DE2309168A1

DE2309168A1 - Verfahren zum befestigen von bohrmeisseln

Info

Publication number: DE2309168A1
Application number: DE19732309168
Authority: DE
Inventors: Bernard Alexander Pearson
Original assignee: SMITH WILLISTON Inc
Current assignee: SMITH WILLISTON Inc
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1973-09-13
Also published as: FR2174244B1; CH561352A5; GB1378358A; AU477172B2; JPS48101301A; FR2174244A1; CA989383A; AU5285073A; IT979694B; ZA731183B; JPS5549238B2; SE404058B

Description

DIPL.-ING. A. GRONECKEP DR.-ΙΝΘ. H. KINKELDEY DR.-INQ. W. STOCKMAIR, Ae. PATENTANWÄLTE

8OOO MDNOHEN SZ Moximlliofittroe· 43 UMoa 39 7100/29 6744 T<to|nmM MsMpat MimdM* Utax 0S-2*3M

P 6015

SMITH-WILLISTON, INC. 201 S. Bennett
Seattle, Washington, A USA

Verfahren zum Befestigen von Bohrmeißeln

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einsetzen und Befestigen von konischen Bohrmeißeln in einen Bohrkopf sowie auf eine in eine Bohrung von gegebener Größe in einem Bohrkopf od. dergl. einsetzbare Meißelanordnung.

Bekannte Gesteinsbohrköpfe haben u.A. den Nachteil, daß die Bohrmeißel nicht oder nur schwer auswechselbar sind, so daß jeweils gleich der ganze Bohrkopf ausgewechselt

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werden muß, wenn eigentlich nur einige Bohrmeißel ausgewechselt zu werden brauchten. Die dadurch entstehenden Kosten sind das Mehrfache der Kosten für die einzelnen Meißel.

Gewöhnlich sind die Bohrmeißel im Preßsitz in Bohrungen des Bohrkopfs eingesetzt. Das Einpressen der Meißel rührt häufig zu Verletzungen oder Rissen in dem die Bohrungen umgebenden Metall. Da der Meißel hierbei in unmittelbarer Berührung mit dem Bohrkopf steht, führen Stoßbelastungen des Meißels häufig zu Beschädigungen an den äußeren Rändern der Bohrungen.

Das Entfernen solcher Meißel ist ohne Beschädigung der Wandungen der Bohrung normalerweise nicht möglich, was insbesondere auf das zumeist besonders harte Material der Meißel zurückzuführen ist.

Dementsprechend erforderte das Auswechseln eines Meißels bisher gewöhnlich das Aufbohren der Bohrung, also eine Vergrößerung derselben und daa Einsetzen eines Meißels mit ■ Übergröße. Dieses Verfahren erwies eich als sehr teuer.

Zur Lösung dieser Schwierigkeiten hinsichtlich der Befestigung und des Auswechselns der Meißel wurde u.A. vorgeschlagen, eine Schlitzbuchse oder -fassung zwischen dem Meißel und der Bohrungsleibung einzusetzen. Eine solche Anordnung erleichterte zwar das Einsetzen und Entnehmen der Meißel zum Auswechseln derselben, ergab jedoch insbesondere beim Auftreten von Stoßbelaetungen keine sichere Befestigung des Meißels.

Die Erfindung beseitigt die angeführten Schwierigkeiten in wirksamer und wirtschaftlicher Weise unter Verwendung einer vorgefertigten und jeweils als einstückiger Satz zu lagernden Anordnung aus einem Meißel und einer Fassung.

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Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, daß man eine Buchsenfassung mit einer der konischen Außenfläche des Meißels ähnlich geformten und dieser gegenüber Untermaß aufweisenden Innenfläche und einer der Seitenwandfläche der Bohrung ähnlich geformten Außenfläche, welche in aufgeweitetem Zustand der Fassung über dem Meißel dieser gegenüber Übermaß und in entspanntem Zustand dieser gegenüber Untermaß aufweist, innerhalb der Bohrung aus einer Einsetzstellung, in der sie zum Einführen in die Bohrung ohne Behinderung durch deren Seitenwandungen ausreichend entspannt ist, in eine Arbeitsstellung mit dem Meißel zusammenpreßt, wobei sie durch den Meißel aufgeweitet und zwischen diesem und der Seitenwandung der Bohrung fest eingespannt wird.

