DE4105738C2

DE4105738C2 - Rotary impact drilling tool and method for rock drilling

Info

Publication number: DE4105738C2
Application number: DE19914105738
Authority: DE
Inventors: Emmerich Hunsdorfer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-02-23
Filing date: 1991-02-23
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2011-02-24
Also published as: DE4105738A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Dreh-Schlag-Bohrwerkzeug für Gesteins bohrung, das an seiner Frontseite mit einzelnen Zerstörungsele menten besetzt ist gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gesteinsbohrung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.The invention relates to a rotary impact drilling tool for rock bore that on its front with individual destruction elements is occupied according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for rock drilling according to the preamble of claim 7.

Die Zerstörungselemente können von verschiedenster Form sein. Haben sie kegel- oder kegelstumpfförmige oder pyramiden- oder pyramidenstumpfförmige Spitzen, werden sie meist Hartmetall stifte genannt. Statt spitzer Form ist auch Noppenform bekannt. Auch plattenförmige Zerstörungselemente sind möglich.The destruction elements can be of various shapes. Do they have a conical or truncated cone or pyramid or truncated pyramid-shaped tips, they are mostly hard metal called pens. Instead of a pointed shape, a knob shape is also known. Plate-shaped destruction elements are also possible.

Die Bohrwerkzeuge können ebene, gewölbte Bohrköpfe oder hohle Bohrkronen sein. An gewölbten Bohrköpfen stehen die Hart metallstifte o. dgl. etwa senkrecht auf der Oberfläche, d. h. sie sind, wenn sie weiter außen liegen, um so weiter nach außen ge neigt. Dann haben sie aber in der Regel stumpf zulaufende Spitzen, derart, daß die Krafteinwirkung beim Schlag nach vorne in ihrem Querschnitt bleibt und sie nicht auf Biegung beansprucht werden. An nur drehenden hohlen Bohrkronen können die Hartmetallstifte o. dgl. auch in Drehrichtung vorgeneigt sein.The drilling tools can be flat, curved or hollow Be core bits. The Hart are on curved boring heads metal pins or the like. approximately perpendicular to the surface, d. H. she if they are further out, the further out tends. Then they usually have blunt tips, such that the force applied when striking forward in her Cross section remains and they are not stressed on bending. The carbide pins can only be used on rotating hollow drill bits o. The like. Also inclined in the direction of rotation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad eines Bohrwerkzeugs der eingangs bezeichneten Art zu erhöhen. The invention has for its object the efficiency to increase a drilling tool of the type mentioned.

Diese Aufgabe löst hinsichtlich der Vorrichtung ein Dreh-Schlag-Bohrwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7.With regard to the device, this task is solved by a rotary impact drilling tool with Features of claim 1 and with respect to the method, a method with the Features of claim 7.

Wie sich zeigt, läßt sich damit der Energieaufwand für den Vor trieb vermindern; die Bohrgeschwindigkeit läßt sich steigern. Die Zerstörungselemente werden bei dem sie in Achsrichtung des Bohrwerkzeugs vorschiebenden Schlag durch die über lagerte Drehbewegung auch in Drehrichtung in das Gestein vorge schoben. Trotzdem haben sie wohl eine günstigere Aus gangsstellung, um bei der an den Schlag anschließenden reinen Drehbewegung eine größere Menge des Gesteins herauszubrechen, jedenfalls mit ihrer hierfür wiederum förderlichen Vorneigung.As can be seen, the energy expenditure for the foreground can thus be reduced reduce urge; the drilling speed can be increased. The destruction elements are in which they in the axial direction of the Drilling tool advancing blow through the over stored rotational movement in the direction of rotation in the rock pushed. Nevertheless, they probably have a cheaper end gear position in order to the pure after the stroke Rotary motion to break out a larger amount of rock at least with their forward inclination, which in turn is conducive to this.

