DE3109367C2

DE3109367C2 - Bohrwerkzeug für Tieflochhämmer

Info

Publication number: DE3109367C2
Application number: DE3109367A
Authority: DE
Inventors: Günter Dipl.-Ing. 5960 Olpe Klemm
Original assignee: Hydroc Gesteinsbohrtechnik 5960 Olpe De GmbH; Hydroc Gesteinsbohrtechnik 5960 Olpe GmbH
Current assignee: Ing G Klemm Bohrtechnik 5962 Drolshagen GmbH
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1981-03-12
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE3109367A1; US4527641A; FR2501775A1; FR2501775B1; ZA821441B

Abstract

Bei einem Schlagbohrgerät für Gesteinsbohrungen wird anstelle der sonst üblichen großen Bohrkrone ein Hammerkörper (18) benutzt, der zahlreiche auswechselbare kleine Bohrkronen (26a, 26b) trägt. Die Energie eines Schlagkolbens (22) wird auf den Hammerkörper (18) übertragen, der einen radial abstehenden verdickten Kopf (25) aufweist, an dem die Bohrkronen (26a, 26b) befestigt sind. Wenn einzelne Bohrkronen abgenutzt oder beschädigt sind, können sie einzeln ausgewechselt werden. Ferner können die Bohrkronen gedreht werden, damit jeweils andere Hartmetallelemente (33) in den Randbereich des Bohrschlagwerkzeugs gelangen.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug für an einem Bohrrohrstrang angebrachte Tieflochhämmer, mit einem Hammerkörper, der rückseitig durch den Kolben des TieflQchhammers beaufschlagbar und vorderseitig eq mit Hartmetall-Schneidelementen bestückt ist sowie zum Rückspülen des Bohrkleins von der Bohrlochsohle in den Bohrrohrstrang eine durchgehende öffnung aufweist.

Bei einem bekannten Bohrwerkzeug dieser Art (DE-OS 28 54 461) ist am vorderen Ende des Bohrstranges ein Hammerkörper verschiebbar befestigt, auf den der Kolben eines Tieflochhammers schlägt. Der Hammerkörper trägt ah seinem gegen die Bohrlochsohle schlagenden vorderen Ende Hartmetall-Schneidelemente, die fest an ihm angebracht sind, so daß er die Funktion einer Bohrkrone hat Das aus dem Bohrstrang herausragende vordere Ende des Hammerkolbens ist verdickt ausgebildet, wobei sein Durchmesser etwa dem AüBendurchmesser des Bohrstranges entspricht Die Abluft des Tieflochhammers wird als' Spülluft zur Bohrlochsohle geführt Der Hammerkörper weist zum Rückspulen des Bohrkleins eine durchgehende öffnung auf, an die sich ein durch den Tieflochhammer hindurchführendes Innenrohr anschließt

Bei dem bekannten Bohrwerkzeug, bei dem die Hartmetall-Schneidelemente unmittelbar am Hammerkörper fest angebracht sind, ergeben sich die folgenden Schwierigkeiten: Wenn der Bohrkronenkörper durch Glühen spannungsfrei gemacht werden soll, kühlt er wegen seiner großen Masse außen schneller ab als innen, so daß von neuem Materialspannungen entstehen. Auch beim nachfolgenden Härten des Bohrkronenkörpers und bei dem im Anschluß daran erfolgenden Einlöten der Hartmetall-Schneidelemente entsteht wieder Wärme, die von neuem zu Materialspannungen fuhrt

Zur Vermeidung großer einstückiger Bohrkronen mit fest angebrachten Hartmetall-Schneidelementen ist es bekannt mehrere kleinere Bohrkronen an einem gemeinsamen Hammerkörper zu befestigen, wobei die Schläge über den Hammerkörper auf die Bohrkronen übertragen werten (US-PS 32 60319, US-PS 31 52 654 und US-PS 31 48 741). Bei diesen Bohrwerkzeugen sind die Bohrkronen dicht nebeneinander am Hammerkörper angeordnet Die Schläge des Tieflochhammers werden über den Hammerkörper auf die Bohrkronen übertragen. Außerdem kann durch Bohrungen des Hammerkörpers hindurch ein Spülmedium durch die Bohrkronen hindurch an die Bohrlochsohle geleitet werden. Da der Durchmesser des Hammerkörpers nicht wesentlich größer ist als der Auß^ndurchmesser des Bohrstranges, besteht jedoch keine Möglichkeit eine Umkehrspülung durchzuführen. Das Bohrklein muß daher außerhalb des Bohrstranges rückgespült werden. Dies setzt voraus, daß die Bohrlochwand so stabil ist, daß sie nicht einfällt, wodurch der Rückspülweg versperrt würde. Andererseits läßt sich bei den bekannten Bohrwerkzeugen mit mehreren Bohrkronen eine Rückspülung durch den Hammerkörper hindurch prinzipiell nicht durchführen, weil im Hammerkörper kein Platz für eine Rückspülleitung zur Verfügung steht.

