DE10334610A1

DE10334610A1 - Bohrkopf

Info

Publication number: DE10334610A1
Application number: DE10334610A
Authority: DE
Inventors: Roland Gienau; Wolfgang Ludwig; Erich Leibhard
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: CN1576512A; GB2404400A; PL202865B1; US20050051365A1; GB0416812D0; ZA200406040B; AU2004203215A1; AU2004203215B2; PL369323A1; DE10334610B4; GB2404400B; US7163070B2

Abstract

Ein Bohrkopf (1) für drehendes Bohren im Berg- und Tunnelbau, an dem eine Schneide anbringbar oder ausgeformt ist, weist zwei Absaugöffnungen (5) auf, an denen eine als Verzahnung (7) ausgebildete Mahlstruktur ausgeformt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf für drehendes Bohren, insbesondere für drehendes Bohren ohne Schlag im Berg- und Tunnelbau, an dem eine Schneide anbringbar oder ausgeformt ist, mit mindestens einer Absaugöffnung für Bohrklein.
Solche Bohrköpfe werden beispielsweise bei Trockenbohrverfahren verwendet und auf ein rohrförmiges Bohrgestänge aufgesetzt. Die Bohrköpfe weisen zur Schnittseite hin eine ausgeformte Schneide oder ein freistehendes Hartmetall auf, das in eine Schneidaufnahme im Bohrkopf eingesetzt wird. An der Schnittseite ist zumindest eine Absaugöffnung vorgesehen, die ein Absaugen des anfallenden Bohrkleins durch das Bohrgestänge ermöglicht.

Beispielsweise zeigt die US 4,711,312 A einen solchen Bohrkopf, der an seiner Schnittseite eine eingesetzte, überstehende Hartmetallschneide und zwei, diametral gegenüberliegende Absaugöffnungen aufweist.

Zur Gewährleistung eines hohen Bohrfortschritts ist es vorteilhaft, wenn die Schneide über die Schnittseite vorsteht. Je höher jedoch die Schneide über die Schnittseite des Bohrkopfes vorsteht, desto grobkörnigeres Bohrklein kann beim Bohren anfallen. Zudem ergibt sich bei hohen Bohrgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise beim Trockenbohren in Kohle, beziehungsweise Kohlenebengestein angewandt werden, ebenfalls grobkörniges Bohrklein.

Nachteilig an der bekannten Lösung ist, dass durch diese Absaugöffnungen grobkörniges Bohrklein direkt ins Bohrgestänge gelangen und dies zu einem Verstopfen des Bohrgestänges führen kann. Daraus ergibt sich zumeist eine Unterbrechung des Bohrvorgangs, so dass zur Fortsetzung des Bohrvorgangs unter Verwendung von speziellen Werkzeugen das Bohrgestänge wieder durchgängig gemacht werden muss.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bohrkopf zu schaffen, der eine hohe Bohrgeschwindigkeit erlaubt und ein Verstopfen des Bohrgestänges beim Absaugen des Bohrkleins weitgehend verhindert.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Gemäss der Erfindung ist an der Absaugöffnung eine Mahlstruktur ausgeformt.

Die Mahlstruktur an der Absaugöffnung verhindert ein direktes Eindringen von grobkörnigem Bohrklein in das Bohrgestänge. Feinkörniges Bohrklein wird direkt durch die Absaugöffnungen abgesaugt, wogegen grobkörniges Bohrklein während dem Bohrvorgang weiter aufgemahlen und erst dann abgesaugt wird. Die Mahlstruktur reduziert zudem die Fläche auf der Schnittseite des Bohrkopfes was ebenfalls zu einem hohen Bohrfortschritt bei hohem Anpressdruck führt. Bei den üblichen Boltern liegen die Anpressdrücke im Bereich von 10-25 kN bei. Der erfindungsgemässe Bohrkopf kann zudem mit der Mahlstruktur an der Absaugöffnung auch bei Nassbohrverfahren verwendet werden.

Weist der Bohrkopf mehrere Absaugöffnungen auf, so ist vorzugsweise an jeder dieser Absaugöffnung eine Mahlstruktur ausgeformt. In einer Variante dazu weist nur jede zweite Absaugöffnung eine Mahlstruktur auf, wobei die Grösse der anderen Absaugöffnungen derart gewählt wird, dass allfällig in den Bohrkopf und somit in das Bohrgestänge eindringende Bohrklein nicht zu einer Verstopfung des Bohrgestänges führt.

Vorzugsweise ist die Mahlstruktur mittels einer am Umfang des Bohrkopfs angeordneten Verzahnung gebildet. Diese Ausbildung der Mahlstruktur gewährleistet ein kontinuierliches Aufmahlen des grobkörnigen Bohrkleins, bis dieses durch die Absaugöffnungen abgesaugt wird.

Bevorzugt weisen die Zahnkronen der Verzahnung einen abnehmenden radialen Abstand zum Mittelpunkt des Bohrkopfs auf. Mit dieser Ausgestaltung der Mahlstruktur ist das Zerkleinern des grobkörnigen Bohrkleins gewährleistet und ein Verklemmen des Bohrkopfes im Untergrund auch bei hartem Bohrklein weitgehend verhindert. Besonders vorteilhaft ist eine Mahlstruktur, bei welcher der radiale Abstand kontinuierlich abnimmt.

