DE3014693C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer mit Bohrkopf, Schaft und rückseitigem Einsteckende, wobei der Schaft für das Ableiten des Bohrkleins aus dem Bohrloch eine oder mehrere zwischen Bohrkopf und Einsteckende wendelartig verlaufende Abfuhrnuten mit parallel zur Bohrerachse ver­ laufendem Nutengrund und im wesentlichen normal zur Bohrer­ achse gerichteter bohrkopfnaher Flanke aufweist.

Bekannte Gesteinsbohrer, deren Schaft eine oder gegebenen­ falls mehrere wendelförmig verlaufende Abfuhrnuten aufweist, leiten beim Bohrvorgang das Bohrklein - analog einer Förder­ schnecke - aus dem Bohrlochtiefsten nach außen. Weitgehend problemlos geht dies bei horizontaler oder senkrecht nach oben verlaufender Bohrrichtung vonstatten. Hingegen führt der Abtransport des Bohrkleins beim Bohren senkrecht nach unten vielfach zu Schwierigkeiten.

Das Ableiten von Bohrklein nach dem Prinzip der Förder­ schnecke ist nur möglich, wenn zwischen dem in der Abfuhrnut befindlichen Bohrklein und der Wandung des Bohrloches ein größerer Reibungswiderstand als zwischen Bohrklein und der Oberfläche der Abfuhrnut besteht. Um diese Reibungsverhält­ nisse zu erreichen, ist die Oberfläche der Abfuhrnut in der Regel glatt beschaffen. Nur unter dieser Voraussetzung kann die Abfuhrnut das sich an der Wandung des Bohrloches abstüt­ zende Bohrklein mit Hilfe der zur Bohrerachse geneigten, sich drehenden Gänge aus dem Bohrlochtiefsten zum Auslauf der Bohrung schieben.

Stimmen die besagten Reibungsverhältnisse nicht, d. h. ist der Kontakt zwischen dem Bohrklein und der Wandung des Bohr­ loches zu gering, bleibt das Bohrklein im Bereich der Abfuhr­ nut liegen und wird lediglich im Bohrloch mit der Drehung des Bohrers im Kreise bewegt. Ein Abtransport dieses Bohr­ kleins kommt allenfalls dadurch zustande, daß vom Bohrkopf her weiteres fortan abgetragenes Bohrklein in der Abfuhrnut nachdrängt, das dabei stark verdichtet und langsam entlang der Abfuhrnut in Richtung Auslauf des Bohrloches geschoben wird. Hierbei handelt es sich also nicht um ein Ableiten nach dem Prinzip der Förderschnecke. Diese Art der Bohrklein­ bewegung führt zu den bekannten Erscheinungen des Verklemmens des Bohrers im Bohrloch, was letztlich eine starke Verminde­ rung des Bohrfortschrittes zur Folge hat.

Nebst der ausreichenden Querschnittsgröße der Abfuhrnut ist zur Erzielung des Abtransports des Bohrkleins nach dem vorteilhaften Prinzip der Förderschnecke von maßgeblicher Bedeutung, daß der Nutengrund, wie bekannt, parallel zur Bohrerachse verläuft. Bei ausreichend mit Bohrklein gefüllter Abfuhrnut bewirkt der Nutengrund so ein rechtwinkeliges An­ drücken des Bohrkleins gegen die Wandung des Bohrloches, so daß das Bohrklein aufgrund des erwähnten größeren Reibungs­ widerstandes gegenüber der Wandung des Bohrloches in ge­ wünschter Weise abtransportiert wird.

Bei einem bekannten Bohrer weist die Abfuhrnut, im Längs­ schnitt des Bohrers betrachtet, im wesentlichen die Form einer rechteckigen Nische auf. Bei dieser Ausgestaltung zeigt sich, daß die Abfuhrnut, je nach Bohrklein-Anfall - sei es aufgrund unterschiedlicher Festigkeit des Bohrgutes oder sich ändernder Schneidgüte des Bohrers - entweder zu klein oder zu groß dimensioniert ist. Ist der Querschnitt der Abfuhrnut in Relation zum Bohrklein-Anfall zu klein dimensioniert, wie dies in der Regel bei im Durchmesser kleinen Bohrern aus Festigkeitsgründen der Fall ist, so wird die Abfuhrnut unweigerlich verstopft, und es kommt allen­ falls zu einem Abtransport des Bohrkleins unter der bereits geschilderten, mit Nachteilen behafteten Druckausübung. Ist die Abfuhrnut hingegen zu groß dimensioniert, so füllt das Bohrklein den Nutquerschnitt nicht auf und liegt so als lose Schüttung in der Abfuhrnut. Da es also, wenn überhaupt, nur zu einem unzureichenden Andrücken des Bohrkleins gegen die Wandung des Bohrloches kommt, erfolgt dieserart auch nur ein unbefriedigendes Ableiten des Bohrkleins aus dem Bohr­ loch.

