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Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer für Drehschlagbohrmaschinen
mit einem als Förderschnecke für das Bohrmehl ausgebildeten Vollschaft.
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Solche Gesteinsbohrer sollen ein- oder mehrgängig ausgeführt sein
und insbesondere auch Verwendung finden können an Maschinen, bei denen der Bohrer
einem besonders starken Axialschlag ausgesetzt ist, wie beispielsweise bei zum Bohren
geeigneten Preßlufthämmem.
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Die Förderschnecke an Gesteinsbohrern wird üblicherweise durch Fräsen
oder Wirbeln in den Bohrerschaft eingebracht. Wie dies bereits bei der Fertigung
von Holzbohrern oder Metallbohrern jahrzehntelange Übung ist, war der Bohrerhersteller
dabei stets bestrebt, möglichst glatte Oberflächen an den die Förderschnecke bildenden
Flanken zu erzeugen.
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Eine solche glatte Oberfläche der Schneckengänge ist bei Holzbohrern
und Metallbohrern-talsächlich auch vorteilhaft, da dadurch eine raschere Beförderung
der Bohrabfälle bzw. Bohrspäne erzielt wird.
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Auf Grund derselben Überlegung hat der Hersteller von Gesteinsbohrern
bisher danach gestrebt, diese ebenfalls mit möglichst glatten Flanken der Schneckengänge
herzustellen. Man hat dabei jedoch nicht bedacht, daß beim Gesteinsbohren, das ein
Schlagbohren bzw. Drehschlagbohren ist, auf das aus dem Bohrloch herauszubefördernde
Bohrmehr völlig andersartige Kräfte als beim reinen Drehbohren, wie dies bei den
Metallbohrern oder Holzbohrern der Fall ist, einwirken und daß diese Kräfte eine
völlig andere Bewegung der Bohrmehlteilchen verursachen.
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Beim Schlagbohren werden die Bohrmehlteilchen in Richtung der Längsachse
des Bohrers in schwingende Bewegung versetzt. Das in der Bohrmehlförderschnecke
befindliche Bohrmehl folgt dabei infolge der Massenträgheit mit einer zeitlichen
Verzögerung der Axialbewegung des Bohrers. Bei glatten Förderschnecken bedeutet
dies, daß das Bohrmehl seitlich aus den Schneckengängen herausrutscht und mindestens
beim vertikalen Bohren mit von oben nach unten gerichtetem Bohrvorschub das Bohrmehl
auch innerhalb der Schneckengänge nach unten, d. h. in Richtung auf den Bohrerkopf
zu, abrutscht. Das Bohrmehl sammelt sich dann im freien Raum zwischen Bohrerschaft
und Bohrlochwandung bzw. verstärkt im unteren Teil des Bohrlochs an und wird dabei
vom Bohrer unter Überwindung erheblicher Reibungskräfte an die Bohrlochwandung angepreßt.
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Es liegt auf der Hand, daß darunter der Förderwirkungsgrad des Gesteinsbohrers
leidet; die Folgte davon ist eine spürbare Verminderung der Bohrerleistung, d. h.,
die zum Andrücken des aus den Schneckengängen herausgerutschten Bohrmehls an die
Bohrlochwandung erforderliche Energie geht der in Bohrfortschritt umwandelbaren
Energie unmittelbar verloren.