Bevorzugt weisen die Vertiefungen zwischen den Zahnkronen der Verzahnung im Querschnitt eine kreisabschnittsförmige Ausgestaltung auf. Damit wird eine gewisse Verwirbelung des grobkörnigen Bohrkleins beim weiteren Aufmahlen ermöglicht, was die Zerkleinerung des grobkörnigen Bohrkleins unterstützt.

Vorzugsweise sind die Zahngründe der Verzahnung im Wesentlichen auf einem Kreis um den Mittelpunkt des Bohrkopfs angeordnet. Der Radius dieses Kreises ist bevorzugt derart gewählt, dass der Querschnitt der verbleibenden Abführöffnungen an der Schnittseite des Bohrkopfs keinen direkten Eintritt des grobkörnigen Bohrkleins in das Bohrgestänge erlaubt. Zudem gewährleistet die Anordnung der Zahngründe der Verzahnung auf einem Kreis um den Mittelpunkt des Bohrkopfs eine genügende Abstützung der eingesetzten oder ausgeformten Schneide zur Aufnahme der, auf diese Schneide wirkenden Belastungen. In der Kombination mit der Abnahme des radialen Abstandes der Zahnkronen wird die Grösse der Aufnahmebereiche zwischen den Zahnkronen der Verzahnung entlang der Verzahnung fortlaufend reduziert. Dies verhindert einerseits ein Festsetzen von grobkörnigem Bohrklein in den Vertiefungen der Verzahnung und reduziert andererseits die Gefahr eines Verklemmens des Bohrkopfs im Untergrund.

Vorteilhafterweise ist der Bohrkopf in einem Giessverfahren hergestellt, was eine kostengünstige Fertigung des Bohrkopfs ermöglicht. Insbesondere bei einem selbstbohrenden, chemischen Verbundanker verbleibt der Bohrkopf im Untergrund. In einer Alternative dazu wird der Bohrkopf zu dessen Fertigung in eine Grundform gegossen und anschliessend beispielsweise mittels Fräsverfahren in die gewünschte Endausgestaltung gebracht.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine Aufsicht auf die Schnittseite eines erfindungsgemässen Bohrkopfes; und
2 eine Seitenansicht des erfindungsgemässen Bohrkopfs.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Der Bohrkopf 1 weist eine Schnittseite 2 und in Längsrichtung des Bohrkopfes 1 an dem, der Schnittseite 2 gegenüberliegenden Seite, einen Einsteckabschnitt 3 auf. Mit dem Einsteck abschnitt 3 wird der Bohrkopf 1 in ein rohrförmiges Bohrgestänge vor dem Beginn des Bohrvorgangs eingesetzt. Die Schnittseite 2 weist eine Aufnahme 4 für eine einsteckbare Schneide z. B. aus Hartmetall auf. An der Schnittseite 2 des Bohrkopfes 1 sind zwei, diametral gegenüberliegende Absaugöffnungen 5 angeordnet, welche an der radialen Aussenseite 6 des Bohrkopfes 1 jeweils eine als Verzahnung 7 ausgebildete Mahlstruktur aufweisen.
Die Verzahnungen 7 sind im Wesentlichen gleichartig ausgebildet und weisen mehrere Zahnkronen 8, 9, 10 und 11 sowie mehrere, dazwischen liegende Zahngründe 12, 13 und 14 auf. Die radialen Abstände r1, r2 und r3 der Zahnkronen 8, 9, bzw. 10 zum Mittelpunkt M nehmen kontinuierlich ab. Die Zahngründe 12, 13 und 14 liegen dagegen auf einem Kreis 15 um den Mittelpunkt M des Bohrkopfes 1. Die Vertiefungen 16.1, 16.2 und 16.3 weisen im Querschnitt eine kreisabschnittsförmige Ausgestaltung auf.

Claims

Bohrkopf für drehendes Bohren, insbesondere für drehendes Bohren im Berg- und Tunnelbau, an dem eine Schneide anbringbar oder ausgeformt ist, mit mindestens einer Absaugöffnung (5) für Bohrklein, dadurch gekennzeichnet, dass an der Absaugöffnung (5) eine Mahlstruktur ausgeformt ist.
Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlstruktur mittels einer am Umfang des Bohrkopfs angeordneten Verzahnung (7) gebildet ist.
Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnkronen (8, 9, 10) der Verzahnung (7) einen abnehmenden radialen Abstand (r1, r2, r3) zum Mittelpunkt (M) des Bohrkopfs (1) aufweisen.
Bohrkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand (r1, r2, r3) kontinuierlich abnimmt.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (16.1, 16.2, 16.3) zwischen den Zahnkronen (8, 9, 10, 11) der Verzahnung (7) im Querschnitt eine kreisabschnittsförmige Ausgestaltung aufweisen.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahngründe (12, 13, 14) der Verzahnung (7) im Wesentlichen auf einem Kreis (15) um den Mittelpunkt (M) des Bohrkopfs (1) angeordnet sind.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (1) in einem Giessverfahren hergestellt ist.