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Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer, insbesondere für Drehschlagbohrmaschinen,
mit einem als Förderschnecke ausgebildeten Vollschaft mit einem oder mehreren Schneckengängen,
bei welchen die das Bohrldein tragende Flanke gegenüber der Mantelfläche der Schneckengänge
hinterschnitten ist und beide Flanken zur Bohrerseele hin einen abgerundeten oder
abgeschrägten Übergang aufweisen.
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Der Anwendungsbereich der Erfindung umfaßt Gesteinsbohrer mit ein-
oder mehrgängiger Förderschnecke zur Verwendung bei Drehschlagbohrmaschinen oder
bei zum Bohren geeigneten Preßlufthämmern.
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Bei einem bekannten Gesteinsbohrer mit eingängiger Förderschnecke
ist der Schneckengang unsymmetrisch ausgebildet. Dabei ist die das Bohrmehl tragende
Flanke gegenüber der Mantelfläche des Bohrerschafts geringfügig hinterschnitten
und zur Bohrerseele hin mit einem verhältnismäßig kleinen Radius abgerundet. Demgegenüber
ist die andere Flanke als Kurve mit verhältnismäßig großem Radius ausgebildet. Durch
die besondere Querschnittsform des Schneckengangs bei diesem bekannten Gesteinsbohrer
soll der Transport des Bohrmehls in der Förderschnecke verbessert und damit die
Leistung des Bohrers erhöht werden. Durch die Hinterschneidung der das Bohrmehl
tragenden Flanke soll erreicht werden, daß das im Inneren des Schneckengangs befindliche
Bohrmehl unter Überwindung der Abschleuderkräfte durch die Drehbewegung nach innen
geschleudert wird.
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Die Hinterschneidung der das Bohrmehl-tragenden Flanke des bekannten
Gesteinsbohrers vermindert zwar bis zu einem gewissen Grade das Zurückfallen des
beim Bohren entstehenden Bohrmehls in das Bohrloch bzw. in den Spalt zwischen Bohrer
und Bohrlochwandung, so daß eine gewisse Verringerung der Mantelreibung des Bohrers
im Bohrloch erzielbar ist. Infolge der unsymmetrischen Ausbildung des Schneckengangs
wird der mit dem bekannten Gesteinsbohrer angestrebte Erfolg jedoch nur zu einem
sehr geringen Teil erreicht. Der Grund ist der, daß die in einer zur Bohrerlängsachse
parallelen Richtung infolge der auf den Bohrer ausgeübten Axialschläge stark vibrierenden
Bohrmehlteilchen gegen die der hinterschnittenen Flanke gegenüberliegende Flanke
geschleudert und von dort nach außen in Richtung auf die Bohrlochwandung abgelenkt
werden. Diese nachteilige Reflexion der Bohrmehlteilchen, die in verstärktem Maße
beim Gesteinsbohren mit Bohrmaschinen auftritt, die eine große Schlagkraft haben,
wirkt dem durch die Hinterschneidung der das Bohrmehl tragenden Flanke an sich erzielbaren
Effekt entgegen, so daß mit dem bekannten Gesteinsbohrer ein Zurückfallen des Bohrmehls
in das Bohrloch nicht verhindert werden kann. Die mit dem bekannten Gesteinsbohrer
erzielte Leistungsverbesserung gegenüber Bohrern, deren eine Flanke der Förderschnecke
nicht hinterschnitten ist, tritt damit kaum ein.
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Ferner sind Gesteinsbohrer bekanntgeworden, die eine doppelgängige
Förderschnecke zum Abführen des Bohrmehls aufweisen, deren Flanken jedoch nicht
hinterschnitten sind. Bei diesen bekannten Bohrern sind die Schneckengänge im Querschnitt
symmetrisch ausgebildet, wobei die gegenüberliegenden, radial abstehenden Flankenteile
gegenüber der Bohrerseele abgerundet sind, wobei der Rundungsradius verhältnismäßig
klein gewählt ist. Diese be-
kannten Gesteinsbohrer weisen zwar den oben beschriebenen
nachteiligen Reflexionseffekt nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß auf; es sind
jedoch keine Maßnahmen getroffen, die geeignet wären, einem Austreten des Bohrmehls
aus dem Bereich der Schneckengänge in das Bohrloch zu verhindern.
