DE19619194A1 - Bohrkrone für das schlagende Bohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für das schlagende Horizontalbohren mittels Imlochhammers mit an einer Stirn­ fläche angeordnetem Kronenbesatz - insbesondere aus Hart­ metallstiften - sowie mit in Abstand zur Bohrkronenachse angeordneten Spüldurchgängen an einer Bohrscheibe der Bohr­ krone. Deren Stirnfläche kann einen die Bohrkronenachse querenden Zentralabschnitt mit nach außen anschließendem Kegelringabschnitt aufweisen, der zu einer Umfangsfläche der Bohrscheibe geneigt ist.

Die Horizontalbohrtechnik mit einem sog. Imlochhammer wird verstärkt für das Bohren von Abwasserkanälen eingesetzt. Hierbei ist ein zielgenaues Bohren - insbesondere was die Vertikalabweichungen betrifft - von besonderer Bedeutung. Da derartige Bohrungen in Böden vorgenommen werden, die ei­ ne sehr unterschiedliche und sehr wechselhafte Beschaf­ fenheit aufweisen können, muß das Bohrsystem die daraus re­ sultierenden Neigungen zur Abweichung von der gewünschten Bohrrichtung berücksichtigen. Entscheidend zum Erreichen des Zielpunktes der Bohrung kann hierbei die Ausgestaltung der Kronenform sein.

Durch die DE-A-43 26 000 ist eine Bohrkrone für schlagendes Bohren der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei der zur Erhöhung der Richtungsstabilisierung an einen die Bohr­ kronenachse querenden Zentralabschnitt der Stirnfläche ein Kegelringabschnitt anschließt, dessen Radius mehr als dem zweifachen Radius des Zentralabschnittes entspricht bei ei­ nem Konuswinkel mit der Bohrkronenachse von etwa 50 bis 70°. Als Spüldurchgänge dienen in den Bohrscheibenumfang eingeformte Spülnuten. Die Spülnuten sind spiralartig ange­ ordnet, und ihre gedachten Nutenachsen nehmen gegenüber ei­ ner Kegelerzeugenden einen Winkel größer null ein. Zudem ist die jeweils in Drehrichtung der Bohrkrone hintere Seite der Spülnut als steile Flanke eines Flügelsteges ausgebil­ det, der eine geneigte Flanke eines anderen Flügelsteges gegenüberliegt. Insgesamt besteht diese Spülnut aus einer zylindrischen Teilfläche und zwei anschließenden ebenen Flächen, die beide einen Winkel von 90° einschließen.

Spülnuten für den Bohrkleinaustrag am äußeren Umfang der Bohrkrone fräsen sich bei weichem bis mittelfestem Gestein sowie bei Böden mit unterschiedlicher Beschaffenheit wäh­ rend des Horizontalbohrens leicht nach unten, gleichzeitig wird das Bohrklein gegen die Bohrlochwand geblasen, was bei kleinkörnigem Bohrklein zum Verblasen des Zwischenraums zwischen Bohrlochwand und mitzuführendem Schutz- bzw. Man­ telrohr führt. Dadurch können sich die Rohre schon nach we­ nigen Bohrmetern festfahren. Dies ist nur durch einen rela­ tiv großen Vorlauf der Bohrkrone zum Schutzrohr zu vermei­ den, wodurch jedoch wiederum die Gefahr von Steinfall zwi­ schen Bohrkrone und Schutzrohr zunimmt.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin­ der das Ziel gesetzt, eine Bohrkrone der eingangs erwähnten Art bezüglich ihres Spülverhaltens zu verbessern sowie die Genauigkeit des Bohrvorganges zu erhöhen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Anspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiterbildun­ gen an.

Erfindungsgemäß werden die Spüldurchgänge von - bohrungs­ artigen - Spülkanälen gebildet, die innerhalb der Bohr­ scheibe in Absand zu deren Umfangsfläche verlaufen. Dank dieser Maßgabe wird anstehendes Bohrklein durch diese Boh­ rungen im Kronenkörper abgeführt. Die Umfangsfläche der Bohrkrone ist geschlossen und beeinflußt somit die Bohr­ lochwand nicht. Das Bohrklein wird direkt in das mitge­ führte Schutz- oder Mantelrohr geblasen und kann nicht den Ringspalt zwischen Bohrlochwandung und Mantelrohr verdäm­ men.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Bohrkrone sehr nahe vor dem Mantelrohr angeordnet sein kann; sie läuft während des Horizontalbohrens sehr ruhig, da sich die ge­ schlossenen Spülbohrungen an der Bohrlochwandung nicht ver­ haken. Hierdurch wird der Verschleiß beim Bohrhammerein­ steckende, am Aufnahme- oder Kronenschaft sowie am Bohran­ trieb minimiert.

