DE2253414A1

DE2253414A1 - DRILLING TOOL

Info

Publication number: DE2253414A1
Application number: DE2253414A
Authority: DE
Inventors: Emile Methe
Original assignee: BLANZY OUEST UNION INDLE
Current assignee: BLANZY OUEST UNION INDLE
Priority date: 1971-11-10
Filing date: 1972-10-31
Publication date: 1973-05-30
Also published as: NL7215206A; NL170764B; BE790714A; ZA727677B; JPS4858601A; NL170764C; CA964291A; AU4838672A; FR2159742A5; DE2253414C2; GB1408794A; IT975468B; JPS5424961B2; CH561841A5; SE405882B; AU468612B2; ES408225A1; US3791465A

Description

rm/u/rch - " ^SlQKr- m C 2 6 3 9 F° 655Orm / u / rch - " ^SlQKr - m C 2 6 3 9 F ° 655O

22534U22534U

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- TELEFON 22S110 «MÖNCHENin ^ ä
- TELEPHONE 22S110

. UNION INDUSTRIELLE BLANZY-OUEST 73, BId Haussmann, 75-PARIS 8e (Frankreich). UNION INDUSTRIAL BLANZY-OUEST 73, BId Haussmann, 75-PARIS 8e (France)

BOHRWERKZEUGDRILLING TOOL

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, insbesondere für eine kontinuierlich in hartem Gestein arbeitende Bohrmaschine, und insbesondere ein Bohrwerkzeug, das aus einer Bohrscheibe besteht, die von einem metallischen Rotationsträger gebildet wird, an dessen Umfang Teile aus hartem Material an-' gebracht sind.The invention relates to a drilling tool, in particular for a drilling machine working continuously in hard rock, and in particular to a drilling tool that consists of a drilling disc consists, which is formed by a metallic rotation carrier, on the circumference of which parts made of hard material to- ' are brought.

Wenn das Gestein einen bestimmten Härtegrad aufweist, werden bekanntlich die Bohrmaschinen "mit Werkzeugen ausgerüstet, die mit aus Wolframcarbid bestehenden Bohrstiften. versehen sind* Diese Bohrstifte sind in der Regel auf einem metallischen Rotationsträger von der Art eines Rollenmeissels inIf the rock has a certain degree of hardness, it is well known that the drilling machines are "equipped with tools, those with drill bits made of tungsten carbide. Mistake * These drill bits are usually on a metallic one Rotary carrier of the type of a roller chisel in

ORIGINAL INSPECTED ,ORIGINAL INSPECTED,

' 309822/0303'309822/0303

2253/,Η2253 /, Η

ein und derselben Ebene oder ggf. in zwei zueinander benachbarten paraH.e3en Ebenen angeordnet, die senkrecht zur Achse des Trägers verlaufen, und zwar mit einem verhältnismässig grossen gegenseitigen Abstand in Umfangsrichtung. Die Bohrstifte sind zylindrisch und mit kugeligem Ende ausgebildet.one and the same plane or possibly in two mutually adjacent paraH.e3en planes that are perpendicular to the axis of the Run carrier, with a relatively large mutual distance in the circumferential direction. The drill pins are cylindrical and with a spherical end.

Aus der Form der Bohrstifte und deren Anordnung auf ihrem Metallträger resultieren im wesentlichen diskontinuierliche Beanspruchungen des Rollenmeisseltragers, wenn dieser sich frei um seine Achse dreht bzw. während des Bohrens auf dem Gestein geführt wird, wodurch Erschütterungen der Verbindungselemente eintreten, insbesondere, wenn es sich um Maschinen mit Schwingarmen handelt. Dadurch wird deren Lebensdauer herabgesetzt.The shape of the drill pins and their arrangement on their metal support result in essentially discontinuous ones Stresses on the roller bit carrier when it rotates freely around its axis or during drilling the rock is guided, causing vibrations of the connecting elements occur, especially when it comes to machines with swing arms. This will reduce their lifespan degraded.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, Einrichtungen vorzusehen, welche diese Schwingungen begrenzen oder gar beseitigen. Hierfür wird die Kontinuität der Schneidflächen des Rollenmeissels wiederhergestellt, d.h. der harten Teile, die mit dem Abbaustoss in Berührung stehen und in das Gestein eindringen, um dieses zu zerspringen.It is therefore the aim of the invention to provide devices which limit or even eliminate these vibrations. To do this, the continuity of the cutting surfaces of the roller bit is restored, i.e. the hard parts that are in contact with the mining shock and penetrate the rock to shatter it.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung von Platten aus hartem Material, die im wesentlichen aneinander anschliessen in einer Ebene, die im wesentlichen mit der Symmetrieebene des Rollenmeissels zusammenfällt, d.h. senkrecht zur Drehachse verläuft, so dass ein durchgehender Schneidkranz entsteht.The essential feature of the invention consists in the use of plates made of hard material, which essentially adjoin one another in a plane which essentially coincides with the plane of symmetry of the roller cutter, i.e. runs perpendicular to the axis of rotation, so that a continuous cutting ring is created.

