DE19736858A1 - Bohrkrone für das schlagende Bohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bohrkrone für das schlagende Horizontalbohren mittels Imlochhammers mit an einem Aufnah­ meschaft vorgesehenem Bohrkopf und diesem in Vortriebsrich­ tung nachgeschaltetem Vorbohrer.

Für das Horizontalbohren bei wechselhaften Bodenverhältnis­ sen wird das Bohren mittels Imlochhammer bevorzugt; mit ihm kann auch beim Antreffen von festen Gesteinspartien weiter­ gebohrt werden, während alternative Systeme unter derarti­ gen Verhältnissen versagen.

Der Imlochhammer ist bei einem solchen System in ein wen­ delartiges Bohrrohr - etwa eine Förderschnecke - einge­ baut und wird vom Bohrgerät über diese Wendelbohrrohre ge­ dreht sowie vorwärts geschoben. Über die innen hohlen Bohr­ rohre wird die Druckluft dem Imlochhammer zugeführt und er­ zeugt in diesem die Schlagenergie für die Gesteinszerstö­ rung und damit den eigentlichen Bohrvorgang. Am Horizontal­ bohrgerät ist neben dem die Bohreinheit mit Drehmotor und Druckluftzuführung tragenden Schlitten noch ein gleichach­ siger zweiter Schlitten angebracht, mit welchem Stützrohre parallel mit dem Bohrfortschritt des Systems in das Bohr­ loch eingepreßt werden. Das Bohrwerkzeug bohrt dabei ein Bohrloch, das größer ist als der Durchmesser der Stütz­ rohre, so daß bei deren Einschieben nur die Reibung der Bohrlochwandung und nachfallenden Materials - nicht jedoch Widerstand von anstehendem, ungelöstem Boden - überwunden werden muß, was relativ leicht erfolgen kann.

Ganz entscheidend für den Erfolg einer Horizontalbohrung ist dabei das eingesetzte Bohrwerkzeug; an dieses werden drei Hauptforderungen gestellt, nämlich

• - Bohrfähigkeit unter allen auftretenden Boden- und Gesteinsverhältnissen;
• - Richtungsstabilität beim Bohren;
• - Demontierbarkeit des Bohrwerkzeuges aus dem Bohr­ hammer komplett oder Demontierbarkeit von Teilen des Bohrwerkzeuges nach dem Erreichen des Zielpunk­ tes, um das Bohrsystem wieder durch die gesetzten Stützrohre zurückziehen zu können (Rohrinnendurchmesser ist kleiner als Bohrkronen­ durchmesser)
  Die bisher bekannten Bohrwerkzeuge können die oben gestell­ ten Forderungen teilweise und nur sehr ungenügend erfüllen.

Beispielsweise in der Vertikalbohrtechnik gelangen eintei­ lige Bohrkronen zur Anwendung. Diese Bohrkronen weisen in sehr wechselhaften Bodenverhältnissen Mängel bezüglich der Richtungsstabilität auf. Ihr Hauptnachteil ist jedoch, daß sie nach erfolgter Bohrung komplett aus dem Imlochhammer ausgebaut werden müssen. Unter den sehr beengten Verhält­ nissen in einem engen und tiefen Zielschacht kann diese Operation manchmal den Aufwand einer ganzen Arbeitsschicht in Anspruch nehmen.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfin­ der das Ziel gesetzt, für Bohrkronen der eingangs genannten Art die Einsatzfähigkeit und das Handling zu verbessern. Dazu ist es auch erforderlich die Bohrgenauigkeit, d. h. die Richtungsstabilität, zu optimieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre des unabhängigen Patentanspruches; die Unteransprüche geben günstige Weiter­ bildungen an.

Erfindungsgemäß ist der ringartige Bohrkopf auf den Aufnah­ meschaft im Bereich eines zylindrischen Wellenabschnittes- und an einen radial davon abragenden Schaftkragen an­ schlagend - aufgeschoben, wobei sich der Bohrkopf in Vor­ triebsrichtung gegen den mit dem Aufnahmeschaft lösbar fest verbundenen Vorbohrer abstützt.

