EP0452255B1 - Gesteinsbohrer - Google Patents

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EP0452255B1
EP0452255B1 EP91810185A EP91810185A EP0452255B1 EP 0452255 B1 EP0452255 B1 EP 0452255B1 EP 91810185 A EP91810185 A EP 91810185A EP 91810185 A EP91810185 A EP 91810185A EP 0452255 B1 EP0452255 B1 EP 0452255B1
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cutting
rock drill
pins
diameter
cutting pins
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Gerhard Rumpp
Josef Obermeier
Josef Fünfer
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Hilti AG
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Hilti AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • E21B10/445—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts percussion type, e.g. for masonry
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/58—Chisel-type inserts

Definitions

  • the invention relates to a rock drill with a shank and a drill head, which on its end face pointing in the feed direction has a cutting plate which extends at least over the diameter of the rock drill and at least two cutting pins arranged rotationally symmetrically to the longitudinal axis of the shaft, the cutting pins lying on a diameter of the rock drill having the diameter of the rock drill on which the cutting insert lies forms an angle deviating from 90 °, and the number of cutting pins on both sides of the cutting insert is the same.
  • Rock drills are used to make holes in rock, concrete, masonry and the like, which are used to hold fasteners, pass through pipes and cables and to blow up.
  • Rock drills which represent a combination of cutting plate and cutting pins, have the advantage that the drilling material removed from the cutting plate is further reduced by the cutting pins.
  • Such rock drills are known for example from DE-OS 35 44 433.
  • a rock drill which has the features of the preamble of claim 1, with a drill head, a shaft, a cutting plate and two cutting pins is known, the cutting plate projecting beyond the diameter of the drilling head and the cutting pins on one diameter are arranged on both sides of the cutting plate.
  • the cutting edges of the insert have a concave contour in the normal projection towards the insert plane.
  • the free ends of the cutting pins of this known rock drill can protrude beyond the surface of revolution formed by the cutting edge, so that they serve to roughen the bottom of the borehole.
  • the invention has for its object to provide a rock drill which, with a high excavation rate, increases the size of the drillings. Smooth running of the rock drill and compliance with an exact drilling geometry and a more uniform pre-stroke speed are guaranteed.
  • a symmetrical arrangement is achieved by arranging the cutting pins on the diameter on both sides of the cutting plate.
  • the arrangement of the cutting pins in a rotationally symmetrical manner with respect to the longitudinal axis of the shank leads to an increased smooth running of the rock drill and compliance with an exact drilling geometry is ensured.
  • the free ends of the cutting pins do not lie in the rotational surface formed by the cutting edges of the cutting plate, but are set back slightly, preferably, for example, 0.3 mm to 1.5 mm in the drilling direction.
  • the feed rate during the drilling process becomes more even, since the cutting pins come into contact with the substrate at almost the same time as the cutting plate. This means that the subsoil is dismantled more evenly.
  • the cutting pins support the drill head in the feed direction.
  • the acute angle enclosed between the two diameters is advantageously between 40 ° and 70 °. Such an angle has proven particularly useful because, in the area of the complementary obtuse angle, the arrangement of sufficiently large discharge grooves on the end face is particularly favored.
  • a spiral is regularly connected to the discharge grooves, which determines the direction of rotation of the rock drill.
  • the acute angle which is formed by the diameter of the cutting plate and the diameter on which the cutting pins lie is preferably arranged on the side of the cutting plate facing away from the direction of rotation.
  • the drill head 2 is provided with discharge passages 6, 10 which run in the longitudinal direction and which serve for the passage of the cuttings from the end face 3 of the drill head 2 pointing in the feed direction to the shank 1.
  • the drill head 2 is provided with a centrally arranged cutting plate 4.
  • the cutting plate 4 projects beyond the drilling head 2 both in the radial direction and in the feed direction.
  • cutting pins 5 are arranged, which lie on a diameter that includes an acute angle a with the diameter of the cutting plate 4. This acute angle a is - as shown in FIG. 3 - arranged on the side of the cutting plate 4 facing away from the direction of rotation D.
  • the section shown in Fig. 3 clearly shows the arrangement of the cutting pins 5 in an inclined direction to the longitudinal axis of the shaft.
  • the cutting pins 5 are inserted so deeply into the drilling head 2 that the free ends of the cutting pins 5 lie below the rotary surface formed by the cutting edges 7, 8 of the cutting plate 4.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer mit Schaft und einem Bohrkopf, der auf seiner in Vorschubrichtung weisenden Stirnseite einen zumindest über den Durchmesser des Gesteinsbohrers sich erstreckende Schneidplatte und mindestens zwei zur Schaftlängsachse rotationssymmetrisch angeordnete Schneidstifte aufweist, wobei die Schneidstifte auf einem Durchmesser des Gesteinsbohrers liegen, der mit dem Durchmesser des Gesteinsbohrers, auf dem die Schneidplatte liegt, einen von 90° abweichenden Winkel bildet, und wobei die Anzahl der Schneidstifte auf beiden Seiten der Schneidplatte gleich ist.