Von wesentlicher Bedeutung ist dabei weiterhin die Erkenntnis, daß für die verschiedenen Gesteine offenbar jeweils ein spezi eller Neigungswinkel besonders geeignet ist. Er muß und kann derzeit einfach nur durch Versuche ermittelt werden.It is still essential to recognize that that apparently a speci eller angle of inclination is particularly suitable. He must and can currently just be determined by experiment.

Beispielsweise liegt der Neigungswinkel δ in Drehrichtung gegen die Parallele zur Achse des Bohrwerkzeugs für Kalkstein zwischen 32° und 35°, für Basalt zwischen 20° und 25° und für Granit zwischen 5° und 10°. In den meisten Fällen wird er zwischen 20° und 45° liegen. Der Neigungswinkel δ liegt in einer Ebene, die durch eine Tangente am Drehkreis und eine Parallele zur Bohrwerkzeugachse definiert ist.For example, the angle of inclination δ is opposite in the direction of rotation the parallel to the axis of the limestone drilling tool between 32 ° and 35 °, for basalt between 20 ° and 25 ° and for granite between 5 ° and 10 °. In most cases it will be between 20 ° and 45 °. The angle of inclination δ lies in a plane that by a tangent to the turning circle and a parallel to the Drilling tool axis is defined.

Ferner sollen die Zerstörungselemente nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach innen zur Bohrwerkzeugachse hin verschwenkt sein. Ihre Achse soll, in Achsrichtung des Bohrwerkzeugs gesehen, nicht am unteren, hinteren Ende des Zerstörungselements, sondern an der Spitze rechtwinklig zur Radialrichtung stehen oder noch etwas weiter nach innen gewin kelt sein. Das ist unabhängig vom Schlag auch beim reinen Bohr vorgang besser.Furthermore, the destruction elements are said to be advantageous Development of the invention inwards to the drilling tool axis be pivoted there. Your axis should, in the axial direction of the Drilling tool seen, not at the lower, rear end of the Destructive element, but at right angles to the tip Radial direction or win a little further inwards be cold. Regardless of the stroke, this is also true for drilling process better.

Der Verschwenkungswinkel nimmt vorzugsweise mit zunehmendem Abstand der Zerstörungselemente von der Bohrwerkzeugachse ab von 40° bis 0° und liegt in einer zur Bohrwerkzeugachse senkrechten Ebene.The pivot angle preferably increases with increasing Distance of the destruction elements from the drilling tool axis from 40 ° to 0 ° and lies in one to the drilling tool axis vertical plane.

Auf einer gewölbten o. ä. Frontfläche des Bohrwerkzeugs angeord nete Zerstörungselemente sind im übrigen in der an sich bekann ten Weise nach außen gerichtet. Arranged on a curved or similar front surface of the drilling tool Nete elements of destruction are known in the rest directed outwards.

Schließlich wird auch für das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug die an sich bekannte Maßnahme vorgeschlagen, daß die Zerstörungs elemente mit einem solchen Keilwinkel angespitzt sind, daß die Parallele zur Achse des Bohrwerkzeugs durch die Spitze, d. h. die Kraftrichtung beim Schlag, noch im Zerstörungselement liegt und das Zerstörungselement keiner wesentlichen Biegebeanspruchung ausgesetzt ist.Finally, also for the drilling tool according to the invention known measure proposed that the destruction elements are pointed with such a wedge angle that the Parallel to the axis of the drilling tool through the tip, d. H. the direction of the force on impact is still in the destruction element and the destructive element has no significant bending stress is exposed.

Die Zeichnungen geben Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder.The drawings show exemplary embodiments of the invention.