Nach anderen Merkmalen der Erfindung sind die Spülkanäle am Übergang vom Zentralabschnitt zum Kegelringabschnitt der Stirnfläche angeordnet, bevorzugt auch am Übergang von ei­ nem Zentralabschnitt der Rücken- oder Unterfläche der Bohr­ scheibe zum anschließenden Kegelringabschnitt dieser Rücken- oder Unterseite. Letzterer ist gegenläufig zum Ke­ gelringabschnitt der Stirnfläche geneigt.

Der Kegelansatz oder Kegelringabschnitt der Bohrscheibe ist schmal gehalten, um ein Verdrängen weicher Bodenbestand­ teile beispielsweise in lehmigem Boden mit Steineinla­ gerungen während der Bohrung zu vermeiden. Dank dieser Maß­ gabe wird der komplette Bohrungsquerschnitt geräumt und gleichzeitig verhindert, daß sich verdrängter Boden kurz hinter der Bohrkrone wieder entspannen sowie den geringen Überschnitt in Form des Ringspaltes zwischen Bohrlochwand und Mantelrohr verfüllen kann.

Zudem hat es sich als günstig erwiesen, die kranzartig vor­ gesehenen Spülkanäle so anzuordnen, daß ihre Mittelachsen etwa parallel zur Bohrkronenlängsachse verlaufen.

Erfindungsgemäß können in der Stirnfläche der Bohrscheibe von der Mündung der Spülkanäle zur Bohrkronenlängsachse verlaufende radiale Innennuten vorgesehen sein, die zu ei­ nem besseren Bohrgutaustrag führen.

Die Bohrkrone kann am Aufnahmeschaft in an sich bekannter Weise durch einen Konussitz angebracht sein. Dieser ist nur für den Kroneneinsatz mit kleinen Imlochhämmern (3′′-6′′) ge­ eignet. Bei größeren Hämmern (5′′-12′′) wird der Konussitz erfindungsgemäß durch eine Paßfeder, Zahnwellen- oder Ge­ windeverbindung ersetzt, da ansonsten die Bohrkronenscheibe durch die Keilwirkung des Schaftes bei hoher Schlagenergie reißen kann. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Paßfe­ der- oder Zahnwellenverbindung liegt in der Möglichkeit, die Bohrkronenscheibe definiert zu montieren; sowohl die Bohrscheibe als auch ein axial von ihr abragender Vorbohrer können direkt mit Spülluft beaufschlagt werden. Die bessere Spülung führt zu schnellem Bohrgutaustrag und somit zu ei­ nem größeren Bohrfortschritt und zu geringerem Werkzeugver­ schleiß.

Bei inhomogenen Gesteinsformationen besteht die Gefahr, daß sich durch die Vibration der Bohrkrone während des Bohr­ vorganges Gesteinsbrocken aus der Bohrlochwand lösen und in den Freiraum zwischen Bohrkrone und Mantelrohr fallen. Da­ durch wird das ganze System blockiert und kann unter Um­ ständen nicht mehr geborgen werden.

Diese Gefahr besteht nicht mehr, wenn die Bohrkronenscheibe erfindungsgemäß durch ein aufgeschraubtes Zwischenrohr, ei­ ne Manschette, ergänzt wird; hierdurch entsteht ein ge­ schlossenes, störungsunanfälliges System.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 die teilweise geschnittene Seitenan­ sicht eines Horizontalbohrers mit Bohrkrone in einem Bohrloch;

Fig. 2, 4 die vergrößerten Seitenansichten zwei­ er teilweise geschnittener Ausge­ staltungen der Bohrkrone;

Fig. 3, 5 stirnwärtige Draufsichten auf die Bohrkronen der Fig. 2 bzw. 4.

In einer Boden- oder Gesteinsformation 10 ist ein Bohrloch 12 mittels eines Horizontalbohrsystems - für einen Durch­ messerbereich zwischen 180 mm und 840 mm - eingebracht; die Längsachse A einer in die Formation 10 eingreifenden Bohrkrone 14 verläuft in Fig. 1 horizontal. An einen Auf­ nahmeschaft 16 mit Keilwellenprofil 18 der Bohrkrone 14 schließt gegen die Vortriebsrichtung x ein Hammerüberrohr 20 mit außenliegender Wendel 22 an, das einen aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Zeichnung im einzelnen ver­ nachlässigten Imlochhammer 24 zum schlagenden Bohren auf­ nimmt.

