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Die
Erfindung betrifft eine verlorene Bohrkrone für einen Bohr- oder Injektionsanker,
zur Durchbohrung von weichen Böden,
aber auch Fels, mit mindestens einer Austrittsöffnung eines Spülkanals, wobei
die Bohrkrone symmetrisch zu einer Mittelachse angeordnete Hartmetall-Schneidelemente,
die auf verschiedenen Stufen unterschiedlicher radialer Ausdehnung
angeordnet sind, aufweist.
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Eine
Bohrkrone ist bspw. aus der
DE-C1
38 28 335 bekannt. Der Inhalt dieser Patentschrift wird hiermit
vollinhaltlich in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen.
Diese Bohrkrone weist spitzenseitig drei radial und im gleichen
Winkel zueinander angeordnete Schneidelemente auf, welche weiter – bezogen
auf eine Längsachse
des Ankers – dachförmig ausgerichtet
sind. Zudem besitzt die Bohrkrone ein Innengewinde zum Aufschrauben
derselben auf einen Bohr- oder Injektionsanker, welch letzterer
mit einem in Achsrichtung verlaufenden Spülkanal zur Zufuhr eines Spülmittels
oder dergleichen versehen ist. Zwischen den Schneidelementen sind
mit dem Spülkanal
verbundene Austrittsöffnungen
vorgesehen. Eine weitere Bohrkrone ist aus der
DE-A1 197 12 181 bekannt.
Auch der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit vollinhaltlich
in die Offenbarung vorliegender Erfindung mit einbezogen. Hier ist
eine Bohrkrone angegeben, welche zwei Paare von die Bohrkrone radial überragenden
Bohrkronenflügeln
zur Ausbildung von Schneidelementen aufweist, wobei die Bohrkronenflügelpaare
unterschiedliche radiale Erstreckungen besitzen. Bezogen auf eine
Vertikale bzw. auf die Erstreckungsachse der Bohrkrone verlaufen
die Schneidelemente bzw. deren Schneidkanten dachförmig.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 196 01 237 A1 ist eine Bohrkrone der in
Rede stehenden Art bekannt, deren Bohrkopf im Wesentlichen kugelförmig ausgebildete
Hartmaterialeinsätze
aufweist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 1944551 ist eine Schlag- bzw. Drehschlagbohrkrone bekannt,
die außer
schneidenförmigen
Hartmetalleinsätzen
zwischen diesen knopf- bzw. stiftförmige Hartmetalleinsätze aufweist.
DE 380 6128 A1 offenbart
einen Bohr-Injektionsanker, an welchem die Schneiden als Schweißraupen
ausgebildet sind. Aus
WO 96/21087 ist
eine Bohrkrone mit länglichen Schneiden
bekannt.
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Im
Hinblick auf den vorbeschriebenen Stand der Technik wird eine technische
Problematik der Erfindung darin gesehen, eine Bohrkrone der in Rede stehenden
Art dahingehend zu verbessern, dass diese auch zum Durchbohren unterschiedlicher
Bodenschichten geeignet ist.
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Diese
Problematik ist gemäß den Merkmalen von
Patentanspruch 1 gelöst.
Zufolge dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist eine Hartmetall-Stufenbohrkrone geschaffen, welche als verlorene
Bohrkrone für
einen Bohr- oder Injektionsanker dient. Ein beispielhafter Anwendungsbereich
einer derartig ausgebildeten erfindungsgemäßen Bohrkrone ist bei Anordnung
derselben an einem Bohr- oder Injektionsanker das Durchbohren von
locker gelagerten, eiszeitlichen Sand-, Kies- oder Geröllschichten über bspw.