Schließlich ist ein Bohrwerkzeug bekannt (US-PS 32 36 318), bei dem der Hammerkolben eines Tieflochhammers gleichzeitig auf mehrere Bohrkronen schlägt, die am vorderen Ende des Bohrstranges längsverschiebbar angeordnet sind. Der Hammerkolben nimmt den gesamten Querschnittsbereich des Bohrstranges ein, so daß die Anbringung einer Rückspülleitung im Innern des Bohrstranges vom Prinzip her nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art, also ein Bohrwerkzeug, das bei Verwendung eines Tieflochhammers eine Umkehrspülung ermöglicht, im Hinblick auf eine einfachere Fertigung des Hammerkörpers und eine einfachere Austauschmöglichkeit für die Hartmetall-Schneidwerkzeuge zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Hammerkörper einen plattenförmig ausgebildeten, seitlich über das Gehäuse des Tieflochhammers vorstehenden Hammerkopf aufweist.

der mit durchgehenden Axialbahrungen für die Schäfte von mit einem verdickten Kopf ausgerüstete Bohrkronen versehen ist, wobei ScMagflächen am Hammerkörper und den Bohrkronen ausgebildet sind.

Nach der Erfindung weist der Hammerkörper einen plattenförmig ausgebildeten !Hammerkopf auf, der seitlich Ober den Bohrstrang übersteht und die Bohrlochsohle im wesentlichen bedeckt Der Hammerkörper schließt den Arbeitsraum an der Bohrlochsohle nach oben hin afc, so daß das losgeschlagene Bohrgut durch die durchgehende öffnung hindurch rückgespült werden kann. Dies führt zu einem definierten und störungsfreien Austrag des Bohrguts aus dein Bohrloch.

Ein weiterer Vorteil besteht:darin, daß die Bohrkronen in den durchgehenden Bohrungen des plattenförmigen Hammerkopfes befestigt sind. Hierdurch wird die Anbringung der Bohrkronen an dem Hammerkörper und ihre Sicherung vereinfacht

Die Bohrkronen können an dem Hammerkörper relativ einfach ausgewechselt werden. Der Hammerkörper selbst hat keine sich abnutzenden Hartmetallelemente. Diese befinden sich vielmehr ah den kleineren Bohrkronen. Auf diese Weise ist es möglich, für größere Bohrlochdurchmesser von z. B. mehr als 200 ma einen Hammerkörper zu verwenden, an dem handelsübliche kleinere Bohrkronen angebracht werden. Hinzu kommt, daß die kleineren Bohrkronen einzeln ausgewechselt werden können, wenn sie verschlissen oder beschädigt sind, so daß nicht in jedem Fall der gesamte Hammerkörper ausgewechselt werden muß.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schlagflächen auf der Stirnseite des Kopfes des Hammerkörpers und auf der Rückseite der Bohrkronenköpfe angeordnet, sind. Die Schläge werden hierbei direkt von dem Hammerkörper auf die Bohrkronenköpfe übertragen und nicht erst über die Bohrkronenschäfte. Die Bohrkronenschäfte dienen ausschließlich der Befestigung der Bohrkronen im Hammerkörper.

Eine Alternative zu dieser genannten Weiterbildung besteht darin, daß die Schlagflächen von konischen Ringschultern in den Axialbohrungen des Kopfes des Hammerkörpers und zwischen abgesetzten Abschnitten der Bohrkronenschäfte gebildet sind.

