CH696928A5 - Kernbohrkrone, insbesondere Diamantbohrkrone, mit verbesserter Spülung. - Google Patents

Description

  [0001] Die Erfindung betrifft eine Kernbohrkrone zum Bohren von harten Werkstoffen, insbesondere eine Diamantbohrkrone, mit einem röhrenförmigen Bohrkronenkörper, der einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum zur Aufnahme eines Bohrkerns begrenzt, an seinem freien Stirnende mit einem abrasiven Material bestückt ist und an seinem entgegengesetzten Ende eine in den Hohlraum mündende Zufuhröffnung zum Zuführen eines flüssigen oder gasförmigen Spülmediums in den Hohlraum aufweist.

Stand der Technik

[0002] Kernbohrkronen der eingangs genannten Art sind Bohrwerkzeuge, die zum Beispiel eingesetzt werden, wenn für eine spätere Materialuntersuchung oder dergleichen ein Bohrkern aus einem harten Werkstoff, wie Beton, Stein oder Asphalt, gewonnen werden soll, wenn im Mauerwerk zylindrische Durchbrüche zum Hindurchführen von Rohrleitungen oder Kabeln oder Belüftungs- bzw.

   Entlüftungsbohrungen hergestellt werden sollen, oder wenn zum Einsetzen von Steckdosen mit sogenannten "Dosensenkern" verhältnismässig flache zylindrische Öffnungen in Bauwerkswände gebohrt werden sollen. Je nach Durchmesser und Länge des zu entnehmenden Bohrkerns oder des herzustellenden Bohrlochs werden die Bohrkronen von Handbohrmaschinen oder Ständer- bzw. Lafettenbohrmaschinen drehend angetrieben, wobei das gewöhnlich aus Luft oder Wasser bestehende Spülmedium aus einer mit der Bohrmaschine verbundenen Quelle durch den Hohlraum der Kernbohrkrone hindurch zu dem abrasiven Material am freien Stirnende des Bohrkronenkörpers zugeführt wird, um dieses einerseits zu kühlen und andererseits das beim Bohren erzeugte Bohrklein abzuführen.

   Die Vorteile des Kernbohrens und insbesondere des Diamantbohrens liegen vor allem darin, dass präzise, lärm-, erschütterungs- sowie staubarm gebohrt werden kann und dass der Bohrfortschritt verhältnismässig gross ist, da nur relativ wenig Material zerspant werden muss.

[0003] Um die Menge des zerspanten Materials so klein wie möglich zu halten, sind die Dickenabmessungen einer zylindrischen Umfangswand des Bohrkronenkörpers und die Dickenabmessungen des gewöhnlich aus mehreren Segmenten oder Zähnen bestehenden abrasiven Materials so gewählt, dass sie den beim Bohren auftretenden Beanspruchungen widerstehen, und so aufeinander abgestimmt, dass zwischen der Aussen- bzw.

   Innenseite der Umfangswand und der benachbarten Bohrlochwand bzw. dem in den Hohlraum eindringenden Bohrkern ein enger Ringspalt gebildet wird, der die Reibung zwischen dem Bohrkronenkörper und der Bohrlochwand bzw. dem Bohrkern verringert. Durch diesen Ringspalt wird das Spülmedium zu dem abrasiven Material am freien Stirnende des Bohrkronenkörpers und von dort zusammen mit dem Bohrklein aus dem Bohrloch heraus gefördert.

   Dabei bildet der Ringspalt einen Engpass, der den Durchsatz und die Strömungsgeschwindigkeit des Spülmediums begrenzt, das unter Druck in den Hohlraum der Bohrkrone gepumpt und ggf. zusätzlich mittels einer die Bohrkrone umgebenden Absaugeinrichtung abgesaugt wird.

