DE102021003448A1

DE102021003448A1 - Bohrkopf elner Erdbohrvorrichtung, Verfahren zum Herstellen eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung und Verwendung eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung

Info

Publication number: DE102021003448A1
Application number: DE102021003448.1A
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Püttmann
Original assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Tracto Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2023-01-05
Also published as: US20230003087A1; EP4116539B1; AU2022204803A1; US11970909B2; AU2022204803B2; EP4116539A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf einer Erdbohrvorrichtung mit einem Meißel und einem Aufsatz, der an dem Meißel befestigt werden kann, wobei mindestens ein Spannstift zum Halten des Aufsatzes am Meißel vorgesehen ist, und der Meißel eine oder mehrere Aufnahmen für einen Spannstift aufweist, wobei die Aufnahme gegenüber dem Radius des Spannstifts vergrößert ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf einer Erdbohrvorrichtung mit einem Meißel und einem Aufsatz, ein Verfahren zum Herstellen eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung und eine Verwendung eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung.
Erdbohrvorrichtungen in Form von Rammbohrvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden insbesondere für die Herstellung von horizontalen Erdbohrungen verwendet. Bei Rammbohrvorrichtungen handelt es sich um selbstgetriebene Bohrvorrichtungen. In der Regel weist eine derartige Rammbohrvorrichtung einen Schlagkolben auf, der innerhalb eines Gehäuses oszillierend (hin- und her-) bewegt wird und dabei, je nach gewünschter Bewegungsrichtung der Rammbohrvorrichtung, auf eine vordere oder hintere Schlagfläche des Gehäuses mittelbar oder unmittelbar prallt. Die dabei übertragene kinetische Energie des Schlagkolbens sorgt für eine Beschleunigung der Rammbohrvorrichtung innerhalb des Erdreichs.
Aus WO 2011/128045 A2 ist eine Erdbohrvorrichtung bekannt, die einen Grundkörper mit einem Gehäuse aufweist. In dem Gehäuse ist ein Schlagkolben beweglich gelagert. Der Schlagkolben trifft bei seiner Vorwärtsbewegung auf das hintere Ende eines Schlagbolzens, der einen Teil des Bohrkopfs darstellt. Das vordere Ende des Schlagbolzens bildet eine Bohrkopfspitze aus, die aufgrund ihres relativ geringen Durchmessers für eine hohe Richtungsstabilität der Erdbohrvorrichtung, die als Rammbohrvorrichtung bzw. Erdrakete ausgebildet ist, sorgt. Hinter der (Bohrkopf)spitze des Schlagbolzens sind hintereinander zwei ringförmige Bohrkopfelemente mit dem Schlagbolzen verbunden. Die Verbindung erfolgt mittels jeweils zweier Befestigungsbolzen. Bei den Befestigungsbolzen handelt es sich um Spannstifte in entsprechenden Bohrungen, die eine Vorspannung haben. Bei diesen Spannstiftbohrungen muss darauf geachtet werden, dass die an den Radius des Spannstifts angepasst sind und zudem diese Spannstiftbohrungen zueinander fluchten. Die Art der Befestigung ist zwar stabil, kann aber auch sehr aufwändig herzustellen sein. Ferner ist durch die Art der Befestigung eine Austauschbarkeit erschwert, da die genaue Maßhaltigkeit der Bohrkopfelemente, die mit dem Schlagbolzen als Aufsätze verbunden werden, und des Schlagbolzens selbst einzuhalten sind.
Es ist bekannt, Aufnahmen in einem als Meißel ausgestalteten Schlagbolzen und einen Aufsatz für einen Spannstift in Meißel und Aufsatz jeweils teilweise derart anzuordnen, dass sie sich zu einer Gesamtaufnahme für einen Spannstift ergänzen. In eine sich derart ergebende Gesamtaufnahme kann der Spannstift eingesetzt werden. Die Aufnahmen von Meißel und Aufsatz sind als Rundnuten ausgebildet, die ihrerseits an den Radius des Spannstifts angepasst sind. Die Herstellung einer Verbindung zwischen Meißel und Aufsatz ist kostenintensiv, aufwändig und kann schadensanfällig sein, da eine definierte Vorspannung (ein Aufpressen) des Aufsatzes gegenüber dem Meißel erreicht werden muss und dieses bei flachem Konuswinkel des Meißels.
