DE1927754C3 - Gesteinsbohrer - Google Patents

Description

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

J5 Bei einem bekannten Gesteinsbohrer dieser Art (CH-PS 4 46 240) bildet die Übergangsstelle von der Kemmantelfläche in die Bohrmehltragfläche zugleich die Stelle, an der die Kemmantelfläche der Abfuhrnut den geringsten Abstand von der Bohrerachse hat

4(> Dadurch hat der Bohrer nur in unmittelbarem Bereich dieser Übergangsstelle einen annähernd zylindrischen Querschnitt, der die beim Bohren in diesem Bereich auftretenden Oberflächen-Zug- und -druckspannungen durch elastische Verformung nur über eine kleine Erstreckung aufnehmen kann. Die Abschnitte des geringsten Abstandes von der Bohrerachse werden dadurch ungünstig belastet so daß die beim Bohren auftretenden Biege- und Verdrehspannungen verhältnismäßig hoch sind. Da die Stelle der größten Annäherung der Kemmantelfläche an die Bohrerachse durch die Übergangsstelle von der Kemmantelfläche in die Bohrmehltragfläche gebildet wird, befindet sich oberhalb der Bohrmehltragfläche, im Axialschnitt gesehen, die schräg nach außen geneigte Kernmantelfläche. Wenn beim Bohren das Bohrmehl durch die Axialschläge des Bohrers kurzzeitig von der Bohrmehltragfläche abhebt gelangt es auf die schräg nach außen geneigte Kemmantelfläche und erhält von dieser eine radial nach außen gerichtete Kraftkomponente. Das

Bohrmehl kann dabei zwischen die Bohrermantelfläche

und die Bohrungswandung gelangen, wo es zu einer starken Erhöhung der Reibung und zu einem erhöhten

Verschleiß des Bohrers führt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

•i5 Gesteinsbohrer dieser Art so auszubilden, daß die zwangsläufig beim Bohren auftretenden Biege- und Verdrehspannungen auf eine größere Strecke des Bohrers verteilt werden.

Diese Aufgabe wird nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung werden die in Achsrichtung verlaufenden, hintereinanderliegenden und durch die einzelnen Gänge der Abfuhrnut gebildeten Strecken, die bei den auftretenden Biege- und Verdrehspannungen elastisch verformt werden, in ihrem Anteil zur Gesamtlänge des Bohrerschaftes vergrößert. Der Übergang der Bohrmehltragfläche in den flachen Bogen fällt nicht mit der Stelle der größten Annäherung der Kernmantelfläche an die Bohrerach.·;« zusammen. Dadurch ergibt sich eine Abnahme der Nuttiefe yon dieser Stelle der größten Annäherung bis zu der Obergangsstelle und dementsprechend eine Zunahme des Kernquerschnittes. Auf diese Weise wird in axialer Erstreckung eine wesentlich größere Zone der elastischen Verfombarkeit erhalten, so daß die Abschnitte des geringsten Abstandes von der Bohrerachse, die bei den Biege- und Verdrehbeanspruchungen der größten Oberflächen-Zug- und -druckspannung ausgesetzt sind, wesentlich .entlastet werden. Die biege- und Verdrehspannungen werden vorteilhaft auf eine größere Erstreckung verteilt, wodurch die spezifischen Biege- und Verdrehspannungen verkleinert werden. Da der flache Bogen von der Stelle der größten Annäherung aus in Richtung auf die Bohrmehltragfläche nach außen gerichtet ist, wird das Bohrmehl in der Abfuhrnut einwandfrei geführt, weil dieses, wenn es unter den Axialschlägen des Bohrers kurzzeitig von der Bohrmehltragfläche abhebt, nicht von der Kernmantelfläche radial nach außen gedrängt wird, sondern sich radial nach innen bewegend an der Kemmantelfläch's abstützen kann. Das Bohrmehl gelangt dann nur unwesentlich in den Bereich zwischen der Bohrermantelfläche und der Bohrungswandung, so daß die durch Reibung hervorgerufenen Belastungen des Bohrers erheblich verringert werden. Im Vergleich zu den bekannten Gesteinsbohrern ist die Axialerstreckung der Abfuhrnut des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers wesentlich größer, so daß auch der Aufnahmequerschnitt für das Bohrmehl vergrößert wird. Die elastisch verformbaren Teilstrecken, die durch die einzelnen Gänge der Abfuhrnut gebildet werden, werden infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung so groß wie möglich ausgebildet, um dem Auftreten von sogenannten Spannungsspitzen entgegenzuwirken.

