[0001] Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0002] Derartige Gesteinsbohrer sind üblicherweise als Schlag- oder Hammerbohrer ausgebildet.
Der Bohrkopf weist eine sich quer erstreckende Hartmetallplatte auf, die durch die
Schlagbewegung der Gesteinszertrümmerung dienen soll. Dies geschieht durch eine Meißelwirkung
des Gesteinsbohrer, der eine Schlagbewegung ausführt, sich dann während der Drehung
zurückzieht und nach Drehung um einen vorgegebenen Winkel die nächste Schlagbewegung
durchführt. Auf diese Weise können beispielsweise 4, 6 oder 8 Schlagbewegungen pro
Drehung realisiert werden.
[0003] Diese weithin verwendeten Schlagbohrer sind gut geeignet, wenn weiches Gestein, oder
solches Gestein, in welchem ohnehin ein guter Bohrfortschritt zu verzeichnen ist,
gebohrt werden soll.
[0004] Häufig sind jedoch - beispielsweise in bestimmten Betonsorten - harte Steineinschlüsse
vorhanden, die die Bohrwirkung verschlechtern. Wenn der Bohrfortschritt drastisch
abnimmt, neigt der Benutzer des Gesteinsbohrer erfahrungsgemäß dazu, den Druck auf
die Bohrmaschine zu erhöhen, um dennoch einen Vortrieb zu erzielen. Dies führt jedoch
zu einem erhöhten Verschleiß und im Grenzfall auch zu einer verminderten Schlagwirkung
des Gesteinsbohrer, nachdem diese je durch den zu hohen Druck abgebremst wird.
[0005] Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer gemäß
dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, der auch bei problematischen Gestein,
insbesondere spröden und hartem Gestein und solchem mit Hartsteineinschlüssen einen
vernünftigen Bohrfortschritt zeigt, ohne daß die Verschleißwirkung durch eine zu große
axiale Belastung zunähme.
[0006] Diese Aufgabe wird wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0007] Erfindungsgemäß wird vermieden, daß ein sternförmiges Muster von Auftreffstellen
oder Nuten im Bohrgrund entsteht, das den Bohrfortschritt hemmt. Dennoch kann eine
Standard-Bohrmaschine eingesetzt werden, bei welcher der Drehbewegung eine bestimmte
Anzahl von Schlägen zugeordnet ist. Während bislang die Stege zwischen den Nuten am
Bohrgrund je verblieben, da sie von der Hauptschneide nicht getroffen werden konnten,
ist die erfindungsgemäße Nebenschneide dazu vorgesehen, gerade diese Stege zu treffen
und zu zerstören, damit die Hauptschneidplatte bei nächster Gelegenheit einen weiteren
Vortrieb erzielen kann. Damit wird verhindert, daß die Stege an der Bohrerstirnfläche
seitlich der Hauptschneide berührt werden und - da die Bohrerstirnfläche bei der zur
Verfügung stehenden Kraft nur eine geringe Flächenpressung erzielen kann - letztlich
nicht beseitigt werden können.
[0008] Überraschend ergibt sich damit besonders bei problematischem Gestein ein besonders
guter Bohrfortschritt mit dem erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer, der wohl auf die Stegzerstörungwirkung
der Nebenschneidolatte zurückzuführen ist. Die Nebenschneidplatte erstreckt sich hierzu
versetzt gegen die Hauptschneidplatte, so daß sie bei der Drehung je annähernd rechtwinklig
auf die Stege trifft und diese zertrümmert. Die Nebenschneidplatte erstreckt sich
jedenfalls nicht radial, sondern eher parallel zur Hauptschneidplatte und außermittig,
bezogen auf die Bohrerachse. Es sind verschiedene Ausführungen möglich, wobei gemäß
einer bevorzugten Ausgestaltung lediglich eine Nebenschneidplatte vorgesehen ist,
die sich schräg zwischen Hauptschneidplatte und Außenradius des Bohrkopfes erstreckt.