10–15
m, wonach ein weiteres Einbohren über bspw. 3 m in einem untergelagerten
Fels zur Einbindung des mit der erfindungsgemäßen Bohrkrone versehenen Ankers
erfolgt. Hierbei erweist es sich hinsichtlich der Durchführung der
Bohrung als erschwerend, dass der Felshorizont in der Regel nicht senkrecht
zur Bohrrichtung verläuft
und die Bohrkrone daher beim Auftreffen auf den Fels von diesem abgedrängt werden
kann, womit sich die Bohrrichtung ändert und der Bohrfortschritt
durch drehschlagendes Bohren zum Erliegen kommen kann. Darüber hinaus
besteht die Gefahr, dass die Bohrkrone den Felshorizont nicht anbohrt,
sondern verläuft
und eine Taumelbewegung des ganzen Bohrstranges auslöst, die
zum Bruch etwaig eingesetzter Kupplungsmuttern oder des Bohr- oder
Injektionsankers nahe der Führung
im Bohrgerät
führen
würde.
Diesen vorgenannten Nachteilen ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Bohrkrone entgegengewirkt. So ist insbesondere durch die Anordnung
mehrerer Hartmetall-Schneidelemente über verschiedene Stufen ein
Anbohren ohne Verlauf gesichert, was darüber hinaus durch die meißelspitzartige
Ausbildung der Schneidelemente weiter unterstützt ist. Durch die symmetrisch
zu einer Mittelachse und an einer Radialen ausgerichtete Anordnung
der Hartmetall-Schneidelemente ist zudem ein verbesserter Rundlauf
der Bohrkrone und somit eine Zentrierung derselben gegeben. Als
besonders vorteilhaft erweist sich hierbei, dass eine Gradkante
eines Schneidelementes sich rechtwinklig zu der Vertikalachse erstreckt.
Bevorzugt weisen hierbei die Schneidelemente in einem Querschnitt
eine Dachform auf. Zudem wird vorgeschlagen, dass zwei oder mehr
Stufen ausgebildet sind, so weiter bevorzugt drei Stufen, wobei
im Bereich jeder Stufe meißelspitzartige,
an einer Radialen ausgerichtete und symmetrisch zu einer Mittelachse
angeordnete Hartmetall-Schneidelemente vorgesehen sind. Die radialen
Ausdehnungen der Stufen und somit der hier angeordneten Schneidelemente
sind unterschiedlich, wobei bei einer Anordnung von drei Stufen
die in Bohrrichtung betrachtete erste Stufe die geringste radiale
Ausdehnung aufweist und die hierauf folgende zweite Stufe radial kleiner
ausgebildet ist als die dritte Stufe. Darüber hinaus erweist es sich
auch als vorteilhaft, dass eine oder mehrere Stufen radial über den
mit der Bohrkrone zu verbindenden Bohr- oder Injektionsanker überstehen,
so weiter bevorzugt die zweite und dritte, Hartmetall-Schneidelemente
tragenden Stufen. Um das Anbohren insbesondere von Felsschichten,
deren Felshorizont nicht senkrecht zur Bohrrichtung verläuft, zu
gewährleisten,
ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass eine Verbindungslinie
der radial äußeren Enden
der Schneidelemente mit der Vertikalachse einen Winkel von 30–70° einschließt. Demnach
weist ein, die radial äußeren Enden
der Schneidelemente der bevorzugt drei Stufen umhüllender, gedachter
Kegel einen Spitzenwinkel von bevorzugt etwa 50° auf, womit sichergestellt ist,
dass Felshorizonte, die bis zu 40° zur
Bohrrichtung verlaufen, zuerst von den in Bohrrichtung ersten Schneidelementen
im Bereich der Bohrkronenspitze erfasst und angebohrt werden. Um
den Rundlauf der Bohrkrone und somit die Zentrierung derselben weiter
zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass die Schneidelemente in ihrer
radialen Ausrichtung gegenüber
den Schneidelementen der folgenden oder der vorhergehenden Stufe
um 45° versetzt
angeordnet sind. In weiterer Ausgestaltung ist bevorzugt vorgesehen, dass
an der Bohrkronenspitze vier jeweils um 90° versetzt liegende Schneidelemente
angeordnet sind. Auch wird vorgeschlagen, dass in der, der Bohrkronenspitze
folgenden ersten Stufe vier jeweils um 90° versetzt liegende Schneidelemente
angeordnet sind, wobei weiter diese Schneidelemente der ersten Stufe gegenüber denen
der Bohrkronenspitze um 45° versetzt
positioniert sind und die radiale Ausdehnung dieser ersten Stufe
größer ist
als die radiale Ausdehnung der Bohrkronenspitze bzw. derer Schneidelemente.
