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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gesteinsbohrkrone zum Schlagbohren, aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper mit einer Stirnfläche, die mit einer Anzahl an ihrem Umfang im Abstand voneinander angeordneten Einsätzen versehen ist, wobei jeder Einsatz einen Körper mit einer im wesentlichen zylindrischen Mantelfläche und einen Kopfabschnitt aufweist, der von der Stirnfläche axial nach vorn vorspringt und mit einer ersten und einer zweiten Arbeitsfläche versehen ist.
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Eine derartige Gesteinsbohrkrone ist bekannt aus der US- PS 26 89 109. Diese Druckschrift befaßt sich jedoch in erster Linie mit der Anordnung und Befestigung der Einsätze in der Bohrkrone. Die Einsätze selbst weisen bei einigen Ausführungsformen eine gerade, keilförmige Meißelkante auf, welche sich in radialer Richtung erstreckt, d. h. beim Bohren in Querrichtung bewegt wird. Bei anderen Ausführungsformen ist diese Meißelkante leicht gekrümmt und konzentrisch zur Achse der Bohrkrone ausgerichtet. Derartige Schneidkanten und insbesondere ihre an den Enden ausgebildeten spitzen Ecken sind stark bruchgefährdet, so daß sie häufig nachgeschliffen oder ersetzt werden müssen.
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Aus der US-PS 35 22 852 sind Einsätze für eine Gesteinsbohrkrone bekannt mit einem im wesentlichen kugelförmigen Kopfteil. Diese sind jedoch nicht auf einem im wesentlichen zylindrischen Körper einer Gesteinsbohrkrone angeordnet sondern auf einem keilförmig sich verjüngenden Teil in einer geraden Reihe angeordnet, wobei nur das zentrale Element Halbkugelform hat, während die Spitzen der weiter außen liegenden Einsätze zur Hälfte weggeschliffen sind, und die Einsätze sind so angeordnet, daß sie mit ihren so entstandenen geraden Flächen in Rotationsrichtung weisen, wobei die halbkreisförmige Kante der verbliebenen Kugelspitze eine Schneidkante bildet. Auf den ebenen Vorderflächen dieser Einsätze liegt beim Bohren ein sehr hoher Druck, so daß auch diese Einsätze an ihrer Spitze bruchgefärdet sind und keine hohe Standzeit haben.
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Auch andere bekannte Gesteinsbohrkronen weisen ausschließlich Einsätze auf, die wegen scharfkantiger Spitzen bzw. Ecken und Schneidkanten oder wegen der Anordnung der Einsätze bruchgefährdet sind und keine lange Standzeit haben.
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Schließlich sind Einsätze für Rollenmeißel bekannt, deren Spitzen sehr unterschiedliche Formen aufweisen und häufig aus einem mehr oder weniger runden Kopf bestehen, dessen Oberfläche an einer oder mehreren Seiten eben oder leicht konkav ausgebildet ist. Derartige Rollenmeißel arbeiten jedoch nicht nach dem Prinzip von Schlagbohrkronen, und die Einsätze der Rollenmeißel sind nicht permanent in Eingriff mit dem zu bohrenden Material. Zudem erfolgt der Vorschub bei Rollenmeißeln teilweise in einer Richtung quer zur Rotationsachse der Meißelrollen, während bei Gesteinsbohrkronen der eingangs beschriebenen Art der Vorschub in axialer Richtung erfolgt, wobei vor allem die äußeren Schneideinsätze in ständigem Eingriff mit dem zu durchbohrenden Material stehen und dabei gleichzeitig in axialer wie in radialer Richtung schneiden.
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Bei den Gesteinsbohrerspitzen mit halbkugelförmigem Kopfabschnitt besteht ein Nachteil des Arbeitsendes, das von der Mittelachse der Gesteinsbohrerspitze abgewendet ist, zu einer kegelförmigen Gestalt abgenutzt wird. Die kegelförmige Gestalt beeinträchtigt die Bohrgeschwindigkeit derart, daß die erforderliche Vorschubkraft steigt und daß die Gesteinsbohrerspitze dazu neigt, Rissen in dem Gesteinsmaterial zu folgen. Die Gesteinsbohrerspitze wird somit in einer negativen Weise geführt, so daß die Bohrung in Längsrichtung geneigt wird und daher ein Nachschleifen der Einsätze nach nur kurzer Bohrzeit erforderlich ist. Auch zu Beginn des Bohrens ist eine große Vorschubkraft erforderlich, da die Halbkugelform selbst bis zu einem bestimmten Grad eine kegelige Gestalt enthält.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Gesteinsbohrerspitze zu bekommen, in der die Einsätze eine Gestalt haben, die es möglich macht, mit einer konstanten Bohrgeschwindigkeit während langer Bohrintervalle ohne Widerstand aufgrund einer Kegelform und ohne Nachschleifen des Kopfabschnittes eines jeden Einsatzes zu bohren.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die erste Arbeitsfläche des Einsatzes in wenigstens einer Richtung gekrümmt und seine zweite Arbeitsfläche von im wesentlichen viertelkugelförmiger Gestalt ist, wobei ein Teil der Verbindung zwischen der ersten Arbeitsfläche und der Mantelfläche des Einsatzes mit einem Übergangsabschnitt versehen ist, welcher von der Längsachse der Bohrkrone abgewendet angeordnet ist, die erste Arbeitsfläche einen größeren Krümmungsradius in Radialrichtung der Bohrkrone als in einer Richtung senkrecht dazu aufweist und der Übergangsabschnitt im wesentlichen das Kaliber der Bohrkrone bestimmt.
