DE2417600B2

DE2417600B2 - Gesteinsbohrkrone

Info

Publication number: DE2417600B2
Application number: DE2417600A
Authority: DE
Inventors: David C. Claysburg Johnstone; John F. Bedford Kita
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 1973-04-23
Filing date: 1974-04-10
Publication date: 1975-06-12
Also published as: JPS5435561B2; CA981248A; GB1443092A; JPS5013201A; DE2417600A1; US3858671A; ZA742078B

Description

Die Erfindung betrifft eine Gesteinsbohrkrone mit einem im wesentlichen zylindrischen Grundkörper, der auf der Stirnfläche sich axial erstreckende Einsätze, im Bereich der Schnittlinie zwischen der Stirnfläche und der Umfangsfläche schräg nach außen gerichtete Einsätze und in der im wesentlichen zylindrischen Umfanesfläche zusätzliche Einsätze mit zumindest teilweiser radialer Erstreckung aufweist.

Eine solche Bohrkrone ist aus der US-PS 33 46 060 bekanntgeworden. Diese Bohrkrone hat an ihrem Umfang zwei Paare von einander diametral gegenüberlie-

genden, axial verlaufenden Schneid- und Spülnuten. Das eine dieser beiden Nutenpaaiv ist durch eine sich über die Stirnfläche erstreckende Quernui miteinander verbunden, in welche zwei Spülkanäle ausmünden: jeweils ein weiterer Spülkanal mündet in je eine stirnsei-

tige Verlängerung der beiden anderen Spül- und Schneidnuten.

In der zylindrischen Umfangslläche sind in axialem Abstand voneinander zwei umlaufende. V-förmige Nuten eingeschnitten. Über diese V-förmigen Spülnuten

soll das Bohrklein den axialen Spül- und Schneidnuten zugeführt und sodann axial abgeführt werden. In der von der Stirnfläche abliegenden Flanke der V-förmigen Spülnuten sind die genannten zusätzlichen Einsätze eingesetzt, sie erstrecken sich schräg nach außen, also

zo im Winkel zu der axialen Richtung wie auch zu der radialen Richtung. Sie weisen abgerundete Kuppen auf. Sie dienen im ivesenilicben zum Freiräumen der umlaufenden V-förmigen Spülnuten. so daß also das Bohrklein in ständigem Fluß abtransportiert wird.

Bei diesen Gesteinsbohrkronen, wie auch bei Gesteinsbohrkronen überhaupt, besteht folgendes Problem:

Im Laufe des Bohrfortschrittes erfolgt stets ein wenn auch geringfügiger Verschleiß, und zwar auch an den

Umfangspartien. so daß der Bohrlochdurchmcsser allmählich abnimmt. Diese Verengung des Bohrlochdurchmessers ist besonders dann nachteilig, wenn die Bohrstange bzw. das Gestänge zum Auswechseln einer verschlissenen Bohrkrone gegen eine neue aus dem Bohrloch zurückgezogen werden muß. Die neue Bohrkrone weist dann den ursprünglichen normalen Außendurchmesser auf und paßt nicht mehr in das sich verengende Bohrloch. Die neue Bohrkrone läßt sich also nur schwer einführen, und insbesondere tritt dabei relativ schnell Verschleiß am Umfang der neuen Bohrkrone auf. Bei der vorstehend beschriebenen Bohrkrone gemäß US-PS 33 46 060 versucht man, durch die nach außen gerichteten Einsätze auf der Schnittlinie zwischen Stirnfläche und Umfangsfläche, den sogenannten »Kalibereinsätzen«, den Verschleiß im wirksamen Außenumfang der Bohrkrone und damit die Verengung des Bohrloches möglicSist gering zu hal'en. Auch dürften hierzu die in erster Linie zur Räumung der V-förmigen umlaufenden Spülkanäle vorgesehenen, schrägge-

richteten, ebenfalls noppf-nförmigen Einsätze beitragen. Trotzdem ist der Verschleiß und damit die Verengung des Bohrloches insbesondere in hartem Gestein zu groß.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Bohrkrone der genannten Art so zu verbessern, daß der gebohrte Bohrlochdurchmesser langer konstant bleibt und daß die Lebensdauer der Bohrkrone bzw. die damit gebohrte Bohrlochlängc vergrößert werden. Die Lösung dieser Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die in der zylindrischen Umfangsfläche angeordneten Einsätze sich ausschließlich radial erstrecken, wobei deren äußere Enden in Form eines Vierkants ausgebildet sind, dessen Diagonalen in Umfangsrichtung der zylindrischen Umfangsfläche bzw. in Axialrichtung orientiert sind.