Fig. 1 zeigt einen Dreh-Schlag-Bohrkopf in Seitenansicht gemäß Fig. 2 von links oder rechts ohne den Besatz der Zer störungselemente, Fig. 1 shows a rotary impact drill head in side view of FIG. 2 from the left or right without the trimming elements Zer,

Fig. 2 zeigt den Bohrkopf in Vorderansicht gemäß Fig. 1 von oben mit dem Besatz der Zerstörungselemente, Fig. 2 shows the drill head in front view according to Fig. 1 from above with the trimming of destruction elements,

Fig. 3 zeigt in einer Fig. 2 entsprechenden Vorderansicht einen anderen Dreh-Schlag-Bohrkopf und Fig. 3 shows in a front view corresponding to Fig. 2 another rotary impact drill head and

Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Zerstörungselemente und ihre Anordnung. Fig. 4 to 7 show various destruction elements and their arrangement.

Der Bohrkopf nach Fig. 1 weist an einem Schaft 1 einen Kopf 2 auf mit einer mittleren, ebenen Frontfläche 3, einer an diese anschließenden, ringförmigen, nach hinten abgewinkelten, gewölb ten Frontfläche 4, einer an diese anschließenden, noch einmal nach hinten abgewinkelten, gewölbten Frontfläche 5 und einer an diese anschließenden zylindrischen Umfangsfläche 6.The drill head according to Fig. 1, on a shank 1, a head 2 having a central planar front surface 3, a subsequent thereto, annular, bent back vault th front face 4, angled subsequent to this again backwards, curved front surface 5 and a cylindrical peripheral surface 6 adjoining this.

Auf der Frontfläche 3 sind in verschiedenen Abständen vom Mittel punkt vier Hartmetallstifte 7 angeordnet.On the front surface 3 four carbide pins 7 are arranged at different distances from the center.

Auf den Frontflächen 4 und 5 sind Hartmetallstifte 8 in vier Reihen 9 angeordnet, die sich, aus der Radialrichtung immer weiter zurückweichend, von innen nach außen ziehen. Der Verlauf der Reihen 9 als solcher ist gleich, die einzelnen Hartmetall stifte 8 dieser Reihen sind jedoch alle etwas zueinander ver setzt. On the front surfaces 4 and 5 , carbide pins 8 are arranged in four rows 9 which, moving backwards and forwards from the radial direction, pull from the inside outwards. The course of the rows 9 as such is the same, the individual carbide pins 8 of these rows, however, are all set somewhat to each other.

Auf der äußeren Frontfläche 5 sind außerdem noch, etwas größere, einzelne Hartmetallstifte 10 angeordnet.On the outer front surface 5 , slightly larger, individual hard metal pins 10 are also arranged.

Unmittelbar vor den Reihen 9 verlaufen etwa parallel zu ihnen in den Frontflächen 4 und 5 und in Fortsetzung an der Umfangs fläche 6 vier offene Abführungskanäle 11 für das Bohrklein. Zwei weitere Abführungskanäle 12 liegen herstellungsbedingt annähernd radial.Immediately in front of the rows 9 run approximately parallel to them in the front surfaces 4 and 5 and in continuation on the circumference surface 6 four open discharge channels 11 for the cuttings. Two further discharge channels 12 are approximately radial due to the manufacturing process.

In den Abführungskanälen 12 und in zwei Abführungskanälen 11 münden achsparallele Bohrungen 13 bzw. 14 aus, durch die Preß luft und/oder Spülwasser zugeführt werden kann.In the discharge ducts 12 and two discharge ducts 11 , axially parallel bores 13 and 14 open out through which compressed air and / or rinsing water can be supplied.

Alle Hartmetallstifte 7, 8 und 10 sind in Drehrichtung ange stellt, anders ausgedrückt auf ihrem Drehkreis vorgeneigt. Ihr Neigungswinkel δ ist in Fig. 4 und 5 eingezeichnet.All hard metal pins 7 , 8 and 10 are in the direction of rotation, in other words prone to their turning circle. Their angle of inclination δ is shown in FIGS. 4 and 5.