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Die Erfindung hat diesen Nachteil glatter Schneckengänge bei Gesteinsbohrern
erkannt und schlägt vor, den Förderwirkungsgrad, d. h. das Verhältnis des bis ins
Freie geförderten Bohrmehls zum durch die Bohrerschneide erzeugten Bohrmehl, dadurch
zu verbessern, daß die das Bohrmehl tragenden Flanken der Schnecke Erhöhungen und
Vertiefungen bildende Flächenteile aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird dadurc.' ein rutschfestes Aufliegen desrBolirinehls
auf de'nffas Bohrmehl tragenden Flanken erzielt. Während des Bohrens wirkt
dabei
der Bohrer ähnlich wie ein Rüttelförderer und ermöglicht des den Bohrmehlteilchen,
von Fläche zu Fläche hüpfend, sich im Gang der Förderschnecke entgegen der Bohrrichtung
zu bewegen. Während die Teilchen infolge des Axialschlages von den Flanken der Schnecke
abheben, dreht sich der Bohrer um einen Winkelbetrag weiter, und die angehobenen
Teilchen fallen auf eine im Band der Förderschnecke weiter in Richtung auf das Bohrerende
zu versetzte Fläche zurück. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vertiefungen
und Flächen in der Oberfläche der Schneckenflanken wird ein Abrutschen der Bohrmehlteilchen
in Richtung auf den Bohrerkopf zu verhindert. Die vom Bohrer auf das Bohrmehl ausgeübte
Energie wird also ausschließlich zum Transportieren des Bohrmehls in der gewünschten
Förderrichtung verwendet.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Erhöhungen und Vertiefungen können
in verschiedenster Weise erzeugt und ausgeführt sein. Vorteilhafte Ausführungsformen
bestehen gemäß weiteren Vorschlägen der Erfindung darin, daß die Flanken in radialer
bis tangentialer Richtung verlaufende Einschnitte, Kerben oder treppenartige Absätze
aufweisen oder daß die Oberfläche der Flanken rauh ausgebildet bzw.
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mit einer rauhen Schicht versehen ist oder daß die Flanken gehämmert
oder durch Rollen oder Prägen mit z; B. kalottenartigen Vertiefungen versehen sind
oder daß die Flanken gerändelt sind.
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Bei der Fertigung von Bohrern allgemein und damit auch bei Gesteinshohrern
hat man bisher Bohrer mit infolge des Fertigungsvorgangs gerieften Flanken der Förderschnecke,
beispielsweise verursacht durch das Rattern der Werkzeugmaschine, als Ausschußstücke
angesehen, was nach der Lehre der vorliegenden Erfindung zumindest bei Gesteinsbohrern
nicht unbedingt nachteilig zu sein braucht, nämlich dann nicht, wenn die Riefen
regelmäßig verteilt sind. Das bedeutet, daß ein bisher als unerwünscht auftretender
technischer Vorgang plötzlich durch die Erkenntnis der Erfindung zu einem vorteilhaften
Merkmal wird, in dessen bewußter und regelmäßiger Verwirklichung eine Erfindung
erblickt wird. Allerdings ist dabei die Lehre der Erfindung auf Gesteinsbohrer,
d. h. in gleichzeitig drehenden und auf dem Bohrer axial schlagenden Bohrmaschinen
verwendete Bohrer beschränkt. Dieses bei Gesteinsbohrern vorteilhafte Merkmal kann
bei reinen Drehbohrern nur ein Nachteil sein, da beim Drehbohren das Bohrmehl nicht
zum Abheben von den Bohrerflanken veranlaßt wird und somit keine Treppensprünge
entlang dem Schneckengang durchführen kann.
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Zur Vereinfachung der Fertigung wird vom Bohrerhersteller angestrebt,
die Steigung der Förderschnecke für das Bohrmehl möglichst groß zu wählen, weil
sich dadurch die Fertigungszeit erheblich vermindern läßt. Bei Gesteinsbohrern hat
sich beispielsweise gezeigt, daß bei glatten Bohrerflanken eine Steigung der Förderschnecke
von etwa 12 bis 160 erforderlich ist, um ein Abrutschen des Bohrmehls zu verhindern,
d. h. günstige Förderverhältnisse zu erzielen. Diese Steigung entspricht dem Böschungswinkel
des gerüttelten Bohrmehls, der in lose geschüttetem Zustand des Bohrmehls zwischen
34 und 380 liegt. Durch die Vibration der Schlag-oder Hammerbohrmaschine vermindert
sich dieser Böschungswinkel auf etwa 12 bis 160 und bleibt dann auch bei sehr starkem
Rütteln annähernd konstant.