Es wurde bisher die Auffassung vertreten, dass eine höchstgenaue Toleranz in der Fertigung erreicht werden muss. Auch bei nur geringen Abweichungen der Maße in Aufsatz und Meißel wurden diese als Ausschuss qualifiziert und nicht weiter verwendet. Die herstellungsbedingten geringen Toleranzen betrafen sowohl die Position der Aufnahmen in Meißel und Aufsatz als auch die Ausgestaltung der Aufnahme mit seiner Anpassung an den Radius des Spannstifts selbst. Schon durch geringe Maßabweichungen der Durchmesser und/oder Meißel und/oder Positionen der Aufnahmen im Aufsatz und der Aufnahmen in dem Meißel wurde bisher angenommen, dass ein größerer Versatz zwischen Aufsatz und Meißel zu einer sehr starken Verformung des Spannstifts führen kann. Der stark verformte Spannstift wirkt seinerseits insbesondere auf die Aufnahme im Meißel stark ein und es können - ausgehend von der als Rundnut ausgestalteten Aufnahme - Meißelbrüche auftreten.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf einer Erdbohrvorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung und eine Verwendung eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung zu schaffen, so dass eine Verbesserung des Bohrkopfs gegenüber den vorgenannten Nachteilen ermöglicht ist, wobei insbesondere eine einfachere Art der Befestigung des Aufsatzes am Meißel ermöglicht werden kann. Eine einfachere Konstruktion kann ermöglicht werden. Längere Standzeiten des Bohrkopfs können möglich sein.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Kern der Erfindung ist es, entgegen dem bisherigen Verständnis des Fachmanns eine Veränderung der Aufnahme des Spannstifts vorzusehen. Die Erfindung bricht mit der Vorstellung, die Aufnahme für den Spannstift im Meißel bezüglich des Radius des verwendeten Spannstifts hochgenau anzupassen und dabei eine Fertigung mit möglichst geringen Toleranzen vorzusehen. Die vorliegende Erfindung geht somit einen komplett konträren Weg zu der hochgenauen Fertigung mit geringen Toleranzen bezogen auf die Ausgestaltung der Aufnahme im Meißel für den Spannstift. Es wird mit dem Vorurteil derart gebrochen, dass die Ausgestaltung der Aufnahme im Meißel für den Spannstift vergrößert gegenüber der sonst als erforderlich angesehenen Ausgestaltung erfolgt. Der Kerngedanke der Erfindung folgt der Überlegung, eine gegenüber dem Durchmesser bzw. Radius des Spannstifts vergrößerte Aufnahme vorzusehen, was der bisherigen Überlegung, enge Herstellungstoleranzen gegenüber der Vorgabe des Radius des Spannstifts vorzusehen, entgegenläuft. Erstmals wurde erkannt, dass trotz einer vergrößerten Aufnahme für den Spannstift die Standzeit verbessert werden kann, wobei trotz der vergrößerten Aufnahme auch eine sichere Befestigung des Aufsatzes am Meißel gegeben sein kann. Abweichend von der bisher alleinig für eine Aufnahme in Erwägung gezogenen Rundnut, ist sogar eine andere Formgestaltung möglich als diese Rundnut.
Die Erfindung schafft einen Bohrkopf einer Erdbohrvorrichtung mit einem Meißel und einem Aufsatz, der an dem Meißel befestigt werden kann, wobei mindestens ein Spannstift zum Halten des Aufsatzes am Meißel vorgesehen ist, und der Meißel eine oder mehrere Aufnahmen für einen Spannstift aufweist, wobei die Aufnahme gegenüber dem Radius des Spannstifts vergrößert ausgestaltet ist.
Eine „Erdbohrvorrichtung“ umfasst im Sinne der Beschreibung jedes Gerät, welches eine Erdbohrung erstellen oder aufweiten kann, oder dazu verwendet wird, Leitungen oder andere Körper in das Erdreich einzubringen bzw. einzuziehen. Die Erdbohrvorrichtung kann insbesondere einen Schlagkolben aufweisen und in einem bestehenden oder zu erstellenden Kanal stoßweise bewegt werden, um eine Bohrung zu erstellen oder aufzuweiten oder ein bestehendes Rohr zerstörend oder nicht zerstörend zu ersetzen oder zu reinigen, Leitungen in bestehende Rohre oder andere Langkörper einzuziehen. Die Erdbohrvorrichtung kann insbesondere ein selbstgetriebenes Schlaggerät zur Erstellung einer Horizontalbohrung, ganz besonders bevorzugt eine Rammbohrvorrichtung bzw. Erdrakete, sein, wobei die Begriffe „Rammbohrvorrichtung“ und „Erdrakete“ synonym verwendet werden können.
Der Begriff „Rammbohrvorrichtung“ umfasst sowohl Erdverdrängungsvorrichtungen, bei denen die Bohrkopfspitze bzw. der Meißel fest mit dem Gehäuse verbunden ist, als auch Rammbohrvorrichtungen mit axial gegenüber dem Gehäuse verschiebbar gelagertem Meißel. Eine erfindungsgemäße Rammbohrvorrichtung kann sowohl eine EinTakt-Vorrichtung als auch eine Zwei-Takt-Vorrichtung sein. Bei einer Zwei-Takt-Vorrichtung schlägt zunächst der Schlagkolben auf den Meißel, der im ersten Takt vorauseilt. Das Gehäuse wird im zweiten Takt vom Schlagkolben beaufschlagt. Spitzenwiderstand und Mantelreibung werden bei einer Zwei-Takt-Vorrichtung getrennt und abwechselnd leichter überwunden. Bei einer Zwei-Takt-Vorrichtung erfolgt eine bessere Energieumsetzung, die insbesondere die Zertrümmerung von Hindernissen infolge der Konzentration des Schlagimpulses auf den Meißel erleichtert. Infolge der entsprechend dem Hubweg des Bohrkopfes vorauseilenden Bodenverdrängung bleibt das Gehäuse in ruhiger Lage und gewährleistet dadurch eine relativ gute Laufstabilität.
Eine Erdbohrvorrichtung im Sinne der Erfindung ist nicht auf unterirdische Erdarbeiten beschränkt. So können beispielsweise Leitungen, in denen ein Erdbohrgerät bzw. ein Bohrkopf betrieben werden kann, auch oberirdisch verlaufen.