Zudem hat es sich als günstig erwiesen, daß zwischen Auf­ nahmeschaft und ringartigem Bohrkopf achsparallele Bolzen verlaufen, deren jeder in einer Nut des Aufnahmeschafts und einer diese zu einer zylindrischen Ausnehmung ergänzenden Nut des Bohrkopfes angeordnet ist.

Mehrteilige Werkzeugsysteme erbringen sowohl bessere Rich­ tungsstabilität als auch wesentlich kürzere Demontagezei­ ten. Bestehen diese Systeme jeweils aus einem Aufnahme­ schaft, einer Vorbohrkrone und einer Hauptbohrkrone, von denen aber lediglich Vorbohrkrone und Hauptbohrkrone demon­ tiert werden, während der Aufnahmeschaft im Imlochhammer verbleibt und mit diesem durch das fertige Bohrloch zu­ rückgezogen wird, kann bei schwierigen Arbeitsverhältnissen- insbesondere aber bei unzulänglicher Wartung, d. h. mangelhaftes Einfetten der Gewinde- oder Konusverbindung und dadurch Bildung von Korrosionserscheinungen wie z. B. Passungsrost - das Demontieren der Hauptbohrkrone zu einem Arbeitsaufwand von einer Stunde oder mehr führen.

Deshalb wurde das oben beschriebene erfindungsgemäße System entwickelt, dank dessen die Demontagezeit für Vor- und Hauptbohrkrone sich auf wenige Minuten reduziert und sämt­ liche körperlichen Anstrengungen für die Bedienungsperson unter den beengten Platzverhältnissen des Zielschachtes - wie sie beim Lösen mit alten Systemen gegeben waren - gänzlich wegfallen.

Das neue Stecksystem besteht i. w. aus fünf Komponenten, nämlich

• - dem Aufnahmeschaft;
• - der Hauptbohrkrone;
• - der Vorbohrkrone;
• - den Übertragungsbolzen und
• - einem Sicherungsstift für die Vorbohrkrone.

Die Koppelung zwischen Hauptbohrkrone und Aufnahmeschaft besteht - wie beschrieben - aus einer Paarung zylindri­ scher Führungsflächen ausreichender Dimensionierung, näm­ lich einer zylindrischen Bohrung in der Hauptbohrkrone und einem zugehörigen zylindrischen Wellenteil am Aufnahme­ schaft.

Die axiale Abstützung nach hinten - zur Hammerseite hin - erfolgt durch eine achsnormale Kreisringfläche am Bund des Aufnahmeschaftes. Über diese Fläche wird auch die Übertra­ gung der Schlagenergie vom Aufnahmeschaft auf die Haupt­ bohrkrone bewirkt. Deren axiale Abstützung nach vorn - in Vortriebsrichtung - wird durch die rückseitige Endfläche des Vorbohrers gewährleistet. Über diese Fläche erfolgt auch die Übertragung der Schlagenergie, die von der Haupt­ bohrkrone auf den Vorbohrer abgegeben wird.

Sowohl im zylindrischen Wellenteil des Aufnahmeschaftes als auch in der zylindrischen Aufnahmebohrung der Hauptbohr­ krone sind jene achsparallelen Längsnuten mit halbkreisför­ migem Querschnitt vorgesehen. In diese Nuten werden die zy­ lindrischen Übertragungsbolzen eingelegt, welche die Drehmomentübertragung vom Aufnahmeschaft auf die Hauptbohr­ krone bewirken.

Der Vorbohrer ist vorteilhafterweise mit einem mehrgängigen- und daher leicht löslichen - Gewinde mit dem freien Ende des Aufnahmeschaftes verbunden. Sowohl dieses Gewinde als auch die hintere Endfläche des Vorbohrers sind so di­ mensioniert, daß sie die Aufgabe, die große Hauptbohrkrone auch im Betriebszustand - Schwingungsbeanspruchung durch eingeleitete Schlagenergie - axial ausreichend abstützen zu können, voll erfüllen.

Um unliebsame Lockerungen des Gewindes zwischen Aufnahme­ schaft und Vorbohrkrone trotz dessen Leichtgängigkeit im Betriebszustand zu verhindern, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung eine zusätzliche Sicherung durch ei­ nen Sicherungsstift - ausgeführt als Spannstift - vorge­ sehen; ein derartiges Lösen ist dann zu besorgen, wenn sehr lockere Bodenbedingungen herrschen und das System einen Be­ triebszustand erreicht, der durch besonders viele Leer­ schläge gekennzeichnet ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Stecksystems sind u. a.