Es versteht sich, daß der Rundlauf des Bohrers durch die Nebenschneidplatte nicht
beeinträchtigt werden sollte, was beispielsweise dadurch erzielt werden kann, daß
eine im Bereich der Nebenschneidplatte vorgesehene Bohrmehlabführnut etwas tiefer
gefräst wird, so daß die Massenverteilung vergleichmäßigt wird. Alternativ oder zusätzlich
kann auf der der asymmetrischen Nebenschneidplatte gegenüberliegenden Seite bei der
Herstellung des Bohrers weniger Material abgetragen werden, was durch eine entsprechende
Einstellung der für die Bohrerherstellung verwendeten Werkzeuge möglich ist.
[0009] Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind 2 einander gegenüberliegende Nebenschneidplatten
vorgesehen, die auf unterschiedlichen Radien angeordnet sind, so daß die zweite Nebenschneid
platte einen anderen radialen Bereich des Stegs zertrümmert.
[0010] Es versteht sich, daß die Anordnung der Nebenschneidplatten so gewählt ist, daß sie
je auf die Stege treffen. Bei einer Sechserteilung des Schlagkranzes sollte die Hauptwirkung
der Nebenschneidplatte also bevorzugt im Winkel von 30, 90 oder 150° bezogen auf die
Hauptschneidplatte erfolgen, während eine Zertrümmerwirkung im Bereich von 60 und
120° nicht realisierbar ist, da an diesen Positionen die Hauptschneidplatte beim nächsten
bzw. übernächsten Schlagvorgang auftrifft und somit dort eine Bohrgrundnut vorliegt.
[0011] Diese Überlegungen sind insbesondere bei einer in der Seitenansicht dachförmigen
Ausgestaltung der Nebenschneidplatte zu berücksichtigen.
[0012] Asymmetrische Anordnungen von Nebenschneidplatten sind an sich bekannt, z.B. aus
der DE-OS 38 20 695. Dieser Bohrkopf mit einer radialen Nebenschneidplatte zeigt jedoch
praktisch keine Zertrümmerwirkung für Stege, so daß der Bohrfortschritt sehr unbefriedigend
bleibt.
[0013] Bei der Erfindung mit der nicht-radialen Nebenschneide verbleibt in radialer Richtung
gesehen der überwiegende Teil der von der Hauptschneide stehengelassenen Stege außerhalb
der Mitte des Radius des Bohrers. Dies liegt darin begründet, daß der Abstand zwischen
Punkten auf den Bohrgrundnuten im radial äußeren Bereich am größten ist. Eine günstige
Räum- und Zertrümmerwirkung für die Stege läßt sich beispielsweise erzielen, wenn
eine dachförmige Nebenschneidplatte etwa auf der Hälfte des Radius angeordnet ist
und die gegenüberliegende Nebenschneidplatte bei 75% des Radius, betrachtet von der
Bohrerachse nach außen, angeordnet ist.
[0014] Besonders günstig ist es bei einer erfindungsgemäßen Anordnung einer Nebenschneidplatte
oder von Nebenschneidplatten, wenn die Schneide der Nebenschneidplatte in der von
der Hauptschneidplatte aufgespannten Kegel- oder Kegelmantelfläche liegt. Bei dieser
Ausgestaltung läuft der Bohrer besser zentrisch, und es entstehen geringere Durchmesserabweichungen.
Die Nebenschneidplatte kann mit ihrer Spitze hierzu an die Kegelmantelfläche heranreichen
oder vorher enden. Wichtig ist zudem, daß sie deutlich gegenüber der Bohrerstirnfläche
vorspringt, so daß sie die erwünschte Zerspaltungswirkung für die Bohrgrundstege ausüben
kann.
[0015] In Längsrichtung betrachtet ist es günstig, wenn die Nebenschneidplatte einen dachförmigen
Aufbau aufweist. Besonders vorteilhaft läßt sich eine für einen Bohrer mit kleinerem
Durchmesser vorgesehene, standardmäßog in großen Stückzahlen hergestellte Hauptschneidplatte
auch als Nebenschneidplatte für den erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer in einer Ausgestaltung
verwenden. In dieser Ausgestaltung hat die Nebenschneidplatte dann einen auch in Querrichtung
betrachtet dachförmigen Aufbau. Die so gebildete Spitze ist besonders günstig für
die Stegzertrümmerung.
