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Schlagbohrmeißel
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Die Erfindung betrifft einen Schlagbohrmeißel mit einem Döpper-und
einem Kopfteil, mit Dreh- und axiale Schlazkrafte vom Döpperauf das Kopfteil übertragenden
Verbindungen zwischen diesen Teilen und mit einer Mehrzahl von an der Stirnfläche
des Kopfteils in mehreren in Umfangsrichtung einen Abstand zueinander aufweisenden
Gruppen, die durch Strömungsmittelkanäle voneinander getrennt sind, angeordneten
Schneideinsätzen.
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Die Erfindung bezieht sich' vor allem auf einen Meißel zum Schlagbohren,
wobei ein Gerät, das in der Lage ist, schnelle Schlagkräfte auszuüben, unmittelbar
oberhalb des Bohrmeißels befestigt ist und durch ein komprimierbares Strömungsmittel,
z.B. Luft oder ein anderes Gas, betätigt wird. Der Bohrmeißel besteht aus einem
Döpper- und einem Kopfteil. Wenn das Schlaggerät gegen den Meißeldöpper schlägt,
so wird die gesamte Anordnung gedreht, wodurch die Schneideinsätze am Kopfteil,
die in typischer Weise aus einem Hartmetall, z.B. Wolframkarbid, bestehen, zu einem
neuen Teil der zu bohrenden Erdformation bei jedem Schlag weitergeschaltet werden.
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Die hohe Frequenz der Schläge oder Stöße, die auf die zu bohrende
Formation wirken, bringt diese zum Brechen. Die reine bzw. effektive Findringung
eines jeden Einsatzes in die Erdformation pro Schlag ist jedoch sehr gering, und
insofern stellt die Lagebeziehung zwischen einem Einsatz und einem anderen einen
kritischen Faktor dar.
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Bei Schlagbohrmeißeln liegt ein ernsthaftes Problem im Kalibrierabrieb,
da diejenigen Einsätze, die das Bohrloch kalibrieren, d.h. diejenigen, die den Außendurchmesser
des Lochs bohren, die größte Materialmenge entfernen müssen und noch dazu dem Gleit-oder
Verschiebeabrieb beim Weiterschalten des Meißels aufgesetzt sind. Die Anordnung
einer größeren Anzahl von Kalibriereinsätzen macht im allgemeinen eine Verminderung
der Menge des tragenden Materials erforderlich, das jeden Einsatz £-esthält, oder
es müssen die Bereiche für die Kanäle verkleinert werden, durch die das Strömungsmittel
(meistens Luft) fließt, um das Bohrklein von den inneren Reihen der Einsätze an
der Meißelstirnfloche zu entfernen.
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Eine Verkleinerung des Bereichs der Strömungsmittelkanäle hat die
nachteilige Wirkung einer Erhöhung des Gegendrucks auf das Schlaggerät zur Folge,
so daß die Stoßkraft pro Schlag vermindert wird, wodurch die Eindringrate abnimmt.
Eine Vermehrung der Zahl der Einsätze in der Kalibrierreihe unter Beibehaltung des
Strömungsmittelkanalbereichs verkleinert das Lagermiterial pro Einsatz, so daß hieraus
im allgemeinen ein Dauerbruch des LsFermaterials resultiert.
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Ein typischer Schlagbohrmeißel bekannter Art ist durch einen Bereich
hohen Abriebs und einen solchen niedrigen Abriebs gekennzeichnet, weil das Döpperteil
des Meißels, das im Gehäuse des Schlaggeräts eingeschlossen ist, im allgemeinen
nicht abgenutzt oder nicht im gleichen Maß geschädigt wird wie das die Bohrarbeit
ausführende Kopfteil des Meißels. Getrennte Schneid- oder Döpperteile mit einer
Gewindeverbindung vorzusehen, hat sich im allgemeinen auf Grund von rmüdunpsbrüchen
an den Gewinden nicht als erfolgreich herausgestellt. Der zur Verfügung stehende
Raum beschränkt
das Gewinde in seiner körperlichen Grö.ßwie auch
die Anwendung von unterschiedlichen Halterungsmethoden, die im Hinblick auf das
Ermöglichen einer Trennung des Meißelkopfteils vom Döpperteil an der Bohrstelle
selbst verwendet werden können.