Vorteile der Erfindung

[0004] Bei der erfindungsgemässen Kernbohrkrone mit den Merkmalen des Anspruchs 1 kann der Querschnitt des Ringspaltes ohne eine Vergrösserung der Dickenabmessungen des abrasiven Materials und ohne eine Schwächung der Festigkeitseigenschaften des Bohrkronenkörpers nicht unerheblich vergrössert werden. Dies wiederum führt zu einer entsprechenden Vergrösserung des Spülmediumdurchsatzes, so dass das abrasive Material am freien Stirnende der Bohrkrone besser gekühlt und das in diesem Bereich erzeugte Bohrklein schneller weggeschwemmt wird.

   Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Standzeiten der Bohrkrone und zu einer Steigerung des Bohrfortschritts.

[0005] Unter einer Nut im Sinne der vorliegenden Erfindung soll eine langgestreckte Vertiefung in der Innen- bzw. Aussenseite einer hohlzylindrischen Wand des Bohrkronenkörpers verstanden werden, jedoch kein Durchbruch durch diese Wand, wie er bei einigen bekannten Kernbohrkronen vorgesehen ist, um ein Herausdrücken eines im Hohlraum festsitzenden Bohrkerns zu erleichtern.

[0006] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Nut in Form einer Schraubenlinie über die Innen- und/oder Aussenseite des Bohrkronenkörpers erstreckt, wobei diese Schraubenlinie einen solchen Drehsinn aufweist, dass infolge einer Schneckenwirkung Spülmedium im Inneren des Bohrkronenkörpers in Richtung von dessen freiem Ende gefördert wird,

   während es entlang der Aussenseite des Bohrkronenkörpers in Richtung der Bohrlochmündung gefördert wird. Diese umgekehrte Förderrichtung wird gemäss einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung durch eine gegenläufige Ausrichtung der Nuten auf der Innen- bzw. Aussenseite des Bohrkronenkörpers erreicht.

[0007] Versuche haben gezeigt, dass bei gleichbleibendem Querschnitt und unveränderter Anzahl der Nuten ein besonders hoher Durchsatz an Spülmedium erzielt werden kann, wenn die Nuten in Bezug zu einer zur Bohrkronenlängsachse senkrechten Ebene eine Steigung zwischen 20 und 40 Grad und vorzugsweise von etwa 30 Grad aufweisen.

   Jedoch kann die Steigung allgemein zwischen 10 und 80 Grad liegen.

[0008] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das abrasive Material aus mehreren, im Umfangsabstand angeordneten Segmenten oder Zähnen besteht, und dass auf der Aussen- und Innenseite des Bohrkronenkörpers jeweils mehrere parallel zueinander verlaufende Nuten vorgesehen sind, von denen jeweils eine in jeden Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Segmenten oder Zähnen mündet. Auf diese Weise wird zum einen eine besonders schnelle Förderung des Spülmediums zu den spanenden Oberflächen der Segmente oder Zähne und zum anderen eine besonders gute Abförderung von Bohrklein bewirkt, das sich in diesen Zwischenräumen ansammelt, bis es klein genug ist, um durch die Nuten auf der Aussenseite des Bohrkronenkörpers abgeführt zu werden.

   Grundsätzlich kann jedoch das abrasive Material bei Diamantbohrkronen mit kleinerem Durchmesser auch in Form eines durchgehenden Rings ausgebildet sein, wobei in diesem Fall die Nuten zweckmässig unmittelbar oberhalb des Rings enden.

Zeichnungen

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Seitenansicht einer Diamantbohrkrone;


  <tb>Fig. 2<sep>eine Längsschnittansicht der Diamantbohrkrone;


  <tb>Fig. 3<sep>eine Ansicht der Diamantbohrkrone entsprechend Fig. 2, jedoch während des Bohrens eines Bohrlochs;


  <tb>Fig. 4<sep>eine Querschnittsansicht der Diamantbohrkrone entlang der Linie IV-IV der Fig. 1;


  <tb>Fig. 5<sep>eine Querschnittsansicht der Diamantbohrkrone entlang der Linie V-V der Fig. 1;


  <tb>Fig. 6<sep>eine vergrösserte Darstellung des Ausschnitts VI der Fig. 2;


  <tb>Fig. 7<sep>eine Ansicht entsprechend Fig. 6, jedoch mit einem etwas anderen Nutquerschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0010] Die in der Zeichnung dargestellte Diamantbohrkrone 2 dient zur Entnahme von Bohrkernen 4 aus Beton, Stein oder anderen harten Werkstoffen und wird dazu in der Werkzeugaufnahme einer geeigneten Bohrmaschine (nicht dargestellt) befestigt.

