DE29907492U1 - Soil loosening tool - Google Patents
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Description
DÜSSELDORF ESSEN PATENTANWÄLTEDÜSSELDORF ESSEN PATENT ATTORNEYS
UNSERZEiCHEN: 99 222 K/at Düsseldorf ,den 29. April 1999 OUR SIGN: 99 222 K/at Düsseldorf, 29 April 1999
AKTEN-NR. 30FILE NO. 30
WIRTHWIRTH
MASCHINEN- UND BOHRGERÄTEFABRIK GMBH Kölner Straße 71-78MACHINERY AND DRILLING EQUIPMENT FACTORY GMBH Kölner Straße 71-78
D- 41812 ErkelenzD-41812 Erkelenz
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Lösen von Erdreich der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.The invention relates to a tool for loosening soil of the type corresponding to the preamble of claim 1.
Ein derartiges Werkzeug - auch "Rollenmeißel" genannt ist beispielsweise aus der DE 31 17 268 C2 bekannt. Es handelt sich hierbei um einen gängigen Typ von Erdbohrwerkzeugen, die an einem drehangetriebenen Bohrkopf angebracht sind und während des Bohrvorganges über eine Bohrungswandung, in der Regel über die Bohrlochsohle, abrollen, wenn sich der Bohrkopf dreht.Such a tool - also called a "roller chisel" - is known, for example, from DE 31 17 268 C2. This is a common type of earth drilling tool that is attached to a rotary-driven drill head and rolls over a borehole wall, usually over the bottom of the borehole, during the drilling process when the drill head rotates.
Ein derartiges Werkzeug weist einen drehbar gelagerten Grundkörper auf, der mit radial über seine abrollende Mantelfläche überstehenden Einsätzen aus Hartmetall bestückt ist. Hierzu ist der Grundkörper von seiner Mantelfläche her mit Blindbohrungen versehen, in welche die ein zum Erzeugen eines Preßsitzes erforderliches Übermaß aufweisenden Einsätze eingepreßt sind.Such a tool has a rotatably mounted base body which is fitted with hard metal inserts which protrude radially beyond its rolling outer surface. For this purpose, the base body is provided with blind holes on its outer surface into which the inserts are pressed, which have an oversize required to produce a press fit.
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Derartige Werkzeuge werden bereits seit Jahrzehnten beim Vortreiben von Strecken, Tunneln, Bohrungen oder dergleichen wegen ihres relativ einfachen Aufbaus und ihrer vielseitigen Einsetzbarkeit verwendet. Ein Problem stellt jedoch insbesondere bei Böden, die zur Ausbildung von Graten und Spitzen neigen, der erhöhte Verschleiß der abrollenden Mantelfläche des Grundkörpers dar, da dieser zu einer Schwächung des die Einsätze tragenden Materials führt und die Einsätze schließlich vorzeitig verlorengehen, bevor sie selbst ihre Verschleißgrenze erreicht haben. Such tools have been used for decades in the excavation of tunnels, boreholes, etc. due to their relatively simple design and versatility. However, one problem, particularly in soils that tend to form ridges and peaks, is the increased wear of the rolling surface of the base body, as this leads to a weakening of the material supporting the inserts and the inserts are ultimately lost prematurely before they themselves have reached their wear limit.
Es besteht daher bereits seit längerem das Bestreben, das Werkzeug derart weiterzubilden, daß die Standfestigkeit des Grundkörpers jedenfalls soweit verbessert ist, daß er nicht mehr vor den Einsätzen verschleißt.For some time now, efforts have been made to further develop the tool in such a way that the stability of the base body is improved to such an extent that it no longer wears out before use.
