DE10041911A1 - Diamantbohrkrone - Google Patents

Abstract

Der Grundkörper für eine Diamantbohrkrone weist einen rohrförmigen Trägerkörper (2) mit einem Boden (4) und ein vom Boden (4) abragendes Einsteckende (1) auf. Der Trägerkörper (2) und der Boden (4) sind im Drückwalzverfahren hergestellt, bei dem sich lange rohrförmige Abschnitte mit geringen Wandstärken und hoher Festigkeit herstellen lassen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Grundkörper für eine Diamantbohrkrone gemäss dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Zur Herstellung von Bohrungen mit einem grossen Durchmesser in einem harten Unter­ grund wie Beton, Gestein oder dergleichen, werden Diamantbohrkronen verwendet. Diese Diamantbohrkronen bestehen aus einem Grundkörper, der an seiner bohrrichtungseitigen Stirnseite mit wenigstens einem einzelnen Diamantschneidelement versehen ist. Der Grundköper selbst setzt sich aus einem rohrförmigen Trägerkörper mit einem Boden und einem Einsteckende zusammen. Der Boden befindet sich an einem entgegen der Bohr­ richtung weisenden freien Ende des Trägerkörpers und erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zur Bohrrichtung. Das Einsteckende ragt in einer von der Bohrrichtung ent­ gegengesetzten Richtung von dem Boden ab.

Der aus der DE-36 03 499 bekannte Grundkörper für eine Diamantbohrkrone ist aus drei einzelnen Teilen, einem zylindrischen Einsteckende, einem rohrförmigen Trägerkörper und einem Boden gefertigt. Alle drei Teile sind durch Schweissen miteinander verbunden.

Jedes dieser Teile wird einzeln gefertigt. Dabei fallen mehrere Bearbeitungsoperationen, wie das spanabhebende Bearbeiten und das Zusammenschweissen der einzelnen Teile, an. Diese Arbeitsoperationen wirken sich insgesamt äusserst negativ auf die Höhe der Herstellkosten aus. Werden diese Teile auch noch an unterschiedlichen Standorten produziert, so kommen zusätzlich Kosten für Transport und Handling hinzu. Zu weiteren Nachteilen dieses bekannten Grundkörpers zählt ein ungenauer Rundlauf des rohr­ förmigen Trägerkörpers dessen Ursache im Transport des Trägerkörpers liegen kann, wenn beispielsweise das Transportgut - die Grundkörper - eine unsachgemässe Behandlung erfahren, bei der eine radiale Belastung auf den Trägerkörper einwirkt. Es kann aber auch sein, dass sich rohrförmige Trägerkörper mit einem grossen Durchmesser beim Transport durch starke Erschütterungen in radialer Richtung verformen, so dass der Querschnitt des Trägerkörpers anschliessend von einer kreisrunden Form abweicht.

Der rohrförmige Trägerkörper wird beispielsweise durch eine spanabhebende Be­ arbeitung auf seine endgültige Form gebracht und weist eine glatte Oberfläche sowohl an einer Innen- als auch an einer Aussenseite auf. Wenn beipielsweise ein an dem bohr­ richtungsseitigen freien Ende des rohrförmigen Trägerkörpers angeordnetes Diamant­ schneidelement seitlich bereits teilweise abgenützt ist, kann eine erhöhte Reibung zwischen der glatten Oberfläche des rohrförmigen Trägerkörpers und dem Untergrund entstehen, die sich nachteilig auf die Qualität einer herzustellenden Bohrung auswirkt. Die glatten Oberflächen haben auch den Nachteil, dass diese abgetragenes Bohrklein nicht aus einem gebohrten Ringspalt im Untergrund transportieren können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Grundkörper für Diamantbohrkronen zu schaffen, der wirtschaftlich herstellbar ist, ein geringes Gewicht, eine geringe Wandstärke und gute Rundlaufeigenschaften aufweist. Ausserdem soll abgetragenes Bohrklein aus einem gebohrten Ringspalt eines Untergrundes gut transportierbar sein.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt mit einem Grundkörper, welcher die im kenn­ zeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist.