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Der Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, einen Schlagbohrmeißel
zu schaffen, dessen Kopf sowie Döpperteil voneinander auch auf der Bohrstelle trennbar
sind und der eine erhöhte Wirtschaftlichkeit im Betrieb dadurch aufweist, daß die
Einsätze der Kalibrierreihe und innerer reihen gleichförmiger belastet sind, während
an der Meißelstirnflache noch maximale Strömungsmittelbereiche ermöglicht werden.
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Erfindungsgemäß ist ein Schlagbohrmeißel der eingangs genannten Gattung
zur Lösung der gestellten Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige
der SchneideinsÄtze an vorbestimmten axialen und radialen Stellen mit Bezug zur
Bohrachse derart angeordnet sind, daß sie während der Bohrvorgänge in die zu bohrende
Erdformation um im allgemeinen gleiche Werte eindringen und somit im allgemeinen
der gleichen Belastung ausgesetzt sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben über einstimmende
Sätze von Schneideinsätzen, und zwar ein Satz einer jeden Gruppe, von der Bohrerachse
gleichen radialen Abstand, und aufeinanderfolgende Einsätze in einer Gruppe - in
der Drehrich tung des Bohrers - weisen zur Schneidstirnfläche des Meißelkopfteils
fortschreitend geringere axiale Abstände auf, wobei dieser axia le Abstand von einander
entsprechenden Einsätzen in den einzelnen Sätzen gleich ist. Vorzugsweise enthalten
die Verbindungen zwischen Döpper- und Kopfteil eine Kontermutter mit einem Außengewinde,
das zu einem Innengewinde am Kopfteil paßt, und innere Nuten sowie Federn, die mit
entsprechenden äußeren Nuten sowie Federn am Döpperteil zur tSbertragung von Drehkräften
zum Eingriff kommen; zueinander passende Stoßflächen am Döpperteil, an der Kontermutter
und am Kopfteil dienen zur Übertragung von axialen Schlagkräften ohne Belastung
der Gewinde. In vorteilhafter weise
werden die Anschlagschultern
der Kontermutter und des Kopfteils dazu herangezogen, den zusammenpassenden Gewinden
eine Vorspannung zu vermitteln, um eine feste Verbindune zwischen diesen sicherzustellen,
die einem Lösen unter der Einwirkung der axialen, durch das Döpper- auf das Kopfteil
übertragenen ochlagkäfte Widerstand entgegensetzt, und um somit die Drehkraftübertragung
aufrechtzuerhalten.
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Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert.
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Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht eincs Schlagbohrmeißels.
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Fig. 2 zeigt in einer Ansicht die schneidende Kopfseite eines Meißels
von der in Fig. 1 dargestellten Art.
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Fig. 3 ist eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines Neißels mit
einem gegenüber jenem andersartigen Döpperteil und andersartiger Anordnung zum Erteilen
einer Vorspannung.
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Fig. 4 zeigt in einer Ansicht die schneidende Kopfseite eines Meißels
nach dem Stand der Technik.
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Fie, 4a stellt das fortschreitende Eindringen der Karbideinsätze der
Kalibrierreihe des bekannten Meißelsyon Fig. 4 dar.
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Fig. 5, 5a und 5b zeigen zusammen das fortschreitende Eindringen der
Karbideinsätze der äußeren Reihe oder Kalibrierreihe des in Fig. 1 dargestellten
Schlagbohrmeißels.
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Fig. 6, 6a und 6b zeigen zusammen das fortschreitende Eindringen der
nach innen hin benachbart zur Kalibrierreihe liegenden Karbideinsätze des in Fig.
1 dargestellten Meißels.
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Fig. 7 zeigt in vergrößerter Darstellung den Schnitt nach der Linie
7 - 7 in der Fig. 2.
