DE2945766C2

DE2945766C2 - Bohrkrone und Bohrwerkzeug mit einer solchen Bohrkrone

Info

Publication number: DE2945766C2
Application number: DE2945766A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Charles Lexington Ky. Emmerich
Original assignee: Fansteel Inc
Current assignee: Fansteel Inc
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1983-10-20
Also published as: AU522868B2; CA1120918A; ZA795775B; AU5197279A; DE2945766A1; US4190128A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie ist ferner auf ein Bohrwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 gerichtet.

Eine Bohrkrone dieser Art ist aus der US-PS 99 585 bekannt. Das Bohrklein wird hierbei durch die in den freien Quadranten des zylindrischen Körpers angeordneten Abzugsöffnungen abgezogen und durch die im Antriebsschaft der Bohrkrone befindliche Bohrung in die Bohrstange abgeführt Die Bohrkrone ist hierbei, abgesehen von dem zur Befestigung an der Bohrstange verwendeten Antriebsschaft, zylindrisch ausgebildet

Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich beim Einsatz von derartigen Bohrkronen in Verbindung mit polygonal geformten Bohrstangen Schwierigkeiten in bezug auf die Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Luftströmung ergeben, wenn im Saugbetrieb gearbeitet wird. Mit anderen Worten, die zwischen der Bohrungswandung und der Außenseite der Bohrstange bzw. der Bohrkrone eingezogene Luft trifft an der Grenzstelle Bohrstange, Bohrkrone auf eine Diskontinuität die eine glatte und kontinuierliche Luftführung unmöglich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrkrone und ein aus Krone und Bohrstange bestehendes Bohrwerkzeug der jeweils angegebenen Art zu schaffen, mit denen sich eine kontinuierliche Luftführung an der Außenseite der Bohrkrone erreichen . läßt.

Diese Aufgabe ist bei einer Bohrkrone der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Basisabschnitt des zylindrischen Körpers einen polygonalen Querschnitt aufweist und mit ebenen Seitenflächen versehen ist.

Dadurch, daß der Basisabschnitt der Bohrkrone im Querschnitt polygonal ausgebildet ist und ebene Seitenflächen aufweist, kann die in das Bohrloch eingezogene Luft glatt und kontinuierlich in die vorgesehenen Auffangöffnungen strömen. Es treten somit keine Diskontinuitäten auf, wie dies bei dem eingangs erwähnten Stand der Technik der Fall ist. Hinzu kommt, daß durch die polygonale Ausbildung des Basisabschnittes der Bohrkrone bei der Rotation des Bohrwerkzeuges ein durch die ebenen Flächen und die Kanten des polygonalen Abschnittes bewirkter Pumpeffekt erzeugt wird, durch den mögliche Verstopfungen durch Bohrabfall gelöst bzw. verhindert werden können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, daß die Bohrkrone von einem Schlüssel ergriffen werden kann, falls eine Entfernung derselben erforderlich sein sollte.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Bohrwerkzeug zeichnet sich dadurch aus, daß der vortriebsseitige Abschnitt der Bohrstange in seiner äußeren Querschnittsform und seinen Abmessungen der polygonalen Form des Basisabschnitts der Bohrkrone entspricht. Hierdurch werden die vorstehend aufgeführten Vorteile erreicht.

Bohrwerkzeuge der im Oberbegriff des Anspruchs 7 beschriebenen Art sind beispielsweise aus den GB-PS 4 83 886 und 5 33 343 sowie der US-PS 20 30 530 bekannt. Als weiterführende Merkmale in bezug auf den Erfindungsgegenstand ist es diesen Veröffentlichungen jedoch lediglich als bekannt zu entnehmen, die äußere Form des Einsteckendes der Bohrstange für die Krone an die äußere Form des Basisabschnitts der Krone anzugleichen, wobei jedoch die entsprechenden Abmessungen des Basisabschnitts der Krone nicht genau jenen des Einsteckendes der Bohrstange entsprechen.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im

einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines aus einer Bohrstange und einer Bohrkrone bestehenden Bohrwerkzeuges, teilweise im Schnitt;