Der Begriff „Horizontalbohrung“ im Sinne der Beschreibung umfasst insbesondere jede Art von bestehenden oder zu erstellenden, vorzugsweise horizontalen Kanälen in einem Körper, insbesondere Erdkanäle einschließlich Erdbohrungen, Felsbohrungen oder Erdleitungen sowie unteroberirdische oder oberirdische Rohrleitungen und Abwasserkanäle, die sich durch Einsatz einer entsprechenden Erdbohrvorrichtung herstellen, aufweiten, zerstören, aufschneiden, reinigen oder mittels Einziehen einer Leitung oder Rohrs auskleiden und/oder sanieren lassen.
Der Begriff „Bohrkopf“ im Sinne der Beschreibung umfasst ein vorderes Ende, insbesondere das vorderste Ende des Bohrstrangs einer Erdbohrvorrichtung. Der Bohrkopf kann insbesondere ein Gehäuse oder einen Teil eines Gehäuses aufweisen, in dem der Schlagkolben auf den Meißel trifft. Der Meißel kann Teil des Bohrkopfs sein, wobei die Spitze des Meißels üblicherweise das vorderste Ende des Bohrstrangs bildet.
Der Begriff „Meißel“ im Sinne der Beschreibung umfasst ein Element des Bohrstrangs, welches mit seiner Spitze voran das Erdreich kontaktiert. Bei dem Meißel kann es sich insbesondere um einen von einem Schlagkolben beaufschlagten Schlagbolzen handeln. Das von dem Schlagkolben beaufschlagte Ende kann das zur Spitze des Meißels beabstandete Ende sein. Der Meißel kann am vorderen Ende des Bohrstrangs in einem Gehäuse vorliegen bzw. am vorderen Ende des Bohrstrangs aus einem Gehäuse herausragen.
Der Begriff „Aufsatz“ im Sinne der Beschreibung umfasst einen auf den Meißel bzw. den Schlagbolzen aufgesetzten, insbesondere lösbar mit diesem verbundenen, Aufsatz, der zumindest teilweise um den Umfang des Meißels angeordnet ist. Die radiale Erstreckung des Aufsatzes (äußere Kontur) kann im Wesentlichen der radialen Erstreckung (äußere Kontur) des Gehäuses entsprechen. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich der Aufsatz radial (geringfügig) größer erstreckt als das Gehäuse. Der Aufsatz kann im Wesentlichen eine konische Form haben. Eine Ausgestaltung eines Aufsatzes mit einer Kegelspitze ist möglich. Der Aufsatz kann ein, zwei oder mehr radial und/oder in Umfangsrichtung ausgerichtete Schneidelemente aufweisen, so dass der Aufsatz als Kronenkopf, wie dieser in der DE 10 2004 032 551 A1 in einer zweiteiligen Ausgestaltung beschrieben ist, ausgestaltet sein kann. Ein als Kronenkopf ausgestalteter Aufsatz kann auch einteilig ausgeführt sein. Bevorzugt kann der Aufsatz als Stufenaufsatz oder Stufenkopf, wie dieser in DE 2 558 842 A1 beschrieben ist, ausgebildet sein. Kombinationen und Mischformen der vorgenannten Ausgestaltungen des oder der Aufsätze sind möglich, bspw. kann ein Aufsatz stufenförmige Schneidelemente aufweisen.
Die Erfindung wird insbesondere mit einem Aufsatz an einem Meißel beschrieben, wobei aber auch mehrere, insbesondere in Längsrichtung des Meißels hintereinander angeordnete, Aufsätze, insbesondere zwei, am Meißel befestigt werden können, wozu mehrere in Längsrichtung hintereinander angeordnete Aufnahmen am Meißel vorgesehen sein können, die jeweils eine vergrößerte Ausgestaltung im Sinne der Beschreibung aufweisen können. Sofern mehrere Aufsätze am Meißel vorgesehen sein können, so können die mehreren Aufsätze eine unterschiedliche radiale Erstreckung aufweisen, so dass beispielsweise ein vorderer Aufsatz (näher zur Meißelspitze angeordnet) einen geringeren Durchmesser bzw. eine geringere radiale Erstreckung als ein hinterer Aufsatz (weiter von der Meißelspitze beabstandet) aufweist. Der hintere Aufsatz bzw. hinterste Aufsatz kann eine radiale Erstreckung aufweisen, die im Wesentlichen der radialen Erstreckung des Gehäuses entspricht, wobei auch vorgesehen sein kann, dass die radiale Erstreckung des hinteren bzw. hintersten Aufsatzes (geringfügig) größer als die radiale Erstreckung des Gehäuses ist.
Unter einem Spannstift oder einer Spannhülse wird im Sinne der Beschreibung ein Element verstanden, welches der Befestigung eines Aufsatzes an einem Meißel dient und als hohler, geschlitzter Stift oder Hülse ausgestaltet ist. Die Begriffe Spannstift und Spannhülse können synonym verwendet werden. Zur Ausübung der Funktion des Spannstifts wird dieser üblicherweise in einer Aufnahme zumindest teilweise bzw. geringfügig zusammengedrückt.
Der Begriff „Aufnahme“ im Sinne der Beschreibung umfasst eine Bohrung, Aussparung, Öffnung, Loch, Vertiefung, Nut oder dergleichen, in die bzw. das der Spannstift zum Zwecke der Befestigung vom Aufsatz am Meißel eingeschoben wird und deren bzw. dessen Kontur bzw. Begrenzung zumindest einen Abschnitt einer Anlagefläche für den Spannstift bildet. Der Begriff „Bohrung“ stellt dabei primär nicht auf die Art der Herstellung ab, sondern auf das bloße Vorsehen der Aussparung, Öffnung, Loch, Vertiefung oder Nut. Die Aufnahme kann mittels jedweder Werkzeugmaschine, insbesondere einer Bohrmaschine, einer Drehmaschine, einer Fräsmaschine, erstellt werden. Die Aufnahme kann mit einem oder mehreren rotierenden Werkzeugen und der mechanischen Abnahme von Spänen oder Bruchstücken hergestellt werden. Eine Herstellung der Aufnahme mittels Funkenerosion, Schwingläppens oder mittels Lasers ist ebenfalls möglich. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Aufnahme, insbesondere am Aufsatz, als Durchgangsbohrung oder Durchgangsloch ausgestaltet sein.