Des weiteren ist vorgesehen, dass in der, der Bohrkronenspitze folgenden
zweiten Stufe vier jeweils um 90° versetzt
liegende Schneidelemente angeordnet sind, wobei auch diese um 45° versetzt
zu den Schneidelementen der vorherigen, d. h. der ersten Stufe positioniert
sind. Auch diese zweite Stufe weist wiederum eine größere radiale
Ausdehnung auf als die erste Stufe. So kann bspw. die maximale radiale
Ausdehnung der ersten Stufe im Bereich ihrer Schneidelemente etwa
dem Zweifachen der radialen Ausdehnung der Bohrkronenspitze im Bereich
derer Schneidelemente betragen. In weiterer Einzelheit kann weiter
vorgesehen sein, dass die maximale radiale Ausdehnung der, der Bohrkronenspitze
folgenden zweiten Stufe im Bereich ihrer Schneidelemente etwa dem
dreifachen radialen Ausdehnungsmaß der Bohrkronenspitze entspricht.
Um ein Ausspülen
des im Zuge des Bohrvorganges entstehenden Bohrkleins zu gewährleisten,
ist eine erste Mündung
des Spülkanals
zentral in der Bohrkronenspitze vorgesehen. Um auch das Bohrklein
aus den bevorzugt geschrägten
Kammern vor den Hartmetall-Schneidelementen
auszuschwemmen, ist in einer Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes
vorgesehen, dass im Bereich der zweiten Stufe zwischen zwei Schneidelemente
der ersten Stufe eine zweite Mündung
ausgebildet ist, wobei weiter bevorzugt eine Mündungswandung der zweiten Mündung mit
der Vertikalachse einen spitzen Winkel einschließt. Als besonders vorteilhaft
erweist sich hierbei eine Ausbildung, bei welcher zwei diametral
gegenüberliegende
zweite Mündungen
ausgebildet sind. So ist eine geführte Spülung durch eine zentrale erste
Mündung
und zwei zusätzliche
zweite Mündungen,
wobei bevorzugt die Mündungswandung
dieser zweiten Mündungen
mit der Vertikalachse einen Winkel von 45° einschließen, gegeben, womit das Bohrklein
aus den Kammern vor jedem Hartmetall-Schneidelement zwangsläufig an den
Rand der Bohrkrone und in den Bohrkanal nach hinten schwemmen. In
einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist
vorgesehen, dass ein Schneidelement auf einem an die Abmessung des
Schneidelementes angepassten Sockel gehaltert ist. In vorteilhafter
Weise weist der Sockel eine vertikale Höhe auf, die mindestens der
vertikalen Höhe
des Schneidelementes entspricht. Die Schneidelemente ragen hierbei
in Verti kalrichtung über
die Sockel hinaus, so dass deren Gradkanten mit Abstand zu den Sockeloberflächen verlaufen.
