Bohrwerkzeug, insbesondere Bohrkrone

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, insbesondere Bohrkrone für flüssigkeitsstrahlunterstütztes, insbesondere drehendes, Bohren, im Gestein mit einem Bohrwerkzeugkörper (1), der, insbesondere mit Hartmetall aufgebaute, Bohrschneiden, Stifte od. dgl. aufweist, mit zumindest einer Zuführung für ein fluides Druckmedium mit einem Druck zwischen 500 und 4000 bar, die in zumindest eine im Bohrwerkzeugkörper (1) lösbar eingesetzte Düse mündet, wobei die Düse mit einem Düsenstein (11) und einem sich in Strahlrichtung (a) längserstreckenden (10) über einen Ringkörper (16) in einer Ausnehmung (6), insbesondere Bohrung des Bohrwerkzeugkörpers (1), lösbar gehalten ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug, insbesondere Bohrkrone für flüssigkeitsstrahlunterstütztes Bohren im Gestein.

[0002] Bohrwerkzeuge, sei es für das schlagende oder das rein drehende Bohren im Gestein, müssen verschiedene Aufgaben erfüllen. Das Gestein kann relativ hohen Druckbeanspruchungen ausgesetzt werden, wohingegen die Zugfestigkeit von Gestein in der Regel gering ist. Die Bohrkrone dient nun als kraft- übertragendes Element zwischen dem Bohrantrieb und dem Gestein. Durch die Krafteinwirkung der Bohrkrone, insbesondere der Bohrschneiden, wird das Gestein anfangs elastisch deformiert, wobei gleichzeitig Druckrisse und Schubrisse im Gestein entstehen. Gleichzeitig müssen Gesteinspartikelchen aus dem Verband gelöst werden und aus dem unmittelbaren Wirksamkeitsbereich der Schneiden entfernt werden. Eine derartige Entfernung muß deshalb durchgeführt werden, damit die von dem Bohraggregat aufgebrachte Energie nicht dazu verwendet wird, daß Bohrklein weiter zu zerkleinern, wodurch ein Polster zwischen dem abzutragenden Gestein und den Bohrschneiden aufgebaut wird. Zum Austragen des Bohrkleins ist es bekannt, Fluide, insbesondere Gase oder Flüssigkeiten zu verwenden. Die Flüssigkeiten können auch noch Schwebstoffe aufweisen, damit auch spezifisch schwerere Substanzen aus dem Bohrloch ausgetragen werden können. Ein Unterstützen des Gesteinsabbaus durch derartige Spülflüssigkeiten tritt jedoch nicht ein.

[0003] Beim wasserstrahlunterstützten Schneiden tritt der Wasserstrahl in bereits bestehende oder durch die Krafteinwirkung der Bohrkrone auf das Gestein entstandene Sprünge, Risse, und dgl. ein, und lockert den Gesteinsverband, sodaß dem Flüssigkeitsstrahl, insbesondere Wasserstrahl, eine zusätzliche abtragende Wirkung zuzuschreiben ist. Diese Wirkung tritt in der Regel bei einem Druck zwischen 500 und 4000 bar auf.

[0004] Wesentlich für die Wirkung der Hochdruckmediumstrahlen ist, daß der Strahl mit den Schneiden der Bohrkrone kooperieren kann, das heißt, daß die Strahlen an jene Stellen des Gesteins gelenkt werden, wo die Risse auftreten. Berücksichtigt man, daß eine enge Wechselwirkung zwischen Rißwachstum und Anordnung der Schneidkanten auf der Bohrkrone bestehen, so wird die hohe Bedeutung der exakten Ausrichtung des oder der Flüssigkeitsstrahlen besonders deutlich.

[0005] Die Flüssigkeitsstrahlen treten durch Düsen aus dem Bohrwerkzeug aus, wobei die Düsen beispielsweise aus Korund bestehen, und eine Durchtrittsöffnung aufweisen, die nur den Bruchteil eines Millimeters beträgt. Da die Düsen in der Regel eine geringere Standzeit als die Bohrkronen als solche aufweisen, sollen diese Düsen lösbar mit der Bohrkrone verbunden werden.

[0006] Bei einer Bohrkrone für flüssigkeitsstrahlunterstütztes Bohren ist es bereits bekannt geworden, die scheibenförmige Düse durch eine Überwurfmutter, welche einen Schlitz zur Betätigung mit einem Schraubenzieher aufweist, an der Bohrkrone zu befestigen. Damit kann zwar ein Austausch der feinteiligen Düse auch mit gröberem Werkzeug durchgeführt werden, wobei allerdings eine genaue Positionierung der Düse und auch eine optimale Abdichtung, wodurch ein entsprechender Druckverlust vermieden wird, in der Regel spätestens nach Austausch der Düsen nicht mehr gewährleistet ist.