Außerdem sind die Hartmetallstifte um einen Winkel zur Mitte des Bohrkopfs hin verschwenkt. Das ist in der Zeichnung nur auf der mittleren, ebenen Frontfläche 3 klar erkennbar und dort an einem Hartmetallstift 7 eingezeichnet.In addition, the carbide pins are pivoted at an angle to the center of the drill head. This can be clearly seen in the drawing only on the middle, flat front surface 3 and is shown there on a hard metal pin 7 .

Die Hartmetallstifte 8 und 10 erheben sich im übrigen, d. h. im radialen Längsschnitt durch den Bohrkopf gesehen, primär senk recht aus ihrer Frontfläche 4 bzw. 5; der Winkel ist dem überlagert und aus der Zeichnung schwer zu ersehen.The hard metal pins 8 and 10 rise otherwise, ie seen in the radial longitudinal section through the drill head, primarily perpendicular right from their front surface 4 and 5 ; the angle is superimposed on it and difficult to see from the drawing.

Es versteht sich also: Die Vorneigung in Drehrichtung ist nicht die Gesamtneigung.So it goes without saying: the forward inclination in the direction of rotation is not the total slope.

Der Bohrkopf nach Fig. 3 weist in der gleichen grundsätzlichen Anordnung wie die Reihen 9 nur drei Reihen 15 von Hartmetall stiften 16 auf, jedoch stärker gekrümmt zurückweichend. Statt der Abführungskanäle 11 verlaufen vor den Reihen 15 Absätze 17, an denen die Frontfläche des Bohrkopfes im ganzen zurückspringt; sie steigt von da aus wieder bis zum nächsten Absatz an. Der tiefste Bereich wird am Umfang durch Abführungskanäle 18 fort gesetzt.The drill head of Fig. 3 has the same basic arrangement as the rows 9, only three rows 15 of hard metal pins 16, but more curved retreating. Instead of the discharge channels 11 run in front of the rows 15 paragraphs 17 on which the front surface of the drill head springs back as a whole; from there it rises again until the next paragraph. The deepest area is continued on the circumference by discharge channels 18 .

Auch die Hartmetallstifte 16 sind in Drehrichtung vorgeneigt. The hard metal pins 16 are also inclined in the direction of rotation.

Wie Fig. 6 und 7 verdeutlichen, kann die Vorneigung auch durch eine Knickung in dem Zerstörungselement 19 bzw. 20 selbst be wirkt werden, so daß das Zerstörungselement einen senkrecht zur Oberfläche 21 bzw. 22 eingelassenen Schaft haben kann.As shown in Fig. 6 and 7 illustrate the pretilt can also by a kinking in the destruction element 19 or 20 itself acts to be so that the destructive element can have a vertical recessed surface 21 or 22 shaft.

Fig. 5 zeigt, wie die Hartmetallstifte 7, 8, 10 und 16 eingesetzt sind. Fig. 5 shows how the hard metal pins 7 , 8 , 10 and 16 are used.

Fig. 4 läßt eine andere Form eines Hartmetallstiftes oder plattenförmigen Zerstörungselementes erkennen. Fig. 4 shows another shape of a hard metal pin or plate-shaped destruction element.

Die Funktion der beschriebenen Dreh-Schlag-Bohrköpfe und ihrer Zerstörungselemente ist weiter oben schon erläutert worden.The function of the described rotary-impact drilling heads and their Destruction elements have already been explained above.

Über den erwähnten Neigungswinkel hinaus kann auch das Verhält nis der durch die Drehung und durch den Schlag eingebrachten Energiekomponente für ein bestimmtes Gestein optimiert werden. Man kann die Drehgeschwindigkeit erhöhen und verringern und die Schlagintensität vergrößern und verringern, praktisch betrachtet die Antriebsleistung. Auch die absoluten Größen können angepaßt werden. Muß der Bohrer voraussichtlich verschiedenes Gestein durchdringen, kann man einen Kompromiß zwischen den verschie denen Spalteigenschaften der Gesteine suchen.The ratio can also go beyond the angle of inclination mentioned nis brought in by the rotation and by the blow Energy components can be optimized for a particular rock. You can increase and decrease the rotation speed and the Increase and decrease stroke intensity, in practical terms the drive power. The absolute sizes can also be adjusted will. The drill must probably have different rocks penetrate, one can compromise between the various where the column properties of the rocks look.