Vorzugsweise ist die Spülungsöffnung gegenüber der Achse des Bohrstranges versetzt angeordnet Hierbei bewegt sich die Spülungsöffnung beim Drehen des Bohrstranges auf einer Kreisbahn um die Bohrstrangachse, so daß sie einen großen Bereich der Bohrlochsohle erfaßt

Die Bahrkronen können hinter dem rückwärtigen Ende des Hammerkopfes verriegelt sein. Dies erleichtert sowohl die Montage als auch die Demontage der Bohrkronen. Vorzugsweise sind die Schäfte der Bohrkronen an dein Hammerkörper mit Längsspiel angeordnet, so daß die Bohrkronen sich unabhängig voneinander einstellen und bei jedem Schlag unabhängig voneinander vorschnellen können.

Die Erfindung bietet nicht nur die Möglichkeit, die kleineren äußeren Bohrkronen auszuwechseln, sondern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schaft mindestens einer Bohrkrone an dem Hammerkörper unverdrchbar, jedoch in unterschiedlichen Drehstellungen einsetzbar befestigt Wenn diejenigen Hartmetallelemente, «tie am Rande des Bohrschlagwerkzeugs liegen, sich teilweise abgenutzt haben, kann die betreffende Bohrkrone aus ihrer Aufnahmevorrichtung entfernt, gedreht und wieder in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt Werden, so daß andere Hartmetallelemente, die noch nicht so stark abgenutzt sind, an den Aüßjsnränd gedreht werden.

- GJbmäß einer weiteren Variante ist der Schaft mindestens einer Bohrkrone um seine Längsachse frei drehbar an dein Hammerkörper befestigt Durch die während des Betriebes auftretenden Kräfte wird eine solche Bohrkrone langsam gedreht, so daß die Abnutzung der Härtmetallelemente gleichmäßig er-

to folgte

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert Es zeigt
Fig.l eine schematische Seitenansicht einer Bohrvorrichtung,

Fig.2 einen Längsschnitt durch den vorderen Teil der Bohrvorrichtung nach F ig.l,

Fig.3 eine Ansicht des Bohrschkigwerkzeugs aus F i g: 2 — von der Bohrlochsohle her gesehen -..

Fig.4 dir. Befestigung einer Bohrkrone an dem Hammerkörper,

F ii g. 5 eine weitere Ausführungsfonn der Befestigung eineir Bohrkrone an dem Hammerkörper und
F ii g. 6 eine weitere Ausführungsform der Befestigung

zs eineir Bohrkrone an dem Hammerkörper.

Die in Fig. 1 dargestellte Gesteinsbohrvorrichtung weist einen aus Rohren bestehenden Bohrstrang 10 auf, der über Tag in einem Bohrgerüst 11 geführt ist und auf dessen rückwärtiges Ende ein Rotationsantrieb 12 einwirkt Hinter dem Rotationsantrieb ist an den BOhI¹StHUIg 10 über eine (nicht dargestellte) Drehkupplung ein feststehender Auswurfkrümmer 13 angesetzt, durch den das Bohrgut abgeführt wird. In den Krümmer 13 mündet eine Luftdüse 14 ein, durch die aufgrund eines Venliiri-Effektes im Innern des Bohrstranges 10 ein Unterdrück erzeugt wird. Der Bohrstrang 10 weist ein (nicrit dargestelltes) Innenrohr auf, durch das das Bohirgut hochgespült wird. In dem Ringraum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr befinde? sich Druckluft die über eine Leitung 15 und eine Drehkupplung 16 zugeführt wird. Diese Druckluft dient zumüetreiben des Tieflochhammers 17, der sich an dem vorderen Ende des Bohrstranges IG befindet Die aus dem Tieflochhammer 17 entweichende Abluft steigt in dem Innenrohr auf und dient als Spülmedium zum Abfördern des Bohrgutes.

Aim vorderen Ende des Tieflochhammers 17 befindet sich der Hammerkörper 18, der nachfolgend unter Bezugnahme auf F i g. 2 näher erläutert wird.

so Das Gehäuse 21 des Tieflochhammers 17 ist drehfest mit dem rotierenden Bohrstrang 10 verbunden. Es enthält einen ringförmigen Hammerkolben 22, der ein Innenrohr 23 umgibt und periodisch in axialer Richtung hin- u".d herbewegt wird. Die Steuerung bzw. der Druckluftantrieb für den Hammerkolben 22 sind bekannt und werden hier nicht im einzelnen erläutert.

Die aus dem Tieflochhammer 17 entweichende Druckluft wird an die Bohrlochsohle 20 geführt und dient zum Hochspülen des Bohrgutes durch das

Innenrohr 23 hindurch.

