DE8328156U1 - Bohrwerkzeug zum bohren von tiefen bohrungen in gestein - Google Patents

Description

Reg.-Nr.126 687

Firma GEBRÜDER HELLER DINKLAGE GMBH WERKZEUGFABRIK, Steinfelder Str. 11, 2843 Dinklage

Bohrwerkzeug zum Bohren von tiefen Bohrungen in Gestein

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zum Bohren von tiefen Bohrungen in Gestein, mit einem Bohrkopf, der mit mindestens einer Abführnut für das Bohrklein versehen ist und an einem Ende einer langen Bohrstange mit einer hinteren Stirnfläche an einer vorderen Stirnfläche derselben anstoßend befestigt ist, die zum Abführen des durch die Abführnut im Bohrkopf zufließenden Bohrmehls mindestens über einen Abschnitt ihrer Länge mit einer um die Bohrstange schraubenförmig umlaufenden, an die Abführnut des Bohrkopfes anschlie-

ßenden Abführnut versehen ist. i

Im Berg- und Tunnelbau wird das Bohrmehl beim Bohren von tie- ^ fen Bohrungen in der Regel mit Wasser ausgespült. Wasser ist |

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jedoch oft an der Arbeitsstelle nicht vorhanden, so daß es weit hergeführt werden muß. Dadurch wird das Herstellen von tiefen Bohrungen stark verteuert, besonders in subtropischen Gebieten, wo an und für sich Wagserknappheit herrscht.

Es ist auch bekannt, das Bohrklein von der Bohrstelle abzusaugen. Hierzu werden im Bohrer Absaugkanäle benötigt. Beim Herstellen von tiefen Bohrungen ergibt sich dadurch eine große Länge dieser Absaugkanäle, wodurch die Gefahr der Verstopfung so groß wird, daß ein Einsatz von Bohrwerkzeugen mit einer Absaugung für die Herstellung von tiefen Bohrungen in Gestein nicht in Frage kommt.

Die Praxis hat gezeigt, daß sich für die Einsätze der oben genannten Art Bohrwerkzeuge mit einer Abführnut für das Bohrmehl am besten eignen.

Da die Bohrstangen bei Durchmessern zwischen 15 und 35 mm oft eine Länge über 2 m haben, sind sie verhältnismäßig teuer. Außerdem ist die Bohrstange als solche einem verhältnismäßig geringen Verschleiß unterworfen. Der die Bohrarbeit ausführende Bohrkopf verschleißt jedoch verhältnismäßig schnell. Es empfiehlt sich daher, den Bohrkopf getrennt von der Bohrstange anzufertigen und ihn dann mit der Bohrstange lösbar zu verbinden, so daß bei der Abnutzung des Bohrkopfes dieser stets gegen einen neuen ausgewechselt werden kann.

Bei den bekannten Bohrwerkzeugen dieser Art wird der Bohr-I§ 25 kopf mittels einer sich längs der Drehachse erstreckenden :' Schraube mit dem Ende der Bohrstange verbunden. Dadurch ist

\: es aber nicht gewährleistet, daß die Spanabführnut des

K Bohrkopfes sich genau mit der Spanabführnut der Bohrstange

E deckt, so daß die Abfuhr des Bohrmehls behindernde stu-

30 fenförmige Flächen entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Bohrkopf

mit der Bohrstange sehr einfach so verbunden werden kann, daß eine stufenlose Fluchtung der Spanabführnut des Bohrkopfes mit der Spanabführnut der Bohrstange gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art in der einen der aneinanderstoßenden Stirnflächen des Bohrkopfe<i und der Bohrstange eine sich vorzugsweise diametral über diese Stirnfläche erstreckende Rippe und in der anderen eine entsprechende Nut für den paßgerechten Eingriff der Rippe vorhanden sind, und daß zusätzlich ein den Bohrkopf an der Bohrstange haltendes Verbindungsglied vorhanden ist. Die Rippe und die Nut in den aneinanderstoßenden Stirnflächen des Bohrkopfes und der Bohrstange sowie die Spanabführnuten in diesen beiden Teilen können hierbei so genau gefertigt werden, daß beim Zusammensetzen des Bohrkopfes und der Bohrstange ein stufenloser Übergang der Spanabführnuten gewährleistet ist. Hierbei können die im Bohrkopf und in der Bohrstange benötigten Aussparungen für den Einsatz eines als Bolzen, Zapfen, Stift, Splint oder Schraube ausgebildeten Verbindungsgliedes so angeordnet werden, daß dabei gleichzeitig der Bohrkopf gegenüber der Bohrstange zentriert wird, so daß dadurch mit Sicherheit der stufen?öse übergang der Spanabführnuten ineinander gewährleistet ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zum Einsetzen eines stabförmigen Verbindungsgliedes in den Wandungen der Nut und der Rippe Querbohrungen vorhanden sind, die so angeordnet sind, daß bei paßgerechtem Eingriff der Rippe in die Nut die Querbohrung im Bohrkopf gegenüber der Querbohrung in der Bohrstange zum Bohrkopf hin versetzt angeordnet ist.