Bei einem weiteren aus der DE-OS 19 27 754 bekannten Bohrer der eingangs genannten Art ist eine Abfuhrnut vorgesehen, die einen Bereich aufweist, wo der Nutengrund parallel zur Bohrerachse verläuft. An diesen Bereich mit parallel verlaufendem Nutengrund schließt sich ein weiterer Abschnitt der Abfuhrnut an, dessen Tiefe stetig gegen das Ein­ steckende abnimmt.

Bei dieser bekannten Bohrerausbildung wird bei hohem Bohrklein­ anfall das Bohrklein gegen die Bohrlochwandung gedrückt, wobei jedoch das Bohrklein aufgrund der Form des dem Einsteckende nahen Nutenbereiches neben der auf die Bohrlochwandung gerichteten Kraft­ komponente noch eine zum Bohrkopf gerichtete Kraftkomponente er­ fährt. Diese zum Bohrkopf gerichtete Kraftkomponente wirkt sich auf das Ableiten des Bohrkleins nachteilig aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer mit guter Ableitung des Bohrkleins und hoher Festigkeit auch bei kleinen Durchmessergrößen zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Nuten­ grund wenigstens über einen Teil der Nutenlänge in axiale Abschnit­ te unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist, wobei die Nuttiefe abschnittweise stufenartig gegen das Einsteckende abnimmt und die der Bohrlochwandung zugekehrten Flächen der Abschnitte parallel zur Bohrerachse verlaufen.

Die Abfuhrnut mit gestuftem Nutengrund schließt entweder direkt oder indirekt, unter Zwischenschaltung eines Nutab­ schnittes mit ungestuftem Nutengrund, an den Bohrkopf an. Der ungestufte Nutabschnitt sollte sich maximal über eine dem fünffachen Durchmesser des Bohrers entsprechende axiale Länge erstrecken. Unabhängig davon, ob ein ungestufter Nutabschnitt vorhanden ist, erstreckt sich die gestufte Abfuhrnut bis zum Beginn des rückwärtigen Einsteckendes.

Das vom Bohrkopf bzw. vom ungestuften Nutabschnitt in die ge­ stufte Abfuhrnut gelangende Bohrklein sammelt sich zuerst in dem dem Bohrkopf nächsten Abschnitt mit größter Tiefe und wird diesen Abschnitt bei durchschnittlichem Bohrklein- Anfall anfüllen, so daß der diesem Abschnitt zugeordnete Nutengrund das hier befindliche Bohrklein gegen die Wandung des Bohrloches drückt. Fällt mehr Bohrklein an, so füllt sich auch der nächste Abschnitt mit etwas geringerer Tiefe mit Bohrklein, das wiederum von dem parallel zur Bohrerachse verlaufenden Nutengrund-Abschnitt gegen die Wandung des Bohrloches gedrückt wird. Es läßt sich so also bei unter­ schiedlichem Bohrklein-Anfall jeweils das für das vorteil­ hafte Ableiten nach dem Prinzip der Förderschnecke erforder­ liche Andrücken des Bohrkleins gegen die Wandung des Bohr­ loches erzielen, so daß ein wirkungsvoller Abtransport stattfindet.

Ein gutes Ableitvermögen des Bohrers, verbunden mit einfacher Herstellbarkeit, wird erreicht, wenn der Nutengrund in zwei Abschnitte mit unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist. Diese Ausbildung eignet sich vor allem dann, wenn der Bohrer für ein bestimmtes Bohrgut mit wenig ändernder Materialfestig­ keit vorgesehen ist. Hingegen ist es für Bohrer, die für verschiedenstes Bohrgut eingesetzt werden, von Vorteil, den Nutengrund in drei axiale Abschnitte unterschiedlicher Tiefe zu unterteilen. Dadurch wird der Bohrer, dank der weitgehenden Anpassung der Abtransportbedingungen an die vom Bohrkopf geförderte Bohrkleinmenge, universell einsetzbar, ohne daß die wirtschaftliche Fertigung des Bohrers in Frage gestellt ist.

