DE3814788A1 - Bohrstange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrstange, insbesondere eine Ankerbohrstange, gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bohrstangen dieser Art werden häufig im untertägigen Gruben­ betrieb sowie im Tunnel- und Stollenbau zum Setzen von Anker­ bohrungen eingesetzt.

Eine bekannte Ankerbohrstange besteht aus einem Rundstab, an dem umfangseitig eine schraubenlinienförmig um den Stab angeordnete Außenwendel vorgesehen ist. Das eine Ende der Bohrstange weist einen Zapfen auf, welcher der drehfesten Verbindung mit dem Bohrfutter einer Antriebsmaschine dient. Am anderen Ende ist eine Aufnahme für eine Bohrkrone vorge­ sehen. Diese Aufnahme ist durch eine zylindrische Bohrung in der Stirnseite gebildet, in die der Steckzapfen der Bohr­ krone einführbar ist.

Zur Übertragung des Drehmoments zwischen der Bohrstange und der Bohrkrone ist eine Formschlußverbindung zwischen der Aufnahme und dem Steckzapfen der Bohrkrone vorgesehen, die bei der bekannten Bohrstange durch die axial vorspringenden Enden zweier Außenwendel gebildet ist. Die zweite Außenwen­ del ist erforderlich, um den abgerundeten Vierkantabschnitt des Steckzapfens drehfest innerhalb der Aufnahme zu halten. Diese zweite Wendel läuft daher üblicherweise im Bereich hinter der Aufnahme aus.

Als nachteilig wird bei der bekannten Bauart angesehen, daß die Verbindung zwischen den Wendelenden und dem Vier­ kantabschnitt des Steckzapfens häufig nicht stabil genug ist, so daß die Wendelenden aufgrund hoher Momentenbelastung plastisch verformt werden oder sogar abbrechen. Eine solche Verformung oder ein Bruch der Wendelenden machen die Bohr­ stange unbrauchbar, da dann die erforderliche Drehmomentüber­ tragung zwischen Bohrstange und Bohrkrone nicht mehr gewähr­ leistet ist.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Bohrstange so auszubilden, daß eine sichere Drehmomentübertragung zwischen Bohrstange und Bohr­ krone gewährleistet ist, wobei die Aufnahme zum Einsatz der Bohrkronen bekannter Bauart geeignet sein soll.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale ge­ löst.

Eine solche Bohrstange weist eine stirnseitige Bohrung als Aufnahme auf, die den Steckzapfen der Bohrkrone vollständig aufnimmt. Die Drehmomentübertragung zwischen Bohrstange und Bohrkrone erfolgt also innerhalb der Bohrung, wodurch die Übertragung eines erheblich höheren Drehmoments als mit den Aufnahmen bekannter Art möglich ist. Der aufgewei­ tete Bereich der Bohrung ist entsprechend dem profilierten Zapfenabschnitt ausgebildet, so daß eine Formschlußverbin­ dung zwischen Aufnahme und Steckzapfen zur Übertragung des Drehmoments zwischen Bohrstange und Bohrkrone gebildet ist. Während der aufgeweitete Endbereich im wesentlichen der Drehmomentübertragung dient, ist der tiefer liegende Teil der Bohrung als Führung für den Steckzapfen gedacht, um der Bohrkrone ausreichenden Halt innerhalb der Bohrstange zu geben. Im übrigen erfolgt in diesem Bereich der Bohrung in an sich bekannter Weise die Verriegelung des Steckzapfens mittels wenigstens eines quer durch die Bohrungswandung verlaufenden Spannstifts, der eine umlaufende Nut des Steck­ zapfens tangiert.

Zur Herstellung einer solchen Aufnahme wird zunächst eine Bohrung in die Stirnseite eines Rundstabs eingebracht, wo­ nach die Aufweitung und Profilierung der Bohrung im Endbe­ reich erfolgt. Anschließend wird die Außenwendel (bzw. wer­ den die Außenwendeln) angebracht. Beim Aufweiten des Endbe­ reichs der Bohrung erfolgt gleichzeitig eine Innenprofilie­ rung entsprechend der Außenkontur des profilierten Zapfenab­ schnitts. Diese Aufweitung und Formgebung bewirkt einen gewissen Schmiedeeffekt, wodurch die Stabilität der Aufnahme zusätzlich erhöht wird.