Zur Befestigung eines Aufsatzes an einem Meißel kann eine Aufnahme vorgesehen sein, in die ein Spannstift eingeschoben bzw. eingebracht werden kann. Es können pro Aufsatz mehrere Aufnahmen mit jeweils einem Spannstift vorgesehen sein. Der Meißel und der Aufsatz können somit eine Gesamtaufnahme oder mehrere Gesamtaufnahmen für einen Spannstift bilden, indem die Aufnahme(n) in Aufsatz und Meißel zumindest teilweise überlappend bzw. fluchtend ausgerichtet werden können.
Eine Längsachse der Aufnahme kann zumindest abschnittsweise quer zur Längsrichtung des Meißels bzw. des Aufsatzes ausgerichtet sein. Die Aufnahme am Meißel oder am Aufsatz kann zumindest abschnittsweise derart verlaufen, dass die Längsachse des Meißels bzw. des Aufsatzes nicht geschnitten wird. Bevorzugt kann eine Aufnahme am Meißel als Bohrung bzw. Vertiefung ausgestaltet sein, die zumindest über einen Winkelabschnitt des Umfangs in einer Schnittebene zur Längsachse des Meißels ausgebildet ist; eine Bohrung bzw. Vertiefung (Aufnahme) kann sich über den Umfang des Meißels erstrecken, wobei die Bohrung bzw. Vertiefung (Aufnahme) auf einer Höhe der Längsachse des Meißels ausgebildet sein kann. Besonders bevorzugt kann die Aufnahme am Meißel als Vertiefung ausgestaltet sein, die am Umfang des Meißels in einer Schnittebene quer zur Längsachse des Meißels ausgebildet ist. Ein Abschnitt der Vertiefung am Meißel kann als rundnutförmige Vertiefung ausgebildet sein. Am Aufsatz kann an der Innenseite, die dem Meißel zugewandt ist, eine Aufnahme für den Spannstift ausgebildet sein, die an die Position einer Aufnahme am Meißel angepasst sein kann und zusammen mit einer Aufnahme am Meißel eine „Gesamtaufnahme“ für den Spannstift bilden kann. Eine vollumfänglich am Meißel als Vertiefung ausgebildete Aufnahme kann mit mehreren zugeordneten Aufnahmen am Aufsatz mehrere „Gesamtaufnahmen“ für jeweils einen Spannstift ausbilden. In jeder der einander zugeordneten Aufnahmen von Meißel und Aufsatz kann ein Abschnitt des Spannstifts anliegen, um den Aufsatz am Meißel zu halten. Die Tiefe der Aufnahme im Meißel ist einerseits derart gewählt, dass ein möglichst geringer Eingriff am/im Meißel vorliegt, wobei andererseits die Tiefe derart ausreichend bemessen ist, dass die Aufnahme zusammen mit dem Durchmesser des Spannstifts ausreichend ist, um den Aufsatz am Meißel zu halten. Die Tiefe der Aufnahme ist in der Regel im Bereich von 7% bis 20% des mittleren Durchmessers eines Aufnahmekonus für den Aufsatz bzw. am Aufsatz, bevorzugt im Bereich von 8% bis 18% des mittleren Durchmessers eines Aufnahmekonsus für den Aufsatz bzw. am Aufsatz, besondes bevorzugt im Bereich von 9% bis 16% des mittleren Durchmessers eines Aufnahmekonus für den Aufsatz bzw. am Aufsatz.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahme eine Kontur mit einem ersten Abschnitt auf, die an den Radius des Spannstifts angepasst ist, wobei die Kontur der Aufnahme einen weiteren Abschnitt aufweist, der eine gegenüber dem ersten Abschnitt vergrößerte Ausgestaltung aufweist. Es kann die Möglichkeit vorgesehen werden, eine Aufnahme derart zu gestalten, dass mehrere Bereiche der Aufnahme vorgesehen sind, wobei die Aufnahme durch eine Kontur begrenzt wird, die - den mehreren Bereichen entsprechend - unterschiedliche Abschnitte für die einzelnen Bereiche aufweist. Es kann im Wesentlichen ein Bereich bzw. Abschnitt der Kontur vorgesehen sein, der an den Radius des Spannstifts angepasst ist und der weitere Bereich eine Vergrößerung der Aufnahme ermöglicht. Hierdurch kann dem Spannstift bei einer Belastung durch eine relative Bewegung des Aufsatzes zum Meißel die Möglichkeit gegeben werden, „zu entspannen“ bzw. sich nicht „vollständig zusammenzudrücken“, wodurch die Belastung des Spannstifts verringert werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt ein Abschnitt ist, der an eine Lage des Spannstifts im unbelasteten Zustand des Aufsatzes angepasst ist. Der