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2253AH2253AH

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemassen Bohrwerkzeugs enthält die Beschreibung an Hand der Zeichnung.Further features and advantages of the invention Drilling tool contains the description on the basis of the drawing.

Fig. 1 und 2 zeigen einen bekannten Rollenmeissel mit. Bohrstiften im Aufriss bzw. im Querschnitt.Fig. 1 and 2 show a known roller chisel with. Drill pins in elevation or in cross-section.

Fig. 3 zeigt die Änderungen der auf den Rollenmeissel der Fig. 1 ausgeübten Beanspruchungen.FIG. 3 shows the changes in the stresses exerted on the roller bit of FIG.

Fig. 4 und 5 zeigen einen erfindungsgemassen Rollenmeissel im Aufriss bzw. im Querschnitt.4 and 5 show a roller bit according to the invention in elevation or in cross-section.

Fig. 6 zeigt die Änderungen der auf den Rollenmeissel nach Fig. 4 ausgeübten Beanspruchung.Fig. 6 shows the changes on the roller bit according to Fig. 4 applied stress.

Fig. 1 und 2 zeigen einen Rollenmeissel mit Bohrstiften 1 aus Wolframkarbid für Bohrarbeiten in hartem Gestein, der einen Aussendurchmesser von 300 bis 400 mm aufweist, während der Abstand P zwischen awei Stiften auf dem Umfang etwa 40 mm beträgt. Die Bohrstifte sind zylindrisch mit kugeligem äusseren Ende ausgebildet; ihr Durchmesser beträgt etwa. 15 mm, und sie sind in den Metallträger 2 eingelassen.1 and 2 show a roller bit with drill pins 1 made of tungsten carbide for drilling work in hard rock, which has an outside diameter of 300 to 400 mm, while the distance P between awei pins on the circumference is about 40 mm. The drill pins are cylindrical with a spherical outer end; their diameter is about. 15 mm, and they are embedded in the metal carrier 2.

In Fig. 3 veranschaulicht die Kurve 3 die Beanspru— chungsänderung F, der der Rollenmeissel während der Zeit t ausgesetzt ist.In Fig. 3, curve 3 illustrates the stress change in action F to which the roller tool is exposed during time t.

Mit A is darin die Dauer der aktiven Phase bezeichnet, d.h. die Zeit, während der der Bohrstift in das Gestein eintritt und eine maximale Beanspruchung M erfährt; diese Dauer der aktiven Phase' ist kurz im Verhältnis zur Zeit B, die zwischen dem aufeinanderfolgenden Eindringen zweier benachbar-A denotes the duration of the active phase, i.e. the time during which the drill bit enters the rock and experiences maximum stress M; this duration the active phase 'is short in relation to time B, the between the successive penetration of two neighboring

../ 30982 2/0303 ../ 30982 2/0303

^T 2253AU ^T 2253AU

ter Bohrstifte verläuft. Die Zeit B beträgt etwa l/lOOstel Sekunde, während die Zeit A etwa 5 mal weniger ausmacht.ter drill pins runs. The time B is about 1 / 100th Second, while time A is about 5 times less.

Aus der Kurve ist ferner ersichtlich, dass zwischen zwei aktiven Phasen die Norma!beanspruchung negativ wird und einen unteren Wert m aufweist, der auf die Elastizität des Rollenmeissels und dessen Trägers zurückzuführen ist; die Normalbeanspruchung nimmt im übrigen nur geringe positive Werte tn' an.The curve also shows that the normal load becomes negative between two active phases and has a lower value m, which is due to the elasticity of the roller bit and its carrier; the normal load otherwise only assumes small positive values tn '.

Daraus ergibt sich, dass die während der aktiven Phasen auftretenden starken Erschütterungen sämtliche mit dem Rollenmeissel verbundenen mechanischen Elemente beträchtlichen Wechselbeanspruchungen aussetzt.This means that the strong vibrations that occur during the active phases are all related to the Mechanical elements associated with roller chisels are exposed to considerable alternating loads.

Die verschiedenen mechanischen Teile sind alle untereinander mit einem bestimmten Spiel bzw. durch Verbindungsteile verbunden, deren Starrheit verhältnismässig gering ist. Die während der aktiven Phasen des Bohrens auftretenden Stösse erzeugen an diesen Verbindungsteilen wieder Erschütterungen, bei denen die Energie der erstgenannten Stösse abgebaut wird.The various mechanical parts are all with one another with a certain play or by connecting parts connected, the rigidity of which is relatively low. The shocks occurring during the active phases of drilling generate vibrations again at these connecting parts, in which the energy of the first-mentioned impacts is dissipated.