F i g. 2 eine Seitenansicht des in F i g. 1 dirgestellten Werkzeuges, gegenüber diesem um 90° gedreht;

F i g. 3 eine Endansicht der Bohrkrone vom vorderen Ende aus gesehen;

F ig. 4 eine Ansicht der Bohrkrone und der Bohrstange im demontierten Zustand; und

F i g. 5 eine Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Bohrkrone, die am Schaftende eine zur Identifizierung dienende Lasche aufweist

In F i g. 1 ist eine Bohrstange 10 gezeigt, die einen hexagonalen vortriebsseitigen Abschnitt 12 mit einer hexagonalen inneren Fassung 14 aufweist. Eine Bohrkrone 16 ist mit einem Antriebsschaft 18 versehen, der einen nicht kreisförmigen Querschnitt, vorzugsweise einen hexagonalen Querschnitt, aufweist und in die Fassung der Bohrstange eingepaßt werden ^ann, sowie einem zylindrischen Körper oberhalb des Antriebsschaftes, der einen hexagonalen Basisabschnitt 20 umfaßt, von dem sich Zinken 22 und 24 in diagonal gegenüberliegenden Quadranten erheben, wobei jeder dieser Zinken eine Querausnehmung aufweist, um einen spatenförmigen Schneideinsatz 26 zu lagern, der aus einem geeigneten Wolframkarbid- oder einem anderen geeigneten Hartmaterial hergestellt ist.

Die Bohrkrone ist des weiteren mit Schlitztaschen 28 und 30 (siehe Fig.3 und 4) in gegenüberliegenden Quadranten des zylindrischen Körpers in zu den Zinken benachbarter Lage versehen, die am unteren Ende ;n großen Abzugsöffnungen 32 und 34 für das Bohrklein enden, die mit der mittleren Öffnung 36 im Antriebsschaft 18 in Verbindung stehen. Um einen maximalen Luftstrom zu erhalten, ist die öffnung 36 im Schaft so groß wie möglich ausgebildet, wobei jedoch gleichzeitig eine zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Festigkeit ausreichende Wanddicke vorgesehen ist.

Der spatenfönnige Schneideinsatz 26 steht vorzugsweise in radialer Richtung über die abgerundeten Seiten der Zinken eine Strecke von V^ bis Vj₆ Zoll nach außen vor, um eine bevorzugte Schneidwirkung zu erreichen und gleichzeitig die Möglichkeit eines Bruches des Einsatzes zu minimieren. Durch diesen Vorsprung wird ein Bohrloch gebildet, das geringfügig größer ist als die Abmessungen des Bohrkronenkörpers und der Bohrstange, so daß Luft entlang den Seiten des Bohrloches der Bohrkrone zugeführt werden kann, wobei diese Luft durch den in der Bohrstange und in der Bohrkrone vorherrschenden Unterdruck eingezogen wird. Falls erforderlich, ist an den Zinken ein Freiwinkel von 30° vorgesehen, um ein Schleifen des Bohrkronenkörpers zu verhindern.

Die Quadranten 24 und 22 weisen kreisförmige Flächen 38 und 40 auf, die sich über die hexagonalen Wände des Basisabschnittes 20 der Borkrone hinaus erstrecken, obwohl diese kreisförmigen Flächen einen kleineren Durchmesser besitzen als die äußeren seitlichen Schneidkanten des Schneideinsatzes. Die Schlitzöffnungen oder -taschen 28 und 30 erstrecken sich nach unten und schneiden bestimmte ebene Seiten des polygonalen Basisabschnittes 20 der Bohrkrone.

Die Bohrstange weist eine Seitenöffnung 42 auf, die einen Knopf 44 einer U-förmigen Federbefestigung 46 aufnimmt. Durch ein Herausdrücken des Knopfes 44 aus einer entsprechenden Bohrung in der Bohrkrone kann die Bohrkrone von der Bohrstange entfernt werden.