Bei einem anderen bekannten Gesteinsbohrer (FR-PS 9 51 136) ist die Kernmantelfläche im Axialschnitt nicht bogenförmig ausgebildet, sondern besteht aus einzelnen zylindrischen Mantelflächenabschnitten, die in Richtung auf das Arbeitsende des Bohrers zunehmend größeren Durchmesser haben. Infolge der zylindrischen Ausbildung der Mantelflächenabschnitte tritt bei diesem Gesteinsbohrer keine Stelle größter Annäherung an die Bohrerachse auf.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer in Ansicht,

Fig.2 und 3 jeweils im Axialschnitt zwei weitere Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Gesteinsbohrern, die jeweils ein unterschiedliches Verhältnis zwischen der Breite und der Tiefe der Abfuhrnut aufweisen,

F i g. 4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers.

Der Gesteinsbohrer 1 nach Fig. 1 hat an seinem das Arbeitsende bildenden Bohrkopf 2 ein eingesetztes, hart verlötetes Hartmetallplättehen 3. Zur Abfuhr des an den beiden Schneiden 4 des Hartmetallplättchens entstehenden, verhältnismäßig grobkörnigen Bohrmehls dient eine gemeinsame, wendelförmig längs der zylindrischen Bohrermantelfläche 5 verlaufende Abfuhrnut 6. Der in F i g. 1 mit χ angegebene Steigungswinkel der Abfuhrnut kann bis zu 30° betragen, beträgt aber vorzugsweise

ίο weniger als 20°.

Die Kernmantelfläche 7 geht gemäß F i g. 1 und 4 über gekrümmte Endabschnitte 8 und 9 in die Bohrermantelfläche S über. Der Endabschnitt 8 der Abfuhrnut 6 geht, im Axialschnitt gesehen, über einen bogenförmigen Zwischenabschnitt 10 in die Kernmantelfläche 7 über. Der im Axialschnitt konkav gekrümmte Zwischenabschnitt 10 kann beispielsweise teilkreisförmig sein. Zweckmäßig hat er in jedem Fall eine stärkere Krümmung als der Endabschnitt 8 der Abfuhrnut 6. Der kleinste Krümmungsradius des Zwischenabschnittes 10 entspricht etwa 25% bis 60% der größten Nuttiefe N, der Abfuhrnut. Dabei ist es von Bedeutung, daß dieser kleinste Krümmungsradius des Zwischenabschnittes 10 bei Bohrern mit einem Bohrermanteldurchmesser von etwa 10 bis 20 mm ungefähr 60 bis 45% der halben Differenz zwischen dem Durchmesser des Bohrermantels und der Kernmantelfläche beträgt, während sich für einen Bohrermanteldurchmesser von mehr als 20 mm ungefähr 45 bis 25% als vorteilhaft erwiesen haben.

Der dem Arbeitsende des Bohrers zugewandte Endabschnitt 8 der Abfuhrnut 6 und der daran anschließende Zwischenabschnitt 10 bilden eine Bohrmehltragfläche, von der das Bohrmehl während der Drehbewegung getragen wird und auf der es sich nach

r> oben in Richtung auf das Einspannende des Bohrers wälzen kann. Der Endabschnitt 8 der Bohrmehltragfläche 8,10 schließt unter einem spitzen Winkel β (F i g. 1 und 4), der annähernd bis 90°, vorzugsweise etwa 75° bis 80° betragen kann, an die Bohrermantelfläche 5 an.