Im das vordere Ende des Gehäuses 21 ist der Schaft 24 des Hammerkörpers 18 eingeschraubt Der Kolben 22 schlügt gegen die rückwärtige Stirnseite des Schaftes 24. An dem vorderen Ende des aus dem Gehäuse 21 heraiusragenden Schafts 24 und Hammerkörpers 18 befindet sich der KopV 25, dessen Durchmesser größer ist als derjenige des Gehäuses 21. Der Kopf 25 weist zahlreiche Aufnahmevorrichtungen für kleinere Bohr-

kronen 26a, 266, 26c und 26c/ auf. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.2 und 3 sind zur Erläuterung der vielfachen Anwendungsmöglichkeit vier verschiedene Arten von Bohrkronen vorgesehen (Fig.3). Die der Bohrlochsohle 20 zugewandte öffnung 27a zum Abführen des Bohrgutes, die mit dem Innern des Innenrohres 23 in Verbindung steht, ist gegenüber der Achse des Bohrstranges 10 versetzt, so daß die Bohrkronen die gesamte Bohrlfäche der Bohrlochsohle 20 bearbeiten können, wenn der Bohrstrang 10 gedreht wird.

Der Kopf 25 des Hammerkörpers 18 ist als Platte ausgebildet, welche Aufnahmevorrichtungen in Form durchgehender Bohrungen für die Schäfte der Bohrkronen 26" bis 26c/aufweist. Die Bohrkrone 26a in Fig.2 ragt mit einem Sechskantschaft 28 durch eine Sechskantbohrung 29 des Kopfes 25 hindurch. An der Rückseite des Kopfes 25 ist sie mit einer Scheibe 30 und einem quer durch den Schaft 28 hindurchgehenden Stift 31 verriegelt. Die Bohrkrone 26a stützt sich an der Vorderseite des Kopfes 25 mit dem verdickt ausgebildeten Bohrkronenkopf 32 ab. An der Vorderseite des Bohrkronenkopfes befinden sich die Hartmetallelemente 33. Die flächenförmig gegeneinanderliegenden Schlagflächen des Kopfes 25 des Hammerkörpers 18 und der kleineren Bohrkronen 26a bis 26c/sind bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen mit 34 bezeichnet. Bei der Bohrkrone 26a wirken die vordere Stirnwand des Kopfes 25 und die Rückwand des Bohrkronenkopfes 32 als Schlagübertragungsflächen 34.

Bei der Bohrkrone 266 in F i g. 2 besteht der Schaft aus zwei hintereinander angeordneten zylindrischen Abschnitten 35a und 356, wobei der vordere Abschnitt 35a den größeren Durchmesser hat und über eine schräge Ringschulter 366 in den rückwärtigen Abschnitt 35a übergeht. Die Schlagflächen 34 werden hierbei von der Ringschulter 36 und einer entsprechend geformten Ringschulter innerhalb der abgesetzten Axialbohrung 37 des Kopfes 25 gebildet. Der Axial-Bohrkronenkopf 32, der sich mit Abstand außerhalb der Bohrung 37 befindet, trägt stiftförmige Hartmetallelemente 33. Die Befestigung der Bohrkrone 266 erfolgt durch eine Schraube 39. die durch eine sich an der Rückseite des Kopfes 25 abstützende Scheibe 38 hindurchgesteckt und in eine axiale Gewindebohrung des Abschnitts 356 des Schaftes eingeschraubt ist, so daß die Schlagübertragungsflächen 34 fest gegeneinander gezogen werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5 weist die Bohrkrone 26e einen zylindrischen Schaft 41 auf, der in eine zylindrische Axialbohrung 40 des Kopfes 25 eingesetzt ist. Durch eine sich in Längsrichtung

s erstreckende Tangentialnut 42 des Schaftes 41 und eine halbkreisförmige Tangenüalnut der Axialbohrung 40 ist ein Stift 43 hindurchgesteckt, der die Bewegungen des Schaftes 41 in Achsrichtung begrenzt. Der Schaft 41 hat also ein begrenztes axiales Spiel. Innerhalb des Bereichs

ίο dieses Spiels liegen die Schlagübertragungsflächen 34 an der Vorderseite des Kopfes 25 und der Rückseite des Bohrkronenkopfes 32 gegeneinander.

