DE10006932A1 - Bohrwerkzeug für Gestein - Google Patents
Bohrwerkzeug für GesteinInfo
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Abstract
Das Bohrwerkzeug mit einem Vollhartmetallkopf (1), welcher Hauptschneiden (2) und Nebenschneiden (3) ausbildet, wobei sich die je zweifach vorhandenen, jeweils diametral angeordneten, Hauptschneiden (2) und Nebenschneiden (3) nicht rechtwinkelig gegenüberliegen, weist im spitzen Winkel alpha den Hauptschneiden (2) zugeordneten Nebenschneiden (3) auf, welche bezüglich der Drehrichtung omega den jeweiligen Hauptschneiden (2) vorlaufend angeordnet sind. Zudem ist zwischen zwei benachbarten Schneiden (2; 3) eine stückweise parallel zu diesen verlaufende radial konkave Ausnehmung am Umfang der Querschnittsfläche sowie deren prismatische axiale Erstreckung über den Vollhartmetallkopf (1) vorhanden.
Description
Die Erfindung bezeichnet ein Bohrwerkzeug mit einem Vollhartmetallkopf für Gestein oder
Beton, welches in ein antreibendes Handwerkzeug eingespannt durch drehende und schla
gend schwingende Bewegungen einen abrasiven Materialabtrag erzeugt.
Bohrwerkzeuge für Gestein oder Beton weisen aufgrund der zum abrasiven Materialabtrag
bei geringem Verschleiss benötigten hohen Härte im Werkzeugkopf eingesetzte Teile aus
Hartmetall auf, welche mit dem restlichen Bohrwerkzeug fest verbunden sind. Üblicherweise
werden Hartmetallplatten im Werkzeugkopf eingelötet, bspw. nach der DE 20 08 825. Die rela
tiv geringe Biegesteifigkeit der Hartmetallplatten begünstigt ein Ausbrechen dieser aus dem
restlichen Bohrwerkzeug, insbesondere bei Armierungseisentreffern.
Aus der Druckschrift DE 43 39 245 ist die Ausführung des gesamten Werkzeugskopfes aus
Hartmetall als Vollhartmetallkopf vorbekannt. Vollhartmetallköpfe in kompakter, d. h. im we
sentlichen in konvexer vieleckiger Form mit ähnlichen Seitenlängen, besitzen eine hohe
innere Steifigkeit. Zur Verhinderung einer Verhakung im Armierungseisen sind üblicherweise
zusätzlich zwischen den Hauptschneiden ausschliesslich am radialen Rand angeordnete
axial zurückversetzte Nebenschneiden vorhanden, welche durch ihren Eindringwiderstand
und der Massenträgheit einem zu tiefen Eindringen der Hauptschneiden in das Armierungs
eisen entgegenwirken, indem sie das Bohrwerkzeug temporär vom Armierungseisen abhe
ben. Bei grösseren Durchmessern des Bohrwerkzeuges ist bei einer derartigen Ausführung
das benötigte Volumen des Vollhartmetallkopfes in kompakter Form bezüglich ferti
gungstechnischer und kostenseitiger Aspekte nachteilig.
Zudem ist eine leicht axial konkave, d. h. eine durch die radial äusseren Schneiden senkrecht
zur Drehachse verlaufende Ebene nicht hinterschneidende, