DE29907492U1 - Werkzeug zum Lösen von Erdreich - Google Patents

Description

DÜSSELDORF ESSEN PATENTANWÄLTE

UNSERZEiCHEN: 99 222 K/at Düsseldorf ,den 29. April 1999

AKTEN-NR. 30

WIRTH

MASCHINEN- UND BOHRGERÄTEFABRIK GMBH Kölner Straße 71-78

D- 41812 Erkelenz

Werkzeug zum Lösen von Erdreich

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Lösen von Erdreich der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Ein derartiges Werkzeug - auch "Rollenmeißel" genannt ist beispielsweise aus der DE 31 17 268 C2 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen gängigen Typ von Erdbohrwerkzeugen, die an einem drehangetriebenen Bohrkopf angebracht sind und während des Bohrvorganges über eine Bohrungswandung, in der Regel über die Bohrlochsohle, abrollen, wenn sich der Bohrkopf dreht.

Ein derartiges Werkzeug weist einen drehbar gelagerten Grundkörper auf, der mit radial über seine abrollende Mantelfläche überstehenden Einsätzen aus Hartmetall bestückt ist. Hierzu ist der Grundkörper von seiner Mantelfläche her mit Blindbohrungen versehen, in welche die ein zum Erzeugen eines Preßsitzes erforderliches Übermaß aufweisenden Einsätze eingepreßt sind.

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Derartige Werkzeuge werden bereits seit Jahrzehnten beim Vortreiben von Strecken, Tunneln, Bohrungen oder dergleichen wegen ihres relativ einfachen Aufbaus und ihrer vielseitigen Einsetzbarkeit verwendet. Ein Problem stellt jedoch insbesondere bei Böden, die zur Ausbildung von Graten und Spitzen neigen, der erhöhte Verschleiß der abrollenden Mantelfläche des Grundkörpers dar, da dieser zu einer Schwächung des die Einsätze tragenden Materials führt und die Einsätze schließlich vorzeitig verlorengehen, bevor sie selbst ihre Verschleißgrenze erreicht haben.

Es besteht daher bereits seit längerem das Bestreben, das Werkzeug derart weiterzubilden, daß die Standfestigkeit des Grundkörpers jedenfalls soweit verbessert ist, daß er nicht mehr vor den Einsätzen verschleißt.

Hierzu schlägt die DE 31 17 268 C2 vor, die Einsätze auf der abrollenden Mantelfläche nicht mehr in Reihen, sondern in einem verstreuten Muster unter Einhaltung eines seitlichen Mindestabstandes beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Zufallszahlengenerators anzuordnen. Durch diese Weiterbildung soll vermieden werden, daß nachfolgende Zähne wiederholt in vorherige Zahneindrücke in dem Erdreich fallen, wodurch die im letzteren Falle mögliche Ausbildung von Graten und Spitzen im Erdreich, die zwischen den Einsätzen mit der Mantelfläche in Berührung kommen und zu deren erhöhten Verschleiß führen kann, verhindert werden soll.

Nachteilig ist bei diesen Werkzeugen, daß aufgrund des fehlenden festen Anordnungsrasters die automatische Bestückung der Grundkörper mit den Einsätzen erschwert ist. Ferner hat sich in der Praxis gezeigt, daß auch bei diesen Werkzeugen die Standzeit des Grundkörpers verbesserungsfähig ist.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Werkzeug in einer Weise zu verbessern, daß der Verschleiß seines Grundkörpers und damit insgesamt seine Standzeit auch bei Böden, die bislang regelmäßig zu einem vorzeitigen Totalausfall des Werkzeugs führten, verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.

Versuche haben gezeigt, daß durch die Oberflächenhärtung der abrollenden Mantelfläche die Standzeit des Grundkörpers in einem derartigen Umfange erhöht werden kann, daß die Verschleißgrenze der Hartmetalleinsätze häufig vorab erreicht ist, so daß sogar eine Neubestückung des Grundkörpers möglich ist, ohne daß es hierzu einer Nachbearbeitung desselben bedarf.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Werkzeuges stellt eine erfolgreiche Abkehr des Konzepts der bis dato bekannten Weiterentwicklungen dar, die versuchten, durch besondere Ausgestaltungen der Einsätze oder deren Art der Anordnung auf der Mantelfläche des Grundkörpers die Standfestigkeit des Werkzeugs zu erhöhen.

Besonders vorteilhaft herstellbar ist das erfindungsgemäße Werkzeug dann, wenn die Mantelfläche des Grundkörpers einsatzgehärtet ist. Diese Art der Herstellung weist weiterhin den Vorzug auf, daß die Härte der Oberfläche und die Dicke der gehärteten Schicht vorbestimmbar und damit die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers den durch das jeweilige Gestein, in das eine Bohrung oder dergleichen eingebracht werden soll, vorgegebenen Bedingungen anpaßbar ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 - beispielhaft - den Grundkörper einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs im

Längsschnitt (auf die Darstellung der Einsätze sowie der die Bohrungen aufnehmenden Einsätze wurde verzichtet);

Fig. 2 die obere Hälfte des Werkzeugs gemäß der Darstellung in Fig. 1 mit beispielhaft eingezeichneten Einsätzen;

Fig. 3a ein Diagramm, in dem das Einsatzschema der über die Mantelfläche verteilten Einsätze dargestellt

ist sowie

Fig. 3b ein Diagramm, welches das Einsatzschema von bei der dargestellten Ausführungsform zusätzlich vorhandener relativ zu den Einsätzen gemäß Fig.