Das Hammerüberrohr 20 und ein am Imlochhammer 24 durch eine Gewinde- oder eine Sechskantverbindung 25 axial festgeleg­ tes Bohrgestänge 26 werden von einem Schutz- oder Mantel­ rohr 28 umfangen, dessen Frontkante 29 einer an einem Au­ ßengewinde 30 der Bohrkrone 14 verschraubten Manschette 32 zugeordnet ist. Zwischen dem Mantelrohr 28 und der Bohr­ lochwandung 11 verläuft ein schmaler Ringspalt 34. Der Au­ ßendurchmesser d der Manschette 32 entspricht jenem der Au­ ßenkante 23 der Überrohrwendel 22. Bei einer Gestängewendel 22 _a am Bohrgestänge 26 kann der Wendeldurchmesser aus Grün­ den der Reibung etwas reduziert sein.

Am Aufnahmeschaft 16 sitzt zum Bohrlochtiefsten hin eine Bohrscheibe 36, deren Außendurchmesser e i.w. die Bohr­ lochweite bestimmt. Von dieser im Bereich des Außendurch­ messers e kranzartig ausgebildeten Bohrscheibe 36 ragt axial eine bolzenartige Vorbohrkrone 38 ab; der Außendurch­ messer e der Bohrscheibe 36 mißt etwa das 2,5fache des Au­ ßendurchmessers i der Vorbohrkrone 38. Deren freie Kraglän­ ge h entspricht etwa der halben Bohrkronenlänge h_l.

Die Stirnfläche 40 der Bohrscheibe 36 setzt sich aus einem - die Bohrkronenachse A rechtwinklig querenden - kreis­ förmigen Zentralabschnitt 40 _z vom Durchmesser n sowie einem schmalen Kegelringabschnitt 40 _k zusammen, der mit der Bohr­ kronenachse A einen flachen Konuswinkel w einschließt.

Der Kegelringabschnitt 40 _k - und damit die Stirnfläche 40 - endet an einer Umfangsfläche 42 der Bohrscheibe 36, die sich in Vortriebsrichtung x erweitert; sie schließt mit der Bohrkronenachse A einen Winkel t von 3° bis 5° ein. Die Stirnfläche 40 der Bohrscheibe 36 ist ebenso wie die Stirn­ fläche 39 der Vorbohrkrone 38 mit Hartmetallstiften 44 be­ setzt.

Von der Stirnfläche 40 gehen in radialem Abstand z zur Um­ fangsfläche 42 etwa achsparallele Spülkanäle 46 aus, welche die Bohrscheibe 36 durchsetzen; ihr Durchmesser q ent­ spricht etwa einem Sechstel des größten Außendurchmessers e der Bohrkrone 14. Die Spülkanäle 46 münden an der Rücken- oder Unterseite 48 der Bohrscheibe 36. Diese Unterseite 48 ist wie die Stirnfläche 40 gestaltet; an einen inneren Zen­ tralabschnitt 48 _z schließt ein äußerer Kegelabschnitt 48 _k an. Die Mittelachse M des Spülkanals 46 verläuft etwa durch einen diese Abschnitte 40 _k, 40 _z bzw. 48 _k, 48 _z trennenden Konstruktionskreis K.

In Fig. 2, 4 sind Sackbohrungen 50 der Bohrscheibe 36 an deren Umfangsfläche 42 erkennbar. Diese Sackbohrungen 50 nehmen Hartmetallstifte 44 auf, die der Umfangsfläche 42 als Verschleißschutz dienen. In Fig. 3, 5 wiedergegebene radiale Innennuten 52 im Zentralabschnitt 40 _z der Stirn­ fläche 40 verbessern den Bohrgutaustrag.

Der das oben beschriebene Keilwellenprofil 18 anbietende Aufnahmeschaft 16 sitzt in der Bohrkrone 14 der Fig. 2, 3 mittels eines sich in Vortriebsrichtung x verjüngenden Ko­ nusringes 54, an den ein nicht dargestelltes Gewinde für die Vorbohrkrone 38 anschließen kann.