Hierzu schlägt die DE 31 17 268 C2 vor, die Einsätze auf der abrollenden Mantelfläche nicht mehr in Reihen, sondern in einem verstreuten Muster unter Einhaltung eines seitlichen Mindestabstandes beispielsweise unter Zuhilfenahme eines Zufallszahlengenerators anzuordnen. Durch diese Weiterbildung soll vermieden werden, daß nachfolgende Zähne wiederholt in vorherige Zahneindrücke in dem Erdreich fallen, wodurch die im letzteren Falle mögliche Ausbildung von Graten und Spitzen im Erdreich, die zwischen den Einsätzen mit der Mantelfläche in Berührung kommen und zu deren erhöhten Verschleiß führen kann, verhindert werden soll.For this purpose, DE 31 17 268 C2 proposes that the inserts on the rolling surface should no longer be arranged in rows, but in a scattered pattern, maintaining a minimum lateral distance, for example with the aid of a random number generator. This development is intended to prevent subsequent teeth from repeatedly falling into previous tooth impressions in the soil, which in the latter case could lead to the formation of ridges and points in the soil, which could come into contact with the surface between the inserts and lead to increased wear.
Nachteilig ist bei diesen Werkzeugen, daß aufgrund des fehlenden festen Anordnungsrasters die automatische Bestückung der Grundkörper mit den Einsätzen erschwert ist. Ferner hat sich in der Praxis gezeigt, daß auch bei diesen Werkzeugen die Standzeit des Grundkörpers verbesserungsfähig ist.The disadvantage of these tools is that the lack of a fixed arrangement grid makes it difficult to automatically equip the base bodies with the inserts. Furthermore, practice has shown that the service life of the base bodies of these tools can also be improved.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Werkzeug in einer Weise zu verbessern, daß der Verschleiß seines Grundkörpers und damit insgesamt seine Standzeit auch bei Böden, die bislang regelmäßig zu einem vorzeitigen Totalausfall des Werkzeugs führten, verbessert ist.It is therefore the object of the invention to improve a generic tool in such a way that the wear of its base body and thus its overall service life is improved even in the case of soils which previously regularly led to a premature total failure of the tool.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Erfindung gelöst.This object is solved by the invention set out in claim 1.
Versuche haben gezeigt, daß durch die Oberflächenhärtung der abrollenden Mantelfläche die Standzeit des Grundkörpers in einem derartigen Umfange erhöht werden kann, daß die Verschleißgrenze der Hartmetalleinsätze häufig vorab erreicht ist, so daß sogar eine Neubestückung des Grundkörpers möglich ist, ohne daß es hierzu einer Nachbearbeitung desselben bedarf.Tests have shown that by hardening the surface of the rolling surface, the service life of the base body can be increased to such an extent that the wear limit of the hard metal inserts is often reached in advance, so that the base body can even be re-equipped without the need for remachining.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Werkzeuges stellt eine erfolgreiche Abkehr des Konzepts der bis dato bekannten Weiterentwicklungen dar, die versuchten, durch besondere Ausgestaltungen der Einsätze oder deren Art der Anordnung auf der Mantelfläche des Grundkörpers die Standfestigkeit des Werkzeugs zu erhöhen.The design of the tool according to the invention represents a successful departure from the concept of the previously known developments, which attempted to increase the stability of the tool by special designs of the inserts or their type of arrangement on the outer surface of the base body.