Die vorstehend beschriebene Bohrkrone ist für einen Bohrvorgang bestimmt, bei dem in der Bohrung 50 der Bohrstange ein Unterdruck erzeugt wird, der durch die öffnung 36 im Antriebsschaft der Bohrkrone und die großen Abzugsöffnungen 32 und 34 auf die eingeschränkte Abmessung der Bohrkrone am hexagonalen Basisabschnitt übertragen wird. Der hexagonale Abschnitt 12 der Bohrstange und der hexagonale Basisabschnitt 20 der Bohrkrone besitzen die gleiche

ίο Form und Abmessung, um den Luftzustrom von den Seiten des Bohrwerkzeuges zu den Öffnungen 32 und 34 zu erleichtern. Derartige Werkzeuge werden häufig zum Bohren von Deckenlöchern eingesetzt, so daß folglich das Bohrklein von den Schneidkanten des Schneideinsatzes herabfällt. Es ist daher wünschenswert, ausreichend grobes Borklein zu erzeugen, so daß dieses nicht in den neben dem Werkzeug befindlichen Raum rutscht, sondern in die Abzugsöffnungen getragen wird. Auf diese Weise strömt Luft um die Bohrstange

und die Bohrkrone in die öffnungen 32 und 34 und führt das Bohrklein in Form von kleinen Stückchen und Staub durch die Bohrstange in eine Sammelkammer hinab.

Durch die Anordnung des hexagonalen Basisabschnittes am Bohrkronenkörper wird nicht nur eine Passung mit der Bohrstange geschaffen, die sich in Längsrichtung erstreckende Luftkanäle erzeugt, wie am besten in den F i g. 2 und 4 gezeigt ist, sondern es wird darüber hinaus eine Zentrifugalpumpwirkung erreicht, die in Verbindung mit dem Unterdruck im Werkzeug das Bohrklein in das Innere des Werkzeuges bewegt und Anhäufungen und Verstopfungen im Werkzeug verhindert, so daß ein äußerst wirkungsvolles Bohren ermöglicht wird. Dies ist von besonderer Bedeutung für Bohrvorgänge in sehr weichem Material, das dazu neigt, sich um die Bohrkrone herum zu verdichten.

Durch die Anordnung des hexagonalen Basisabschnittes 20 kann darüber hinaus die Bohrkrone manuell ergriffen, oder es kann ein Werkzeug angesetzt werden, falls die Bohrkrone infolge einer Verklemmung in der Bohrstange aus dieser herausbewegt werden muß. Dadurch brauchen keine mechanischen Kräfte auf den Schneideinsatz ausgeübt zu werden.

In F i g. 5 ist eine modifizierte Ausführungsform einer Bohrkrone dargestellt, bei der die hexagonalen ebenen Flächen gegenüber der Ausführungsform der F i g. 1 bis 4 indiziert sind. Die in F i g. 5 gezeigte Bohrkrone ö0 weist einen Quereinsatz 62 mit Zinken 64 auf. Die Queröffnungen 66 sind mit den öffnungen 32 und 34 der vorstehenden Figuren vergleichbar. Einstückig mit dem zylindrischen Körper ist ein hexagonaler Antriebsschaft 68 ausgebildet. Am unteren Ende von einer ebenen hexagonalen Fläche des Schaftes ist eine kleine dreieckförmige Lasche 70 vorgesehen, die in Axialrichtung vorsteht und als Identifikationseinrichtung dient.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführungsform sind die ebene Seite 72 und die dieser gegenüberliegende Seite zu den Enden des Einsatzes 62 ausgerichtet, während die ebene Seite 74 im wesentlichen zu den öffnungen 66 ausgerichtet ist. Bei der in den F i g. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform ist die ebene Seite 18Λ und die dieser gegenüberliegenden Seite zu den ebenen Seiten des Einsatzes 26 ausgerichtet. Die letztgenannte Ausführungsform besitzt einen besseren Wirkungsgrad und wird daher bevorzugt. Die Bohrkronen werden mit 250-550UpM bewegt, vorzugsweise mit etwa 450 UpM. Folglich wird durch die Rotation der ebenen Flächen an der Bohrkrone unmittelbar zu den Abzugsöffnungen 32, 34 oder 66 benachbart der

erwähnte Pumpeffekt erzeugt, der zu der Saugwirkung des System beiträgt.