[0016] Die Ausgestaltung, bei welcher die Nebenschneidplatte an einer Stelle an der Hauptschneidplatte
anliegt und sich schräg von dieser weg erstreckt, bietet den besonderen Vorteil, daß
der gesamte Radialbereich schräg überstrichen wird, so daß die Stegzertrümmerung in
einem besonders günstigen Verlauf erfolgen kann. Diese Ausgestaltung ist auch für
Schlagbohrmaschinen geeignet, bei denen lediglich 4 Winkelstellungen für die Hauptschneide
pro Umdrehung vorgesehen sind. Durch die einseitige, asymmetrische Ausgestaltung wird
jede Bohrgrundnut doppelt so häufig von der Hauptschneide wie jeder zu zertrümmernde
Steg von der Nebenschneide getroffen. Dafür ist die Trümmerwirkung der Nebenschneide
gegenüber einer symmetrischen Ausgestaltung aufgrund des höheren Drucks verbessert.
[0017] Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.
[0018] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer, in einer Ansicht von vorne;
- Fig. 2
- die Ausgestaltung gemäß Fig. 1, in einer Ansicht von der Seite;
- Fig. 3
- eine schematisierte Ansicht entsprechend Fig. 2, jedoch aus einem anderen Winkel;
- Fig. 4
- eine Draufsicht auf eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer;
und
- Fig. 5
- eine schematisierte Darstellung eines Bohrgrundes.
[0019] Ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer 10 weist einen Bohrkopf 12 auf, dessen Stirnfläche
14 in Fig. 1 ersichtlich ist. Quer über die Stirnfläche erstreckt sich eine Hartmetallplatte
16, die die Hauptschneidplatte bildet und eine Hauptschneide 18 aufweist. Parallel
zu der Hauptschneidplatte 16 erstrecken sich in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
Nebenschneidplatten 20 und 22, die in der Zeichnungsebene nach rechts und links gegenüber
der Hauptschneidplatte 16 versetzt angeordnet sind. Die Nebenschneidplatten 20 und
22 erstrecken sich im wesentlichen parallel zu der Hauptschneidplatte 16. Sie sind
in an sich bekannter Weise in dem Bohrkopf 12 befestigt, entsprechend der Befestigung
der Hauptschneidplatte 16.
[0020] Der Abstand zwischen der Nebenschneidplatte 20 und der Hauptschneidplatte 16 ist
geringer als der Abstand zwischen der Nebenschneidplatte 22 und der Hauptschneidplatte
16. Dementsprechend wirkt die Nebenschneidplatte 22 auf einem gegenüber dem Wirkungskreis
der Nebenschneidplatte 20 radial weiter außenliegenden Kreis und dient der Stegzertrümmerung
im Außenbereich des Bohrgrundes, wie er in Fig. 5 dargestellt ist.
[0021] Die Hauptschneidplatte 16 erstreckt sich über den Durchmesser des Bohrkopfes 12 radial
nach außen hinaus. Dem gegenüber sind die Nebenschneidplatten 20 und 22 wesentlich
kürzer und erstrecken sich im Beispielsfall etwa über ein Viertel der Länge der Hauptschneidplatte
16.
[0022] Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, überragt die Hauptschneidplatte 16 die Nebenschneidplatte
20 sowohl in der Höhe als auch seitlich. Dies gilt im gleichen Maße für die Nebenschneidplatte
22.
[0023] Seitlich neben der Nebenschneidplatten 20 und 22 sind 2 Bohrmehlabfuhrnuten 24 und
26 vorgesehen. Im Bereich der Nebenschneidplatten 22 sind in den Figuren keine Bohrmehlabfuhrnuten
dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß auch an dieser Stelle gewünschtenfalls Bohrmehlabfuhrnuten
vorgesehen sein können, wobei zudem durch die Gestaltung der Bohrmehlabfuhrnuten im
Bereich der Stirnfläche 14 eine Massenkompensation zwischen der weiter einwärts angeordneten
Nebenschneidplatte 20 und der weiter auswärts angeordneten Nebenschneidplatte 22 realisiert
werden kann, um die Bildung einer Unwucht zu vermeiden.
[0024] Die Nebenschneidplatten 20 und 22 können Schneiden aufweisen, die in der bei Hauptschneidplatten
bekannten Weise ausgebildet sind. In diesem Falle ist ein erfindungegemäßer Gesteinsbohrer
preisgünstig durch die Verwendung von Hartmetallplatten, die an sich für Bohrköpfe
mit entsprechend kleineren Durchmesser bestimmt sind, als Nebenschneidplatten zu realisieren.