Besonders vorteilhaft herstellbar ist das erfindungsgemäße Werkzeug dann, wenn die Mantelfläche des Grundkörpers einsatzgehärtet ist. Diese Art der Herstellung weist weiterhin den Vorzug auf, daß die Härte der Oberfläche und die Dicke der gehärteten Schicht vorbestimmbar und damit die mechanischen Eigenschaften des Grundkörpers den durch das jeweilige Gestein, in das eine Bohrung oder dergleichen eingebracht werden soll, vorgegebenen Bedingungen anpaßbar ist.The tool according to the invention can be manufactured particularly advantageously if the outer surface of the base body is case-hardened. This type of manufacture also has the advantage that the hardness of the surface and the thickness of the hardened layer can be predetermined and thus the mechanical properties of the base body can be adapted to the conditions specified by the particular rock in which a bore or the like is to be made.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows:
Fig. 1 - beispielhaft - den Grundkörper einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeugs imFig. 1 - by way of example - the base body of an embodiment of a tool according to the invention in
Längsschnitt (auf die Darstellung der Einsätze sowie der die Bohrungen aufnehmenden Einsätze wurde verzichtet);Longitudinal section (the inserts and the inserts that accommodate the holes have been omitted);
Fig. 2 die obere Hälfte des Werkzeugs gemäß der Darstellung in Fig. 1 mit beispielhaft eingezeichneten Einsätzen;Fig. 2 the upper half of the tool as shown in Fig. 1 with inserts shown as examples;
Fig. 3a ein Diagramm, in dem das Einsatzschema der über die Mantelfläche verteilten Einsätze dargestelltFig. 3a is a diagram showing the pattern of inserts distributed over the shell surface
ist sowieis and
Fig. 3b ein Diagramm, welches das Einsatzschema von bei der dargestellten Ausführungsform zusätzlich vorhandener relativ zu den Einsätzen gemäß Fig.Fig. 3b is a diagram showing the deployment pattern of additional inserts in the illustrated embodiment relative to the inserts according to Fig.
3a schräggestellter Einsätze, zeigt.3a shows inclined inserts.
Der in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Grundkörper des beispielhaft anhand einer Schneidrolle im folgenden .- beschriebenen, erfindungsgemäßen Werkzeugs 100 ist um eine Achse S mit in der Zeichnung nicht dargestellten, bekannten Mitteln an einem in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten Bohrkopf drehbar gelagert. Der Grundkörper weist eine zur Achse S rotationssymmetrische, kegelstumpfförmige Mantelfläche 1 auf, über die das Werkzeug während des Drehantriebs des Bohrkopfes auf dem zu lösenden Erdreich abrollt.The base body of the tool 100 according to the invention, which is designated as a whole by 10 in Fig. 1 and is described below using a cutting roller as an example, is mounted so as to be rotatable about an axis S by known means not shown in the drawing on a drill head, which is also not shown in the drawing. The base body has a truncated cone-shaped outer surface 1 which is rotationally symmetrical to the axis S and over which the tool rolls on the soil to be loosened during the rotary drive of the drill head.
Die Mantelfläche 1 des Grundkörpers 10 ist oberflächengehärtet, beispielsweise durch Anwendung eines Einsatz-Härteverfahrens. Die Dicke der gehärteten Schicht 2, wie inThe outer surface 1 of the base body 10 is surface hardened, for example by applying a case hardening process. The thickness of the hardened layer 2, as in
den Fig. 1 und 2 durch die fette Linie angedeutet werden soll, sowie der auf der Oberfläche erzielte Härtewert kann durch Auswahl der Härteverfahrens-Parameter den durch das Gestein, in dem das Werkzeug zum Einsatz kommen soll, vorgegebenen Bedingungen angepaßt werden.The hardness value achieved on the surface, which is indicated by the bold line in Fig. 1 and 2, can be adapted to the conditions specified by the rock in which the tool is to be used by selecting the hardening process parameters.