Zufolge dieser weiteren Ausgestaltung wird auch allein durch drehendes
Bohren beim Durchdringen überlagerter weicher
und locker gelagerter Böden
ein guter Bohrfortschritt erreicht. Als besonders vorteilhaft erweist sich
zudem, dass in der Bohrkrone eine fußseitig öffnende, zentrale Gewindebohrung
ausgebildet ist, die sich bis in eine, die Schneidelemente der untersten Stufe
tragende Bohrkronenerweiterung erstreckt. Diese Gewindebohrung dient
zur Schraubaufnahme eines Bohr- oder Injektionsankers, welcher bspw.
mit einem aufgewalzten Trapezgewinde versehen ist. Diesbezüglich wird
weiter vorgeschlagen, dass von einer Stirnfläche der Gewindebohrung ausgehend die
Spülkanal-Mündungen
ausgebildet sind. Darüber hinaus
sind im Bereich der die unterste Stufe tragenden Bohrkronenerweiterung
Rückschneiden
ausgeformt, welche bei einem trotz Stützflüssigkeit eingestürzten Bohrloch
das Zurückbohren
erlauben.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung, welche lediglich
ein Ausführungsbeispiel
darstellt, näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Bohrkrone
in Draufsicht;
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2 den
Schnitt gemäß der Linie
II-II in 1;
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3 den
Schnitt gemäß der Linie
III-III in 1;
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4 eine
Ausschnittdarstellung des Bereiches gemäß Pfeil IV in 2;
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5 eine
Ausschnittdarstellung des Bereiches gemäß Pfeil V in 2;
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6 eine
Ausschnittdarstellung des Bereiches gemäß dem Pfeil VI in 3;
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7 eine
schematische Ansichtsdarstellung der Bohrkrone mit in eine gemeinsame
Vertikalebene verschwenkten Schneidelementen verschiedener Vertikalstufen
der Bohrkrone;
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8 die
Bohrkrone in einer perspektivischen Darstellung;
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9 den
Schnitt gemäß der Linie
IX-IX in 8;
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10 die
Bohrkrone in einer weiteren perspektivischen Darstellung.
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Dargestellt
und beschrieben ist zunächst
mit Bezug zu 1 eine Bohrkrone 1 für einen
nicht dargestellten Bohr- oder Injektionsanker, welche auf drei verschiedenen
Stufen unterschiedlicher radialer Ausdehnung jeweils Hartmetall-Schneidelemente 2 aufweist.
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Erfindungsgemäß sind drei
Stufen vorgesehen; eine durch die Bohrkronenspitze Sp gebildete Stufe,
eine dieser Bohrkronenspitze Sp folgende erste Stufe St1 und eine
weiter folgende zweite Stufe St2.
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Jede
Stufe trägt
vier jeweils um 90° versetzt liegende,
an einer Radialen ausgerichtete und symmetrisch zu einer Mittelachse
x der Bohrkrone 1 angeordnete Schneidelemente 2,
wobei jedes Schneidelement 2 stirnseitig, d. h. in Bohrrichtung
dachförmig ausgebildet
ist. Die hierdurch gebildete Gradkante 3 erstreckt sich
rechtwinklig zur Vertikalachse bzw. Mittelachse x.
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Jedes
Schneidelement 2 ist auf einem an die Abmessung desselben
angepassten Sockel 4 der Bohrkrone 1 gehaltert,
welche Sockel 4 radial ausgerichtet, flügelartig ausgeformt sind. Die
Radialerstreckung der Sockel 4 ist so gewählt, dass
die Schneidelemente 2 in radialer Richtung über die
radial äußere Stirnfläche der
Sockel 4 ragen.
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Wie
insbesondere aus den Schnittdarstellungen in den 2 und 3 zu
erkennen, sind die Schneidelemente 2 in entsprechend ausgeformten Aufnahmetaschen 5 der
Sockel 4 gehaltert, wobei die in Achsrichtung x gemessene
Tiefe der Aufnahmetaschen 5 so gewählt ist, dass die Gradkante 3 des
aufgenommenen Schneidelementes 2 mit Abstand zur parallel
verlaufenden Oberfläche
des Sockels 4 sich erstreckt. Wie dargestellt, verläuft die
Traufkante eines jeden Schneidelementes 2 auf Höhe der Sockeloberfläche.
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Zufolge
dieser Aufnahmeausbildung ragen die Schneidelemente 2 sowohl
in radialer als auch in axialer Richtung über die Sockel 4 hinaus.