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Derartig geformte und angeordnete Schneideinsätze haben wesentlich höhere Standzeiten als die bekannten Einsätze und brauchen nicht nachgeschliffen zu werden, da sie auch bei Abnutzung keine keilförmige Gestalt annehmen. Vielmehr bleibt auch bei Abnutzung die Form und die Schärfe der Einsätze im wesentlichen erhalten. Hierdurch ist es auch möglich, Löcher im Gestein sauberer und gerader zu bohren.
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Dabei erweist es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft, wenn die erste Arbeitsfläche eine im wesentlichen gerade Erstreckung in Radialrichtung der Bohrkrone und einen konstanten Krümmungsradius in Richtung senkrecht hierzu besitzt. Derartige Einsätze lassen sich mit einem vertretbaren Aufwand herstellen und besitzen die bereits erwähnten vorteilhaften Eigenschaften.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn erfindungsgemäß der Radius der ersten Arbeitsfläche und der Radius der zweiten Arbeitsfläche gleich und wenigstens 10% größer als der Radius des Einsatzkörpers sind. Durch den größeren Radius der Krümmungen der Arbeitsflächen ergibt sich für bereits gelöste Gesteinsmaterial eine leichtere Abfuhrmöglichkeit und der Staudruck wird vermindert. Außerdem gehen bei den erwähnten gleichen Krümmungsradien die beiden Arbeitsflächen glatt ineinander über.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Übergangsabschnitt eine Abfasung ist, die sich von der ersten Arbeitsfläche zu der Mantelfläche des Einsatzes radial nach außen und nach rückwärts erstreckt.
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Dadurch wird der Bildung von Rissen in dem Einsatz entgegengewirkt, da eine scharfe Kante zwischen der Arbeitsfläche und der Mantelfläche vermieden wird.
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In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß vier Einsätze auf dem Umfang voneinander beabstandet angeordnet sind und ein halbkugelförmig ausgebildeter Einsatz in der Mitte der Stirnfläche angeordnet ist. Man kann so mit einer vergleichsweise kleinen Zahl der im allgemeinen recht teuren und schwer herzustellenden Hartmetalleinsätze im Dauereinsatz relativ große Löcher bohren.
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Die genaue Natur der Erfindung wird klarer erkennbar bei Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen
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Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 eine Seitenansicht, eine Draufsicht bzw. eine andere Seitenansicht eines Einsatzes sind und
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Fig. 4 und
Fig. 5 eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht der Gesteinsbohrerspitze nach der Erfindung sind.