Gemäß der Erfindung erstrecken sich die Einsätze an der Umfangsfläche nicht schräg nach außen. also nur teilweise radial, sondern ausschließlich radial nach

außen, und ihr über die Umfangsfläche hervorragendes Ende ist vierkantig, wobei die Diagonalen des Vierkants in Umfangsrichtung bzw. Axialrichtung der Bohrkrone orientiert sind. Diese vierkantigen Einsätze stellen zusätzliche Schneidkanten an der Umfangsfläche dar, die die Bohrlochwandung jeweils sauber freischneiden und somit die Verengung des Bohrloches während des Bohrfortsciirittes verhirdern. Besonders wirksam sind die Kanten auf der Siirnfläche des Vierkantes, insbesondere die vorderen, der Stirnfläche zugewandten beiden Schneidkanten. Aber auch die in bezug auf die Längsachse des Einsatzes gebildeten axialen Kanten stellen weitere Schneidkanten dar. Diese kantigen Einsätze können ferner eventuell von der Wandung bzw. von der Sohle des Bohrloches eingedrungenes Material zusätzlich zerkleinern. Auf diese Weise kann die Bohrkrone leichter freikommen, wenn bei nach unten gerichteten Bohrungen von der Wandung des Bohrloches Material hereingebrochen ist.

Es sei erwähnt, daß die Umfangsfläche der Bohrkrone vorzugsweise glatt ist; die bei der US-PS 33 4b ObO vorgesehenen V-förmigen und axiale" Nuten können aiso entfallen.

Aus der DT-AS 11 97 407 und der DT-OS 21 24 958 sind allerdings schon Bohrkronen mit Hartmetalleinsätzen vorbekannt, jedoch sind die Bohrkronenkörper dabei parabolisch bzw. konvex ausgebildet. In diese Grundkörper sind Hartmetalleinsätze eingesetzt. Da diese Einsätze im wesentlichen senkrecht zu der jeweiligen Oberfläche des Grundkörpers in dessen Material eingesetzt sind, erstrecken sich die Einsätze am Umfangsbereich im wesentlichen radial, jedoch handelt es sich dabei nicht um Kalibereinsätze bei einer Pohrkrone der eingangsangegebenen Art.

Aus der FR-PS 9 84 597 isl ferner eine Bohrkrone mit Hartmetalleinsätzen in der Stirnfläche vorbekannt. Diese Einsätze sind vierkantig, und zwar über ihre ganze Länge vierkantig, um sie besser in der Bohrkrone zu verankern. Sie sind lediglich in der Stirnfläche, bzw. auf der an der Siirnfläche ausgebildeten Keilschneide vorgesehen und erstrecken sich im wesentlichen axial.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung beschrieben, wobei auch auf weitere wesentliche Einzelheiten und Merkmale eingegangen wird, die sich besser an Hand der Zeichnung erläutern lassen.

Fi g. 1 zeigt in Seitenansicht eine typische. Bohrkrone gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist ein Teilschnitt nach Linie 11-11 in F i g. 1, in vergrößertem Maßstab;

F i g. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der Seitenansicht in vergrößertem Maßstab, in Richtung des Pfeiles 111 in F i g. 2 gesehen;

F i g. 4 zeigt perspektivisch einen Kaliher-Einsatz gemäß der Erfindung.

Bei dem Ausführungsbeispiel hat die Bohrkrone an dem einen Ende ein konisches Gewinde 12 zur Verbindung mit einem Antrieb, insbesondere mit einer Bohrstange. Das andere Ende ist das Arbeitsende, nachfolgend Stirnfläche 14 genannt; die Stirnfläche ist im wesentlichen eben und rechtwinklig zur Längsachse der Bohrkrone. An die Stirnfläche 14 schließt sich eine Umfangswandung 16 an, die nach rückwärts leicht konisch zuläuft.