Im Hinblick auf maximales Ableitvermögen und hohe Festigkeit des Bohrers auch bei kleinen Durchmessern wird eine optimale Form der Abfuhrnut erreicht, wenn, nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung, deren größte Tiefe zu deren axial gemessener Breite ein Verhältnis zwischen 1 : 2 und 1 : 10, vorzugsweise 1 : 3 bis 1 : 5, aufweist.

Aus Festigkeitsgründen sind die Übergänge der Stufen zweck­ mäßig durch Radien gebildet, wobei die Radien die Länge der achsparallel verlaufenden Nutengrund-Abschnitte nicht nennens­ wert kürzen dürfen. Lediglich der Übergang vom Abschnitt mit kleinster Tiefe zur Mantelfläche des Schaftes kann mit Vorteil durch eine konkave Krümmung mit größerem Radius gebildet sein.

Die Erfindung soll nunmehr anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Gesteinsbohrer in gekürzter Ansicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den in Fig. 1 dar­ gestellten Gesteinsbohrer, gemäß Schnittver­ lauf II-II.

Der in Fig. 1 dargestellte Gesteinsbohrer besteht im wesent­ lichen aus einem gesamthaft mit 1 bezeichneten Bohrkopf, einem daran anschließenden, gesamthaft mit 2 bezeichneten Schaft und einem diesen nach hinten verlängernden Einsteck­ ende 3.

Der Bohrkopf 1 trägt eine Hartmetallschneide 4. In den Bohrkopf 1 mündet eine gesamthaft mit 5 bezeichnete Abfuhr­ nut, die entlang des Schaftes 2 wendelartig verläuft.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, beträgt die Breite B der Abfuhrnut 5 in Längsschnittbetrachtung des Bohrers cirka das 3,5fache der größten Tiefe T. Die Abfuhrnut 5 ist in axiale Abschnitte 6, 7, 8 mit in dieser Reihenfolge abneh­ mender Tiefe unterteilt. Der jedem Abschnitt 6, 7, 8 zuge­ ordnete Nutengrund 6′, 7′, 8′ verläuft parallel zur Bohrer­ achse. Die bohrkopfnahe Flanke 9 der Abfuhrnut 5 ist normal zur Bohrerachse gerichtet.

Die Stufung der Abschnitte 6, 7, 8 muß weder in axialer noch in radialer Hinsicht gleichmäßig erfolgen. So kann es insbesondere für Bohrer, die vorzugsweise zum Einsatz in weichem Bohrgut vorgesehen sind, zweckmäßig sein, den Abschnitt 6 gegenüber den anderen Abschnitten 7, 8 axial zu verlängern, so daß durch den Abschnitt 6 ein relativ großer Aufnahmeraum für das Bohrklein gegeben ist.

Claims (4)

1. Gesteinsbohrer mit Bohrkopf, Schaft und rückseitigem Einsteckende, wobei der Schaft für das Ableiten des Bohrkleins aus dem Bohrloch eine oder mehrere zwischen Bohrkopf und Einsteckende wendelartig verlaufende Abfuhrnuten mit parallel zur Bohrerachse verlaufendem Nutengrund und im wesentlichen normal zur Bohrerachse gerichteter bohrkopfnaher Flanke aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutengrund (6′, 7′, 8′) wenigstens über einen Teil der Nutenlänge in axiale Abschnitte (6, 7, 8) unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist, wobei die Nuttiefe abschnittsweise stufenartig gegen das Einsteckende (3) abnimmt und die der Bohrlochwandung zugekehrten Flächen der Abschnitte (6, 7, 8) parallel zur Bohrerachse verlaufen.

2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutengrund in zwei axiale Abschnitte unterschied­ licher Tiefe unterteilt ist.

3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutengrund (6′, 7′, 8′) in drei axiale Ab­ schnitte (6, 7, 8) unterschiedlicher Tiefe unterteilt ist.

4. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhrnut (5) ein Verhältnis von größter Tiefe (T) zu axial gemessener Breite (B) zwischen 1 : 2 und 1 : 10, vorzugsweise 1 : 3 bis 1 : 5, aufweist.