Wird bei dieser Anordnung der Querbohrung als Verbindungsglied eine geschlitzte Spannhülse verwendet, deren Außendurchmesser mit dem Innendurchmesser dieser Querbohrungen übereinstimmt, dann wird durch den durch die Versetzung

der Uuerbohrungen verursachten Druck der Spannhülse der Bohrkopf mit seiner Stirnfläche fest an die anliegende Stirnfläche der Bohrstange gedrückt, so daß ein wackelfreier fester Sitz des Bohrkopfes an der Bohrstange gewährleistet ist. Außerdem wird durch den von der Spannhülse auf die Wandung der Querbohrungen des Bohrkopfes ausgeübte Druck auch gleichzeitig eine Zentrierung des Bohrkopfes erreicht.

Um diese Zentrierung schon beim losen Zusammenstecken des Bohrkopfes mit der Bohrstange und damit für das Einführen des Verbindungsgliedes eine möglichst genaue Fluchtung der für jenes vorgesehenen Bohrungen im Bohrkopf und in der Bohrstange zu erreichen, kann als Zentrierungsmittel in der einen Fläche eine von einer kegelstumpfförmigen Fläche begrenzte Vertiefung für den paßgerechten Eingriff des sich kegelstumpfförmig verjüngenden Endes der anderen Stirnfläche vorhanden sein.

Da es im Sinne der Erfindung liegt, die Standzeit der Bohrstange möglichst zu verlängern, ist es zweckmäßig, die Rippe und die Nut so an den beiden miteinander zu verbindenden Teilen vorzusehen, daß die sich berührenden Teile der Stirnflächen des Bohrkopfes und der Bohrstange möglichst groß sind. Dies wird bei der oben genannten bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Rippe an der Stirnfläche des Bohrkopfes und damit also die Nut an der Stirnfläche der Bohrstange vorgesehen sind und daß die Höhe der Rippe etwas kleiner ist als die Tiefe der Nut. Eine weitere Maßnahme in diesem Sinn besteht darin, die Spanabführnut im Bohrkopf geradlinig und parallel zur Drehachse des Bohrkopfes anzuordnen und entsprechend das an die Spanabführnut des Bohrkopfes anschließende Ende der Spanabführnut der Bohrstange ebenfalls geradlinig und parallel zur Drehachse anzuordnen, so daß diese erst in einem Abstand von der Stirnfläche der Bohrstange in die schraubenförmig umlaufende Abführnut übergeht. Dadurch werden am

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Ende der Bohrstange spitze Winkel zwischen den Wandungen der Abführnut und der Stirnfläche und damit schneller abnutzende Teile vermieden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Es zeigen: 'ti

Fig. 1 eine Seitenansicht einer dreimal unter- Sjjs

brochen dargestellten Bohrstange des Aus- ΐ

a! führungsbeispiels; -|

Fig. 2 eine zur Ansicht nach Fig. 1 senkrechte -■'

Ansicht des den Bohrkopf tragenden Endes des Bohrwerkzeuges nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - III in Fig. 2 in einer noch mehr vergrößerten

Darstellung;

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht des Bohrkopfes und des ihm benachbarten Endes der Bohrstange des zweiten Ausführungsbeispieles,·

Fig. 5 eine Ansicht des Bohrkopfes in Richtung der Pfeile V in Fig. 4.