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In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein Einsatz 10 in einer Gesteinsbohrerspitze gezeigt, der einen allgemein zylindrischen Körper 11 mit einem Basisabschnitt 12 und einem Kopfabschnitt 13 besitzt. Der Basisabschnitt 12 ist so angeordnet, daß er in ein ausgebohrtes Einsatzsackloch in der Gesteinsbohrerspitze derart einzusetzen ist, daß der Kopfabschnitt 13 von der Vorderfläche der Gesteinsbohrerspitze aus vorspringt. Der Kopfabschnitt 13 ist mit einer ersten und einer zweiten Arbeitsfläche 14 bzw. 20 versehen. Die erste Arbeitsfläche 14 ist in wenigstens einer Richtung gekrümmt, und sie ist durch die Linie II in den Fig. 2 und 3, den Übergangsabschnitt 19 und die Mantelfläche 17 begrenzt. Der Übergangsabschnitt 19 ist mit einer Abfasung 16 versehen, die sich von der ersten Arbeitsfläche 14 zu der Mantelfläche 17 nach außen und nach hinten erstreckt, um Rißbildungen in dem Einsatz 10 entgegenzuwirken, da eine scharfe Kante zwischen der Arbeitsfläche 14 und der Mantelfläche 17 vermieden wird. Die zweite Arbeitsfläche 20 hat eine Viertelkugelgestalt, deren Radius R s gleich dem Radius R c der ersten Arbeitsfläche 14 ist, so daß diese an der Linie II in Fig. 2 glatt ineinander übergehen. Der Kopfabschnitt 13 ist bezüglich der Linie I in Fig. 2 symmetrisch, aber bezüglich der Linie II unsymmetrisch geformt. Die Linie I ist senkrecht zu der Linie II. Die Radien R c und R s sind wenigstens 10% länger als der Radius des Körpers 11. Der Teil des Kopfabschnittes 13, worin die Abfasung 16 am breitesten ist, hat von der Mitte der Gesteinsbohrerspitze am weitesten entfernt zu sein. Während des Bohrens ist es vorteilhaft, daß dieser Teil viel Harnstoff gegenüber der herkömmlichen Halbkugelgestalt, die mit einer getrichelten Linie L 2 in Fig. 3 gezeigt ist, enthält. Daher ist es möglich, viel Hartstoff abzunutzen oder zu verschleißen, bevor der Kopfabschnitt kegelförmig wird, und daher kann die Bohrzeit verlängert werden, und die Bohrerspitze bohrt in einer geraderen Weise als die mit kegelförmigen Einsätzen versehene Bohrerspitze.
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Der allgemeine Radius des Übergangsabschnittes 19 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, länger als der Radius des Einsatzes 10. Der Teil der ersten Arbeitsfläche 14, der mit der Linie I in Fig. 3 zusammenfällt, ist senkrecht zu der Linie III, die eine Verlängerung des Teils der Mantelfläche ist, der am weitesten von der Mitte der Gesteinsbohrerspitze entfernt ist. Dieser Teil der ersten Arbeitsfläche 14 kann auch gewölbt sein, wie als gestrichelte Linie L 1 in Fig. 3 dargestellt ist, was zu einer Punktberührung zwischen dem Einsatz und dem Gesteinsmaterial führt. Eine Punktberührung erfordert weniger Vorschubkräfte auf die Gesteinsbohrerspitze.
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Die Fig. 4 und 5 zeigen die Gesteinsbohrerspitze nach der vorliegenden Erfindung in Draufsicht und im Querschnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4. Die Gesteinsbohrerspitze 15 besitzt einen in der Hauptsache zylindrischen Körper 18 und eine Vorderfläche 21, die mit vier am Umfang im Abstand voneinander befestigten Einsätzen 10 und einem mittigen Vordereinsatz 22 versehen ist. Die Einsätze 10 sind bezüglich der Mittellinie CL der Bohrerspitze spitzwinklig geneigt.
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Die Einsätze 10 sind in ausgebohrte Sacklöcher eingesetzt, und der Teil eines jeden Einsatzes, der den Übergangsabschnitt 19 enthält, ist von der Mittellinie CL der Gesteinsbohrerspitze 15 derart weggewendet, daß der Übergangsabschnitt 19 allgemein den Durchmesser der Bohrung bestimmt. Der breiteste Teil der Abfasung 16 ist von der Mittellinie CL am weitesten entfernt, und daher hat der Einsatz 10 eine Gestalt, die gegenüber einer herkömmlichen Halbkugelgestalt beständiger gegen Verschleiß ist. Die viertelkugelförmige zweite Arbeitsfläche 20 des Einsatzes 10 ist somit zu der Mittellinie CL der Bohrerspitze hingewendet. Diese zweite Arbeitsfläche 20 ist geringerem Verschleiß ausgesetzt als die Fläche 14 und hat daher die materialsparende Viertelkugelgestalt. Die Einsätze 10 können mit herkömmlichen Einsätzen um den Umfang der Gesteinsbohrerspitze herum kombiniert werden.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung eine Gesteinsbohrerspitze mit Einsätzen mit einem höheren "Scharfheitsgrad" als herkömmliche halbkugelförmige Einsätze. Die verbesserten Einsätze können während einer langen Bohrzeit abgenutzt oder Verschleiß ausgesetzt werden, ohne daß sie eine kegelförmige Gestalt annehmen. Daher kann diese Gesteinsbohrerspitze während einer langen Bohrzeit ohne Nachschleifen verwendet werden. Sie bohrt auch geradere Löcher in das Gesteinsmaterial als Gesteinsbohrerspitzen mit herkömmlichen halbkugelförmigen Einsätzen.