unbelastete Zustand des Aufsatzes entspricht im Wesentlichen dem Zustand, in dem auf den Aufsatz keine Kräfte von außen wirken. In dem Fall, dass auf den Aufsatz keine Kräfte von außen wirken, kann der Aufsatz im Wesentlichen lediglich an dem Meißel gehalten werden. Der an den unbelasteten Zustand angepasste erste Abschnitt kann als Abschnitt für die „Nulllage“ oder einen Bereich der „Nulllage“ des Spannstifts bezeichnet werden. Die Lage des ersten Abschnitts und die Form bzw. Kontur des ersten Abschnitts können an die „Nulllage“ für Meißel und Aufsatz angepasst sein. Der („Nulllagen“-)Abschnitt bzw. der erste Abschnitt kann derart ausgestaltet sein, dass der Abschnitt einen Radius oder einen Abstand von einer Mittelposition für den Spannstift aufweist, der an den Radius des Spannstifts im im Wesentlichen unbelasteten Zustand angepasst ist. Der erste Abschnitt kann so gewählt sein, dass der Spannstift in Linienberührung mit der Aufnahme steht und dies kann auch insbesondere dann der Fall sein, wenn aufgrund erforderlicher Toleranzen eine Abweichung von der geplanten theoretischen Nulllage vorliegt (d.h. der Aufsatz ist gegenüber dem Meißel schon im unbelasteten Zustand „verschoben“). Liegt ein Spannstift am ersten Abschnitt an, so kann der Spannstift zumindest leicht zusammengedrückt („vorgespannt“) sein, um die Haltefunktion zu gewährleisten. Der erste Abschnitt kann im Wesentlichen flächenhaft mit einer Fläche, die entlang des Radius ausgebildet ist und sich zudem quer zur Längsachse des Meißels erstreckt, ausgestaltet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt im Wesentlichen linienförmig ausgebildet ist, so dass sich die flächenhafte Ausgestaltung „auf eine Linie reduzieren kann“, die eine Linie der zuvor genannten Fläche mit dem entsprechenden Radius oder Abstand zum Mittelpunkt für den Spannstift sein kann. Die im Wesentlichen linienförmige Ausgestaltung kann sich im Wesentlichen längs des Spannstifts bzw. quer zur Längsachse des Meißels erstrecken.
Der Begriff „Kontur“ im Sinne der Beschreibung umfasst den Umfang bzw. die Begrenzung der Aufnahme bzw. den Querschnitt der Aufnahme, die sich durch das „Fehlen“ von Material auszeichnet. Zur Beschreibung der Kontur kann im Wesentlichen die (Querschnitts-)Form betrachtet werden, die sich durch einen Schnitt quer zur Längsrichtung der Aufnahme bzw. Längsrichtung des Meißels oder des Aufsatzes ergibt, wobei dieser Schnitt zudem oder alternativ quer zur Längserstreckung des in die Aufnahme einzubringenden Spannstifts verlaufen kann. Die Kontur der Aufnahme muss nicht zwingend über die gesamte Längserstreckung der Aufnahme gleich bzw. identisch sein. Eine Änderung der Kontur in Richtung der Längserstreckung der Aufnahme ist möglich. Sofern eine Kontur beschrieben wird, so wird hierunter im Wesentlichen eine Kontur verstanden, die in der Aufnahme vorliegt und mit dem Spannstift zumindest abschnittsweise in Kontakt gelangen kann; eine Formgestaltung im näheren Randbereich der Aufnahme bezogen auf den Rand des Aufsatzes bzw. des Meißels, mit der der Spannstift nicht in Kontakt gelangen kann, ist primär davon unabhängig.
Der Begriff „Abschnitt“, insbesondere der Kontur, umfasst im Sinne der Beschreibung einen Bereich des Querschnitts der Aufnahme bzw. einen Bereich der (Querschnitts-)Form der Aufnahme. Der Abschnitt kann sich über einen Bereich quer zur Längsachse des Meißels und quer zum Querschnitt der Aufnahme bzw. der (Querschnitts-)Form erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand einer Kontur zum Mittelpunkt der Aufnahme bzw. eines Mittelpunkts eines in die Aufnahme einzubringenden Spannstifts in einem ersten Abschnitt kleiner als der Abstand der Kontur in einem weiteren Abschnitt. Hierdurch kann eine besonders einfach ausgestaltete Geometrie der Aufnahme bereitgestellt bzw. hergestellt werden, indem auf einen Mittelpunkt der Aufnahme bzw. des einzubringenden Spannstifts abgestellt wird.
