Räumeffekte zu nutzen, sind erfindungs-gemäss an die äussere ebene Fläche der Zähne beidseits nach innen schrägverlaufende Flankenflächen angeschlossen, die in eine schmale mittige

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Rücken- bzw. Stegfläche übergehen, wodurch sich ein trapezförmiger Querschnitt in der Horizontalebene ergibt. Somit können die Schneidwirkungen der Zahnspitzen und der Freischnitträumer aufeinander abgestimmt werden und das Bohrloch so weit bemessen werden, dass die Reibung des Bohrrohres an der Bohrlochwandung entsprechend dem Baugrund z.T. stark vermindert wird.

Eine besonders gute Haltbarkeit wird auf erfinderische Weise dadurch erreicht, dass die Zahnspitzen mittels einer vollflächigen Schweissung an die Gegenflächen der Zahn-Ansätze angeschlossen sind.

Um die Zahnspitzen gegen Abrieb zu schützen und den Fräseffekt zu begünstigen besteht eine erfinderische Ausgestaltung darin, dass in den Zahnspitzen Hartmetallstifte eingeschlossen sind.

Um den Verschleiss durch Abrieb zu vermindern, sind die Bohrzähne mit Auftragsschweissungen gepanzert.

Bei sehr harten Böden kann der spezifische Fräsdruck der Zahn-Stirnfläche dadurch vergrössert werden, dass die Zahnspitzen unterschiedliche Spitzenhöhen aufweisen. Es ist möglich, diese gestaffelt versetzt anzuschweissen.

Die Haltbarkeit der Freischnitträumer wird dadurch erhöht, dass diese mit einer Verschleiss-schweissung oder Metallstiften gepanzert sind.

Die Anzahl der Zähne ist durch zwei teilbar. Daher sind längere und kürzere Ausführungen von Zahnspitzen abwechselnd auf dem Grundkörper angebracht, und zwar längere Fräszähne und kürzere Räumzähne.

Der Grundkörper ist als ein mit wenig Aufwand austauschbares Teil von geringem Gewicht gestaltet, der mittels einer Heftschweissnaht an einem Massivrohr oder einem Doppelwandrohr befestigt ist. Dabei müssen die Ringhöhe und Wanddicke des Grundkörpers für die Aufnahme und Übertragung der Horizontal- Radial- sowie Biegekräfte aus der Schneid- und Fräsarbeit der Zähne ausgelegt sein.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, die sehr zeit- und kostenintensiven Brenn- und Schweissarbeiten zum Austauschen von verschlissenen oder zerstörten Zähnen zu vereinfachen und zu verkürzen, so dass das Austauschen auf den Baustellen ermöglicht wird, wobei der verschleissärmere Grundkörper z.B. aus einem Spezialguss besteht, in den die Zahn-Zahn-ansätze integriert sind und wobei lediglich die ver-schleissanfälligen Zahnspitzen ausgetauscht werden.

Ausserdem soll die Vielzahl der Kronentypen für die unterschiedlichen Böden auf zwei Zahnspitzenformen und einen Grundkörper standartisiert werden.

Weitere Merkmale und Besonderheiten der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen

Fig. 1 das Ende eines Bohrrohres mit ange-schweisster Bohrkrone und angeschweissten Zahnspitzen in perspektivischer Sicht,

Fig. 2 einen Zahn-Ansatz und eine Zahnspitze aus radial von innen zum Bohrrohr gerichteter Sicht,

Fig. 3 einen Zahn-Ansatz und eine Zahnspitze in Seitensicht,

Fig. 4 einen Zahn-Ansatz und eine versetzte Zahnspitze in Seitensicht,

Fig. 5 eine Zahnspitze in Draufsicht von oben, Fig. 6 ein Bohrrohrunterteil mit Bohrrohrmassivteil, Doppelwandrohr und Kupplungsteil, im Schnitt

Fig. 7 eine Bohrkrone, angeschweisst an einem Kupplungsteil, im Schnitt

Fig. 8a bis d verschiedene Ausführungen von Freischnitträumern,

Fig. 9a bis c eine besondere Ausführung einer Zahnspitze aus verschiedenen Blickrichtungen.