An diese Umfangsfläche 16 schließt sich nach rückwärts eine konische Zone an, wodurch der Durchmesser weiter verengt ist, um einen leichten Abfluß des Bohrkieins zu gestatten. Ferner sind seitliche axiale Strömungskanäle 18 für den Abfluß von Bohrklein vorgesehen.

Die Stirnfläche 14 weist eine Vielzahl von axialen Löchern 20 auf. in welche stiftartige Einsätze 22 mit gewölbten äußeren Enden 24 eingesetzt sind, die nach außen hervorragen. Die Einsätze 22 können mit Preßsitz, durch Löten oder anders in den Bohrungen 20 eingesetzt sein. Die Einsätze 22 sind radial und umfangsmäßig über die Stirnfläche 14 verteilt und zerkleinern ίο bzw. zertrümmern die Formation bzw. die Bohrlochsohle, gegen üieKie wirken.

Am Randbereich der Stirnfläche 14 bzw. im Bereich der Kante zwischen Stirnfläche 14 und Umfangsfläche 16 sind axial nach außen geneigte Bohrungen 26 vorgei'^hen, in welche Kalibereinsätze 28 eingesetzt sind, die außen ebenfalls gewölbt sind. Die Kalibereinsätze 28 können identisch mit den axialen Einsätzen 22 sein. Aus der Zeichnung, insbesondere aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Kalibereinsätze 28 sich nicht nur axial, sondern auch radial erstrecken. Die Kalibereinsätze 28. die über den Umfang verteilt sind, bestimmen also den Radius des Bohrloches, sie haben die Neigung, die Größe des gebohrten Bohrlochs im wesentlichen konstant zu halten. Dies ist bedeutsam: Wenn nämlich die Bohrkrone im Zuge des Bohrfortschrittes an ihrem Umfang verschlissen wird, so verengt sich dementsprechend das Bohrloch, und es wird unmöglich bzw. nur schwer möglich, eine neue Bohrkrone einzuführen. Die Kalibereinsätze haben somit eine extrem wichtige Funktion während der Bohroperation auszuüben.

Gemäß vorliegender Erfindung ist die Einhaltung des Kalibers, also die Konstanz des Bohrlochdurchmessers über die gesamte Länge des Bohrlochs in äußerstem Maße verbessert, dadurch, daß wenigstens eine Reihe von weiteren Kalibereinsätzen 32 vorgesehen ist. und zwar erstrecken sich diese weiteren Kalibereinsätze 32 radial nach außen, und diese Kalibereinsätze 32 sitzen auf der Umfangsfläche 16. gegenüber den schräg geneigten Kalibereinsätzen 30 axial zurückversetzt. Die Kalibereinsätze 32 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, wobei jedem xihi abgestellten Einsatz 28 ein radialer Finsntz 32 zugeordnet ist, also jeweils ein schräggcstelller Einsatz und ein radialer Einsatz 32 auf der gleichen Mantellinie liegen.

Die radialen Einsätze 32 ragen aus der Umfangsfläche 16 ungefähr ebenso weit nach außen wie die schräggestellten Einsätze 28, jedoch vorzugsweise nicht ganz so weit, vorzugsweise enden die radialen Einsätze 32 etwa 0,254 mm vor dem von den schräg geneigten Kalibereinsälzen 28 beschriebenen äußersten Durchmesser.

Des weiteren ist das äußere Arbeitsende der radialen Kalibereinsätze 32 vierkantig ausgebildet, wobei die Einsätze 32 so eingesetzt sind, daß der Vierkant 34 diagonal orientiert ist, d. h., die eine Diagonale verläuft in Umfangsrichtung und die andere in Axialrichtung der Bohrkrone. Dadurch sind axiale Schneidkanten gegeben, wobei eine axiale Schneidkante nach oben gerichtet und eine axiale Schneidkante nach unten gerichtet ist.

Insbesondere durch die Wirkung dieser axialen Schneidkanten nehmen die radialen Einsätze 32 an der Schneidwirkung teil, insbesondere wenn es notwendig wird. Material von der Umfangswandung des Bohrloches abzutragen, um das Kaliber einzuhalten.