Es wird in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Begriff „Kontur“ bzw. der Begriff „Abschnitt“ zunächst für jede der bevorzugten Ausführungsformen der unbestimmte Artikel und in der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der bestimmte Artikel für die beiden Begriffe verwendet. Der unbestimmte Artikel am Anfang der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform drückt dabei aus, dass die unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsformen im Hinblick auf die Ausgestaltung der Kontur bzw. der Abschnitte der Kontur nicht kombiniert werden müssen, um eine bevorzugte Ausführungsform darzustellen. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Ausgestaltung der Kontur bzw. eines der Abschnitte der Kontur, die auf eine zuvor beschriebene Ausgestaltung der Kontur bzw. der Abschnitte der Kontur in der Beschreibung folgt, muss nicht auf der zuvor beschriebenen Ausgestaltung aufbauen, sondern kann ohne die zuvor beschriebene Ausgestaltung auskommen. Kombinationen der beschriebenen Ausgestaltungen für die „Kontur“ bzw. den/die „Abschnitt(e)“ sind zwar zwanglos möglich, aber jede Ausgestaltung der Kontur bzw. Abschnitte der Kontur kann für sich alleine eine bevorzugte Ausführungsform darstellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist ein erster Abschnitt einen Radius auf, der kleiner ist als der Radius eines weiteren Abschnitts. Hierdurch kann eine besonders einfache Ausgestaltung einer vergrößerten Aufnahme geplant und auch hergestellt werden, indem bspw. die Kontur in dem ersten Abschnitt an den Spannstift angepasst ist und im weiteren Abschnitt eine Vergrößerung der Aufnahme vorliegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind unterschiedliche Abschnitte der Kontur der Aufnahme benachbart zueinander, so dass eine einfach konstruierbare und an den Spannstift angepasste Aufnahme möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt eine Vergrößerung der Aufnahme in einem Abschnitt der Aufnahme vor, die in Längsrichtung des Meißels näher zur Meißelspitze angeordnet ist. Insbesondere kann es sich bei dem Abschnitt mit der Vergrößerung der Aufnahme um einen in den anderen Ausführungsformen beschriebenen weiteren Abschnitt handeln. Hierdurch kann erreicht werden, dass vor allem die Toleranzen in Richtung der Längsachse von Meißel und/oder Aufsatz berücksichtigt werden und die Aufnahme in dieser Richtung vergrößert ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vergrößerung der Aufnahme als Gerade ausgestaltet, die insbesondere gegenüber der Längsrichtung des Meißels geneigt ist. Die Gerade kann Teil eines Abschnitts einer Kontur der Aufnahme sein. Die Gerade kann Teil des weiteren Abschnitts der anderen beschriebenen Ausführungsformen sein. Die Gerade kann der weitere Abschnitt der anderen beschriebenen Ausführungsformen sein. Hierdurch kann eine einfache Gestaltung der Vergrößerung der Aufnahme erreicht werden.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Aufnahme mit einem als Gerade ausgeführten Abschnitt derart ausgestaltet ist, dass der Aufsatz und der Meißel eine Gesamtaufnahme bilden, in der der Spannstift in einer unbelasteten Lage des Aufsatzes („Nulllage“), d.h. auf den Aufsatz wirken keine Kräfte von außen, an dem als Gerade ausgestalteten Abschnitt - neben einer möglichen Anlage am ersten Abschnitt - zumindest teilweise anliegt. Es kann eine linienhafte Berührung des Spannstifts in der Aufnahme auch bei einer Belastung des Aufsatzes, die zu einer relativen Bewegung zwischen Aufsatz und Meißel führt, bei der sich der Aufsatz in Richtung der Meißelspitze bewegen kann, angestrebt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Neigung der in einer Kontur gegebenenfalls vorhandenen Geraden gegenüber der Längsrichtung des Meißels oder des Aufsatzes einen Winkel zwischen 5° und 20°, insbesondere zwischen 10° und 20°, insbesondere zwischen 12° und 18°, insbesondere zwischen 14° und 18°, auf. Die Ausgestaltung der genannten Werte ist für die Herstellung und Planung für die damit betrauten Personen einfach erreichbar und beherrschbar. Die Neigung kann gegenüber der Meißelspitze ansteigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Vergrößerung der Aufnahme in einem Abschnitt der Aufnahme vorliegen, die in Längsrichtung des Meißels weiter beabstandet von der Meißelspitze ist als ein oder mehrere weitere mögliche Abschnitte der Aufnahme. Insbesondere kann es sich bei dem Abschnitt mit der Vergrößerung der Aufnahme um einen in den anderen Ausführungsformen beschriebenen weiteren Abschnitt handeln. Hierdurch kann erreicht werden, dass auch in einer möglichen relativen Bewegungsrichtung des Aufsatzes am Meißel „nach hinten“ bzw. von der Meißelspitze weg, eine Entspannung bzw. eine Entlastung des Spannstifts vorliegen bzw. erreicht werden kann. Eine mögliche auftretende Kerbwirkung kann vermindert werden.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung, wobei der Bohrkopf einen Meißel und einen Aufsatz aufweist. Der Aufsatz kann an dem Meißel befestigt werden. Der Aufsatz kann mittels mindestens eines Spannstifts am Meißel gehalten werden und der Meißel weist eine oder mehrere Aufnahmen für den Spannstift auf, wobei die Aufnahme gegenüber dem Radius des Spannstifts vergrößert ausgebildet wird.
Die Erfindung schafft auch eine Verwendung eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung, wobei der Bohrkopf einen Meißel und einen Aufsatz, der an dem Meißel befestigt werden kann, aufweist. Ein Spannstift wird zum Halten des Aufsatzes am Meißel verwendet. Der Meißel weist eine oder mehrere Aufnahmen für den Spannstift auf, wobei eine gegenüber dem Radius des Spannstifts vergrößerte Ausgestaltung der Aufnahme verwendet wird.
Die Erfindung wird hinsichtlich eines Bohrkopfes, eines Verfahrens zum Herstellen eines Bohrkopfes und einer Verwendung eines Bohrkopfs beschrieben. Die Beschreibung jedes einzelnen der drei genannten Aspekte ergänzen einander, so dass insbesondere die Beschreibung des Bohrkopfs auch für die Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen des Bohrkopfs und/oder der Verwendung eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung verwendet werden kann. Die Aspekte ergänzen einander und können hinsichtlich ihrer formalen Ausgestaltung von Vorrichtungsmerkmalen, Verfahrensmerkmalen und Verwendungsmerkmalen zwanglos ausgetauscht, ergänzt und/oder verwendet werden.