[0011] Die Bohrkrone 2 besteht im Wesentlichen aus einem röhrenförmigen Bohrkronenkörper 6, an dessen der Bohrmaschine zugewandtem oberen Stirnende ein Schaft 8 zum Einspannen in der Werkzeugaufnahme der Bohrmaschine vorgesehen ist und an dessen freiem unterem Stirnende mehrere sogenannte Diamant- oder Bohrsegmente 10 befestigt sind, die zum Zerspanen des jeweiligen Werkstoffs dienen.

[0012] Der Bohrkronenkörper 6 besitzt eine im Verhältnis zum Durchmesser des Bohrkerns 4 (Fig.

   3) dünnwandige, im Wesentlichen hohlzylindrische Umfangswand 12, die einen entsprechenden zylindrischen Hohlraum 14 zur Aufnahme des Bohrkerns 4 umgibt. Die Umfangswand 12 weist eine dem Hohlraum 14 zugewandte Innenseite 16 und eine vom Hohlraum 14 abgewandte Aussenseite 18 auf.

[0013] Der bohrmaschinenseitig an den Bohrkronenkörper 6 angrenzende und gewöhnlich einstückig mit dem Bohrkronenkörper 6 verbundene Schaft 8 besitzt einen geringeren Aussendurchmesser als die Umfangswand 12 und ist vom Bohrkronenkörper 6 durch eine radiale äussere Ringschulter 20 getrennt. Am Übergang zwischen der Ringschulter 20 und der Aussenseite 18 der Umfangswand 12 ist eine schräge Fase 22 vorgesehen.

   Der Schaft 8 weist eine in den Hohlraum 14 mündende, zur Längsachse 24 der Bohrkrone 2 koaxiale Bohrung 26 auf, durch die ein zur Spülung und Kühlung der Segmente 10 dienendes Spülmedium, gewöhnlich Luft oder Wasser, ins Innere des Hohlraums 14 zugeführt wird (Pfeile in Fig. 3). Die Einmündung der Bohrung 26 in den Hohlraum 14 ist durch eine radiale innere Ringschulter 28 von der Innenseite 16 der Umfangswand 12 des Bohrkronenkörpers 6 getrennt.

[0014] Die Segmente 10 bestehen aus Hartmetall mit eingebetteten Körnern aus synthetischem Diamant und werden gewöhnlich durch Hartlöten oder Laserschweissen an der ringförmigen Stirnfläche 30 des freien Stirnendes des Bohrkronenkörpers 6 befestigt.

   Die regelmässig um den Umfang der Bohrkrone 2 angeordneten Segmente 10 sind auf Lücke gesetzt, d.h. benachbarte Segmente 10 sind in Umfangsrichtung des Bohrkronenkörpers 6 durch schmalere Zwischenräume 32 getrennt. In radialer Richtung weisen die Segmente 10 etwas grössere Dickenabmessungen als die Umfangswand 12 auf, so dass beim Bohren zwischen der Innenseite 16 der Letzteren und dem in den Hohlraum 14 eindringenden Bohrkern 4 sowie zwischen der Aussenseite 18 der Umfangswand 12 und einem benachbarten Teil der Bohrlochwand 34 jeweils ein schmaler ringförmiger Spalt 36, 38 verbleibt, wie am besten in Fig. 3 dargestellt.