Die hier verwendete Anordnung besteht also im wesentlichen aus einem Meißel mit einer bestimmten Form der Außenfläche und einer Buchsenfassung mit einer dieser angepaßten Form der Innenfläche. In der Arbeits- oder Haltestellung der beiden Teile zueinander ist die Fassung in ihrer äußeren Abmessung derart aufgeweitet, daß diese das Innenmaß der für die Aufnahme der Anordnung bestimmten Bohrung überschreitet. Der Ausdruck Haltestellung oder Arbeitsstellung "bedeutet im folgenden eine Stellung, in der der Meißel ebenso weit in die Fassung eingepreßt ist wie schließlich in der Bohrung des Bohrkopfs. Die aneinandergepaßten Flächen des Meißels und der Fassung sind so ausgebildet, daß sich das Außenmaß der Fassung bei teilweisem Herausziehen des Meißels daraus bis unter das Innenmaß der Bohrung verringert. In dieser Weise läßt sich die Anordnung aus Meißel und Fassung genau auf ein bestimmtes Außenmaß bearbeiten und so den Abmessungen der Bohrung im Bohrkopf anpassen. Der Meißel und die Fassung können in teilv/eise auseinandergezogenem Zustand gelagert und so in die Bohrung des Bohrkopfs eingeführt werden, worauf dann die Anordnung in ihre Halte- oder

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Arbeitsstellung zusammengepreßt wird, in welcher die Passung aufgeweitet und in festem Sitz zwischen dem Meißel und der Seitenwandung der Bohrung eingespannt isb. Das erfindungsgemäße Verfahren "bzw. die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich sowohl für rotierende Bohrköpfe, wie sie in Tunnelbohranlagen verwendet werden, als auch für Schlagbohrkopf e.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines typischen Bohrkopfs mit unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens darin eingesetzten Meißelanordnungen gemäß der Erfindung,

Fig. 2A bis 2G schematisierte Schnittansichten einer Meißelanordnung zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 eine Abwandlung eines Verfahrensschritts zum Entfernen der Fassung zum Auswechseln eines Meißels und

Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer Meißelanordnung.

In der bevorzugten Ausführungsform ist eine Meißelanordnung aus einem Meißel 42 und einer Fassung 44 gebildet. Fig. 2A zeigt einen Verfahrensschritt zum Kaltformen einer konischen Fassung beispielsweise aus einem niedrig legierten Stahl des Typs 4340, welche unter Anwendung üblicher Kaltverformungstechniken auf einen konischen Dorn 80 aufgepreßt wird. Die konische Fassung wird anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen, bei welcher sie einen Härtewert von KRG 38 bis 40 erhält. Die Fassung 44 hat zunächst einen Außendurchmesser, welcher etwas

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größer ist als der Innendurchmesser der zu ihrer Aufnahme bestimmten Bohrung im Bohrkopf. Bei der Kaltverformung über dem Dorn 80 erhält die Fassung eine konische Innenform mit um etwa 0,13 mm kleineren Durchmessern als der Meißel an entsprechenden Stellen an seinem oberen und unteren Ende aufweist. Der Karbidmeißel 42 selbst erhält schon bei seiner Sinterung eine Konizität mit einer Zunahme des Durchmessers von 2 mm pro cm der Länge. Fig. 2B zeigt das Aufsetzen der innen konisch geformten Fassung 44 auf den Meißel 42 und Fig. 2C das Aufpressen der Fassung auf den Meißel mit einem Druck von etwa 45OO kp zur Erzielung eines Paßsitzes bei einem Übermaß von 0,05 bis 0,1 mm. Die angeführten und in den Figuren angegebenen Abmessungen stellen lediglich typische Beispiele dar. In der Praxis können Meißel und Fassungen je nach den Erfordernissen des Benutzers verschiedene Maße haben. Die in Fig.2C gezeigte gegenseitige Beziehung 'von Meißel und Fassung entspricht der Halte- oder Arbeitsstellung, welche die Teile in der Bohrung eines Bohrkopfs einnehmen. In diesem Zustand wird nun die Fassung an ihrer Außenseite auf einen Durchmesser abgedreht oder vorzugsweise geschliffen, welcher etwas größer ist als der Innendurchmesser einer Bohrung 60 im Bohrkopf, um somit ein Preßsitz-Übermaß von etwa 0,075 bis 0,09 nun zu schaffen. Im Hinblick auf die Möglichkeit des Vorhandenseins von Bohrungen mit Übermaß im Bohrkopf können Fassungen mit verschiedenen Abmessungen bereitgestellt werden.