Das Drückwalzen hat den Vorteil, dass der gesamte Grundkörper aus einem einzigen Werkstoff besteht und dass für die Herstellung des Grundkörpers nur sehr wenig Bearbeitungsoperationen notwendig sind. Dies wirkt sich insbesondere auf die Höhe der Herstellkosten des Trägerkörpers positiv aus.

Mit Hilfe des Drückwalzverfahrens lassen sich rohrförmige Abschnitte mit einer sehr grossen Länge fertigen. Da der Werkstoff beim Drückwalzen kaltverfestigt wird, lässt sich eine sehr kleine Wandstärke realisieren, die vorzugsweise dem 0,008- bis 0,016-fachen Aussendurchmesser des Trägerkörpers entspricht. Trotz der geringen Wandstärke weist der Trägerkörper die für die Herstellung eines Bohrloches notwendige Festigkeit auf. Auf­ grund dieser geringen Wandstärke ergibt sich auch eine Gewichtsreduktion, die ins­ besondere für einen Anwender spürbar ist, wenn er beispielsweise mit einem hand­ geführten Bohrgerät arbeitet.

Zweckmässigerweise weist der Trägerkörper eine Rundlaufabweichung von weniger als 1,3 mm auf. Eine derartig geringe Rundlaufabweichung ist nur durch das Drückwalz­ verfahren erreichbar, bei dem der umzuformende Werkstoff gleichmässig von den Drück­ walzen verdrängt wird. Ausserdem verleiht der einstückig mit dem rohrförmigen Träger­ körper ausgebildete Boden dem Trägerkörper eine hohe radiale Festigkeit, so dass dieser beispielsweise beim Transport aufgrund unsachgemässer Handhabungen nicht verformt wird.

Da die radiale Erstreckung des an dem bohrrichtungsseitgen freien Ende befestigbaren Schneidelementes nur geringfügig grösser ist als die Wandstärke des rohrförmigen Trägerkörpers kommt es, insbesondere bei zunehmender Abnützung des Schneid­ elementes, zu einer Reibung zwischen dem rohrförmigen Abschnitt des Trägerkörpers und dem Untergrund. Diese Reibung führt zu einer Erwärmung des gesamten Grund­ körpers und zu einer grösseren Belastung des dem Antrieb des Grundkörpers dienenden Antriebsmotors eines mit dem Grundkörper in Verbindung bringbaren Bohrgerätes. Mit Hilfe einer Profilierung, die vorzugsweise an der Innenseite und/oder Aussenseite des rohrförmigen Abschnittes des Trägerkörpers angeordnet ist, lässt sich die mit dem Unter­ grund in Berührung kommende Berührungsfläche des Trägerkörpers reduzuieren. Eine erhöhte Reibung zwischen dem Trägerkörper und dem Untergrund kann auf diese Weise vermieden werden. Die Profilierung weist ausserdem den Vorteil auf, dass diesen die Funktion von Verstärkungsrippen zukommt, die sich zusätzlich auf die Festigkeit des rohrförmigen Abschnittes des Trägerkörpers positiv auswirken.

Die Anordnung einer Profilierung an der Innen- und/oder Aussenseite des rohrförmigen Trägerkörpers, die zweckmässigerweise spiralförmig ausgebildet ist, bringt den Vorteil mit sich, dass abgetragenes Bohrklein aus einem in den Untergrund gebohrten Ringspalt gut an die Oberfläche des Untergrundes transportierbar ist. Der Grundkörper weist im Bereich der Profilierung beispielsweise eine Wandstärke auf, die höchstens dem 0,03-fachen Aussendurchmesser des Trägerkörpers entspricht.