Eine derart ausgebildete Bohrmehltragfläche 8, 10 läßt dem Bohrmehl den zur Förderung notwendigen Kontakt mit der Bohrlochwandung, ohne jedoch das Bohrmehl gegen die Bohrlochwandung zu drängen. Das an der Bohrlochwand anliegende Bohrmehl wird von den Bohrmehltragflächen nur löffelartig abgehoben und aufgenommen. Dabei gleitet die auf der Bohrmehltragfläche 8,10 liegende Bohrmehlschicht radial in Richtung zur Bohrerachse und wird durch den Zwischenabschnitt 10 in eine kreisende Bewegung umgelenkt. So entsteht eine von der Bohrmehltragfläche getragene, sich fortwährend umwälzende Bohrmehlraupe, die durch den losen Kontakt mit der Bohrlochwand und durch die hüpfende Bewegung, die durch die beim Schlagbohren dem Bohrer erteilten Axialschläge entsteht, auf der Bohrmehltragfläche in Richtung auf das Eir.spannende des Bohrers und damit in Richtung auf den Ausgangspunkt des Bohrloches fortbewegt wird.

Nach Fig.4 verläuft die Kernmantelfläche 7, in Bohrerachsrichtung gesehen, auf einer Strecke 5 von mindestens annähernd einem Drittel der Breite B der Abfuhrnut 6 als flacher konkaver Bogen, der oben in einen gekrümmten Abschnitt 12 und unten in den konkav gekrümmten Zwischenabschnitt 10 übergeht Die beiden Abschnitte 10 und 12 sind jeweils stärker

Ι.Ί gekrümmt als die Kernmantelfläche 7 im Bereich der Strecke S.

Die Kernmantelfläche 7 hat an der Stelle 13, die innerhalb der Strecke S liest, ihre größte Annähemnir

an die Bohrerachse IS (F i g. 1 und 4). Der axiale Abstand A der Stelle 13 von der Bohrmehltragfläche 8, 10 entspricht etwa 3/10 bis 4/10, insbesondere 1/3 der in Bohrerachsrichtung gemessenen Breite B der Abfuhrnut 6. Dadurch ergibt sich eine besonders hohe Dauerbruchfestigkeit des Bohrers. Infolge der beschriebenen Ausbildung liegt der Übergang 16 der Bohrmehltragfläche 8, 10 in den flachen Bogen der Strecke 5 in Bohrerachsrichtung mit Abstand von der Stelle 13.

Der im Axialschnitt (F i g. 4) gekrümmte Endabschnitt 9 der Kernmanteifläche 7 geht unter einem Winkel γ von etwa 130° bis 40°, vorzugsweise 135°, in die Bohrermantelfläche 5 über. Der an die Bohrermantelfläche 5 anschließende Teil des Endabschnittes 9 verläuft gemäß F i g. 4 mit geringer Krümmung bis annähernd geradlinig und schließt mit der Bohrermantelfläche 5 einen sich zum Antriebsende des Bohrers öffnenden Winkel von etwa 45° ein. Dadurch ergeben sich auch günstige Nachschärfmöglichkeiten für das Werkzeug, mit dem die Abfuhrnut 6 am Bohrer hergestellt wird, da auch beim Nachschärfen des Werkzeuges seine ursprüngliche, den Querschnitt der Abfuhrnut 6 erzeugende Form erhalten werden kann. Der nahezu geradlinige, in die Bohrermantelfläche 5 übergehende Teil des Endabschnittes 9 geht in den gekrümmten Abschnitt 12 über, der etwa in halber Länge seine stärkste Krümmung aufweist und in einer sich fortwährend erstreckenden Kurve in die Kernmantelfläche 7 übergeht

Der Endabschnitt 8 der Bohrmehltragfläche 8, 10 kann in vorteilhafter Weise teilelüpsenförmig gekrümmt sein und in Richtung zum Zwischenabschnitt 10 zunehmend stärkere Krümmung aufweisen. Auch wenn der Endabschnitt 8 im Axialschnitt teilkreisförmig ist, weist er eine gegenüber dem beispielsweise teilkreisförmigen Zwischenabschnitt 10 wesentlich schwächere Krümmung auf.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist das Verhältnis zwischen der Breite und der Tiefe der Abfuhrnut 6a größer als das entsprechende Verhältnis der Abfuhrnut 6b des Bohrers nach F i g. 3, der größeren Durchmesser hat als der in F i g. 2 dargestellte Bohrer.