Diese Vorgänge bewirken praktisch eine Abnutzung, eine Beschädigung bzw. einen Bruch der Verbindungselemente, insbesondere der Lager, der Lagerschalen, der Bolzen und Gewindeteile. These processes practically cause wear, damage or breakage of the connecting elements, in particular the bearings, the bearing shells, the bolts and threaded parts.

Die unmittelbaren Nachteile derartiger Rollenmeissel sind einerseits die Gefahr des Abbrechens der Bohrspitzen und andererseits die geringe Lebensdauer des Metallträgers, dessenThe immediate disadvantages of such roller bits are, on the one hand, the risk of the drill bits breaking off and on the other hand, the short service life of the metal support, its

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..- 2253AH'..- 2253AH '

Abnutzung durch Abrieb zwischen den Bohrstiiften die Bohrspitzen freilegt, so dass diese durch Biegung abbrechen.Wear due to abrasion between the drill pins and the drill bits exposed so that they break off by bending.

In Fig. 4 und 5 ist der erfindungsgemässe Rollenmeissel mit einem Metallträger 5 in Form eines doppelkonischen Ringes ausgerüstet, der aus abriebfestem Stahl hergestellt ist. In einer in der Scheibe ausgesparten runden Nute sind durch Schweissen Platten 4 aus Wolframkarbid angebracht, die aneinandergrenzend bzw. mit geringem Abstand voneinander derart angebracht sind, dass das Ganze einen durchgehenden Kranz bildet .4 and 5 shows the roller bit according to the invention equipped with a metal support 5 in the form of a double-conical ring made of abrasion-resistant steel. In a recessed round groove in the disc are through Welding plates 4 made of tungsten carbide attached, adjoining each other or are attached at a small distance from each other in such a way that the whole forms a continuous ring .

Der Einlassquerschnitt der Platten 4 aus Wolframkarbid in den Metallträger 5 ist hierbei im Verhältnis zu den zylindrischen Bohrstiften der.Fig. 1 vergrössert, so dass das Risiko des Bruchs infolge Biegung beträchtlich herabgesetzt ist.The inlet cross-section of the plates 4 made of tungsten carbide in the metal carrier 5 is here in relation to the cylindrical Drill pins in Fig. 1 is enlarged so that the risk of breakage due to bending is considerably reduced.

Bei einem herkömmlichen Rollenmeissel ist die Abnutzung durch Abrieb zwischen den Bohrstiften mitunter in sehr kurzer Zeit erfolgt, insbesondere, wenn das Gestein Silikon enthält. Dadurch werden die Bohrstifte freigelegt, so dass sie infolge dieser Beanspruchungen schnell brechen. Derartiges wird bei der Verwendung von aneinander angrenzenden Platten vermieden. Die Abnutzung infolge Abrieb entsteht lediglich auf den Seitenflächen des Metallträgers und ist daher bedeutend langsamer, da auch auf sie ein geringerer Druck ausgeübt wird; die Lebensdauer des Werkzeugs erhöht sich dadurch beträchtlich. ' . With a conventional roller chisel, there is wear and tear due to abrasion between the drill pins sometimes takes place in a very short time, especially if the rock contains silicone. This exposes the drill pins so that they break quickly as a result of these stresses. Such is the case with the Avoid using adjacent panels. the Wear as a result of abrasion occurs only on the side surfaces of the metal carrier and is therefore significantly slower, since less pressure is exerted on them too; this increases the service life of the tool considerably. '.

Die Gesamtstillstandszeit einer Bohrmaschine, wennThe total downtime of a drill if

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* 2253AH* 2253AH

sämtliche Auswechselzeiten der Rollenmeissel addiert werden, verringern sich beträchtlich, da sie selten erforderlich sind; daraus ergibt sich unmittelbar eine beträchtliche Erhöhung der Gesamtleistung der Bohrmaschine.all replacement times of the roller bits are added, decrease considerably since they are seldom required; this immediately results in a considerable increase in Overall power of the drill.

Der Halt der Platten 4 in ihren Aussparungen erfolgt auf irgend eine bekannte Weise, insbesondere durch Verschweissen mit dem Träger 5 nach einem der bekannten Verfahren, d.h. durch gewöhnliches Schweissen, in neutraler Atmosphäre oder im Vakuum, wobei der Träger zur Erleichterung des Verfahrens entsprechend ausgebildet wird. Man kann aber die Platten auch durch Einklemmen fixieren.The plates 4 are held in their recesses in any known manner, in particular by welding with the carrier 5 by one of the known methods, i.e. by ordinary welding, in a neutral atmosphere or in a vacuum, the carrier being designed accordingly to facilitate the process. But you can also use the plates fix by clamping.