Die Bohrkrone besteht aus dem Grundkörper 1 mit den Zahnspitzen 4. In Fig. 1. ist der mit drei Vorschweiss-Zahnspitzen dargestellte Grundkörper 1 mit einer unterbrochenen Schweissnaht 2 an das Bohrrohr 5 angeschweisst. Der mit einer von innen nach aussen schrägen, konischen Unterkante 18 versehene Grundkörper 1 mit den Zahn-Ansätzen 3 ist als Spezialgussteil so geformt, dass die Zahn-Ansätze 3, welche nicht so sehr dem Verschleiss unterliegen, in den Grundkörper 1 integriert sind. So wird beim Austauschen der Zahnspitzen 4 ein Anschweissen an derselben Stelle ermöglicht. Die Zahnspitzen 4 sind mit der Befestigungsschweiss-naht 14 an dem Grundkörper 1 angeschweisst. Aussen sind erhaben vorstehende, dreieckförmige Freischnitträumer 10 angegossen oder aufge-schweisst.

Die Zahnspitzen 4, die besonders dem grossen Verschleiss unterliegen, werden mit dem Grundkörper 1 gemäss den Fig. 2 bis 4 mittels der Befesti-gungsschweissnaht 14 vollflächig an den Gegenflächen 21 der Zahnansätze 3 verschweisst. Die mit der Auftragsschweissung 9 versehenen Aussenflächen 24 der Zahnspitzen 4 können wie in Fig. 3 bündig an die Aussenwand 16 des Grundkörpers 1 oder wie in Fig. 4 fluchtend mit den nicht dargestellten Oberflächen 25 der Freischnitträumer 10 anschliessen. Zusätzlich sind die Zahnflanken 11, 12 und der Steg 27 der Zahnspitzen 4 genau fluchtend an die entsprechenden Flächen der Zahnansätze 3 angeschlossen. Die in Fig. 5 dargestellte rechte Zahnflanke 11 und die linke Zahnflanke 12 umschliessen die Zahnspitze 4 mit der rechten Zahnflankenfläche 19 und der linken Zahnflankenfläche 20 in etwa trapezförmig, sie schneiden und transportieren beim Drehen oder Oszillieren des Bohrrohres den abgefrästen Boden nach oben und zur Innenseite des Bohrloches weg. Mit dieser Form wird ein optimaler Fräs-, Schneid- und Räumeffekt erzielt.

Die Teilung auf dem Umfang ist so gewählt, dass die Zähnezahl immer durch zwei teilbar ist. Reicht bei härteren Böden der spezifische Anpressdruck der Zahnspitzen 4 auf den Boden nicht aus, um einen Fräseffekt zu bewirken, dann können die Zahnspitzen 4 unterschiedliche Spitzenhöhen h1/h2 aufweisen und gestaffelt versetzt an dem Grundkörper 1 angeschweisst sein. Ein Fräszahn hat die Höhe

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h1 und ein Räumzahn mit der kleineren Höhe h2 füllt die Lücke zwischen zwei Fräszähnen aus. Der Räumzahn hat gleichzeitig eine Räumfunktion.

Der Grundkörper 1 ist in Fig. 6 an dem Bohrrohr 5 mittels der Heftschweissnaht 2 befestigt. Das Bohrrohr 5 wird von dem Doppelwandrohr 6 verlängert, das an ein Kupplungsteil 7 angesetzt ist. In Fig. 7 ist der Grundkörper 1 an das Kupplungsteil 7 angeschweisst.