Der Meißel und die Fassung nehmen zur Lagerung die in Fig. 2D gezeigte Stellung in bezug aufeinander ein, in der die Fassung um ein gewisses Maß vom Meißel 42 abgeschoben ist. Es ist zwar im Rahmen der Erfindung nicht unerläßlich, jedoch vorteilhaft, die Fassung und den ,Meißel jeweils derart zusammengefügt zu lagern, da dann die Fassung nicht gegenüber dem Meißel verdreht werden kann. Daraus ergibt sich der Vorteil einer durch den

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Preßdruck von etwa 4500 kp im Verfahrensschritt nach Pig. 2C erzielten genauen Flächenpassung zwischen den Teilen, bei welcher Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Meißels durch den duktilen Werkstoff der Fassung ausgeglichen sind. Bei einer Verdrehung der Teile zueinander würde diese genaue Passung wieder verloren gehen. In der in Fig. 2D gezeigten Stellung ist die Fassung außerdem soweit entspannt, daß ihr Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Bohrung 60.

Fig. 2E zeigt das Einsetzen der Anordnung aus Meißel und Fassung in die Bohrung 60 und das Einpressen der Fassung unter einem Druck von etwa 10 000 kp in die in Fig. 2F gezeigte Halte- oder Arbeitsstellung. Dabei wird der Meißel zunächst auf einen Sitz in der Bohrung aufgesetzt. Der Sitz kann ein besonderer Einsatz oder, wie in der Zeichnung dargestellt,'( der Boden der Bohrung sein. Beim Einpressen der Fassung 44 über den Meißel wird sie seitlich mittels einer Führung 72 gestützt. Der in Fig. 2E übertrieben dargestellte Spalt zwischen der Außenfläche der Fassung 44 und der Innenwand der Bohrung 60 erlaubt eine beträchtliche Verschiebung der Fassung auf dem Meißel,· bevor sie mit ihrer Außenfläche in Anlage an der Innenwand der Bohrung 60 kommt. Die Vergrößerung des Durchmessers der Fassung beruht im wesentlichen auf radialer Aufweitung, wodurch sie sich bei Erreichen der in Fig. 2F gezeigten Stellung in gleichmäßiger Druckanlage am gesamten Umfang der Innenwandung 60 der Bohrung befindet. Dadurch ist die Bohrung an ihrem äußeren Rand keiner Dehnung unterworfen, so daß an dieser Stelle eine satte Passung gewährleistet ist, Die Fassung steht auswärts über die Bohrung hervor und schützt so deren Rand vor Abrieb und Stoßbelastungen. Der Meißel sitzt auf dem Boden 62 der Bohrung auf, sodaß Belastungen, insbesondere Stoßbelastungen, direkt und daher wirksamer vom Meißel auf den Bohrkopf übertragen werden.

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In Fig. 2G und Fig. 3 sind zwei verschiedene Verfahrensschritt zum Entfernen des Meißels und der Fassung aus der Bohrung 60 gezeigt. In Fig. 2G wird die Fassung mittels eines rotierenden Schneidwerkzeugs 73 zwischen dem Meißel und der Wandung der Bohrung herausgeschnitten und damit der Meißel gelöst. In Fig. 3 wird eine Elektrode 90 einer an sich bekannten elektrischen Entladungsvorrichtung verwendet, um die Fassung zwischen dem Meißel und der Wandung der Bohrung durch Entladungserosion abzutragen.

Fig. 4- zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Anordnung aus Fassung und Meißel. In dieser Ausführung findet ein Meißel 100 von abwärts konvergierender Kegelform Verwendung, wobei der Kegelwinkel etwa der gleiche ist wie bei der ersten Ausführungsform. Der Meißel 100 ist in eine Buchsenfassung 101 aus dem gleichen Material wie in der ersten Ausführungsform eingesetzt. In dieser Ausführungsform werden der Meißel und die Fassung in einer der in Fig. 2C entsprechenden Haltestellung bearbeitet und in einer Fig. 2D entsprechenden gegenseitigen Stellung gelagert. Beim Einsetzen des Meißels mit der Fassung in die Bohrung 60 wird zunächst die Fassung 101 am Boden der Bohrung oder einem Einsatz darin aufgesetzt und dann durch Einpressen des Meißels auswärts in Anlage an die Wandung der Bohrung 60 expandiert. Fig. 4- zeigt die Anordnung beim Einsetzen in die Bohrung, mit einen zum besseren Verständnis übertrieben dargestellten Spalt zwischen der Außenfläche der Fassung und der Innenfläche der Bohrung.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließliche konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Claims