Im allgemeinen wird man die neuen Dreh-Schlag-Bohrköpfe mit einer Drehzahl von 50 bis 100 U/min und dabei mit einer Umfangs geschwindigkeit von 0,5 bis 1 m/sek betreiben; die Schlagfre quenz wird man in der Regel zwischen 1000 und 1800/min wählen.In general, you will be using the new rotary-impact drill heads a speed of 50 to 100 U / min and with a circumference operate at a speed of 0.5 to 1 m / sec; die Schlagfre quenz you will usually choose between 1000 and 1800 / min.

Die Drehzahlen liegen damit niedriger als diejenigen der be kannten nur drehenden Bohrköpfe und Bohrkronen (150 bis 200 U/min) und höher als diejenigen der bekannten Dreh-Schlag-Bohrköpfe (25 bis 40 U/min). Die Schlagfrequenz liegt im unteren Bereich derjenigen der bekannten Dreh-Schlag-Köpfe (1000 bis 3000 U/min).The speeds are therefore lower than those of the be only knew rotating drill heads and drill bits (150 to 200 rpm) and higher than those of the well-known rotary hammer heads (25 to 40 rpm). The beat frequency is in the lower range that of the known rotary-impact heads (1000 to 3000 rpm).

Dies entspricht der oben erläuterten neuen Funktion der vorge schlagenen Dreh-Schlag-Bohrwerkzeuge. Die bekannten Dreh-Schlag- Bohrköpfe werden durch ihre Drehung eigentlich nur in eine neue Schlagstellung versetzt und lösen beim Drehen praktisch kein Gestein heraus.This corresponds to the above-described new function struck rotary-impact drilling tools. The well-known rotary impact Rotating heads actually turn only into one new stroke position and practically solve when turning no rock out.

Die Anpressung des neuen Dreh-Schlag-Bohrwerkzeugs braucht nur etwa 40% derjenigen beim reinen Drehbohren zu betragen.The pressure of the new rotary impact drilling tool only needs to be about 40% of those for pure rotary drilling.

Claims

1. Rotary impact drilling tool for rock drilling, which is equipped on the front side with individual destruction elements ( 7 ; 8 ; 16 ; 19 ; 20 ) which are inclined in the direction of rotation on the turning circle, characterized in that the inclination angle δ in the direction of rotation against the parallel to the axis of the drilling tool is between 5 ° and 45 °.

2. drilling tool according to claim 1, characterized, that the angle of inclination in the direction of rotation against the parallel to the axis of the drilling tool for limestone between 32 ° and 35 °, for basalt between 20 ° and 25 ° and for granite between 5 ° and 10 °.

3. Drilling tool according to one of claims 1 to 2, characterized in that the destruction elements ( 7 ) are also pivoted inwards towards the drilling tool axis.

4. drilling tool according to claim 3, characterized, that the pivot angle with increasing distance the destruction elements decreases from the drilling tool axis from 40 ° to 0 °.

5. Drilling tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that on a curved or similar front surface ( 4 ; 5 ) of the drilling tool arranged destruction elements ( 8 ; 16 ) are also directed in a manner known per se to the outside.

6. Drilling tool according to one of claims 1 to 5, characterized in that the destruction elements ( 7 ; 8 ; 16 ; 19 ; 20 ) are pointed with such a wedge angle that the parallel to the axis of the drilling tool lies through the tip in the destruction element.

7. Rock drilling method using a rotary Impact drilling tool, which on its front with single destruction elements are occupied, characterized, that a rotary impact drilling tool according to one of the claims 1 to 6 with a speed of 50 to 100 rpm and one Stroke rate of 1000 to 1800 / min is applied.