Die für Ankerbohrstangen dieser Art verwendeten Bohrkronen haben in der Regel einen Steckzapfen mit abgerundetem Vier­ kantabschnitt, an den sich ein im Querschnitt runder Ab­ schnitt geringeren Durchmessers zum freien Zapfenende hin anschließt. Bei einer entsprechend dazu ausgebildeten Auf­ nahme der Bohrkrone erweist es sich als vorteilhaft, wenn der im Querschnitt profilierte und aufgeweitete Endbereich der Bohrung konisch in den zylindrischen Bereich der Bohrung übergeht, wie es in Anspruch 2 beschrieben ist. Dieser ste­ tige Übergang erhöht zum einen die Stabilität der Aufnahme und gewährleistet zum anderen ein leichtes und sicheres Einführen des Steckzapfens in die Aufnahme, da das freie im Querschnitt runde Zapfenende beim Einführen selbsttätig durch den konischen Übergang in den zylindrischen Bereich der Bohrung zentriert wird.

Ankerbohrstangen der in Rede stehenden Art haben einen ver­ hältnismäßig geringen Durchmesser (Kerndurchmesser 18 mm, Gesamtdurchmesser 26 mm, Bohrkronendurchmesser 32 mm), so daß die Wanddicke, insbesondere im aufgeweiteten Bereich der Bohrung, konstruktionsbedingt verhältnismäßig gering ist. Eine Erhöhung der Wanddicke in diesem Bereich ist nicht möglich, da damit der erforderliche Bohrkleinabfluß unzuläs­ sig verengt würde. Die Innenkontur der Bohrung ist jedoch durch die vorgegebene Zapfenform und -stärke bestimmt.

Zur Erhöhung der Stabilität der Aufnahme kann es daher vor­ teilhaft sein, im Bereich der aufgeweiteten Bohrung eine zweite Wendel am Außenumfang der Bohrstange vorzusehen, wie es in Anspruch 3 angegeben ist. Diese zweite Wendel stützt zusammen mit der diametral dazu angeordneten ersten Außen­ wendel die Bohrungswandung ab, wodurch die Stabilität der Aufnahme, insbesondere im Hinblick auf das übertragbare Drehmoment, gesteigert wird.

Wenn die zweite Wendel nahezu ausschließlich aus Stabilitäts­ gründen vorgesehen ist, kann sie im Bereich hinter der Boh­ rung enden. Zweckmäßigerweise läuft die Wendel dann stetig zum Außenumfang der Bohrstange hin aus (Anspruch 4). Die beiden Wendel stützen dann den gesamten Wandungsbereich der Bohrung ab. Gegebenenfalls kann sich die zweite Wendel auch nur bis hinter die Aufweitung der Bohrung erstrecken, um diesen besonders stark beanspruchten Bereich der Aufnahme zu verstärken.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht des bohrkronenseitigen Endes einer Bohrstange mit eingesetzter Bohrkrone;

Fig. 2 eine Bohrkrone in Seitenansicht;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform des bohrkronenseitigen Endes einer Bohrstange;

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeils V in Fig. 4;

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform in Darstellung nach Fig. 4;

Fig. 7 eine Ansicht in Richtung des Pfeils VII in Fig. 6;

Fig. 8 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungs­ form des bohrkronenseitigen Endes einer Bohrstange;

Fig. 9 eine Ansicht in Richtung des Pfeils IX in in Fig. 8;

Fig. 10 eine fünfte Ausführungsform in Schnittdarstel­ lung nach Fig. 4;

Fig. 11 eine Ansicht in Richtung des Pfeils XI in Fig. 10;

Fig. 12 eine sechste Ausführungsform in Darstellung nach Fig. 8 und

Fig. 13 eine Ansicht in Richtung des Pfeils XIII in Fig. 12.

Die in den Figuren dargestellten Ankerbohrstangen bestehen aus einem zylindrischen Schaft 1, der umfangseitig mit einer schraubenlinienförmig angeordneten ersten Außenwendel 2 versehen ist, die sich über die gesamte Länge des Schafts 1 erstreckt. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 8 und 12 ist eine zweite Außenwendel 3 um 180° versetzt zur ersten Außenwendel 2 angeordnet.