Patentansprüche

1. Meißelanordnung zur Verwendung in einer Bohrung von gegebener Größe in einem Bohrkopf od. dergl., g e k e η η zeichnet, durch eine Buchsenfassung (44) mit einer sich verjüngenden Innenfläche und einer Außenfläche und durch einen massiven Meißel mit einer sich verjüngenden. Außenfläche, wobei die Außenfläche des Meißels (42) und die Innenfläche der Fassung derart aneinander angepaßt sind, daß die Außenfläche der Fassung, wenn sie auf den Meißel in eine Halte- oder Arbeitsstellung aufgeschoben wird, sich auf ein das Innenmaß der Bohrung (60) geringfügig übersteigendes Maß aufweitet und in wenigstens teilweise vom Meißel abgezogenem Zustand auf ein das Innenmaß der Bohrung geringfügig unterschreitendes Maß entspannt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrung und die Außenfläche der Buchsenfassung (44) zylindrisch sind und daß die Außenfläche der Fassung in einem in einer der Halte- oder Arbeitsstellung entsprechenden Stellung über dem Meißel (42) expandierten Zustand auf die gewünschte Größe bearbeitet ist und der Meißel und die Fassung zum ungehinderten Einführen in eine Bohrung (60) gegebener Größe und anschließenden Zusammenpressen in die-Arbeitsstellung ausreichend voneinander lösbar sind.

3. Verfahren zum Einsetzen und Befestigen von konischen Bohrmeißeln in einen Bohrkopf, dadurch gekennzei chne t , daß man eine Buchsenfassung mit einer der konischen Außenfläche des Meißels ähnlich geformten und dieser gegenüber Untermaß aufweisenden Innenfläche und einer der Seitenwandflache der Bohrung ähnlich geformten

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Außenfläche, welche in über dem Meißel aufgeweitetem Zustand der Buchsenfassung dieser gegenüber Übermaß und in entspanntem Zustand dieser gegenüber Untermaß aufweist, innerhalb der Bohrung aus einer Einsetzstellung, in der sie zum Einführen in die Bohrung ohne Behinderung durch deren Seitenwandungen ausreichend entspannt ist, in eine Arbeitsstellung mit dem Meißel zusammenpreßt, wobei sie durch den Meißel aufgeweitet und zwischen diesem und der Seitenwandung der Bohrung fest eingespannt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,, daß man die Buchsenfassung zunächst mit einem das Innenmaß der Bohrung übersteigenden Außenmaß und einer der konischen Außenfläche des Meißels ähnlich geformten, dieser gegenüber Untermaß aufweisenden Innenfläche ausbildet, daß man die Buchsenfassung und den Meißel in eine der Arbeitsstellung entsprechende Haltestellung axial zusammenpreßt und in diesem Zustand die Außenfläche der Buchsenfassung auf eine der der Innenfläche der Bohrung ähnliche Form derart bearbeitet, daß sie in dem mit dem Meißel zusammengepreßten Zustand der Bohrung gegenüber Übermaß und in vom Meißel getrennten, entspanntem Zustand der Bohrung gegenüber Untermaß aufweist, und daß man die Buchsenfassung und den Meißel zum Einführen in die Bohrung soweit auseinander bewegt, daß sich die Buchsenfassung auf ein Maß entspannt, bei dem sie ungehindert in die Bohrung einführbar ist, und daß man sodann den Meißel und die Buchsenfassung in die Bohrung hineinpreßt, daß die Buchsenfassung durch den Meißel aufgeweitet wird, so daß sie zwischen dem Meißel und der Innenfläche der Bohrung eingespannt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meißel und die Buchsenfassung genau in der Drehstellung in der Bohrung zusammengepreßt

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werden, die sie beim Zusammenpressen in die Haltestellung ,gegenseitig innehaben.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung zylindrisch ist und einen Boden hat, daß der Meißel eine zum Boden hin divergierende Kegelform hat und daß man zum Zusammenpressen des Meißels und der Fassung in der Bohrung zunächst den Meißel auf den Boden aufsetzt und dann die Fassung bis in Anlage am Boden einpreßt.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung zylindrisch ist und einen Boden hat, daß der Meißel eine zum Boden hin konvergierende Kegelform hat und daß man zum Zusammenpressen des Meißels und der Fassung in der Bohrung zunächst die Fassung auf den Boden aufsetzt und dann den Meißel bis in Anlage am Boden einpreßt.

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