3a schräggestellter Einsätze, zeigt.

Der in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Grundkörper des beispielhaft anhand einer Schneidrolle im folgenden .- beschriebenen, erfindungsgemäßen Werkzeugs 100 ist um eine Achse S mit in der Zeichnung nicht dargestellten, bekannten Mitteln an einem in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Bohrkopf drehbar gelagert. Der Grundkörper weist eine zur Achse S rotationssymmetrische, kegelstumpfförmige Mantelfläche 1 auf, über die das Werkzeug während des Drehantriebs des Bohrkopfes auf dem zu lösenden Erdreich abrollt.

Die Mantelfläche 1 des Grundkörpers 10 ist oberflächengehärtet, beispielsweise durch Anwendung eines Einsatz-Härteverfahrens. Die Dicke der gehärteten Schicht 2, wie in

den Fig. 1 und 2 durch die fette Linie angedeutet werden soll, sowie der auf der Oberfläche erzielte Härtewert kann durch Auswahl der Härteverfahrens-Parameter den durch das Gestein, in dem das Werkzeug zum Einsatz kommen soll, vorgegebenen Bedingungen angepaßt werden.

Der Grundkörper 10 weist - wie Fig. 2 entnehmbar ist zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Einsätzen 3, 4 auf, die radial über den Außenumfang der Mantelfläche überstehen und der Lockerung des abzutragenden Gesteins bzw. Erdreichs dienen. Die in Fig. 2 lediglich beispielhaft dargestellten Einsätze 3, 4 sind aus einem Hartmetallwerkstoff hergestellt. Die erste Art dieser Einsätze 3 sind derart ausgerichtet, daß ihre Längsmittelachse X eine an die Mantelfläche 1 angelegte Tangentialebene senkrecht durchstößt. Der über die Mantelfläche überstehende Bereich der Einsätze läuft im wesentlichen konisch zu annähernd einer Spitze zu. Die Einsätze 4 der zweiten Art bestehen ebenfalls aus Hartmetall. Sie sind gegenüber den Einsätzen 3 der ersten Art derart gekippt angeordnet, daß ihre Längsmittelachsen Y zur abfallenden Seite der kegelstumpf förmigen Mantelfläche 1 einen größeren Winkel einschließen als zu der ansteigenden Seite.

Im Gegensatz zu den Einsätzen 3 der ersten Art ist bei denjenigen der zweiten Art der über die Mantelfläche 1 überstehende Bereich im wesentlichen kugelsegmentförmig ausgebildet. Sowohl die Einsätze der ersten, als auch diejenigen der zweiten Art ruhen in Blindbohrungen 5, 6, die in den Grundkörper 10 von der Mantelfläche 1 her eingearbeitet sind. Zur Festlegung sind die Abmessungen der Einsätze 3, 4 und der Blindbohrungen 5, 6 derart aufeinander abgestimmt, daß die Einsätze unter Bildung einer Preßpassung in die Blindbohrungen 5, 6 einführbar sind.

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Wie bereits erwähnt, sind in Fig. 2 die Einsätze 3, 4 lediglich beispielhaft in erheblich verminderter Anzahl dargestellt. Tatsächlich weist das Werkzeug 100 eine Vielzahl von über die Mantelfläche 1 verteilter Einsätze 3, 4 auf, wie schematisch anhand von Fig. 3a und b erkennbar ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einsätze 3, 4 in einem systematischen Raster angeordnet. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine derartige Anordnungsweise beschränkt. Die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben sich ebenso bei beliebigen anderen Anordnungsrastern, beispielsweise ungleichmäßig verteilt, in Reihen, paarweise etc.

Ferner ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Form des Grundkörpers und damit nicht auf Schneidrollen der dargestellten Art beschränkt. Vielmehr betrifft sie sämtliche rollend arbeitenden Werkzeuge, deren Abrollfläche mit Hartmetalleinsätzen bestückt sind.

BEZÜGSZEICHENLISTE

1	Mantelfläche
2	Härteschicht
3	Einsatz
4	Einsatz
5	Blindbohrungen
6	Blindbohrungen

10 Grundkörper

100 Werkzeug

S Achse

X Längsmittelachsen

Y Längsmittelachsen

Claims (2)

1. Werkzeug zum Lösen von Erdreich zur Anbringung an einem drehangetriebenen Bohrkopf zum Vortreiben von Strecken, Tunneln, Bohrungen oder dergleichen, mit einem Grundkörper (10) aus Metallwerkstoff, der eine Mantelfläche (1), die während des Drehantriebs des Bohrkopfes auf dem Erdreich abrollt, aufweist und mit in von der Mantelfläche (1) her in den Grundkörper (10) eingearbeiteten Blindbohrungen (5, 6) in die radial über die Mantelfläche (1) überstehende Einsätze (3, 4) aus Hartmetall eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Mantelfläche (1) des Grundkörpers (10) oberflächengehärtet ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche (1) einsatzgehärtet ist.