   Dieser Spalt 36, 38 verhindert zum einen, dass der Bohrkronenkörper 6 am Bohrkern 4 bzw. an der Bohrlochwand 34 reibt oder sich verhakt, und ermöglicht zum anderen die Zirkulation des durch die Bohrung 26 des Schaftes 8 in den Hohlraum 14 zugeführten Spülmediums durch den Spalt 36 zwischen der Innenseite 16 der Umfangswand 12 und dem Bohrkern 4 zu den Segmenten 10 und von dort zusammen mit dem gelösten Bohrklein durch den Spalt 38 zwischen der Aussenseite 18 der Umfangswand 12 und der Bohrlochwand 34 aus dem Bohrloch heraus.

[0015] Um bei gleichbleibenden Abmessungen des Bohrkronenkörpers 6 den Strömungsquerschnitt im Spalt 36, 38 zu vergrössern, ohne die Dickenabmessungen der Segmente 10 zu vergrössern und damit bei gleicher Bohrleistung den Bohrfortschritt zu verringern,

   ist die Umfangswand 12 des Bohrkronenkörpers 6 sowohl auf ihrer Innenseite 16 und auf ihrer Aussenseite 18 mit einer Mehrzahl von Nuten 40, 42 mit jeweils einem flachen gerundeten Querschnitt versehen, die sich jeweils über die gesamte axiale Länge der Umfangwand 12 erstrecken. Die Anzahl der Nuten 40 auf der Innenseite 16 und der Nuten 42 auf der Aussenseite 18 der Umfangswand 12 ist so gewählt, dass sie jeweils der Anzahl der Zwischen räume 32 zwischen den Segmenten 10 entspricht, in welche die unteren Enden der Nuten 40 und 42 münden.

   Wie am besten in Fig. 4 dargestellt, enden die Nuten 42 auf der Aussenseite 18 der Umfangswand 12 am äusseren Rand der Ringschulter 20, während die Nuten 40 auf der Innenseite 16 der Umfangswand 12 an der Ringschulter 28 enden, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt.

[0016] Wie am besten in Fig. 3 und 4 sichtbar, beträgt die Anzahl der Segmente 10 und der Zwischenräume 32 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils fünf, so dass auch jeweils fünf Nuten 42 bzw. 40 auf der Aussenseite 18 und der Innenseite 16 der Umfangswand 12 vorgesehen sind. Die fünf Nuten 40 bzw. 42 verlaufen jeweils wie bei einer mehrgängigen Förderschnecke in Schraubenlinien über die Innen- bzw.

   Aussenseite 16, 18 der Umfangswand 12, wodurch vor allem bei Verwendung von Wasser oder anderen flüssigen Spülmedien durch die Förderwirkung der Schnecke die Durchströmung des Ringspalts 36, 38 verbessert und die Strömungsgeschwindigkeit im Ringspalt 36, 38 vergrössert werden kann.

[0017] Da das Spülmedium im Ringspalt 36 zwischen der Innenseite 16 der Umfangswand 12 und dem Bohrkern 4 bzw. im Spalt 38 zwischen der Aussenseite 18 der Umfangswand 12 und der Bohrlochwand 34 unterschiedliche Strömungsrichtungen aufweist, sind die Schraubenlinien der Nuten 40 bzw. 42 auf der Innen- bzw. Aussenseite 16, 18 der Umfangswand 12 gegenläufig, d.h. bei einer üblichen Drehrichtung der Bohrkrone 2 im Uhrzeigersinn bilden die Ersteren ein fünfgängiges Linksgewinde und die Letzteren ein fünfgängiges Rechtsgewinde.

   Die Nuten 40 bzw. 42 weisen über ihre gesamte Länge einen gleichbleibenden Abstand von den jeweils benachbarten Nuten sowie eine gleichbleibende Steigung auf, deren Steigungswinkel a in Bezug zu einer zur Längsachse 24 senkrechten Ebene E vorzugsweise etwa 30 Grad beträgt.

[0018] Wie am besten in Fig. 6 und 7 dargestellt, weisen die Nuten 40, 42 einen flachen gerundeten Querschnitt mit einer Breite von etwa 5 mm und einer Tiefe von etwa 0,5 mm auf. Die Nuten 40, 42 lassen sich entweder bei einer spanabhebenden Bearbeitung des Bohrkronenkörpers 6 mit einem Einstechmeissel oder ggf. auch durch Walzen herstellen.