Von den in den Figuren dargestellten Bohrstangen ist jeweils nur das bohrkronenseitige Ende dargestellt. Im übrigen Be­ reich sind die Bohrstangen in bekannter Weise ausgebildet. Sie weisen an ihrem antriebseitigen (hier nicht dargestell­ ten) Ende einen profilierten Zapfen zur Aufnahme in ein Bohrfutter einer Antriebsmaschine auf.

Das bohrkronenseitige Ende der Bohrstange ist, wie in Fig. 1 veranschaulicht, zur Aufnahme einer Bohrkrone 4 vorgese­ hen. Eine solche Bohrkrone ist anhand der Fig. 2 und 3 im einzelnen dargestellt. Die Bohrkrone 4 besteht im wesent­ lichen aus einem Werkzeug 5, das hier durch zwei miteinander verbundene Schneiden gebildet ist, und einem sich rückseitig daran anschließenden Steckzapfen 6.

Der Zapfen 6 weist einen an das Werkzeug 5 anschließenden abgerundeten Vierkantabschnitt 7 auf, über den das Drehmo­ ment von der Bohrstange auf die Bohrkrone 4 übertragen wird. Das Profil dieses Vierkantabschnitts 7 ist der Schnittdar­ stellung nach Fig. 3 im einzelnen zu entnehmen.

An den Vierkantabschnittt 7 schließt sich nach hinten ein zylindrischer Zapfenteil 8 an, der an seinem freien Ende etwa halbkugelförmig abgerundet ist. Kurz vor seinem freien Ende weist der zylindrische Zapfenteil 8 eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige umlaufende Nut 9 auf, die zum Verrie­ geln der Bohrkrone 4 innerhalb der Bohrstange dient.

Der Vierkantabschnitt 7 ist im Querschnitt etwa rechteckig, wobei seine Schmalseiten kreisbogenförmig abgerundet sind. Der Abstand der Längsseiten entspricht dem Durchmesser des zylindrischen Zapfenteils 8, der Abstand der abgerundeten Schmalseiten ist dagegen deutlich größer.

Zur Aufnahme einer solchen Bohrkrone 4 weisen die dargestell­ ten Bohrstangen jeweils eine zylindrische Bohrung 10 in ihrer Stirnseite auf. Selbstverständlich ist eine solche Bohrung 10 nur dann zu fertigen, wenn der Schaft 1 aus Voll­ material besteht. Bei Verwendung eines rohrförmigen Schafts ist diese Bohrung 10 durch die Innenkontur des Rohrs gege­ ben. Der Durchmesser der Bohrung 10 ist so gewählt, daß der zylindrische Zapfenteil 8 leicht in die Bohrung 10 ein­ führbar ist und dann durch die Bohrungswandung fest geführt wird.

Das bohrkronenseitige Ende der Bohrstange weist einen aufge­ weiteten innenprofilierten Abschnitt 11 bzw. 11′ auf, an den sich ein konisch zulaufender Abschnitt 12 anschließt, der diesen aufgeweiteten Abschnitt 11 bzw. 11′ stetig mit dem übrigen Teil des Schafts 1 verbindet.

Der aufgeweitete Abschnitt 11 bzw. 11′ ist entsprechend dem Profil des Vierkantabschnitts 7 der Bohrkrone 4 geformt. Durch dieses im Querschnitt etwa rechteckige, an den Schmal­ seiten abgerundete Innenprofil des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ wird in Verbindung mit dem darin eingreifenden Vierkantabschnitt 7 des Steckzapfens 6 eine Formschlußver­ bindung in Drehrichtung um die Bohrstangenachse erzielt. Bei den anhand der Fig. 1, 4, 10 und 12 dargestellten Ausfüh­ rungsformen ist der aufgeweitete Abschnitt 11 der Bohrung 10 etwa genau so lang wie der Vierkantabschnitt 7 des Steckzap­ fens 6, so daß der Steckzapfen 6 praktisch über seine gesam­ te Länge durch die Bohrungswandung umgeben und gehalten ist.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 8 hingegen erstreckt sich der aufgeweitete Abschnitt 11′ über die ge­ samte Länge des Steckzapfens 6, so daß dieser im Bereich seines zylindrischen Zapfenteils 8 lediglich eine linienför­ mige Abstützung an der Bohrungswandung hat. Das übertragbare Drehmoment wird durch diese Ausbildung nicht beeinflußt.