In Fig. 6 veranschaulicht die Kurve 7 den Verlauf der Änderungen der während der Zeit t auf den Rollenmeissel nach Fig. 4 ausgeübten Kraft F. Dieser Rollenmeissel weist 20 Platten auf, d.h. die gleiche Anzahl wie die Bohrspitzen gemäss Fig. 1.In Fig. 6, the curve 7 illustrates the course of the changes during the time t on the roller bit 4 exerted force F. This roller bit has 20 plates, i.e. the same number as the drill bits according to FIG Fig. 1.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass die Normalbeanspruchung zwischen zwei aufeinanderfolgenden aktiven Phasen nicht zu Null wird, wie bei einem herkömmlichen Rcllenmeissel mit Bohrstiften nach Fig. 3, sondern der positive Wert M* bleibt verhältnismässig gross. An den Verbindungsteilen zwischen den mit dem Rollenmeissel verbundenen mechanischen Elementen stellt dieser positive Wert eine Art Vorspannung dar, die ein ggf. auftretendes Spiel aufhebt und die Starrheit der Verbindungsteile vergrössert.From Fig. 6 it can be seen that the normal stress between two successive active phases does not go to zero, as with a conventional chisel with drill bits according to Fig. 3, but the positive value M * remains relatively large. On the connecting parts between the mechanical elements connected to the roller bit this positive value represents a kind of preload that cancels any play that may occur and the rigidity of the Connection parts enlarged.

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Diese Vorspannung ermöglicht die Übertragung der ursprünglichen Stossenergie über die mit dem Rollenmeissel verbundenen mechanischen Teile hinweg, ohne dass die Verbindungsteile wechselbeansprucht wurden. Hinter den mechanischen Teilen wird die Energie der ursprünglichen Stosse entweder wieder an das Gestein abgegeben oder von einem geeigneten Dämpfungsglied absorbiert. Beschädigungen der Verbindungsteile werden somit verhindert oder zumindest stark herabgesetzt.This preload enables the original impact energy to be transmitted via the tools connected to the roller tool mechanical parts without alternating stresses on the connecting parts. Behind the mechanical parts the energy of the original impact is either released back to the rock or by a suitable damping element absorbed. Damage to the connecting parts is thus prevented or at least greatly reduced.

Im Rahmen der Erfindung können zur Herstellung der Platten verschiedene Materialien mit einer Härte, die mindestens derjenigen des Wolframkarbids, verwendet werden, die zur Gruppe der Nitride oder der Karbide,gehören. Man kann aber auch Platten aus Keramik verwenden, beispielsweise eine Spezialkeramik für Bearbeitungswerkzeuge, die unter dem Handelsnamen "Ceroxyd" bekannt ist.In the context of the invention, various materials with a hardness of at least that of tungsten carbide, the belong to the group of nitrides or carbides. But you can also use plates made of ceramic, for example a special ceramic for processing tools, which is known under the trade name "Ceroxyd".

Bekanntlich nehmen die Härteeigenschaften eines Materials in dem gleichen Masse wie dessen Brüchigkeit zu; aus diesem Grunde werden die Platten, deren grösste Flächen parallel zur Quersymmetrieebene des Trägers angeordnet sind, zwischen zwei Seitenwangen eingelassen, wodurch sie die erforderliche mechanische Festigkeit erhalten.It is known that the hardness properties of a material increase to the same extent as its brittleness; the end For this reason, the plates, the largest areas of which are arranged parallel to the transverse symmetry plane of the carrier, embedded between two side walls, which gives them the required mechanical strength.

- Patentansprüche 309822/ 0 3Ü3- Patent claims 309822/0 3Ü3

Claims

2253AU PATENT CLAIMS sj ^ Pormi

1. Drilling tool with a disc-shaped roller cutter, consisting of a metallic rotation support and parts made of hard material on its circumference, thereby characterized in that the parts are designed as plates (4) which are essentially adjacent to one another are arranged and their plane essentially with the plane of symmetry of the roller bit arranged perpendicular to the axis of rotation coincides so that a continuous wreath is created.

2. Drilling tool according to claim 1, d a d u r c h characterized in that the plates (4) in one Annular grooves are attached, which is located in the plane of symmetry of the carrier (5) wherein the carrier as a double-conical ring is trained.

3. Drilling tool according to claim 1, characterized in that the plates (4) consist of one hard material, in particular made of a carbide or nitride.

4. Drilling tool according to claim 1, characterized in that the plates (4) made of ceramic exist.

5. Drilling tool according to claim 1 and 2, characterized in that the plates (4) with the Carrier (5) are welded.

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