[0007] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Bohrwerkzeug für flüssigkeitsstrahlunterstütztes, insbesondere drehendes Bohren in Gestein zu schaffen, bei welcher die Düsen für den Flüssigkeitsstrahl, insbesondere Wasserstrahl, genau positioniert werden, wobei bei einem Austausch dieser Düsen eine identische Wasserstrahlrichtung wie vor dem Austausch gewährleistet sein soll.

[0008] Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug für flüssigkeitsstrahlunterstütztes, insbesondere drehendes, Bohren, im Gestein, mit einem Bohrwerkzeugkörper, der insbesondere mit Hartmetall aufgebaute Bohrschneiden ;S ti fte od. dgl. aufweist, mit zumindest einer Zuführung für ein fluides Druckmedium mit einem Druck zwischen 500 und 4000 bar, die in zumindest eine im Bohrwerkzeugkörper lösbar eingesetzte Düse mündet, besteht im wesentlichen darin, daß die Düse mit einem Düsenstein und einem sich in Strahlrichtung längserstreckenden Haltekörper aufgebaut ist, wobei der Haltekörper über einen Ringkörper in einer Ausnehmung, insbesondere Bohrung des Bohrwerkzeugkörpers lösbar gehalten ist. Dadurch, daß der Düsenstein in einem sich in Strahlrichtung längserstreckenden Haltekörper enthalten ist, kann dieser vollkommen exakt über den Ringkörper in der Ausnehmung des Bohrwerkzeugkörpers gehalten werden, sodaß eine exakte und reproduzierbare Festlegung des Düsensteins und damit des Hochdruckstrahles erreicht ist, wobei auch ein Austausch der Düse durch einfach zu handhabendes Werkzeug, gegebenenfalls vorort, durchzuführen ist.

[0009] Weist der Haltekörper zumindest eine rotationssymmetrische Führungsfläche auf, die an einer entsprechend ausgebildeten Führungsfläche des Ringkörpers anliegt, so kann eine besonders genaue und exakte Positionierung erreicht werden. Weist der Haltekörper einen zylindrischen Ansatz, insbesondere Schaft, auf, welcher an einer zylindrischen Ausnehmung des Ringkörpers anliegt, so liegt eine besonders einfach zu fertigende Ausführungsform vor, die dadurch besonders genau gefertigt werden kann.

[0010] Weist der Schaft eine sich in Längsrichtung desselben erstreckende Ausnehmung für den Durchtritt des bereits gebündelten Flüssigkeitsstrahles auf, so ist der eigentlich wirksame Teil der Düse, und zwar der Düsenstein besonders gut gegen mechanische Beschädigung geschützt, wobei gleichzeitig ein beliebig zu wählender Querschnitt der Flüssigkeitsleitung vor den Düsenstein gewährleistet ist, sodaß ein unnötiger Druckverlust vermeidbar ist.

[0011] Eine besonders einfache Austauschbarkeit der Düse ist dann gegeben, wenn der Ringkörper ein Außengewinde und die Ausnehmung im Bohrwerkzeugkörper ein entsprechendes Innengewinde aufweist.

[0012] Eine sichere oftmalige Verwendung des Ringkörpers ist dann gewährleistet, wenn derselbe einen Mehrkant, insbesondere einen Innenmehrkant, aufweist.

[0013] Weist die Ausnehmung im Bohrwerkzeugkörper einen konischen Sitz für den Haltekörper des Düsensteins auf, so ist auf besonders vorteilhafte Weise eine Selbstjustierung gewährleistet.

[0014] Ist zwischen Sitz in der Ausnehmung des Bohrwerkzeugkörpers und dem Halteteil für die Düse ein Dichtring in einer ringförmigen Ausnehmung vorgesehen, so kann eine besonders dauerhafte Abdichtung unter geringer Kraftaufwendung und damit geringe Deformation des Sitzes stattfinden.

[0015] Eine besonders einfache Variante des Düsenkörpers ergibt sich dann, wenn die ringförmige Ausnehmung für den Dichtungsring im Sitz der Ausnehmung im Bohrwerkzeugkörper vorgesehen ist.

[0016] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

[0017] Es zeigen Fig. 1 eine Bohrkrone in Seitenansicht, Fig. 2 eine Bohrkrone in Draufsicht und Fig. 3 den Schnitt durch eine Düse in der Bohrkrone.