Der Grundkörper 10 weist - wie Fig. 2 entnehmbar ist zwei unterschiedliche Ausführungsformen von Einsätzen 3, 4 auf, die radial über den Außenumfang der Mantelfläche überstehen und der Lockerung des abzutragenden Gesteins bzw. Erdreichs dienen. Die in Fig. 2 lediglich beispielhaft dargestellten Einsätze 3, 4 sind aus einem Hartmetallwerkstoff hergestellt. Die erste Art dieser Einsätze 3 sind derart ausgerichtet, daß ihre Längsmittelachse X eine an die Mantelfläche 1 angelegte Tangentialebene senkrecht durchstößt. Der über die Mantelfläche überstehende Bereich der Einsätze läuft im wesentlichen konisch zu annähernd einer Spitze zu. Die Einsätze 4 der zweiten Art bestehen ebenfalls aus Hartmetall. Sie sind gegenüber den Einsätzen 3 der ersten Art derart gekippt angeordnet, daß ihre Längsmittelachsen Y zur abfallenden Seite der kegelstumpf förmigen Mantelfläche 1 einen größeren Winkel einschließen als zu der ansteigenden Seite.The base body 10 has - as can be seen in Fig. 2 - two different embodiments of inserts 3, 4 which project radially beyond the outer circumference of the outer surface and serve to loosen the rock or soil to be removed. The inserts 3, 4 shown in Fig. 2 merely as examples are made of a hard metal material. The first type of these inserts 3 are aligned in such a way that their longitudinal center axis X penetrates a tangential plane applied to the outer surface 1 at right angles. The area of the inserts which projects beyond the outer surface tapers essentially conically to almost a point. The inserts 4 of the second type are also made of hard metal. They are arranged tilted compared to the inserts 3 of the first type in such a way that their longitudinal center axes Y form a larger angle to the sloping side of the truncated cone-shaped outer surface 1 than to the rising side.
Im Gegensatz zu den Einsätzen 3 der ersten Art ist bei denjenigen der zweiten Art der über die Mantelfläche 1 überstehende Bereich im wesentlichen kugelsegmentförmig ausgebildet. Sowohl die Einsätze der ersten, als auch diejenigen der zweiten Art ruhen in Blindbohrungen 5, 6, die in den Grundkörper 10 von der Mantelfläche 1 her eingearbeitet sind. Zur Festlegung sind die Abmessungen der Einsätze 3, 4 und der Blindbohrungen 5, 6 derart aufeinander abgestimmt, daß die Einsätze unter Bildung einer Preßpassung in die Blindbohrungen 5, 6 einführbar sind.In contrast to the inserts 3 of the first type, in those of the second type the area that protrudes beyond the outer surface 1 is essentially spherical segment-shaped. Both the inserts of the first and those of the second type rest in blind holes 5, 6 that are machined into the base body 10 from the outer surface 1. For fixing purposes, the dimensions of the inserts 3, 4 and the blind holes 5, 6 are coordinated with one another in such a way that the inserts can be inserted into the blind holes 5, 6 to form a press fit.
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Wie bereits erwähnt, sind in Fig. 2 die Einsätze 3, 4 lediglich beispielhaft in erheblich verminderter Anzahl dargestellt. Tatsächlich weist das Werkzeug 100 eine Vielzahl von über die Mantelfläche 1 verteilter Einsätze 3, 4 auf, wie schematisch anhand von Fig. 3a und b erkennbar ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Einsätze 3, 4 in einem systematischen Raster angeordnet. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine derartige Anordnungsweise beschränkt. Die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben sich ebenso bei beliebigen anderen Anordnungsrastern, beispielsweise ungleichmäßig verteilt, in Reihen, paarweise etc.As already mentioned, the inserts 3, 4 are shown in Fig. 2 merely as examples in a significantly reduced number. In fact, the tool 100 has a large number of inserts 3, 4 distributed over the outer surface 1, as can be seen schematically in Fig. 3a and b. In the embodiment shown here, the inserts 3, 4 are arranged in a systematic grid. However, the invention is in no way limited to such an arrangement. The advantages according to the invention also arise with any other arrangement grid, for example unevenly distributed, in rows, in pairs, etc.
Ferner ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Form des Grundkörpers und damit nicht auf Schneidrollen der dargestellten Art beschränkt. Vielmehr betrifft sie sämtliche rollend arbeitenden Werkzeuge, deren Abrollfläche mit Hartmetalleinsätzen bestückt sind.Furthermore, the invention is not limited to the form of the base body shown and thus not to cutting rollers of the type shown. Rather, it relates to all rolling tools whose rolling surface is equipped with hard metal inserts.
10 Grundkörper10 basic bodies
100 Werkzeug 100 tools
S AchseS axis
X LängsmittelachsenX Longitudinal center axes
Y LängsmittelachsenY Longitudinal center axes
Claims (2)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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