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Der Schlaebohrmeißel von Fig. 1 hat ein Döpperteil 1 n:it äußeren
längsverlaufenden Antriebskeilnuten sowie -federn 2 und mit einem Strömungsmitteldurchlaß
3. Eine Kontermutter 4 ist mit Außeneewinde im Bereich 5 versehen, in das das Innengewinde
des Meißel kopfes 6 eingreift. Anschlagschultern 7 übertragen auf die zueinanderpassenden
Gewinde
eine Vorspannkraft, um die Kontermutter 4 am Kopf 6 zu halten. Innen liegende Nuten
und ledern der Kontermutter 4 enden an der Stelle 8 und sind den Antriebskeilnuten
sowie -federn 2 gleichartig, welche an der Stelle 9 enden. Damit bleibt ein freier
Raum zwischen den Nut- und Federenden am Döpperteil 1 und an der Kontermutter 4,
wenn letztere am Kopf 6 fest angezogen ist. Die Keilnuten an der Kontermutter 4
dienen dazu, auf den Kopf 6 im Verlauf des Weiterschaltens eine Drehkraft zu übertragen,
während sie eine direkte Übertragung von mchlagkräften vom (nicht gezeigten) Schlagbohrgerät
auf den opf 6 an der Fläche lo ermöglichen. Der zwischen den Enden der Keilnuten
an den Stellen 8 und 9 gebildete freie f?aum kann mit einem zusammen~ preßbaren
Füllstoff ausgefüllt werden, so daß die bei 1o aneinanderstoßenden flächen von Döpper
und Kopf infolge des Aneinanderliegens der Schultern von Kopf 6 und Kontermutter
4 zu einem gewissen Grad vorgespannt werden.
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Am Kopf 6 sind eine Vielzahl von Wolframkarbid-Schneideinsätzen 11
derart angeordnet, daß sie fortscheitend das zu durchbohrende Frdreich brechen.
Ein Strömungsmitteldurchgang 12 ist für zwei solche Durchgänge kennzeichnend, die
ein Strömungsmittel, in typischer Weise Luft oder ein anderes Gas, vom Schlagbohrgerät
über die Stirnseite des Kopfes 6 leiten, so daß das Bohrklein, das von den Einsätzen
11 erzeugt wird, entfernt wird.
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Die Einsätze 13, 14 und 15 sind beispielsweise als Kalibriereinsätze
vorgesehen und habeh denselben radialen Abstand von der Achse des Schlagbohrmeißels.
Sie liegen jedoch nicht in der gleichen, quer zur Meißelachse verlaufenden Ebene,
wie aus ihrer Lage zur Bezugsebene 16 in Fig. 1 zu erkennen ist. Der Einsatz 14
hat den Abstand 17 und der Einsatz 15 den Abstand 18 von der Bezug ebene 16. Damit
haben die aufeinanderfolgenden Einsätze 13, 14 und 15 in Wichtung des Bezugspunkts
des ?ohrers einen fortschreitend geringeren axialen Abstand von der Bezugsebene
16.
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Gemäß Fig. 2, in der gegenüber Fig. 1 die schneideinsätze mit anderen
Bezugszahlen bezeichnet sind, sind drei gleichartige Gruppen von Einsätzen 19, 20
und 21 durch drei trömunpsmittelkanäle 22, 23 und 24 voneinander getrennt, die über
zwei Strömungamitteldurchgänge 25, 26 versorgt werden. Letztere enden im Innern
auf der Bohrerachse in der Mitte des Kopfes 6. Einige Einsätze in jeder Gruppe sind
auf gleichern radialen Abstand von der Bohrerachse angeordnet, so daß eine Reihe
von Sätteln oder Graten bei jeder Drehung des Meißelkopfes in das Erdreich eingeschnitten
werden.
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Der Schlagbohrmeißel von Fig. 3 hat gegenüber dem von Fig. 1 eine
andersartige Vorspannanordnung, indem eine Dlane tläche 28 zur Übertragung der Vorspannkraft
anstelle der Keilnutflächen des Meißels verwendet wird. Nichtsdestoweniger ist die
grundsätzliche ausbildung der Kontermutter, der Keilnuten und des Kopfes gleichartig,
d. h., die Gewinde des Kopfes und der Kontermutter sind nicht den durch den Bohrer
übertragenen Schlagkräften ausgesetzt.
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Bei dem in Fig. 4 gezeigten Schlagbohrmeißel nach dem Stand der Technik
haben die Kalibrierreiheneinsatze 29 bis 38 in bezug zur Bohrerachse eine Neigung
oder Schräglage, wie das in der Praxis üblich ist, sie sind aber in der gleichen
Ebene (quer ur Bohrerachse) mit Bezug zu der zu bohrenden Formation angeordnet.