Damit an dem bohrrichtungsseitigen freien Ende des Trägerkörpers wenigstens ein Diamantschneidelement, beispielsweise durch Löten oder Schweissen festlegbar ist, wird eine entsprechend grosse Fügezone benötigt. Diese grosse Fügezone wird erreicht, indem sich die Wandstärke des Trägerkörpers vorzugsweise zum bohrrichtungsseitigen, freien Ende des Trägerkörpes hin erweitert. Diese Erweiterung des Trägerkörpers ergibt sich beispielsweise durch eine radiale Erweiterung der Aussenkontur des Trägerkörpers und erstreckt sich über einen Teil der Gesamtlänge des Trägerkörpers. Eine grosse Fügezone kann beispielsweise auch dadurch geschaffen werden, indem sich diese Erweiterung an der Aussenseite und der Innenseite oder nur an der Innenseite des Trägerkörpers erstreckt. Befindet sich die Erweiterung an der Innenseite, so reduziert sich natürlich die lichte Weite des rohrförmigen Trägerkörpers an dem bohrrichtungsseitigen freien Ende.

Die Wandstärke des Trägerkörpers entspricht an dessen bohrrichtungsseitigen freien Ende beispielsweise dem 0,012- bis 0,014-fachen, ausserhalb des erweiterten Bereiches gemessenen Aussendurchmesser des Trägerkörpers.

Zur Erzielung eines, sich auf die Abfuhr des Bohrkleins nicht negativ auswirkenden, wesentlichen gleichmässigen Überganges, zwischen dem rohrförmigen Abschnitt und der Erweiterung des Trägerkörpers, erstreckt sich diese Erweiterung vorteilhafterweise über eine Länge, die der 0,04- bis 0,14-fachen Gesamtlänge des Trägerkörpers entspricht.

Um dem Trägerkörper eine besonders hohe Stabilität verleihen zu können, ist der Boden des Trägerkörpers vorzugsweise glockenförmig ausgebildet. Der Grundkörper ist beispielsweise aus einem Metall gebildet, das sich mit Hilfe des Drückwalzverfahrens gut verformen lässt.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel wiedergeben, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Rohteil aus dem der erfindungsgemässe Grundkörper fertigbar ist;

Fig. 2 das Rohteil gemäss Fig. 1 in Verbindung mit einem Drück­ walzdorn;

Fig. 3 Herstellung des rohrförmigen Trägerkörpers aus einem Teil des Rohteiles gemäss Fig. 1 mit Hilfe mehrere Drückwalzen;

Fig. 4 spannabhebende Bearbeitung des Einsteckendes und des bohrrichtungsseitigen freien Endes des Trägerkörpers;

Fig. 5 ein weiterer erfindungsgemässer Grundkörper, dessen Trägerkörper an einer Innen- und Aussenseite mit einer Profilierung versehen ist.

Die Fig. 1 zeigt ein gedrehtes, gegossenes oder umformtechnisch hergestelltes Rohteil mit einem unbearbeiteten Einsteckende 1 und einem unbearbeiteten Grundkörper 2. Das Rohteil wird spielfrei mit einem, von einer Hauptspindel einer nicht dargestellten Drück­ walzvorrichtung aufgenommenen, Drückwalzdorn 3 in Verbindung gebracht. Dieser in Fig. 2 dargestellte Drückwalzdorn 3 weist beispielsweise eine zylindrische Aussenkontur auf und drückt entgegen der Bohrrichtung gegen eine in Bohrrichtung weisende Stirnseite des unbearbeiteten Grundkörpers 2.

Mittels einer ebenfalls nicht angedeuteten Gegenhaltekraft wird das Einsteckende in axialer Richtung fixiert und von einem Hauptantrieb der Drückwalzvorrichtung in Dreh­ bewegung versetzt. Entsprechende Symbole, die eine Drehbewegung andeuten, sind der Fig. 3 entnehmbar. Zwei Drückwalzen 5, 6 der Drückwalzvorrichtung besitzen eine sich in Bohrrichtung kegelförmig verjüngende Aussenkontur. Beim Drückwalzvorgang erfolgt eine Versetzung der sich drehenden Drückwalzen 5, 6 in Bohrrichtung. Dabei greifen die, ent­ lang zweier nicht dargestellter Achsen geführten, Drückwalzen 5, 6 örtlich am Umfang des unbearbeiteten Trägerkörpers 3 ein. Dies offenbart die Fig. 3. Durch die unmittelbare Druckeinwirkung der Drückwalzen 5, 6 wird der Werkstoff des Trägerkörpers 2 plastisch verformt und zum Teil in Bohrrichtung entlang des Drückwalzdornes 3 verdrängt, so dass der Trägerkörper 3 seine rohrförmige Form erhält. Die definierte Bewegung der Drück­ walzen 5, 6 führt dazu, dass der den Trägerkörper 2 bildende Anteil des Rohlings auf die geforderte Wandstärke reduziert und auf die gewünschte Länge gebracht wird.