Die dargestellten Ankerbohrstangen haben einen Schaftdurch­ messer von 18 mm bei einem Außendurchmesser von 26 mm. Der Durchmesser des Werkzeugs 5 der Bohrkrone 4 beträgt 32 mm. Da eine Verringerung des Schaftdurchmessers die Stabilität der Bohrstange unzulässig verringern würde und eine Erhöhung des Schaftdurchmessers den Bohrkleinabfluß, insbesondere im Bereich des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′, unzu­ lässig verkleinern würde, können zur Erhöhung der Stabilität im Bereich des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ zusätz­ liche Außenwendeln 3 vorgesehen sein. Bei den Ausführungs­ formen nach den Fig. 1, 8 und 12 ist jeweils eine zweite Außenwendel 3 um 180° versetzt zur ersten Außenwendel 2 angeordnet, wodurch die Bohrungswandung im aufgeweiteten Bereich 11, 11′ zusätzlich abgestützt wird. Hierdurch kann das übertragbare Drehmoment zwischen Bohrstange und Bohr­ krone 4 erhöht werden. Da bei den vorgegebenen Größenverhält­ nissen in der Regel eine Außenwendel 2 zum Abführen des Bohrkleins ausreicht, endet die zweite Außenwendel 3 im Bereich hinter dem aufgeweiteten Abschnitt 11 bzw. 11′ und dem konisch zulaufenden Abschnitt 12, etwa in dem Bereich hinter dem Steckzapfen 6 (siehe Fig. 1). Die zweite Außen­ wendel 3 läuft dann flach in den Schaft 1 aus.

Wie die Fig. 5, 7, 9, 11 und 13 verdeutlichen, kann eine Außenwendel 2, 3 am bohrkronenseitigen Ende der Bohrstange entweder an der abgerundeten Schmalseite oder aber an der Breitseite des aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ anset­ zen. Beim Ansatz an der Breitseite ist das Ende der Außen­ wendel 2, 3 vorzugsweise flach auslaufend und stirnseitig angeschliffen, so daß sich eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Wendel 2, 3 und der Breitseite dieses aufgeweiteten Abschnitts 11 bzw. 11′ ergibt.

Zur Verriegelung der Bohrkrone 4 innerhalb der Ankerbohr­ stange ist am Schaft 1 eine Querbohrung 13 vorgesehen, die bei eingeführtem Steckzapfen 6 mit der umlaufenden Nut 9 fluchtet. Nach Einführen des Steckzapfens 6 in die Aufnahme der Ankerbohrstange wird dann in diese Querbohrung 13 ein Sicherungsstift eingeführt, der den Steckzapfen 6 innerhalb der Bohrung 11 axial verriegelt.

Claims (4)

1. Bohrstange, insbesondere Ankerbohrstange, mit einer Außen­ wendel und mit einer endseitigen Aufnahme für einen zumin­ dest abschnittweise profilierten Steckzapfen einer Bohrkrone, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf­ nahme durch eine stirnseitige Bohrung (10) in der Bohrstange gebildet ist, die einen im Querschnitt dem profilierten Zapfenabschnitt (7) entsprechenden und aufgeweiteten Endbe­ reich (11; 11′) zur drehfesten Verbindung mit dem Steckzap­ fen (6) aufweist.

2. Bohrstange nach Anspruch 1, zur Aufnahme einer Bohrkrone mit einem Steckzapfen mit abgerundetem Vierkantabschnitt, an den sich ein im Querschnitt runder Abschnitt geringeren Durch­ messers zum freien Zapfenende hin anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der im Querschnitt profi­ lierte und aufgeweitete Endbereich (11; 11′) der Bohrung (10) konisch in den zylindrischen Bereich der Bohrung (10) übergeht.

3. Bohrstange nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der aufgeweiteten Bohrung (11; 11′) eine zweite Wendel (3) am Außenumfang der Bohrstange vorgesehen ist.

4. Bohrstange nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Wendel (3) im Bereich hin­ ter der Aufweitung der Bohrung (10) endet, vorzugsweise stetig ausläuft.