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Wie
weiter insbesondere aus der Darstellung in 1 zu erkennen,
sind die Schneidelemente 2 in ihrer radialen Ausrichtung
gegenüber
den Schneidelementen 2 der folgenden oder der vorhergehenden Stufe
um 45° versetzt
angeordnet. So sind die Schneidelemente 2 im Bereich der
Bohrkronenspitze Sp gleich ausgerichtet den Schneidelementen 2 der zweiten
Stufe St2. Die Schneidelemente 2 der zwischen der Bohrkronenspitze
Sp und der zweiten Stufe St2 liegenden ersten Stufe St1 sind entsprechend um
45° versetzt
ausgerichtet.
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Die
einzelnen Stufen Sp, St1 und St2 weisen unterschiedliche radiale
Ausdehnungen auf. So ist ein Radialmaß b zwischen Mittelachse x
und den radial äußeren Enden
der Schneidelemente 2 der ersten Stufe St1 gewählt, welches
etwa der doppelten Erstreckungslänge
a im Bereich der Bohrkronenspitze Sp entspricht. Weiter kann entsprechend
die radiale Ausdehnung b im Bereich der ersten Stufe St1 ca. 33
mm betragen, wobei ein Ausdehnungsmaß a im Bereich der Bohrkronenspitze
Sp von bspw. 17 mm gewählt
ist. Im Bereich der zweiten Stufe St2 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine radiale Ausdehnung c gewählt,
welche etwa dem Dreifachen der radialen Ausdehnung a im Bereich
der Bohrkronenspitze Sp entspricht. So kann hier bspw. eine radiale
Ausdehnung c von 45 mm gewählt
sein.
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Darüber hinaus
weisen die einzelnen Stufen Sp, St1 und St2 unterschiedliche vertikale,
d. h. in Achsrichtung betrachtete Abstände auf. So ist ein Verhältnis des
Vertikalabstandes d zwischen den Gradkanten 3 der Bohrkronenspitze
Sp und den Gradkanten 3 der ersten Stufe St1 zu dem Vertikalabstand
e zwischen den Gradkanten 3 der Bohrkronenspitze Sp und
der Gradkanten 3 der zweiten Stufe St2 von ca. 1:1,5 bis
1:2 gewählt.
Dargestellt ist ein bevorzugtes Verhältnis, bei welchem der Vertikalabstand
d zwischen Bohrkronenspitze Sp und erster Stufe St1 ca. 17 mm und
der Vertikalabstand e zwischen Bohrkronenspitze Sp und der zweiten
Stufe St2 etwa 25 mm beträgt.
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Durch
die beschriebenen Vertikalabstände sowie
der unterschiedlichen radialen Ausdehnungen ergibt sich in vorteilhafter
Weise eine die radial äußeren Enden
der Schneidelemente 2 verbindende Verbindungslinie v, welche
mit der Mittelachse x einen Winkel Alpha von 30– 70°, bevorzugt 50° einschließt (vergl.
Schemadarstellung in 7). Zufolge der erfindungsgemäßen Anordnung
der Schneidelemente 2 weist ein die radial äußeren Enden
der Schneidelemente 2 tangierender, die Bohrkrone 1 umhüllender Kegel
einen Spitzenwinkel von zwei mal 50° auf, womit sichergestellt ist,
dass Felshorizonte, welche bis zu 40° zur Bohrrichtung geneigt sind,
zunächst
durch die Bohrkronenspitze Sp angebohrt werden.
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Weiter
ist durch die Anordnung von Hartmetall-Schneidelementen ein sicheres
und sofortiges. Anbohren gewährleistet,
wobei durch die gewählte Anordnung
der meißelartigen
Schneidelemente 2 zudem einem Verlaufen des Bohrers entgegengewirkt ist.