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Bei Anwendung der Lehre der Erfindung ergibt sich der zusätzliche
Vorteil, daß die Steigung der Förderschnecke größer gewählt werden, etwa 18 bis
200 betragen kann.
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Erfindungsgemäß ist es ausreichend, die Erhöhungen und Vertiefungen
bildenden Flächenteile der Flanken auf die das Bohrmehl tragenden Flanken zu beschränken.
Gegenüber einer solchen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers bedeutet
es jedoch nur eine geringfügige Verschlechterung, wenn z. B. aus fertigungstechnischen
Gründen die gesamte Oberfläche des Schneckenganges oder auch nur die Oberflächen
der gegenüberliegenden Flanken eines Schneckenganges ebenfalls mit solchen Flächenteilen
versehen sind.
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Eine weitere Verbesserung des Fördereffektes gemäß der Erfindung
kann noch dadurch erzielt werden, daß die Mantelfläche der Förderschnecke in Umfangsrichtung
in Abständen angeordnete, in Axialrichtung des Bohrers aufeinanderfolgende Schneckenwindungen
miteinander verbindende Rillen aufweist, die gegenüber der Bohrerlängsachse in Richtung
der Schneckenwindungen geneigt sind.
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Durch diese Rillen wird nach außen in den Raum zwischen Bohrer und
Bohrungswandung gelangtes Bohrmehl wieder zurück in die Förderschnecke geleitet.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind benachbarte Flächenteile
in Richtung des Förderschneckenganges jeweils um etwa 0,1 bis 0,5 mm in axialer
Richtung des Bohrers versetzt; die auf den das Bohrmehl tragenden Flanken aufgebrachten
Flächen, beispielsweise Erhöhungen und Vertiefungen, Treppungen od. dgl. können,
bezogen auf eine vollständige Windung der Schnecke (3600), sowohl in Gleich- als
auch in Ungleichteilung angeordnet sein.
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Zwei Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 einen Abschnitt der Förderschnecke in der Seitenansicht, Fig.2 einen SchnittII-II
der Fig. 1, wobei die Treppen in etwa in tangentialer Richtung verlaufen, F i g.
3 einen Schnitt gemäß F i g. 2, jedoch mit in etwa radialer Richtung verlaufenden
Treppen, F i g. 4 einen Abschnitt der Förderschnecke mit geteilter Mantelfläche.
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Fig. 1 zeigt einen etwa zwei Windungen der Förderschnecke 1 umfassenden
Abschnitt des Bohrerschafts. Die das Bohrmehl tragenden Flanken 2 sind getreppt
bzw. gestuft ausgeführt. Die Treppung kann, wie in Fig. 2 dargestellt, in tangentialer
Richtung bezüglich der Bohrerseele 3 oder gemäß
dem Ausführungsbeispiel in F i g.
3 in radialer Richtung bezüglich der Bohrcrseele 3 verlaufen.
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F i g. 4 zeigt einen dem in F i g. 1 dargestellten Abschnitt des
Bohrerschafts entsprechenden Abschnitt, wobei jedoch die in den Flanken angebrachten
Flächen zwecks Vereinfachung der Zeichnung weggelassen sind.
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Die in F i g. 4 gewählte Ausführungsform kennzeichnet sich durch
in die Mantelfläche in Abständen eingekerbte Rillen 4, welche sich jeweils auf der
Unterseite 5 jeder Windung der Förderschnecke bis zur Oberseite 2 jeder Windung
erstrecken. Die Rillen können gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Gesamtumfang
verteilt vorgesehen sein; sie sind gegenüber der Bohrerachse in Richtung der Steigung
schräg geneigt und schließen mit einer zur Bohrerachse senkrechten Ebene vorzugsweise
einen Winkel ee ein, der größer ist als die Steigung der Förderschnecke.