• - die leichte, einfache und sehr schnelle Wech­ selbarkeit des Systems zur Demontage und Mon­ tage;
• - das Lösen des Vorbohrers nur durch Ausschlagen des Sicherungsstiftes und Aufdrehen der Gewin­ deverbindung; letzteres geschieht vollkommen ohne Anstrengung, da der Vorbohrer vor der Hauptbohrkrone den Zielschacht erreicht und in dieser Zeit - während die Hauptbohrkrone noch bohrt - der Vorbohrer keinen Bohrwiderstand vorfindet und daher das Gewinde derselben schon gelockert wird;
• - das Demontieren der Hauptbohrkrone ohne Wider­ stand von zu lösenden Verbindungen und daher einfach und kräfteschonend;
• - die große Akzeptanz durch die Bohrmannschaft dank des leichten und raschen Wechselns der Hauptbohrkrone, um eine andere Hauptbohrkrone einzusetzen; dadurch ist es möglich, mit unter­ schiedlichen Formen an Hauptbohrkronen zu ar­ beiten, um sich optimal stark wechselnden Bo­ denverhältnissen anzupassen;
• - besonders hohe Richtungsstabilität des Systems durch äußere Form der Bauweise - große Vor­ bohrkrone einerseits und optimale Anpassung an die Gesteinsverhältnisse durch Auswahl der bestgeeignetsten Hauptbohrkrone anderseits mög­ lich -;
• - schnelles Umsteigen auf andere Bohrdurchmesser lediglich durch Auswechseln der Hauptbohrkrone.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenan­ sicht einer Bohrkrone mit Aufnahme­ schaft, Hauptbohrkopf und Vorbohrer;

Fig. 2 den Vorbohrer als vergrößertes Detail der Fig. 1;

Fig. 3 die Stirnansicht zu Fig. 2;

Fig. 4 den Hauptbohrkopf als verkleinertes Detail der Fig. 1;

Fig. 5 die Stirnansicht zu Fig. 4;

Fig. 6 die teilweise geschnittene Seitenan­ sicht des Aufnahmeschaftes.

Eine Bohrkrone 10 für einen nicht weiter dargestellten Im­ lochhammer zum schlagenden horizontalen Bohren umfaßt nach Fig. 1 einen - mit dem Vordergehäuse eines solchen Imloch­ hammers verbindbaren - rohrartigen Aufnahmeschaft 12 der Länge a von etwa 280 mm mit Längskanal 14 und äußerem Keil­ wellenprofil 16, einen Hauptbohrkopf 18 der Länge b mit in seine in Vortriebsrichtung x weisende und tellerartig aus­ geformte Stirnfläche 20 vom Durchmesser d - beispielsweise 165 mm - kranzartig eingesetzten Hartmetallstiften 22 so­ wie einen Vorbohrer 24 der Länge e. Auch dessen Stirnfläche 26 ist kranzartig mit Hartmetallstiften 22 besetzt.

Der Hauptbohrkopf 18 ist mit einem - in Fig. 1 samt seiner Umfangskontur 27 angedeuteten - zentralen zylindrischen Durchbruch 28 ringförmig ausgebildet. Seine an einen Kro­ nenrand 30 der Höhe h in Abstand zur Stirnfläche 20 anset­ zende, gegen die Vortriebsrichtung x weisende Rückenfläche 32 verläuft in einem Konuswinkel w von etwa 60° zur Längs­ achse A der Bohrkrone 10 geneigt und geht in eine zu dieser Längsachse A radiale Heckfläche 34 über; letztere schlägt an einem radialen Schaftkragen 36 an, wenn der Hauptbohr­ kopf 18 gegen die Vortriebsrichtung x auf den Aufnahme­ schaft 12 bis zu einem zylindrischen Wellenabschnitt 29 des Aufnahmeschaftes 12 aufgeschoben wird.