  • Gesteinsbohrer werden zur Herstellung von Bohrungen in Fels, Beton, Mauerwerk und dergleichen eingesetzt, welche der Aufnahme von Befestigungselementen, dem Durchführen von Rohren und Kabeln sowie zum Sprengen dienen. Gesteinsbohrer, die eine Kombination von Schneidplatte und Schneidstiften darstellen, haben den Vorteil, dass durch die Schneidstifte das von der Schneidplatte abgetragene Bohrgut weiter zerkleinert wird. Solche Gesteinsbohrer sind zB aus der DE-OS 35 44 433 bekannt.
  • Aus der DE-OS 38 25 107 ist ein Gesteinsbohrer, der die Merkmale des oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist, mit einem Bohrkopf, einem Schaft, einer Schneidplatte und zwei Schneidstiften bekannt, wobei die Schneidplatte den Durchmesser des Bohrkopfes überragt und die Schneidstifte auf einem Durchmesser beidseits der Schneidplatte angeordnet sind. Die Schneidkanten der Schneidplatte weisen in der Normalprojektion zur Plattenebene hin eine konkave Kontur auf.
  • Die freien Stirnenden der Schneidstifte dieses bekannten Gesteinsbohrers können die von der Schneidkante gebildete Rotationsfläche überragen, so dass sie der Aufrauhung des Bohrlochgrundes dienen.
  • Unter mannigfaltigen Arbeitsbedingungen stellt die Leistungsfähigkeit dieser bekannten Gesteinsbohrer zufrieden. Bei gewissen Einsatzverhältnissen ist jedoch die Abfuhr des Bohrkleins und der Bohrfortschritt nicht optimal.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer zu schaffen, der bei hoher Abbauleistung eine zusätzliche Zerkleinerung des Bohrgutes, eine erhöhte. Laufruhe des Gesteinsbohrers und die Einhaltung einer genauen Bohrgeometrie sowie eine gleichmäßigere Vorshubgeschwindigkeit gewährleistet.
  • Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die freien Stirnenden der Schneidstifte gegenüber der von der Schneiden der Schneidplatte gebildeten Rotationsfläche zurückgesetzt sind.
  • Durch die erfindungsgemässe Anordnung der Schneidstifte ergibt sich eine Vergrösserung von Abfuhrnuten.
  • Durch die Anordnung der Schneidstifte auf dem Durchmesser beidseits der Schneidplatte wird eine symmetrische Anordnung erreicht.
  • Durch die zahlenmässige Gleichheit der Schneidstifte auf beiden Seiten erreicht man eine gleichmässigere Zerkleinerung des Bohrgutes und einen ruhigeren Lauf des Gesteinsbohrers.
  • Die Anordnung der Schneidstifte rotationssymmetrisch zur Schaftlängsachse führt zu einer erhöhten Laufruhe des Gesteinsbohrers und die Einhaltung einer genauen Bohrgeometrie wird gewährleistet.
  • Die freien Stirnenden der Schneidstifte liegen nicht in der von den Schneiden der Schneidplatte gebildeten Rotationsfläche, sondern sind geringfügige, vorzugsweise zB 0,3 mm bis 1,5 mm in Bohrrichtung gesehen, zurückversetzt. Die Vorschubgeschwindigkeit während des Bohrvorganges wird dadurch gleichmässiger, da die Schneidstifte fast zur gleichen Zeit wie die Schneidplatte mit dem Untergrund in Kontakt kommen. Dies bedeutet ein gleichmässigeres Abbauen des Untergrundes. Zusätzlich übernehmen die Schneidstifte eine Abstützfunktion des Bohrkopfes in Vorschubrichtung.
  • Die Zweckmassige Anordnung zweier Schneidstifte, insbesondere in der Randzone des Bohrkopfes, lässt eine zusätzliche Zentrierung des Gesteinsbohrers während des Bohrvorganges zu.
  • Der zwischen den beiden Durchmessern eingeschlossene spitze Winkel liegt vorteilhafterweise zwischen 40° und 70°. Ein solcher Winkel hat sich deshalb besonders bewährt, weil im Bereich des komplementären stumpfen Winkels die Anordnung von ausreichend grosser Abfuhrnuten an der Stirnseite besonders begünstigt wird.
  • An die Abfuhrnuten ist regelmässig ein Wendel angeschlossen, aus dem sich die Drehrichtung des Gesteinsbohrers ergibt. Der spitze Winkel der gebildet wird von dem Durchmesser der Schneidplatte und dem Durchmesser auf dem die Schneidstifte liegen, ist bevorzugt auf der der Drehrichtung abgewandten Seite der Schneidplatte angeordnet.
  • Aus der Sicht der Zerkleinerung des Bohrgutes, hat es sich besonders bewährt, wenn die Schneidstifte geneigt zur Schaft-Längsachse angeordnet sind. Auch eine Anordnung der Schneidstifte parallel zur Schaftlängsachse ist durchaus möglich.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel wiedergeben, näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen erfindungsgemässen Gesteinsbohrer, in Ansicht,
    Fig. 2
    eine stirnseitige Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Gesteinsbohrers,
    Fig. 3
    einen Schnitt durch den Gesteinsbohrer gemäss Fig. 1 und 2, entlang der Linie III-III in Fig. 2.
  • Der aus Fig. 1 bis 3 ersichtliche Gesteinsbohrer besteht im wesentlichen aus einem Schaft 1 und einem damit verbundenen Bohrkopf 2. Der Schaft 1 ist mit einer Förderwendel 9 versehen, die einerseits der Führung des Bohrers im Bohrloch und andererseits der Abfuhr des Bohrkleins dient.
  • Der Bohrkopf 2 ist mit in Längsrichtung verlaufenden Abfuhrfluten 6, 10 versehen, welche dem Durchlass des Bohrkleins von der in Vorschubrichtung weisenden Stirnseite 3 des Bohrkopfes 2 zum Schaft 1 dienen. Der Bohrkopf 2 ist mit einer zentral angeordneten Schneidplatte 4 versehen. Die Schneidplatte 4 überragt den Bohrkopf 2 sowohl in radialer Richtung als auch in Vorschubrichtung. Auf der restlichen Stirnseite 3 des Bohrkopfes 2 sind Schneidstifte 5 angeordnet, die auf einem Durchmesser liegen, der mit dem Durchmesser der Schneidplatte 4 einen spitzen Winkel a einschliesst. Dieser spitze Winkel a ist - wie Fig. 3 zeigt - auf der der Drehrichtung D abgewandten Seite der Schneidplatte 4 angeordnet.
  • Der in Fig. 3 dargestellte Schnitt zeigt deutlich die Anordnung der Schneidstifte 5 in einer geneigten Richtung zur Schaftlängsachse. Die Schneidstifte 5 sind so tief in den Bohrkopf 2 eingelassen, dass die freien Stirnenden der Schneidstifte 5 unterhalb der von Schneiden 7, 8 der Schneidplatte 4 gebildeten Rotationsfläche liegen.