Wenn ferner — bei nach unten gerichteten Bohrungen — Material nach unten herabstürzt und sozusagen die Bohrkrone verschüttet und überlastet, tragen be-

sonders die nach oben gerichteten Schneidkanten zu der Befreiung der Bohrkrone bei, also dazu, daß sich die Bohrkrone wieder freischneidet bzw. herausgezogen weiden kann. Wie F i g. 1 zeigt, ist nicht nur eine Reihe von radialen Kalibereinsätzen 32 vorgesehen, sondern noch eine weitere zusätzliche Reihe von radialen Kalibereinsätzen 38, die sich ebenfalls radial und aus der Umfangswand 16 heraus erstrecken, etwa ebenso weil wie die Einsätze 32, und die ebenfalls mit einem vierkantigen Arbeitsende ausgebildet sind. Auch die Kalibereinsätze 38 sind über den Umfang verteilt. sie sind umfangsmäßig gegenüber den Kalibereinsätzen 32 versetzt, und in Axialrichtung gesehen, liegen sie zwischen den Kalibereinsätzen 32 und den geneigten Einsätzen 28. Die Einsätze 38 können gleichartig ausgebildet sein wie die Einsätze 32 und genauso orientiert sein sowie ebenso weit nach außen hinausragen; sie bzw. ihre Schneidkanten haben die gleiche Funktion bezüglich der Durchmcssermaßhaltigkeit und der Befreiung bzw. des Herausziehens bei Überlastung durch in das Bohrloch herabgestürztes Material.

Wenn nur eine einzige Reihe von weiteren Kalibereinsätzen vorgesehen ist, werden diese Kalibercinsätzc vorzugsweise axial ausgerichtet mit den geneigten Einsätzen 28, wie F i g. 3 zeigt, womit eine bessere Wirkung über eine längere Zeit erreicht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gesleinsbohrkrone mit einem im wesentlichen zylindrischen Grundkörper, der auf der Stirnfläche sich axial erstreckende Einsätze im Bereich der Schnittlinie zwischen der Stirnfläche und der Umfangsfläche schräg nach außen gerichtete Einsalze und in der zylindrischen Umfangsfläche zusätzliche Einsätze mit mindest teilweise radialer Erslreekung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zylindrischen Umfangsfläche (16) angeordneten Einsätze (34, 38) sich ausschließlich radial erstrecken, wobei deren äußere Enden in Form eines Vierkants (34) ausgebildet sind, dessen Diagonalen in Umfangsrichtung der zylindrischen Umfangsfläche (16) bzw. in Axialrichtung orientiert sind.

2. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der zylindrischen Umfangsfläche (16) eingesetzten Einsätze (32) sich radial etwa ebenso weit nach außen erstrecken wie die in dem Bereich der Schnittlinie zwischen Stirnfläche (14) und Umfangsfläche (16) nach außen geneigt angeordneten Einsätze (28).

3. Bohrkrone nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umfangsfläche (16) radial eingesetzten Einsätze (32) jeweils aul der gleichen Mantellinie wie die schräg nach außen gerichteten Einsätze (28) liegen.

4. Bohrkrone nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Vierkants (34) der radialen Einsätze (32) quad^tisch ist, wobei durch je zwei Vierkantseiten in und gegen die Vortriebsrichtung jeweils eine scharfe Schneidkante gebildet ist.

5. Bohrkrone nach den Ansprüchen I und 4. dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Stirnflächen der radialen Einsätze (32) gegenüber dem radial äußersten Punkt der außen geneig' angeordneten Einsätze (28) um etwa 0,254 mm radial nach innen versetzt sind.

6. Bohrkrone nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Reihe von sich radial erstreckenden Einsätzen (38) gegenüber einer ersteren Reihe von radial sich erstreckenden Einsätzen (32) versetzt vorgesehen ist.

7. Bohrkrone nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (38) der zweiten Reihe von radialen Einsätzen gleichfalls ein äußeres Ende haben, an dem durch jeweils zwei Vierkantseiten in und gegen die Vortriebrichtung scharfe Schneidkanten gebildet sind.

8. Bohrkrone nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsätze (22, 23, 32) aus Hartmetall, insbesondere aus zementiertem Wolframcarbid bestehen.