Was die Lasche 70 anbetrifft, so ist zu bemerken, daß die Bohrkronen, mit denen der Bohrvorgang begonnen wird, im allgemeinen größer sind als die Bohrkronen, die bei der Fertigstellung des Bohrloches eingesetzt werden. Wenn daher einmal mit einem Bohrloch begonnen worden ist, ist es von Wichtigkeit, daß die richtige Endkrone verwendet wird. Durch den hexagonalen Antriebsschaft ist es möglich, die vorstehend erwähnte Lasche am Einsatzende der zuletzt verwendeten Bohrkronen anzubringen. In schlecht erleuchteten Bergwerken kann diese Größenidentifizierung durch Tasten von Wichtigkeit sein, da ein überbemessenes Bohrloch große Schwierigkeiten verursachen kann, wenn beispielsweise zur Verfestigung des Hangenden eine Verbolzung unter Einsatz von Kunstharzen oder eine mechanische Verbolzung durchgeführt wird.

Durchgeführte Tests haben gezeigt, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Bohrkrone signifikant bessere Ergebnisse liefert als vergleichbare Bohrkronen. Mit der hier beschriebenen Bohrkrone wurde eine Bohrgeschwindigkeit von 3,10 m pro Minute erreicht, ohne daß Verstopfungen oder Luftblasenbildungen auftraten, während mit einer vergleichbaren Bohrkrone in ähnlichem Material nur eine Geschwindigkeit von 1,25 m pro Minute erzielt wurde.

Hierzu i Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrkrone für Gestein, Kohle, Beton und dgl., aus einem zylindrischen Körper, der einen Basisabschnitt mit aufeinander ausgerichteten, stirnseitigen Lagerflächen zum Abstützen der Bodenflächen eines beidseitig der Längsachse des zylindrischen Körpers angeordneten Schneideinsatzes, dessen entgegen der Drehrichtung liegende Seitenflächen durch axiale Sehnenflächen von in einander diametral gegenüberliegenden Quadranten angeordneten Zinken des zylindrischen Körpers abgestützt sind, und in den freien Quadranten angeordnete Abzugsöffnungen für das Bohrklein aufweist, die mit einem axialen Spülkanal in Verbindung stehen, der in einem rückseitig an den Basisabschnitt des zylindrischen Körpers anschließenden, mit nicht kreisförmigem Querschnitt versehenen Antriebsschaft der Bohrkrone ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisabschnitt (20) des zylindrischen Körpers einen polygonalen Querschnitt aufweist und mit ebenen Seitenflächen versehen ist.

2. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsschaft (18, 68) einen kleineren Durchmesser aufweist als der zylindrische Körper.

3. Bohrkrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede Auffangöffnung (32, 34; 66) in den Basisabschnitt (20) hineinerstreckt und mindestens zwei der ebenen Seitenflächen des Polygons schneidet.

4. Bohrkrone nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Abstützzinken (22, 24) kreisförmig und konzentrisch mit dem zylindrischen Körper ausgebildet ist, wobei der Schneideinsatz (26; 62) radial auswärts über die Außenflächen der Zinken (22, 24) hinaus vorsteht und seitliche Schneidkanten ausgebildet sind, die jeweils im Abstand zu den Außenflächen der Zinken (22,24) angeordnet sind.

5. Bohrkrone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht kreisförmige Antriebsschaft (18, 68) und der Basisabschnitt (20) einen hexagonalen Querschnitt aufweisen.

6. Bohrkrone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am freien Ende von mindestens einer der ebenen Seiten (72, 74) des Antriebsschaftes (68) eine vorspringende Identifizierungslasche (70) ausgebildet ist.

7. Bohrwerkzeug für Gestein, Kohle, Beton und dgl., mit einer Bohrkrone nach Anspruch 1 und einer einen axialen Spülkanal aufweisenden Bohrstange, in welche vortriebsseitig der Antriebsschaft der Bohrkrone einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vortriebsseitige Abschnitt (12) der Bohrstange (10) in seiner äußeren Querschnittsform und seinen Abmessungen der polygonalen Form des Basisabschnitts (20) der Bohrkrone (16) entspricht.