Vier in jene Umfangskontur 27 des zentralen Durchbruchs 28 einerseits und den angrenzenden Wellenabschnitt 29 ander­ seits jeweils als sich ergänzende halbzylindrische Nuten 38 _a, 38 _b eingeformte Ausnehmungen 38 nehmen jeweils einen Übertragungsbolzen 40 auf, dessen Längsachse B in Fig. 1 sich in die zylindrische Außenwand 42 des büchsenartigen Vorbohrers 24 fortsetzt. Diese ist auf das mit einem schulterartigen Ringabsatz 44 versehene freie Ende 46 des Aufnahmeschaftes 12 aufgeschoben, wobei eine radiale In­ nenfläche 43 der Außenwand 42 dem Ringabsatz 44 des Aufnah­ meschaftes 12 gegenübersteht. Der an die Außenkante des Ringabsatzes 44 anschließende Schaftabschnitt 45 ist mit einem Außengewinde ausgestattet, das mit einem mehrgängigen Innengewinde 47 des Vorbohrers 24 bzw. dessen Außenwand 42 kämmt.

Mit 48 ist ein - quer zur Vorschubrichtung x stehender - Spannstift als Sicherungsstift für den Vorbohrer 24 be­ zeichnet; dieser Sicherungsstift 48 lagert je hälftig in entsprechenden - ihrerseits halbzylindrischen - Ausneh­ mungen 50, 50 _a der Außenwand 42 des Vorbohrers 24 und des freien Endes 46 des Aufnahmeschaftes 12.

Die Außenfläche des büchsenartigen Vorbohrers 24 besteht aus zwei Abschnitten etwa gleicher axialer Länge, nämlich einem an die Stirnfläche 26 anschließenden Kragenabschnitt 52 und einem eine Anschlagkante 54 der zylindrischen Außen­ wand 42 bestimmenden Zylinderabschnitt 53 geringeren Außen­ durchmessers.

Fig. 3 zeigt drei Radialrinnen 56 in der Stirnfläche 26, die von achsparallelen Außenrinnen 58 des Kragenabschnitts 52 ausgehen sowie in Abstand zum Mittelpunkt M der Stirn­ fläche 26 enden. Von zwei der Radialrinnen 56 gehen achs­ wärts geneigte Bohrungskanäle 60 aus, die in den Innenraum 41 des Vorbohrers 24 münden.

Im übrigen sind gemäß Fig. 4, 5 auch der Kronenrand 33 des Hauptbohrkopfes 18 mit achsparallelen Außenrinnen 58 _a sowie die anschließenden Stirnfläche 20 mit Radialrinnen 56 _a aus­ gestattet.

Claims (6)

1. Bohrkrone für das schlagende Horizontalbohren mittels Imlochhammers mit an einem Aufnahmeschaft vorgesehenem Bohrkopf und diesem in Vortriebsrichtung vorgeschalte­ ten Vorbohrer, bei der der ringartige Bohrkopf (18) auf den Aufnahmeschaft (12) im Bereich eines zylindri­ schen Wellenabschnittes (29) und an einen radial davon abragenden Schaftkragen (36) anschlagend aufgeschoben ist, wobei sich der Bohrkopf in Vortriebsrichtung (x) gegen den mit dem Aufnahmeschaft lösbar fest verbunde­ nen Vorbohrer (24) abstützt.

2. Bohrkrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Aufnahmeschaft (12) und ringartigem Bohrkopf (18) achsparallele Bolzen (40) verlaufen, deren jeder in einer Nut (38 _b) des Aufnahmeschafts und einer diese zu einer zylindrischen Ausnehmung (38) ergänzenden Nut (38 _a) des Bohrkopfes angeordnet sind.

3. Bohrkrone nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zumin­ dest vier der achsparallelen Bolzen (40).

4. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorbohrer (24) und der Aufnah­ meschaft (12) jeweils eine teilzylindrische Ausnehmung (50, 50 _a) aufweisen, die gemeinsam einen Sicherungs­ stift (48) aufnehmen, der quer zur Längsachse (A) der Bohrkrone (10) verläuft.

5. Bohrkrone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sicherungsstift (48) als Spannstift ausgebildet ist.

6. Bohrkrone nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Vorbohrer (24) mit einem mehrgängigen Ge­ winde (47) an das freie Ende (46) des Aufnahmeschaftes (12) angeschlossen ist.