Beispielsweise kann für einen Gesteinsbohrer mit einem Nennmaß von 24 mm, mit einer
Hauptschneidplatte also, die durch eine 24 mm lange Hartmetallplatte 16 gebildet wird,
für die Nebenschneidplatten 20 und 22 eine Hartmetallplatte für einen 8 mm-Gesteinsbohrer
verwendet werden.
[0025] Bei dieser Ausgestaltung sind die Nebenschneidplatten 20 sowohl in Längs- als auch
in Querrichtung betrachtet dachförmig. Es versteht sich, daß auch andere Ausgestaltungen
in Betracht kommen.
[0026] Die Darstellung gemäß Fig. 3 macht deutlich, daß die Nebenschneidplatte 20 innerhalb
einer Kegelmantelfläche 28 liegt, die von der sich drehenden Hauptschneide 18 aufgespannt
wird. Der Spitzenwinkel der Hauptschneide 18 kann beispielsweise 130° betragen, wobei
die Bemaßungen in weiten Bereichen an die Erfordernisse anpaßbar sind.
[0027] Auch die Entfernung der Nebenschneide 30 der Nebenschneidplatte 20 von der Kegelmantelfläche
28 läßt sich an die Erfordernisse anpassen; bei weiter zurücktretender Nebenschneide
ist die Räumwirkung für die zu zertrümmernden Stege zwischen den Bohrlochnuten entsprechend
geringer, während die Belastung der Nebenschneide 30 dann am größten ist, wenn die
Nebenschneide 30 genau in der Kegelmantelfläche 28 liegt.
[0028] Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer 10 ist aus Fig. 4
ersichtlich. Dieser Gesteinsbohrer 10 weist eine Hauptschneidplatte 16 auf, die sich
an sich bekannter Weise quer über den Bohrkopf 12 erstreckt. Die Nebenschneidplatte
20 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls gegen eine Bohrerachse 32 versetzt
angeordnet, wobei sich die Nebenschneidplatte 20 schräg zur Hauptschneidplatte 16
erstreckt. Der Winkel 34 zwischen Hauptschneidplatte und Nebenschneidplatte beträgt
im Beispielsfalle 34°, wobei es sich versteht, daß dieser Winkel in weiten Bereichen
an die Erfordernisse angepaßt werden kann. Die Nebenschneidplatte 20 erstreckt sich
von der Hauptschneidplatte 16 ausgehend bis zum Außenradius des Bohrkopfes 12 und
im Beispielsfalle sogar noch über den Außenradius des Bohrkopfes 12 hinaus, jedoch
nicht über den Außenradius der Hauptschneidplatte 16 hinaus. Die Nebenschneide hat
eine Länge von etwa 60% der Länge der Hauptschneide 18. Die Nebenschneide hat einen
im Querschnitt betrachtet dachförmigen Aufbau zur Nebenschneide 30 hin, wobei in an
sich bekannter Weise die in Drehrichtung vordere Flanke 36 steiler ausgebildet ist
als die in Drehrichtung hintere Flanke 38.
[0029] Seitlich der Nebenschneidplatte 20 ist eine Bohrmehlabfuhrnut 26 vorgesehen, die
in an sich bekannter Weise konkav ausgebildet ist und insbesondere auch für die Abfuhr
des bei der Stegzertrümmerung erzeugten Bohrmehls dient.
[0030] Nachdem die Hauptschneide 16 für das so anfallende Bohrmehl jedoch die Haupt-Räumwirkung
entfaltet, ist eine gegenüberliegende Bohrmehlabfuhrnut 24 vergleichsweise groß ausgebildet
und erstreckt sich ziemlich breit und quer über den Bohrkopf als Kreisabschnitt, der
von der Hauptschneidplatte 20 begrenzt wird.
[0031] Es versteht sich, daß der Bohrkopf in an sich bekannter Weise gewichtskompensiert
ausgebildet sein kann, um die Ausbildung einer Unwucht zu vermeiden. Aufgrund der
einseitigen Ausbildung einer Nebenschneidplatte 20 ist die dort erzeugte Wirkung vergleichsweise
groß.