Strömungsmittelkanäle 39, 4o sind vorhanden. Der Rest der Einsätze befindet sich
in der gleichen Ebene (wiederum quer zur Bohrerachse) die jedoch im allgemeinen
um einen geringen Betrag unter der Ebene der Kalibriereinsätze liegt.
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Die Art, in der der bekannte Meißel von Fig. 4 schneidet, ist in Fig.
4a als aufgebrochenes Längsprofil dargestellt, das heißt derart, als wenn der Umfang
des Loches am Radius der Kalibriereinsätze in eine gerade Linie abgewickelt wäre.
Die Bezugszahlen für die Einsätze sind an einer den Beginn des Bohrens darstellenden
Position angegeben. In dem in der Darstellung erfaßten Zeitintervall
legt
der Einsatz 33 die Umfangsatrecke zur Position des Einsatzes 34 zurück. Dieser besondere
T;yp eines Hohrmeißels weist einen großen Abstand zwischen den Einsätzen 29, 30
und 34, 35 auf, wodurch je ein pfeil 41 bzw. 42 des Bohrlochbodens ungeschnitten
bleibt, wenn die übrigen Einsätze vollständig die zwischen ihnen liegenden Strecken
durchlaufen haben. Der Enderfolg ist, daß die einsätze 29 und 34 einer höheren Belastung
auszersetzt sind als die übrigen Einsätze der Kalibrierreihe. Der Fig. 4a ist zu
entnehmen, daß die einsätze 30, 31, 32 und 35, 36, 37 die am wenigstens belasteten
Einsätze sind, während die Einsätze 33 und 38 der zweithöchsten Belastung unterliegen.
Bei einem Bohrmeißel dieser Ausbildung ist der Abrieb am höchsten an den vorlaufenden
Einsätzen 29 und 34, für den Rest der Einsätze nimmt er ab.
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Dieser bekannte Meißel liefert jedoch große Luftausströmkanäle, um
den Gegendruck am Bohrgerät zu vermindern.
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Die in fi ig. 2 wiedergegebene Ansicht der Anordnung der Schneideinsitze
gemäß der 1.erfindung läßt erkennen, daß Einsätze 43 bis 51 zum Brechen des äußeren
Umfangs oder Kalibers des Bohrlochs mit gleichen Abständen zwischen ihnen vorgesehen
sind. Das resultierende aufgebrochene Längsprofil von Fig. 5 gilt für die gleiche
Umdrehungsgeschwindigkeit und Eindringrate, wie sie für den bekannten Meißel von
Fig. 4 bei der Ausbildung des Längsprofils gemäß Fig. 4a angenommen worden ist.
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In Fig. 5 sind die ersten Kalibrierreiheneinsätze, die mit der zu
bohrenden Erdformation in Berührung kommen, die - auch in Fig. 2 gezeigten - Einsätze
44, 47 und So. Die Neigungslinie 52 ist für die drei Gruppen 19, 20 und 21 von Einsätzen
identisch und durch die Umdrehungsgeschwindigkeit sowie Eindringrate des Bohrers
bestimmt. Diese Neigungslinie 52 liegt derart, daß die Kalibrierreiheneindringung
für alle diese Einsätze für eine vorbestimmte Eindringrate und Umdrehunsgeschwindigkeit
konstant ist.
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Es ist möglich, eine konstante Kalibrierreiheneindringung zu erhalten,
indem man einen gleichwinkeligen Abstand zwischen den Kalibrierreiheneinsstzen vorsieht.
Das allerdings läßt große tatrömungsmittelkanäle am Außenumfang des Meißels nicht
zu, weshalb das Bohrgerät mit höheren Gegendrücken arbeitet.
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Die Fig. 5a und 5b zeigen aufeinanderfolgende Stufen für die Eindringung
der Kalibrierreiheneinsatze des Bohrers.