   Wie am besten in Fig. 7 dargestellt, können im zuletzt genannten Fall insbesondere die Nuten 42 durch einen geringfügig über die zylindrische Aussenseite 18 des Bohrkronenkörpers 6 überstehenden Randwulst 46 begrenzt werden, der das Bohrklein in der Nut 40 gefangen hält und damit die Reibkräfte zwischen der Umfangswand 12 und der Bohrlochwand 34 infolge eines Zermahlens von Bohrklein im Spalt 38 verringert.

Claims (10)

1. Kernbohrkrone, insbesondere Diamantbohrkrone, mit einem röhrenförmigen Bohrkronenkörper (6), der einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum (14) zur Aufnahme eines Bohrkerns (4) begrenzt, an seinem freien Stirnende mit einem abrasiven Material (10) bestückt ist und an seinem entgegengesetzten Ende eine in den Hohlraum (14) mündende Zufuhröffnung (26) zum Zuführen eines flüssigen oder gasförmigen Spülmediums in den Hohlraum (14) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkronenkörper (6) auf seiner dem Hohlraum (14) zugewandten Innenseite (16) und/oder auf seiner vom Hohlraum (14) abgewandten Aussenseite (18) mit jeweils mindestens einer Nut (40, 42) versehen ist, die sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Bohrkronenkörpers (6) erstreckt und in axialer Nähe des abrasiven Materials (10) bzw. in axialer Nähe der Zufuhröffnung (26) endet.

2. Kernbohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (40, 42) in einer Schraubenlinie über die Innenseite (16) und/oder Aussenseite (18) des Bohrkronenkörpers (6) erstreckt.

3. Kernbohrkrone nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenlinie eine Steigung zwischen 10 und 80 Grad aufweist.

4. Kernbohrkrone nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenlinie eine Steigung von etwa 30 Grad aufweist.

5. Kernbohrkrone nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite (16) und auf der Aussenseite (18) des Bohrkronenkörpers (6) jeweils mindestens eine Nut (40; 42) vorgesehen ist, und dass die Schraubenlinien der Nuten (40; 42) auf der Innenseite (16) bzw. Aussenseite (18) gegenläufig sind.

6. Kernbohrkrone nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenlinie der Nut (40, 42) einen solchen Drehsinn aufweist, dass das durch die Zufuhröffnung (26) in den Hohlraum (14) zugeführte Spülmedium beim Bohren eines Bohrlochs durch die Nut (40) auf der Innenseite (16) zu dem abrasiven Material (10) gefördert wird und/oder durch die Nut (42) auf der Aussenseite (18) vom abrasiven Material (10) weg aus dem Bohrloch heraus gefördert wird.

7. Kernbohrkrone nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenseite (16) und/oder Aussenseite (18) des Bohrkronenkörpers (6) jeweils eine Mehrzahl von Nuten (40; 42) vorgesehen ist, und dass die Nuten (40) auf der Innenseite (16) bzw. die Nuten (42) auf der Aussenseite (18) jeweils etwa parallel zueinander verlaufen.

8. Kernbohrkrone nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das abrasive Material aus mehreren, im Umfangsabstand angeordneten Segmenten (10) oder Zähnen besteht, und dass sich die Nut (40, 42) am freien Stirnende des Bohrkronenkörpers (6) bis zu einem Zwischenraum (32) zwischen zwei benachbarten Segmenten (10) oder Zähnen erstreckt.

9. Kernbohrkrone nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (40, 42) am entgegengesetzten Ende des Bohrkronenkörpers (6) bis zu einer den Hohlraum (14) bzw. den Bohrkronenkörper (6) begrenzenden Ringschulter (28, 20) erstreckt.

10. Kernbohrkrone nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (40, 42) einen flachen gerundeten Querschnitt aufweist.