[0032] In Fig. 5 ist der Bohrgrund 40 in schematisierter Form dargestellt. Ein derartiger
Bohrgrund 40 wird durch eine Schlagbohrmaschine mit 6er-Teilung erzeugt, wobei sich
6 Bohrgrundnuten 42 in gleichmäßigen Winkelabständen, also je um 60° voneinander beabstandet,
im Bohrgrund 40 erstreckt. Zwischen den Bohrgrundnuten verbleiben bei üblichen Gesteinsbohrern
nicht geräumte Stege 44, die etwas keilförmig ausgebildet sind, nachdem der Abstand
zwischen einander benachbarten Bohrnuten am Außenumfang des Bohrgrundes 40 am größten
ist, während die Bohrgrundnuten 42 sich im Bereich der Bohrerachse 32 treffen.
[0033] Mit der erfindungsgemäßen Nebenschneidplatte 20 bzw. 22 werden die Stege 44 je getroffen,
und das dortige Gestein zertrümmert, wobei ein Eingriff in die Bohrmaschine nicht
erforderlich ist.
[0034] Die Ausführungsformen gemäß Fig. 1 bis 3 und gemäß Fig. 4 lassen sich auch kombinieren,
so daß man eine besonders breitgefächerte Räumwirkung erzielt.
1. Gesteinsbohrer mit einem Bohrkopf, der eine im wesentlichen dachförmige Hartmetallplatte
aufnimmt, die sich quer über den Bohrer erstreckt, wobei die Hartmetallplatte mindestens
an ihren dachförmigen Seiten eine Hauptschneide des Bohrkopfs aufweist und eine Hauptschneideplatte
bildet und zusätzlich eine Nebenschneidplatte im Bohrkopf angebracht ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte (20, 22) sich im wesentlichen parallel
und insbesondere leicht schräg gegenüber der Erstreckung der Hauptschneidplatte (16)
erstreckt und vom Mittelpunkt des Bohrkopfes (12) beabstandet und gegen die Hauptschneidplatte
(16) versetzt angeordnet ist.
2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatte
(20, 22) eine Schneide (30) aufweist, die in ihrer gesamten Länge innerhalb bzw. auf
einer von der Hauptschneide (18) der Hauptschneidplatte (16) bei der Drehung des Bohrers
(10) aufgespannten Kegelfläche (28) liegt.
3. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nebenschneidplatte (20, 22) an einer Stelle an der Hauptschneidplatte (16) anliegt
und sich schräg von dieser weg erstreckt.
4. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Winkel der Nebenschneidplatte (20) zur Hauptschneidplatte (16) 0° bis 45°, insbesondere
10° bis 40° und vorzugsweise 30° bis 35° beträgt.
5. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nebenschneidplatte (20) sich von der Hauptschneidplatte (16) bis zum Außenradius
des Bohrkopfes (12) erstreckt.
6. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nebenschneidplatte (20) sich im Querschnitt dachförmig erstreckt und an ihrer
der Hauptschneidplatte (16) benachbarten Stirnfläche in einem Winkel von 0° bis 20°
bezogen auf die Bohrerachse (32) abgeschnitten ist.
7. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
Bohrmehlabfuhrnuten (24, 26) an dem Bohrkopf (12) an einer Stelle münden, die der
Stelle, an welcher die Nebenschneidplatte (20) auf die Hauptschneidplatte (16) trifft,
benachbart ist.
8. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nebenschneidplatte (20, 22) in ihrer Längsrichtung betrachtet einen dachförmigen
Aufbau aufweist.
9. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Nebenschneidplatten (20, 22) vorgesehen sind, die auf unterschiedlichen
Radien des Bohrkopfes (12) angebracht sind.
10. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine Nebenschneidplatte (20, 22) am Außenumfang des Bohrkopfes (12) eine
Kegelfläche (28), die von Schneiden (18) der Hauptschneidplatte (16) aufgespannt ist,
in einer zur Bohrerachse parallelen Richtung überragt.
11. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Hauptschneidplatte (16) und/oder die Nebenschneidplatte (20, 22) sich über den
Außenradius des Bohrkopfes (12) hinaus erstreckt und insbesondere die Hauptschneidplatte
(16) sich radial weiter als die Nebenschneidplatte (20, 22) nach außen erstreckt.