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Die
um jeweils 45° versetzt
angeordneten Schneidelemente 2 der einzelnen Stufen dienen
desweiteren der Verbesserung des Rundlaufes der Bohrkrone 1 und
somit einem Zentrieren derselben.
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Die
Bohrkrone 1 ist im wesentlichen massiv ausgebildet, mit
einstückig
angeformten Sockeln 4. Fußseitig, d. h. der Bohrkronenspitze
Sp abgewandt, besitzt die Bohrkrone 1 eine zentrale, axial
ausgerichtete Gewindebohrung 6 zur Schraubaufnahme eines
Bohr- oder Injektionsankers. Bevorzugt ist hierbei ein Trapezgewinde
vorgesehen.
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Die
Gewindebohrung 6 erstreckt sich fußseitig öffnend bis in eine die Schneidelemente 2 der
untersten, d. h. der zweiten Stufe St2 bzw. die zugeordneten Sockel 4 ausformende
Bohrkronenerweiterung 7. Im fußseitigen Bereich der Gewindebohrung 6 ist die
Bohrkrone 1 kreishohlzylindrisch ausgebildet, wobei der
hier ausgeformte Bohrkronenhals 8 eine radiale Erstreckung
f aufweist, welche kleiner gewählt
ist als die radialen Erstreckungen der ersten und zweiten Stufe
St1 und St2, jedoch größer als
die radiale Ausdehnung a im Bereich der Bohrkronenspitze Sp. So
ist im Ausführungsbeispiel
ein Maß f
von ca. 26 mm gewählt.
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Die
Bohrkronenerweiterung 7 weitet sich von dem Bohrkronenhals 8 ausgehend
in Richtung auf die radial freien Enden der Sockel 4 der
zweiten Stufe St2 und der ersten Stufe St1 kegelstumpfartig. Durch die
flügelartige
Anordnung insbesondere der Sockel 4 der untersten, d. h.
der zweiten Stufe St2 sind durch die gewählte kegelstumpfartige Ausformung
Rückschneiden 9 gebildet,
welche ein Zurückbohren
erlauben, sofern das Bohrloch trotz Stützflüssigkeit einstürzen sollte.
Wie aus der 2 zu erkennen, ist hier ein
Winkel Beta zwischen Rückschneide 9 und einer
parallel zur Mittelachse x verlaufenden Vertikalen von 30° bevorzugt.
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Von
der Stirnfläche 10 der
Gewindebohrung 6 geht ein Spülkanal 11 aus. Letzterer
ist koaxial zur Mittelachse x ausgerichtet und steht bei Anordnung der
Bohrkrone 1 an einem Bohr- oder Injektionsanker mit einem
in diesem angeordneten, zentralen Spülkanal strömungsmäßig in Verbindung.
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Eine
erste Mündung
des Spülkanals 11 ist zentral
in der Bohrkronenspitze Sp, d. h. in axialer Verlängerung
des Spülkanals 11 ausgebildet.
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Im
Bereich der zweiten Stufe St2 sind zwischen zwei Schneidelemente 2 der
darüber
angeordneten ersten Stufe St1 zweite Mündungen 13 vorgesehen.
Bevorzugt werden hierbei zwei diametral gegenüberliegend ausgeformte zweite
Mündungen 13, deren
Mündungswandung
mit der Vertikalachse bzw. der Mittelachse x der Bohrkrone 1 einen
spitzen Winkel von bevorzugt 45° einschließen.
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Zufolge
dieser Ausgestaltung ist eine geführte Spülung durch ein zentrales Spülloch (erste
Mündung 12)
und zwei zusätzliche
Spülkanäle (zweite Mündungen 13)
unter 45° gegeben,
welche das Bohrklein aus den Kammern vor jedem Hartmetall-Schneidelement 2 zwangsläufig an
den Rand der Bohrkrone 1 und in den Bohrkanal nach hinten schwemmen.
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Alle
offenbarten Merkmale sind (für
sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird
hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen
(Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch
zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender
Anmeldung mit aufzunehmen.