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Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Bohrwerkzeuges gemäß der Erfindung, das zum Herstellen von tiefen Bohrungen in Gestein vorgesehen ist, weiFt einen Bohrkopf 11 auf, der zwei diametral einander gegenüberliegende Schneiden 12 und 13 aufweist, denen zwei einander diametral gegenüberliegende geradlinige und parallel zur Drehachse 14 des Bohrwerkzeuges verlaufende Abführnuten/für das Bohrmehl zugeordnet sind, von denen in Fig.2 nur die eine dem Betrachter zugekehrte Abführnut sichtbar ist.

Der Bohrkopf 11 ist in der Darstellung nach Fig. 2 mit einer im ganzen in Fig. 1 dargestellten Bohrstange 16 verbunden, die zum Herstellen von tiefen Bohrungen eine Länge von mehr als 2 m haben kann. Das dem Bohrkopf abgekehrte hintere Ende 10 der Bohrstange 16 ist zur Bildung eines Einspansteiles als Sechskant ausgeführt. Die Bohrstange ist anschließend an ihr dem Bohrkopf zugekehrtes vorderes Ende mit einer um die Bohrstange schraubenförmig umlaufenden Abführnut/für das aus den Abführnuten 15 des Bohrkopfes zufließende Bohrmehl versehen. Kurz vcr der am Bohrkopf 11 anliegenden vorderen Stirnfläche 18 der Bohrstange 16 geht die Abführnut 17 in zwei mit den Abführnuten 15 des Bohrkopfes fluchtende geradlinige und zur Drehachse 14 parallele Abführnuten 19 über, von denen nur die eine in Fig. 2 sichtbar ist.

An der an die Stirnfläche 18 der Bohrstange 16 anstoßenden Stirnfläche 20 des Bohrkopfes ist eine symmetrisch zu der die Spanabführnuten 15 halbierenden Diametralebene angeordnete, geradlinige, im Querschnitt rechteckige Rippe 21 vorgesehen, die mit einer Bohrung 22 versehen ist, die konzentrisch zu einem zur Rippe 21 senkrechten Durchmesser 23 verläuft.

Für einen Paßsitz mit der Rippe 21 ist in der Stirnfläche 18 der Bohrstange 16 eine im Querschnitt ebenfalls recht-

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eckige Nut 24 vorgesehen, die symmetrisch zu der Bohrstangendiametralebene verläuft, die die beiden geradlinigen Spanabführnuten 19 der Bohrstange halbiert- Die Höhe der Rippe 21 ist etwas kleiner als die Tiefe der Nut 24, so daß dadurch gewährleistet ist, daß beim Eingriff der Rippe in die Nut 24 die der Rippe und der Nut benachbarten Stirnflächen 18 und 20 der Bohrstange und des Bohrkopfes aneinanderliegen.

In den beiden Wandungen 25 der Nut 24 ist eine durchgehende Bohrung 2 6 vorgesehen, die den gleichen Durchmesser hat wie die Bohrung 22 in der Rippe 21. Die Achse der Bohn.ng 2 6 ist jedoch so angeordnet, daß beim paßgerechten Eingriff der Rippe 21 in die Nut 24 die Bohrung 22 ein wenig in Richtung zum Bohrkopf 11 hin gegenüber der Bohrung 26 versetzt ist.

Zum Befestigen des Bohrkopfes 11 an der Bohrstange 16 ist eine durch einen Schlitz 27 geschlitzte Spannhülse 28 vorgesehen, deren Außendurchmesser im entspannten Zustand dem Innendurchmesser der Bohrungen 22 und 26 entspricht oder etwas größer ist. An einem Ende ist die Spannhülse durch

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eine kegelstumpfförmige Fläche/verjüngt. Entsprechend weist die Bohrung 26 einen durch eine kegelstumpfförmige Fläche 31 erweiterten Einlauf auf. Die Länge der Spannhülse 28 entspricht genau der Länge der Bohrung 26, so daß, wenn die Spannhülse in die Bohrungen 26 und 22 eingeführt ist, die Enden der Spannhülse mit den Außenflächen der Bohrstange 14 fluchten.