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Diese bekannten Gesteinsbohrer haben also den bei Bohrern dieser Art
allgemein auftretenden Nachteil, daß ein großer Teil des zerkleinerten und zunächst
in die unteren Schneckengänge beförderten Bohrkleins wieder in den Ringspalt gelangt
und beim Bohren nach unten absinkt, so daß die unteren Gänge der Förderschnecke
im Bereich des Bohrerkopfs häufig überfüllt sind, während in den darüberliegenden
Gängen die Menge des transportierten Bohrkleins in Richtung auf das Einspannende
des Bohrers hin abnimmt. Infolge der erhöhten Reibung im Bereich des Bohrmeißels
geht ein Teil der Bohrleistung verloren. Dies gilt bereits für Bohrungen in horizontaler
Richtung, um so mehr aber für Bohrungen in vertikaler Richtung mit Bohrvorschub
von oben nach unten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer mit
verbesserter Förderleistung seiner Förderschnecke und damit größerer Bohrleistung
zu schaffen, der insbesondere auch bei Verwendung in Bohrmaschinen mit besonders
kräftigem Axialschlag ein Austreten des Bohrkleins aus dem Bereich der Förderschnecke
in das Bohrloch weitgehend verhindert.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe an einem Gesteinsbohrer der eingangs
erwähnten Art dadurch, daß beide Flanken der Schneckengänge symmetrisch ausgebildet
sind.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Gesteinsbohrers erhält
der Schneckengang im Querschnitt eine sich in radialer Richtung von außen nach innen
erweiternde Hohlform. Dadurch, daß beide Flanken gegenüber der Manteloberfläche
hinterschnitten sind, erhält der Raum für das Bohrmehl eine optimale Größe. Ein
Herausfallen bzw.
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Herausschleudern des Bohrmehls aus diesem Raum wird wegen der nach
außen schräg zusammenlaufenden Flankenflächen weitgehend verhindert. Die Bohrmehlteilchen
werden selbst bei größter Vibration des Bohrers in Richtung der Bohrerlängsachse
im Inneren des Schneckengangs gehalten.
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Beim Gesteinsbohren ist stets anzustreben, daß das Bohrergewicht
möglichst gering ist. Nur dann ist es möglich, die vom Bohrgerät auf den Bohrer
ausgeübten Kräfte möglichst unvermindert über den Bohrmeißel auf das Gestein zu
übertragen. Man wird also die Bohrerseele gerade so stark ausbilden, daß diese die
Anforderungen an Knickfestigkeit, Biegefestigkeit und Torsionsfestigkeit erfüllt.
Diesen Forderungen kommt die erfindungsgemäße Ausführungsform der Förderschnecke
sehr entgegen, da sie eine besonders dünnwandige Konstruktion der Schneckenwindungen
ermöglicht, wobei gleichzeitig für einen großen Bohrmehlraum gesorgt ist.
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Außerdem ist am Erfindungsgegenstand vorteilhaft, daß die Schneckenwindungen
an ihrem äußeren Durchmesser, also an den Stellen, wo die Beanspruchung und der
Abrieb am größten sind, am stärksten ausgebildet sind.
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Für den von der Erfindung angestrebten Zweck ist es dabei gleichgültig,
ob die Flankenform im Bereich der Hinterschneidung geradlinig oder bogenförmig
ist.
oasselbc gilt auch für die Abrundung zwischen Flanke und Bohrerseele, die als Radius
oder als schräger Übergang ausgebildet sein kann.