[0018] Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Bohrkrone aus einem Bohrwerkzeugkörper 1, der mit Bohrschneiden 2 aus Hartmetall versehen ist. Anstelle der Bohrschneiden können auch in das Bohrkronenmaterial eingebettete Diamanten oder andere Schneideinsätze vorgesehen sein. Der Bohrwerkzeugkörper weist weiters eine Zuführung 3 für das fluide Druckmedium, und zwar Wasser, auf. Diese Zuführung verzweigt sich zu mehreren Zuführungen 4, von denen nur zwei dargestellt sind, die in die schematisch dargestellten Düsen 5 münden.

[0019] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, die eine Draufsicht auf die Bohrkrone gemäß Fig. 1 darstellt, sind die Düsen 5 in bestimmter Abhängigkeit von den Bohrschneiden 2 angeordnet.

[0020] In Fig. 3 ist im Bohrwerkzeugkörper 1 eine Ausnehmung 6 dargestellt, die ein Innengewinde 7 aufweist. Diese Ausnehmung weist an ihrem Boden eine ringförmige Erweiterung 8 auf, welche in einen konischen Sitz 9 übergeht. Der Wasserstrahl tritt in Richtung des Pfeiles a aus. In der Ausnehmung 6 ist der Haltekörper 10 mit Düsenstein 11 vorgesehen, wobei der Düsenstein in einer zylindrischen Ausnehmung des Halterkörpers, z.B. durch eine Kunststoffmasse 12 fixiert angeordnet ist. Der Haltekörper 10 weist einen zylindrischen Schaft 13 auf, dessen zylindrische Führungsfläche 14 mit der zylindrischen Führungsfläche 15 des Ringkörpers 16 kooperiert. Der Haltekörper 10 weist eine sich in Längsrichtung erstreckende Ausnehmung 17 auf, durch die der Wasserstrahl in Richtung des Pfeiles a austritt. Wie ersichtlich, ist die Durchtrittsöffnung des Düsensteines wesentlich kleiner als der freie Querschnitt dieser Ausnehmung 17. Der Ringkörper 16 weist ein Außengewinde 18 auf, das mit dem Innengewinde 7 kooperiert. Weiters weist der Ringkörper an dem zur freien Oberfläche weisenden Ende der Bohrkrone einen Sechskant 19 auf, welcher zum Angriff eines entsprechenden Imbusschlüssels od. dgl. dient. Im konischen Sitz 9 ist eine ringförmige Nut 20 vorgesehen, in welcher ein Dichtungsring 21 angeorndet ist. Als weitere Bohrwerkzeuge kommen beispielsweise solche mit Bohrrollen, Stiften, korund- oder diamantbesetzte od. dgl. in Frage.

Ansprüche

1. Bohrwerkzeug, insbesondere Bohrkrone für flüssigkeitsstrahlunterstütztes, insbesondere drehendes, Bohren, im Gestein mit einem Bohrwerkzeugkörper (1), der, insbesondere mit Hartmetall aufgebaute, Bohrschneiden (2), Stifte od. dgl. aufweist, mit zumindest einer Zuführung (3, 4) für ein fluides Druckmedium mit einem Druck zwischen 500 und 4000 bar, die in zumindest eine im Bohrwerkzeugkörper(1) lösbar eingesetzte Düse (25) mündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse mit einem Düsenstein (11) und einem sich in Strahlrichtung (a) längserstreckenden-Haltekörper (10) aufgebaut ist, wobei der Haltekörper (10) über einen Ringkörper (16) in einer Ausnehmung (6), insbesondere Bohrung des Bohrwerkzeugkörpers (1), lösbar gehalten ist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (10) zumindest eine rotationssymmetrische Führungsfläche (14) aufweist, die an einer entsprechend ausgebildeten Führungsfläche (15) des Ringkörpers (16) anliegt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekörper (10) einen zylindrischen Ansatz, insbesondere Schaft (13), aufweist, welcher an einer zylindrischen Ausnehmung des Ringkörpers anliegt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (13) eine sich in Längserstreckung desselben erstreckende Ausnehmung (17) für den Durchtritt des gebündelten Flüssigkeitsstrahles aufweist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (16) ein Außengewinde aufweist, das in ein entsprechendes Innengewinde der Ausnehmung (6) im Bohrwerkzeugkörper (1) eingreift.

6. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (16) einen Mehrkant (19), insbesondere Innenmehrkant, aufweist.

7. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (6) im Bohrkörper einen konischen Sitz (9) für den Haltekörper (10) des Düsensteins aufweist.

8. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daduch gekennzeichnet, daß zwischen Sitz (9) in der Ausnehmung des Bohrwerkzeugkörpers und dem Haltekörper (10) des Düsensteins (11) ein Dichtungsring in einer ringförmigen Nut (20) vorgesehen ist.

9. Bohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut für den Dichtungsring im Sitz (9) des Bohrwerkzeugkörpers (1) vorgesehen ist.

Zeichnung