Durch die Spannhülse 28 und die versetzte Anordnung der Bohrungen 22 und 26 wird in Verbindung damit, daß die Tiefe der Nut 24 größer ist als die Höhe der Rippe 21 erreicht, daß die Stirnfläche 20 des Bohrkopfes 11 fest an die Stirnfläche 18 der Bohrstange 16 gedrückt und gleichzeitig der Bohrkopf gegenüber der Bohrstange zentriert wird, so daß ein einwandfreier Übergang der Abführnnten 15 des Bohrkopfes

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in die Abführnuten 19 der Bohrstange gewährleistet ist, von denen dann das Bohrmehl durch die Abführnut 17 abgeführt wird.

Durch die geradlinige und zur Drehachse 14 parallele Ausbildung der in die AbfUhrnut 17 mündenden Abführnuten 19 am vorderen Ende der Bohrstange wird erreicht, daß das vordere Ende insbesondere in der Nähe der Stirnfläche 18 der Bohrstange nicht durch schräg einlaufende Abführnuten geschwächt wird, da dadurch spitze Winkel vermieden werden, die bei längerem Gebrauch leicht ausbrechen können.

Um schon beim Zusammenstecken des Bohrkopfes mit der Bohrstange eine Zentrierung des Bohrkopfes gegenüber der Bohrstange und damit eine weitgehende Zentrierung der Bohrungen 22 und 26 zu erreichen, sind bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel an den Stirnflächen des Bohrkopfes und der Bohrstange zusammenwirkende Zentrierungsmittel angeformt. Um den Zusammenhang des in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiels mit dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 anzugeben, sind im folgenden für die dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 entsprechender Teile des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 4 und 5 um 100 vergrößerte Bezugszahlen verwendet worden, so daß durch diese Beziehung auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels Bezug genommen wird.

Als Zentrierungsmittel zum Zentrieren des Bohrkopfes gegenüber der Bohrstange beim Zusammenstecken der beiden Teile ist in der Stirnfläche 120 des Bohrkopfes 111 eine

(Fig.5] von einer kegelstumpfförmigen Fläche 132/riegrenzte Vertiefung vorgesehen. Dementsprechend ist die Stirnfläche 118 der Bohrstange 116 am Rande mit einer Fase versehen, die

eine an. die kegelstumpfförmige Fläche 132 des Bohrkopfes 111 genau angepaßte kegelstumpfförmige Fläche 133 ergibt. Dadurch wird erreicht, daß beim Zusammenstecken des Bohrkopfes 111 mit. der Bohrstange 116 durch den Eingriff des von der konvexen kegelstumpfförmigen Fläche 133 umfaßten Bohrstangenendes in die von der konkaven kegelstumpfförmigen Fläche 132 begrenzte Stirnfläche 120 des Bohrkopfes eine genaue Zentrierung des Bohrkopfes gegenüber der Bohrstange erreicht wird, so daß bei einer Anlage der beiden Stirnflächen 118 und 120 aneinander die Spannhülse 27 sofort in die Bohrungen 126 und 122 eingeführt werden kann.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. Der wesentliche Teil der Erfindung ist der durch die Rippe 21 und die Nut 24 gebildete gegenseitige Eingriff |i des Bohrkopfes mit der Bohrstange, wobei als Verbindungs- ti glied anstelle der Spannhülse 28 ein gewöhnlicher Bolzen ^;'\ oder bei entsprechender Ausbildung der Bohrungen 26 und ί 22 ein Stift, ein Splint od.dgl. verwendet werden können.

Auch ist es nicht unbedingt notwendig, daß die Bohrungen 26 und 22 wie bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein wenig gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Verbindungsbohrungen im Bohrkopf und in der Bohrstange brauchen nicht unbedingt längs einem Durchmesser des Bohrwerkzeuges zu verlaufen. Sie können auch schräg dazu oder parallel oder in einem spitzen Winkel zur Achse 14 verlaufen. In einem solchen Fall kann als Verbindungsglied eine Schraube vorgesehen sein, die durch eine Bohrung im Bohrkopf in eine Gewindebohrung der Bohrstange eingreift.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Rippe am Bohrkopf und die Nut an der Bohrstange vorgesehen.