Während der Versetzung der Drückwalzen 5, 6 in Bohrrichtung, erfolgt eine Verschiebung des Drückwalzdornes 3 in einer von der Bohrrichtung abgewandten Richtung. Dabei wird ein Teil des Werkstoffes, aus dem der rohrförmige Trägerkörper 2 gebildet ist, seitlich ver­ drängt und ein Boden 4 gebildet, dessen Wandstärke grösser ist als die Wandstärke des rohrförmig ausgebildeten Abschnittes des Trägerkörpers 2. Die Wandstärke dieses im Drückwalzverfahren hergestellten, rohrförmigen Abschnittes kann 0,7 mm bis 2, 5 mm, insbesondere 1,7 mm betragen. Der rohrförmige Abschnitt weist eine Rundlauf­ abweichung von höchstens 1,1 mm auf. Die Wandstärke des Bodens 4 beträgt 10 mm. Mit Hilfe des Drückwalzverfahrens lassen sich rohrförmige Trägerkörper 2 mit einer Länge von 20 mm bis 500 mm herstellen.

Die Wandstärke des Trägerkörpers 2 nimmt zum bohrrichtungsseitigen freien Ende des Trägerkörpers 2 hin zu, damit wenigstens ein nicht dargestelltes Diamanschneidelement gut an dem Trägerkörper 2 festgelegt werden kann. Die Erweiterung des Trägerkörpers 2 ergibt sich durch eine radiale Erweiterung der Aussenkontur des Trägerkörpers 2 und erstreckt sich über eine parallel zur Bohrrichtung gemessene Länge, die der 0,04- bis 0,14-fachen Gesamtlänge des Trägerkörpers 2 entspricht. Die Wandstärke des Träger­ körpers 2 an dem bohrrichtungsseitigen freien Ende beträgt 1,5 mm bis 3,5 mm. Der Boden des Trägerkörpers 2 kann glockenförmig ausgebildet sein.

Das Einsteckende 1, eine Längsnut am Einsteckende 1 und das bohrrichtungsseitige freie Ende des Trägerkörpers 2 werden, wir die Fig. 4 zeigt, mit Hilfe von spanabhebenden Werkzeugen 9, 10 nachbearbeitet.

Claims (7)

1. Grundkörper für eine Diamantbohrkrone mit einem, einen Boden (4) auf­ weisenden, rohrförmigen Trägerkörper (2, 12) und einem vom Boden (4) ab­ ragenden Einsteckende (1, 11), dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (2, 12) und der Boden (4) im Drückwalzverfahren hergestellt sind.

2. Grundkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (2, 12) eine Wandstärke aufweist, die dem 0,008- bis 0,016-fachen Aussen­ durchmesser des Trägerkörpers (2, 12) entspricht.

3. Grundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger­ körper (2, 12) eine Rundlaufabweichung von weniger als 1,3 mm aufweist.

4. Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (12) an der Aussenseite und/oder Innenseite mit einer Profi­ lierung (13, 14) versehen ist.

5. Grundkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung (13, 14) spiralförmig ausgebildet ist.

6. Grundkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wandstärke des Trägerkörpers (2, 12) zum bohrrichtungsseitigen, freien Ende des Trägerkörpes (2, 12) hin erweitert.

7. Grundkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erweiterung der Wandstärke über eine Länge erstreckt, die der 0,04- bis 0,14- fachen Gesamtlänge des Trägerkörpers (2, 12) entspricht.