In den Fig. 8a, 8b, 8c, 8d sind vier Ausführungsformen verschiedener Freischnitträumer 10 und Zahnspitzen 4 mit zwei verschiedenen Spitzenhöhen h1, h2 dargestellt. Die Freischnitträumer 10 sind zusätzlich gegen Verschleiss mit einer Schutz-schweissung 17 als Panzerung versehen, die wie in Fig. 8a und 8c in verschiedener Stärke vollflächig oder wie in Fig. 8b dargestellt nur an den Rändern der dreieckigen Freischnitträumer 10 angebracht ist. Die Schutzschweissung dient als Panzerung. In Fig. 8d sind die Freischnitträumer 10 mit Hartmetalleinlagen 28 verstärkt. Anstatt einer Schutzschweissung 17 können auch hier nicht dargestellte Panzerbleche 13 aufgeschweisst werden. Die Basis 23 der Freischnitträumer 10 ist von der Unterkante 18 des Grundkörpers 1 in einem Abstand a beabstandet.

Die in Fig. 9a dargestellte Zahnspitze 4 kann in der Stirnfläche mit Hartmetall-Stirnstiften 29 Abrieb verstärkt sein. In Fig. 9b ist die Zahnspitze 4 mit dem Hartmetall-Stirnstift 29 und Hartmetallstiften 8 aus seitlicher Sicht und in Fig. 9c zusätzlich mit der Schutzschweissung 17 in Draufsicht dargestellt. Die rechte Zahnflanke 11, die linke Zahnflanke 12 und der Steg 27 der Zahnspitze 4 sind ebenfalls dargestellt.

Claims

Patentansprüche

1. Bohrkrone mit umfangsverteilt mittels Schweissverbindungen angeordneten Zähnen für Bohrrohre, gekennzeichnet durch einen ringförmigen an ein Bohrrohr oder eine Kupplung an-schweissbaren Grundkörper (1), an dem abstands-verteilt Zahn-Ansätze (3) angeformt sind, an denen austauschbar die Zahnspitzen (4) durch Ver-schweissen in der Weise angesetzt sind, dass alle Befestigungsschweissnähte (14) an der Unterkante (18) des Grundkörpers (1) auf einer Kreislinie liegen.

2. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Grundkörper (1) vorstehende Freischnitträumer (10) angeordnet sind, deren Basis (23) einen Abstand (a) von der Grundkörper-Unterkante (18) aufweist und dass im Bereich dieser Basis (23) mittels einer Schweissung die Zahnspitzen (4) austauschbar angeschlossen sind.

3. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenflächen (24) der Zahnspitzen (4) bündig an die Aussenflächen (16) des Grundkörpers (1) angeschlossen sind.

4. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenflächen (24) der Zahnspitzen (4) fluchtend mit den Oberflächen (25) der Freischnitträumer (10) angeordnet sind.

5. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnflanken (11, 12) und Stege

(27) der Zahnspitzen (4) geometrisch fluchtend in die entsprechenden Flächen der Zahn-Ansätze (3) am Grundkörper (1) übergehen.

6. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnspitzen (4) mittels einer vollflächigen Befestigungsschweissnaht (14) an die Gegenflächen (21) der Zahn-Ansätze (3) angeschlossen sind.

7. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zahnspitzen (4) Hartmetallstifte (8) eingeschlossen sind.

8. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnspitzen (4) unterschiedliche Spitzenhöhen (h1/h2) aufweisen.

9. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Freischnitträumer (10) mit einer Verschleissschweissung (17) oder Hartmetalleinlage

(28) gepanzert sind.

10. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Zähne (4) durch zwei teilbar ist.

11. Bohrkrone nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) mittels einer Heftschweissnaht (2) an einem Massivrohr (5) oder einem Doppelwandrohr (6) befestigt ist.

12. Bohrkrone nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Ringhöhe (r) und Wanddicke (d) des Grundkörpers (1) für die Aufnahme und Übertragung der Horizontal-, Radial- sowie Biegekräfte aus der Schneid- und Fräsarbeit der Zahnspitzen (4) ausgelegt sind.

13. Bohrkrone nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die äussere ebene Fläche (24) der Zahnspitzen (4) beidseits nach innen schrägverlaufende Flankenflächen (19, 20) angeschlossen sind, die in eine schmale, mittige Rücken- bzw. Stegfläche übergehen, wodurch sich ein trapezförmiger Querschnitt in der Horizontalebene ergibt.

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