Der Begriff „quer“ als Richtungsangabe bzw. geometrische Angabe relativ zu einer weiteren Richtung umfasst einen Winkel von 90°, aber auch Abweichungen von diesem, um insbesondere Toleranzen bei der Herstellung der Bauteile zu berücksichtigen.
Die Angabe „quer“ umfasst einen mit der Bezugsrichtung eingeschlossenen Winkel im Bereich von ungefähr 5° bis 175°, bevorzugt zwischen ungefähr 20° und ungefähr 160°, mehr bevorzugt zwischen ungefähr 35° und ungefähr 145°, insbesondere bevorzugt zwischen ungefähr 50° und ungefähr 130°, ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 65° und ungefähr 115°, ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 70° und ungefähr 110°, ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 80° und ungefähr 100°, ganz besonders bevorzugt zwischen ungefähr 95° und ungefähr 95°.
Sofern in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen eine Zahlenangabe verwendet wird, so umfasst diese Zahlenangabe nicht nur den reinen Wert an sich, sondern auch eine Bereichsangabe eines Intervalls mit Randwerten, die sich aus dem reinen Wert +/-10%, insbesondere +/- 5%, ergeben.
Die vorstehenden Ausführungen stellen ebenso wie die nachfolgende Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen keinen Verzicht auf bestimmte Ausführungsformen oder Merkmale dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:

1 eine Schnittdarstellung einer Erdbohrvorrichtung;
2 eine vergrößerte Darstellung der Befestigung eines Aufsatzes an einem Meißel gemäß dem Stand der Technik mit einer im Bereich einer Aufnahme für einen Spannstift weiteren vergrößerten Darstellung;
3 eine vergrößerte Darstellung der Befestigung eines Aufsatzes an einem Meißel mit einer im Unterschied zur 2 vergrößerten Aufnahme;
4 den an dem Meißel befestigten Aufsatz gemäß 3 nach einer relativen Bewegung des Aufsatzes gegenüber dem Meißel;
5 eine vergrößerte Darstellung im vorderseitigen Bereich der Aufnahme von 3 und 4; und
6 eine weitere Ausführungsform mit einer im Unterschied zur 2 vergrößerten Aufnahme.

1 zeigt beispielhaft eine Erdbohrvorrichtung 1, die als ein selbstgetriebenes Schlaggerät ausgestaltet ist. Ein Meißel 2, der Teil eines Bohrkopfs 102 ist, ragt aus einem Gehäuse 100 heraus. Der Meißel 2 hat eine Meißelspitze 11. In dem Gehäuse 100 ist der Meißel 2 mittels eines sich im Gehäuse 100 hin und her bewegenden Schlagkolbens 14 endseitig beaufschlagbar. Der Schlagkolben trifft impulsartig auf das von der Meißelspitze 11 beabstandete Ende.
Der Bohrkopf 102 weist den Meißel 2 und einen an dem Meißel 2 befestigten Aufsatz 3 auf.
2 zeigt in einer vergrößerten Darstellung die Befestigung des Aufsatzes 3 auf dem Meißel 2, wie sie bisher erfolgte: Der Aufsatz 3 weist eine konische (Mittel-)Bohrung 8 auf, mit der der Aufsatz 3 auf den Meißel 2, der eine konische Außenfläche 9 aufweist, aufgepresst wird. Die konisch verlaufenden Anlageflächen der Bohrung 8 und der Außenfläche 9 sind aneinander angepasst. Die Verbindung wird mittels mehrerer Spannstifte 7 (im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier gewählt) unter einer definierten Vorspannung, die den Aufsatz 3 gegen den Meißel 2 verspannt, gesichert. Dabei sind im Stand der Technik, wie es in der 2 dargestellt ist, sehr enge Toleranzen einzuhalten. Das betrifft den Konuswinkel 10 und einen Konusdurchmesser 4 des Aufsatzes 3 und des Meißels 2 sowie die Positionen von Aufnahmen bzw. Bohrungen 5 für den Spannstift im Aufsatz 3 und von Aufnahmen bzw. Rundnuten 6 am Meißel 2 in Richtung der Längsachse L des Meißels 2 bzw. des Aufsatzes 3. Das Einhalten der Toleranzen diente dazu, um eine definierte Vorspannung zwischen Aufsatz 3 und Meißel 2 zu erreichen. Die Aufnahme 6 ist in ihrer gesamten Kontur an den Durchmesser des Spannstifts 7 angepasst; die Kontur K der Aufnahme 6 ist gesamtheitlich mittels ein und desselben Abschnitts 20 gebildet, der als Radiusabschnitt an den Durchmesser des Spannstifts 7 angepasst ist.
In 3 ist eine nunmehr vorgesehene Ausgestaltung der Aufnahme 6 am Meißel 2 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt: Der Aufsatz 3 befindet sich dabei in einer randseitigen (Extrem-)Position auf dem Meißel 2; die Spannstifte 7 erzeugen eine Vorspannung zwischen Aufsatz 3 und Meißel 2. Der Aufsatz 3 ist in einem unbelasteten Zustand, d.h. frei von von außen angreifenden Kräften, gezeigt. Die Aufnahmen 6 auf dem Meißel 2 weisen einen Abschnitt 20 mit einer an den Spannstift 7 angepassten Kontur K (angepasster bzw. geeigneter Radius) auf. Zusätzlich ist ein weiterer Abschnitt 21 der Kontur K der Aufnahme 6 vorhanden, der als eine zur Meißelspitze 11 ansteigende (hier mit einem Winkel von 16° zur Längsachse L des Meißels 2) Gerade 12 ausgebildet ist.