Die in Fig.4 dargestellte Bohrkrone 26/" gleicht weitgehend der Bohrkrone 266 aus F i g. 2. Die Schlagflächen 34 werden hierbei ebenfalls von konischen Ringschultern 36 im Innern des Kopfes 25 bzw. zwischen den Abschnitten 35a und 356 des Bohrkronenschaftes gebildet. Die Befestigungsvorrichtung besteht bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 jedoch aus einem tangential zu dem Abschnitt 356 verlaufenden Stift, der ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5 in zueinander passende Nuten des Kopfes 25 und des Bohrkronenschaftes hineingesteckt ist und ein axiales Spiel des Bohrkronenschaftes zuläßt, wodurch sichergestellt ist, daß die Schlagflächen 34 voll geger.einanderliegen.

Die Bohrkrone 26g in F i g. 6 weist einen Schaft 28 mit Sechskantquerschnitt auf. Dieser Schaft ist in eine Lagerhülse 27 mit Innensechskantprofil eingesetzt, so

jo daß er sich in der Lagerhülse 27 nicht drehen kann. Die Lagerhülse 27 ist jedoch ihrerseits in einer Bohrung 44 des Kopfes 26 drehbar, so daß die Bohrkrone 26^ sich während des Bohrschlagbetriebes zusammen mit der Lagerhülse 27 frei drehen kinn. Die Sicherung der Lagerhülse 27 gegen Axialverschiebungen erfolgt durch einen Tangentialstift 34, der durch einen Kanal des Kopfes 25 und durch einen umlaufenden Ringkanai 45 der Lagerhülse 27 hindurchgeht. Auf diese Weise kann sich die Lagerhülse 27 zwar drehen, aber nicht wesentlich in Längsrichtung verschieben. Durch das aus der Lagerhülse 27 hf. ausragende Ende des Schaftes 28 ist ein Stift 46 hindurchgesteckt, mit dem der Schaft 28 an der Lagerhülse 27 verriegelt ist.

Als Schlagflächen 34 dienen bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.6 die rückwärtige Stirnwand des Bohrkronenkopfes 32 und die vordere Stirnwand des Kopfes 25 des Hammerkörpers 18.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bohrwerkzeug für an einem Bohrrohrstrang angebrachte Tieflochhäminer,mit einem Hammerkörper, der rückseitig durch den Kolben des Tieflochhammers beaufschlagbar und vorderseitig mit HartmetaH-Schneidelementen bestückt ist sowie zum Rückspülen des Bohrkleins von der Bohrlochs sohle in den Bohrrohrstrang eine durchgehende öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hämmerkörper(18) einen plattenförmig ausgebildeten, seitlich über das Gehäuse (21) des Tieflochhammers (17) vorstehenden Hammerkopf (25) aufweist, der mit durchgehenden Axialbohrungen (29; 37; 40) für die Schäfte (28; 35a, 356; 41) von mit einem verdickten Kopf (32) ausgerüstete Bohrkronen (26a bis 26g) versehen ist, wobei Schlagflächen (34) am Hammerkörper (18) und den Bohrkronen (26a bis 26g) ausgebildet sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiagfiächen (34) auf der Stirnseite des Kopfes (25) des Hammerkörpers (18) und auf der Rückseite der Bohrkronenköpfe (32) angeordnet sind.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ,Schlagflächen (34) von konischen Ringschultern (36) in den Axialbohrungen (37) des Kopfes (25) des Hammerkörpers (18) und zwischen abgesetzten Abschnitten (35a, 35b) der Bohrkronenschäfte gebildet sind.

4. Bohrwerkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülungsöffnung (27a) gegenüber der Achse des Bohrstranges (10) versetzt angeordnet ist.

5. Bohrwerkzeug nach derr Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrkronen (26a bis 26d, 26g) hinter dem rückwärtigen Ende des Hammerkopfes (25) verriegelt sind.

6. Bohrwerkzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäfte (28a, 35a, 35b, 41) der Bohrkronen (26a bis 26g) an dem Hammerkörper (18) mit Längsspiel angebracht sind.

7. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (28) mindestens einer Bohrkrone (26a, 26g) an dem Hammerkörper (18) unverdrehbar, jedoch in unterschiedlichen Drehstellungen einsetzbar, befestigt ist.

8. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche I bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (28) mindestens einer Bohrkrone (26e, 26f) um seine so Längsachse frei drehbar an dem Hammerkörper (18) befestigt ist.