Claims (5)

  1. Gesteinsbohrer mit Schaft (1) und einem Bohrkopf (2), der auf seiner in Vorschubrichtung weisenden Stirnseite eine zumindest über dessen Durchmesser sich erstreckende Schneidplatte (4) und mindestens zwei zur Schaftlängsachse rotationssymmetrisch angeordnete Schneidstifte (5) aufweist, wobei die Schneidstifte (5) auf einem Durchmesser des Gesteinsbohrer liegen, der mit dem Durchmesser des Gesteinsbohrers, auf dem die Schneidplatte (4) liegt, einen von 90° abweichenden Winkel (a) bildet und wobei die Anzahl der Schneidstifte (5) auf beiden Seiten der Schneidplatte (4) gleich ist, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Stirnenden der Schneidstifte (5) gegenüber der von den Schneiden (7, 8) der Schneidplatte (4) gebildeten Rotationsflläche zurückgesetzt sind.
  2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstifte (5) auf dem Durchmesser beidseits der Schneidplatte (4) angeordnet sind.
  3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schneidstifte (5) insgesamt zwei beträgt.
  4. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der von den beiden Durchmessern eingeschlossene spitze Winkel (a) zwischen 40° und 70° beträgt.
  5. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidstifte (5) zur Schaftlängsachse geneigt angeordnet sind.
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