4 und 5 beschreiben den Zusammenhang zwischen einer möglichen Verschiebung ΔS und der dabei auftretenden Durchmesserdifferenz ΔD für den Spannstift 7 für den Fall, dass der die Vergrößerung der Aufnahme 6 verursachende vorderseitige Abschnitt 21 als Gerade 12 ausgestaltet ist: $Δ D = b - a = Δ S \times (tan α + tan β)$
Beispielsweise ergibt sich für eine Verschiebung des Spannstifts 7 in Richtung der Meißelspitze von ΔS = 1 mm und einem möglichen Konuswinkel 10 von Aufsatz 3 und Meißel 2 von α = 2° und einem Winkel der Geraden 12 der Kontur K der Aufnahme 6 von
β = 16° eine Durchmesserdifferenz des Spannstifts 7 in Höhe von ΔD = 1mm x (tan 2° + tan 16°) = 0,32mm. Man erkennt an der 4, dass eine Verschiebung des Aufsatzes 3 um 1 mm möglich ist, ohne dass der Spannstift 7 vollständig zusammengedrückt ist. Eine weitere Verschiebung des Aufsatzes 3 in Richtung auf die Meißelspitze ist ohne weiteres im Hinblick auf ein Zusammendrücken des Spannstifts 7 möglich.
In 6 ist eine Ausgestaltung der Aufnahme 6 am Meißel 2 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt: Der Aufsatz 3 befindet sich in einem unbelasteten Zustand an dem Meißel 2, d.h. frei von von außen angreifenden Kräften, ähnlich der Situation gemäß 3. Die Kontur K der Aufnahme 6 auf dem Meißel 2 weist den Abschnitt 20 auf, der an den Spannstift 7 angepasst ist. Zusätzlich sind zwei weitere Abschnitte 21 der Kontur K der Aufnahme 6 vorhanden, mit denen die Aufnahme 7 vergrößert ausgestaltet ist. Neben der Geraden 12 ist beabstandet zur Meißelspitze ein Abschnitt 22 ausgestaltet, der einen größeren Radius aufweist als der Radius des an den Spannstift 7 angepassten Abschnitts 20.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011128045 A2 [0003]
DE 102004032551 A1 [0016]
DE 2558842 A1 [0016]

Claims

Bohrkopf einer Erdbohrvorrichtung (1) mit einem Meißel (2) und einem Aufsatz (3), der an dem Meißel (2) befestigt werden kann, wobei mindestens ein Spannstift (7) zum Halten des Aufsatzes (3) am Meißel (2) vorgesehen ist, und der Meißel (2) eine oder mehrere Aufnahmen (6) für einen Spannstift (7) aufweist, wobei die Aufnahme (6) gegenüber dem Radius des Spannstifts (7) vergrößert ausgestaltet ist.
Bohrkopf nach Anspruch 1, wobei die Aufnahme (6) eine Kontur (K) mit einem ersten Abschnitt (20) aufweist, die an den Radius des Spannstifts (7) angepasst ist, wobei die Kontur (K) der Aufnahme (6) einen weiteren Abschnitt (21) aufweist, der eine gegenüber dem ersten Abschnitt (20) vergrößerte Ausgestaltung aufweist.
Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand eines ersten Abschnitts (20) der Kontur (K) zum Mittelpunkt der Aufnahme (6) kleiner ist als der Abstand der Kontur (K) in einem weiteren Abschnitt (21).
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aufnahme (6) in einem ersten Abschnitt (20) einen Radius aufweist, der kleiner ist als der Radius eines weiteren Abschnitts (21).
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei unterschiedliche Abschnitte (20, 21) der Kontur (K) der Aufnahme (6) benachbart sind.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Vergrößerung der Aufnahme (6) in einem Abschnitt (21) der Aufnahme (6) vorliegt, die in Längsrichtung (L) des Meißels (2) näher zur Meißelspitze (11) angeordnet ist.
Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vergrößerung der Aufnahme (6) als Gerade (12) ausgestaltet ist, die insbesondere gegenüber der Längsrichtung (L) des Meißels (2) geneigt ist.
Bohrkopf nach Anspruch 7, wobei die Neigung der Geraden (12) gegenüber der Längsrichtung einen Winkel zwischen 5° und 20°, insbesondere zwischen 10° und 20°, insbesondere zwischen 12° und 18°, insbesondere zwischen 14° und 18°, aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung (1), wobei der Bohrkopf einen Meißel (2) und einen Aufsatz (3), der an dem Meißel (2) befestigt werden kann, aufweist, wobei der Aufsatz (3) mittels mindestens eines Spannstifts (7) am Meißel (2) gehalten werden kann, und der Meißel (2) eine oder mehrere Aufnahmen (6) für den Spannstift (7) aufweist, wobei die Aufnahme (6) gegenüber dem Radius des Spannstifts (7) vergrößert ausgebildet wird.
Verwendung eines Bohrkopfs einer Erdbohrvorrichtung (1), wobei der Bohrkopf einen Meißel (2) und einen Aufsatz (3), der an dem Meißel (2) befestigt werden kann, aufweist, wobei ein Spannstift (7) zum Halten des Aufsatzes (3) am Meißel (2) verwendet wird, und der Meißel (2) eine oder mehrere Aufnahmen (6) für den Spannstift (7) aufweist, wobei eine gegenüber dem Radius des Spannstifts (7) vergrößerte Ausgestaltung der Aufnahme (6) verwendet wird.