Dies hat sich bisher als besonders zweckmäßig erwiesen.
Es können aber auch besondere Verhältnisse vorliegen, bei denen es zweckmäßig wäre, die Rippe an der Bohrstange
und die Nut am Bohrkopf vorzusehen. Wie das aus der Fig.3 ersichtlich ist, ist die länge des Durchmessers des Bohrwerkzeuges gemessene Dicke der Rippe 21 etwa gleich groß wie die Dicke der Wandungen 25 der Nut 24. Auch hier ist je nach Einsatz und je nach Verwendung der für die Bohrstange und den Bohrkopf verwendeten Materialien eine andere Ausbildung möglich. So könnte z.B. dann, wenn die Nut im Bohrkopf vorgesehen ist, die Wandstärke der Wandungen der Nut wesentlich kleiner sein als die Dicke der an der Stirnfläche der Bohrstange vorgesehenen Rippe.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehrabaren Merkmale

sind als weitere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

- 11 /Ansprüche

Claims (10)

ι · ι · #· it «i t« «»·* - 11 - Ansprüche

1. Bohrwerkzeug zum Bohren von tiefen Bohrungen in Gestein, mit einem Bohrkopf (11) , der mit mindestens einer Abführnut (15) für das Bohrklein versehen ist und an einem Ende einer langen Bohrstange (16) mit seiner hinteren Stirnfläche (20) an einer vorderen Stirnfläche (18) derselben anstoßend befestigt ist, die zum Abführen des durch die Abführnut (15) im Bohrkopf (11) zufließenden Bohrmehls mindestens über einen Abschnitt ihrer Länge mit einer um die Bohrstange (16) schraubenförmig umlaufenden, an die Abführnut (15) des Bohrkopfes (11/ anschließenden fc Abführnut (ly, 17) versehen ist, dadurch gekennzeichnet,

Γ daß in der einen der aneinanderstoßenden Stirnflächen

;· (18, 20) des "ohrkopfes (11) und der Bohrstange (16) eine

[.. sich über dles^ Stirnfläche (20) erstreckende Rippe (21)

und in der anderen eine entsprechende Nut (24) für den

paßgerechten Eingriff der Rippe (21) vorhanden sind, und ί daß zusätzlich ein den Bohrkopf (11) an der Bohrstange

(16) haltendes Verbindungsglied (28) vorhanden ist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einsetzen eines stabförmigen Verbindungsgliedes (28) in den Wandungen (25) der Nut (24) und in der Rippe

(21) Querbohrungen (26 bzw. 22) vorhanden sind, die sich beim paßgerechten Eingriff der Rippe (21) in die Nut (24) im wesentlichen decken.

3. Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nut (24) größer ist als die Höhe der Rippo (21), so daß sich der Bohrkopf (11) und die Bohrstange (16) mit den zu beiden Seiten der Rippe (21) und der Nut (24) liegenden Stirnflächen (20 bzw. 18) berühren.

4. Bohrkopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbohrung (22) im Bohrkopf (11) beim paßgerechten Eingriff der Rippe (21) in die Nut (24) gegenüber der Querbohrung (2 6) in der Bohrstange (16) zum Bohrkopf (11) hin versetzt angeordnet ist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als stabförmiges Verbindungsglied eine Spannhülse (28) vorgesehen ist.

6. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnflächen (120 bzw. 118) des Bohrkopfes (111) und der Bohrstange (116) zusammenwirkende Zentrierungsmittel (132 bzw. 133) angeformt sind.

7. Bohrkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Zentrierungsmittel in der einen Stirnfläche (120) eine von einer kegelstumpfförmigen Fläche (132) begrenzte Vertiefung für den paßgerechten Eingriff des sich kegelstumpfförmig verjüngenden Endes der anderen Stirnfläche (118) vorhanden ist.

8. Bohrkopf nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (21) an der Stirnfläche (18) des Bohrkopfes (11) vorgesehen ist.

9. Bohrkopf nacli Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die als Zentrierungsmittel vorgesehene Vertiefung am Bohrkopf (1.11) angeformt ist.

10. nohrwerkzeuq nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführnut (15) am Bohrkopf (11) geradlinig und parallel zu seiner Drehachse (14)

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verläuft und daß das an sie anschließende Ende der Abführnut (19) der Bohrstange (16) ebenfalls geradlinig und parallel zur Drehachse (14) verläuft und in einem Abstand von ihrer Stirnfläche (18) in die schraubenförmig umlaufende Abführnut (17) übergeht