In der Ausgestaltung der Bohrkrone 14 _a der Fig. 4, 5 ist der Aufnahmeschaft 16 mit einem Bund 56 versehen, der in eine Ringschulter 58 der Bohrscheibe 36 _a eingreift. Der in Vorschubrichtung x anschließende Lagerabschnitt 16 _a wird von Paßfedern 60 drehgesichert. Die bohrkopfseitigen Axial­ nuten dafür sind in Fig. 5 mit 62 bezeichnet.

Nicht dargestellt ist die Verbindung von Aufnahmeschaft 16 und Bohrscheibe 36 mittels einer Zahnwellen- oder einer Ge­ windeverbindung.

Zum Herstellen von großen Bohrkronen 14 eines Durchmessers e zwischen 500 mm und 840 mm kann nicht mehr Rundmaterial eingesetzt werden; man muß in diesem Falle Schmiederohlinge verwenden, aus denen man dann in kostengünstiger Weise die Bohrscheibe 36, den Aufnahmeschaft 16 sowie den Vorbohrer 38 einstückig erzeugt.

Claims (12)

1. Bohrkrone für das schlagende Horizontalbohren mittels Imlochhammers mit an einer in Vortriebsrichtung wei­ senden Stirnfläche angeordnetem Kronenbesatz, insbe­ sondere aus Hartmetallstiften, sowie mit in Abstand zur Bohrkronenachse angeordneten Spüldurchgängen an einer Bohrscheibe der Bohrkrone, dadurch gekennzeichnet, daß die Spüldurchgänge von Spülkanälen (46) gebildet sind, die innerhalb der Bohrscheibe (36) in Abstand (z) zu deren Umfangsfläche (42) verlaufen.

2. Bohrkrone mit die Bohrkronenachse querendem Zentral­ abschnitt der Stirnfläche und nach außen anschließen­ dem, zur Umfangsfläche geneigten Kegelringabschnitt, der in die Umfangsfläche der Bohrscheibe übergeht, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülkanäle (46) am Übergang vom Zentralabschnitt (40 _z) zum Kegelringabschnitt (40 _k) der Stirnfläche (40) angeordnet sind.

3. Bohrkrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spülkanäle (46) am Übergang von ei­ nem Zentralabschnitt (48 _z) zu einem anschließenden Ke­ gelringabschnitt (48 _k) der Rücken- oder Unterfläche (48) der Bohrscheibe (36) angeordnet sind.

4. Bohrkrone nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kegelringabschnitt (48 _k) der Rücken- oder Unterseite (48) der Bohrscheibe (36) gegen­ läufig zu deren Kegelringabschnitt (40 _k) der Stirn­ fläche (40) geneigt ist.

5. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (M) des Spülka­ nals (46) etwa parallel zur Bohrkronenlängsachse (A) verläuft.

6. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stirnfläche (40) der Bohr­ scheibe (36) von der Mündung der Spülkanäle (46) zur Bohrkronenlängsachse (A) radiale Innennuten (52) ver­ laufen.

7. Bohrkrone mit Aufnahmeschaft für die Bohrscheibe und gegebenenfalls einer bolzenartigen axialen Vorbohr­ krone nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Aufnahmeschaft (16) mit einem Ringbund (56) an der Bohrscheibe (36) abstützt, in der er mit Paßfedern (60) gehalten ist.

8. Bohrkrone mit Aufnahmeschaft für die Bohrscheibe und gegebenenfalls einer bolzenartigen axialen Vorbohr­ krone nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeschaft (16) in der Bohrscheibe (36) durch eine Zahnwellen- oder Gewindeverbindung gehalten ist.

9. Bohrkrone nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrscheibe (36) eine von ihr innerhalb der Umfangsfläche (42) gegen die Vortriebsrichtung (x) abragende Manschette (32) trägt, die an der Innenfläche eines in Bohrkronen­ längsachse (A) gerichteten Mantelrohres (28) ver­ läuft.

10. Bohrkrone nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (32) mit der Bohrscheibe (36) ver­ schraubt ist.

11. Bohrkrone nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außendurchmesser (d) der Manschette (32) etwa dem Außendurchmesser einer Außenkante (23) einer den Aufnahmeschaft (16) umgebenden Wendel (22) entspricht.

12. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrscheibe (36) mit dem Auf­ nahmeschaft (16) sowie einem axialen Vorbohrer (38) einstückig, insbesondere aus einem Schmiederohling, hergestellt ist.