Zweckmäßig entspricht die Breite B der Abfuhrnut 6 bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche 5 zwischen etwa 10 und 20 mm annähernd dem 3,8- bis 4,8fachen der größten Nuttiefe N,, bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche zwischen etwa 20 und 40 mm annähernd dem 2,8- bis 4,2fachen der Nuttiefe und bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche über etwa 40 mm annähernd dem 2£- bis 3,2fachen der Nuttiefe. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Nuttief« /V, der Abfuhrnut (F i g. 4) so gehalten wird, daß der siel daraus ergebende Bohrerkerndurchmesser Dk, dei gleich dem Bohreraußendurchmesser abzüglich dei

■i doppelten Nuttiefe ist, bei Bohrern zwischen etwa Ii und 20 mm Außendurchmesser etwa 70 bis 55% diese: Außendurchmessers und bei Bohrern mit mehr all 20 mm Außendurchmesser etwa 60 bis 40% de: jeweiligen Außendurchmessers entspricht

ίο Die Breite fcdes wendeiförmigen, die Bohrermantel fläche 5 bildenden Führungssteges 14 des Bohrers hai Einfluß auf die Reibung des Bohrerschaftes an dei Bohrlochwand. Um diese Reibung niedrig zu halten, isi die Stegbreite b, nur so groß, daß eine gute Führung des Bohrers im Bohrloch gewährleistet ist Die Stegbreite darf nicht zu groß sein, damit in den Spalt zwischen den" Führungssteg und der Bohrlochwand gelangendes Bohrmehl möglichst leicht in den in Richtung auf die Bohrerspitze nächstliegenden Gang der Abfuhrnut f gelangen kann und von dort in der beschriebenen Weise in Richtung zum Antriebsende des Bohrers transportien wird. Es ist dabei vorteilhaft, wenn der Führungssteg 14 bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche vor etwa 10 bis 20 mm eine Breite von etwa 2 bis 3,5 mm, be einem Durchmesser der Bohrermantelfläche 5 zwischer etwa 20 und 40 mm eine Breite von etwa 24 bis 4,5 mn und bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche ί über etwa 40 mm eine Breite von etwa 3,5 bis maxima 6 mm aufweist

Bei einem Bohrer mit dem beschriebenen Abfuhrnut querschnitt nimmt eine relativ große Strecke, etwa 5C bis 70% der Länge des Wendelschaftes, aktiv an dei elastischen Verformung durch Biege- und/oder Verdrehspannung teil. Der Bohrerschaft wird durch diese Maßnahme im ganzen etwas elastischer, was seine Dauerbruchfestigkeit ganz wesentlich erhöht Eine weitere Verbesserung der Dauerbruchfestigkeit inBereich des Bohrerkopfes wird erreicht, wenn dei Kernquerschnitt des Bohrerschaftes auf einer Strecke von etwa 2 bis 4 Ganghöhen H der Abfuhrnut in Richtung zum Arbeitsende des Bohrers proportional aul einen Wert zunimmt, der etwa 110 bis 140% des übriger Kernquerschnittes beträgt Dadurch werden die durch Kippschläge, wie sie z. B. beim Bohren in Beton auftreten, wenn ein harter Kieselstein seitlich in das Bohrloch hineinragt oder wenn bei eisenarmiertem Beton Stahlstäbe den Bohrer aus der Sollrichtung drängen, hervorgerufenen zusätzlichen Biegebeanspruchungen im Bohrerkopfbereich vorteilhaft in die verformbare Schaftzone abgeleitet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Gesteinsbohrer zum Drehbohren mit gleichzeitig erfolgenden Axialschlägen, dessen durch eine wendelförmig verlaufende Abfuhrnut für das Bohrmehl gebildete Kemmantelfläche in Bohrerachsrichtung etwa auf einer Strecke von mindestens annähernd einem Drittel der Breite der Abfuhrnut als flacher Bogen bzw. als Kurve geringer Scheitelhöhe bis wenigstens annähernd geradlinig verläuft und über einander gegenüberliegende gekrümmte Endabschnitte in die Bohrermantelfläche übergeht, von denen der dem Arbeitsende des Bohrers zugewandte Endabschnitt einen Teil einer Bohrmehltragfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Obergang (16) der Bohrmehltragfläche (8, 10) in den flachen Bogen (S) in Bohrerachsrichtung mit Abstand von der Stelle (13) der größten Annäherung der Kernmantelfläche (7) an die Bohrerachse (15) liegt und daß diese Stelle (13) im flachen Bogen (SJ vorgesehen ist