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Die zweite Reihe der Einsätze, die der äußeren Kalibrierreihe nach
innen zunächstliegt, hat im Gegensatz zu den neun Kalibriereinsätzen (Fig. 2) nur
sechs Einsätze, die jedoch auf einer steileren heigungslinie liegen, wie die Linie
60 im aufgeirochenen Längsprofil von Fig. 6 zeigt. Gemäß Fie. 1 liegt der Einsatz
53 um den Abstand 59 unter der Bezugsebene 16, so daß die drei Einsätze der zweiten
Reihen die mit 53 bezeichnet sind, allen anderen gegenüber beim Bohren des Erdreichs
vorlaufen. Die Fig. 6 zeigt die Einsätze der zweiten Reihe am Anfang des Bohrens,
wobei die Einsätze 53, 55 und 57 beginnen, sich an die Erdformation anzuleeen, die
Kalibriereinsätze44, 47 und 50 aber noch nicht in Berührung mit der brdformation
sind, weil die Einsätze der zweiten Reihe diesen um den Abstand 59 (Fig. 1) voraus
sind.
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Die Fig. 6a und 6b zeigen aufeinanderfolgende Stufen für die Eindringunfc
der Einsätze der zweiten reihe des Bohrers.
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In der dritten und vierten Reihe von Einsätzen sind jeweils drei Strick
in pleichwinkelieer eise angeordnet, so daß jeder einsatz die gleiche Eindringung
in die zu bohrende Erdformation hat. Die Einsätze in diesen beiden Reihen liegen
in unterschiedlichen, quer zur Bohrerachse verlaufenden Ebenen, jedoch liegen die
drei Einsätze einer jeden Reihe in derselben Ebene. Die dritte Einsatz reihe befindet
sich im wesentlichen in der gleichen Ebene wie der tiefste Kalibrierreiheneinsatz,
die vierte Reihe liegt, wie Fig. 1 zeigt, um den Abstand 61 höher. Diese Anordnung
der inneren Reihen dient dazu, eine seitliche Stabilität fiir den Meißel beim Bohren
zu liefern wie auch der Erzeugung von bevorzugten Zonen eines Zugs-pannungsausfalls.
Dies wird unter Aufopferung einer reinen Druckbelastung an den Einsätzen erreicht.
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Die beiden innersten Einsatzreihen brechen den mittleren Teil des
auszubildenden Bohrlochs, und ein Abrieb- oder Belastungsproblem
tritt
weizen der minimalen Materialmenge, die zu entfernen ist, nicht auf. An der Meißelstirnfläche
reibt es einen Xnickpunkt zwischen der vierten und fünften binsatzreihe, so dal?
in der Erdformation zwischen diesen beiden Reihen eine leicht zu brechende, aufstehende
Rippe gebildet wird.
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Die Kanäle für das Strömungsmittel - in diesem Fall ist es Luft -und
das Profil des in die Erdformation @ebohrten Lochs sind in Fig. 7 gezeigt, die den
Schnitt nach der Linie 7 - 7 in Fig. 2 darstellt. Der Strömunzsmitteldurchganz 25
ist zu dem in Fig. 2 gezeigten Durchgang 26 identisch und so ausgerichtet, daß die
Mitte der Öffnung des Durchgangs im wesentlichen im Scheitel des Knickpunkts 63
an der Meißelstirnfläche liegt. Der Strömungsmittelkanal 24 (Fig. 2) an der Stirnfläche
hat keinen vom axialen Strömungsmitteldurchlaß 3 ausgehenden Durchgang, um einen
ungleichen Luftstrom vom Bohrerscheitel zur Bohrerkalibrierreihe für die aus den
Durchgängen 25, 26 austretende Luft zu schaffen.
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In der Praxis wird die Bohrfähigkeit der verschiedenen Frdformationen
den Neigungswinkel und die Neigung der einsätze zur Bohrerachse beeinflussen. Die
Anzahl der Gruppen von Einsätzen -im vorliegenden Beispiel sind es drei - kann auch
zwei oder mehr als drei sein, während noch immer die Anordnung der Einsätze gemäß
der erfindung verkörpert bleibt. Notwendigerweise wird die Anzahl der Einsatzreihen
sich mit der körr)er]ichen Größe des einzelnen MeiRels ändern. Die den MeiBeDDpf
am Döpperteil der Anordnung haltende Kontermutter kann fijr gewisse Größen und Typen
von Meißeln geschlitt sein und fiir verschiedene innere Nut- und Federgrößen sowie
-arten verändert werden. Die Anordnung der einsätze gemaß der trfindung kann an
einem Festkopf-Schlagbohrmeißel, d.h. einem solchen ohne abnehmbares Kopfteil, zur
Anwendung kommen.