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Der mit dem erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer gegenüber dem Stand
der Technik erzielte Fortschritt konnte durch Versuche nachgewiesen werden. Als
deutlichstes Indiz für die mit dem erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer erzielte Verbesserung
der Bohrmehlförderung wird die Tatsache angeführt, daß bei vertikal von oben nach
unten arbeitendem Bohrer die Bohrmehlauflage in der Förderschnecke vom Bohrmeißel
zum Einspannende des Bohrers hin von Windung zu Windung in ihrer Dicke zunimmt.
Dagegen ist bei bekannten Bohrern eher eine Dickenzunahme gerade in umgekehrter
Richtung festzustellen, allenfalls bleibt die Schichtdicke konstant.
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Das bedeutet, daß beim erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer das Bohrmehl
in den dem Bohrmeißel benachbarten Windungen der Bohrmehlförderschnecke etwa mit
der gleichen Geschwindigkeit abtransportiert wird, wie es vom Bohrmeißel erzeugt
und in die Eingänge der Förderschnecke geschleudert wird. Im Bereich der oberen
Windungen der Förderschnecke wächst die Schichtdicke des Bohrmehls in den Gängen
in Richtung auf das Einspannende des Bohrers hin infolge der axialen Schlagbewegung
des Bohrers an. Ein solches Anwachsen kann aber nur dann eintreten, wenn der weitaus
größte Teil des Bonrmehls im Inneren des Förderschneckengangs verbleibt, was bei
dem Gesteinsbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung in hohem Maße der Fall ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F i g. 1 einen Schaftabschnitt eines Gesteinsbohrers in der Ansicht, wobei
die obere Hälfte im Schnitt dargestellt ist.
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F i g. 2 einen Ausschnitt gemäß A der F i g. 1 in stark vergrößerter
Darstellung, F i g. 3 einen Mittelschnitt durch einen Abschnitt des Gesteinsbohrers,
wobei die Schneckengänge mit Bohrmehl angefüllt sind.
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F i g. 1 zeigt einen Abschnitt des Bohrerschafts 1, wobei die obere
Hälfte im Schnitt dargestellt ist. Die Förderschnecke ist am dargestellten Beispiel
als zweigängige Schnecke ausgeführt; die beiden Gänge sind mit a und b bezeichnet.
Aus der Schnitt-
darstellung wird deutlich. dal3 die gcgellübellieellden Flanken
2 und 3 eines Gangs gegenüber der Nlantelfläche 4 des Schafts jeweils unter einem
spitzen Winkel schräg verlaufcn, wobei der zwischen Mantelfläche und den Flanken
eingeschlossene Winkel 90-rr beträgt. Der Winkel rz beträgt in der dargestellten
Ausführungsform der Erfindung etwa 7- Die Flanken 2 und 3 sind bezüglich der Gangmitte
symmetrisch ausgebildet und zur Bohrerseele 5 hin bei 6 und 7 abgerundet.
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In F i g. 2 ist ein Querschnitt durch eine Windung der Förderschnecke
8 dargestellt. An dem durch die Mantelfläche begrenzten äußeren Umfang 9, also dort,
wo beim Bohren die stärksten Beanspruchungen auftreten, ist die Windung am stärksten
ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Breite
der Windung am Außenumfang etwa 0,1 bis 0,125 D, wobei D der Gesamtdurchmesser des
Bohrerschafts ist. Die Tiefe T des Schneckengangs beträgt bei dieser bevorzugten
Ausführungsform etwa 0,2 bis 0,25 D.
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F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer,
wobei im Inneren der Schneckengänge a und b die Bohrmehlauflage 10 eingezeichnet
ist, wie sie sich etwa beim vertikalen Bohren mit Bohrvorschub von oben nach unten
einstellt. An diesem Beispiel wird deutlich, daß die Auflagendicke in den obersten
Gängen wesentlich größer ist als unten im Bereich des Bohrkopfs. Das bedeutet, daß
das Bohrmehl infolge des Axialschlags des Bohrers von unten nach oben. von Windung
zu Windung verdichtet, über die Länge des Bohrers zu immer höher werdenden Schichten
10 anwächst.