   2. Gesteinsbohrer nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (A) der Stelle (13) der größten Annäherung von der Bohrmehltragfläche (8), in Bohrerachsrichtung gemessen, etwa 3/10 bis 4/10, vorzugsweise 1/3 der in Bohrerachsrichtung gemessenen Breite (B)der Abfuhrnut (6) entspricht

   3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrmehltragfläche (8) mit einem konkav gekrümmten Zwischenabschnitt (10), der stärkere Krümmung als der an die Bohrermantelfläche (S) anschließende Abschnitt hat, in den flachen Bogen /SJübergeht

   4. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

   3, dadurch gekennzeichnet, daß der der Bohrmehltragfläche (8, 10) gegenüberliegende Endabschnitt (9) der Kemmantelfläche (7) unter einem Winkel (y) von etwa 130" bis 140°, vorzugsweise 135°, in die Bohrermantelfläche (5) übergeht.

   5. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

   4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Abfuhrnut (6), insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche (5) zwischen etwa 10 und 20 mm, annähernd dem 3,8- bis 4,8fachen der Nuttiefe (Nt) entspricht

   6. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

   5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Abfuhrnut (6), insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche (5) zwischen etwa 20 und 40 mm, annähernd dem 2,8- bis 4,2fachen der Nuttiefe (N,) entspricht

   7. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

   6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (B) der Abfuhrnut (6), insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche (5) über etwa 40 mm, annähernd dem 2,5- bis 3,2fachen der Nuttiefe (Nj entspricht

   8. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

   7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kemmantelfläche, insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche (5) zwischen etwa 10 und 20 mm, etwa 70 bis 55% des Durchmessers der Bohrermantelfläche entspricht

   9. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

   8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kemmantelfläche (7), insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche (5) über 20 mm. etwa 60 bis 40% des Durchmessers der

   Bohrermantelfläche entspricht

   ία Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Bohrermantelfläche (5) bildende, wendelförmig um die Bohrerachse (15) verlaufende Führungssieg (14), insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermaütelfläche zwischen etwa 10 und 20 mm, eine Breite von etwa 2 bis 3,5 mm aufweist

   11. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 ίο bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungssteg (14), insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche (5) zwischen etwa 20 und 40 mm, eine Breite von etwa Zß bis 44 mm aufweist

   12. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungssteg (14), insbesondere bei einem Durchmesser der Bohrermantelfläche (5) über 40 mm, eine Breite von etwa 3,5 bis 6 mm aufweist

   13. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß der Kernquerschnitt des Bohrerschaftes auf einer Strecke von etwa 2 bis 4 Ganghöhen (H) der Abfuhrnut (6) in Richtung auf das Arbeitsende des Bohrers allmählich zunimmt

   14. Gesteinsbohrer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kemquerschnitt bis auf einen Wert zunimmt, der etwa 110 bis 140% des übrigen Kernquerschnittes beträgt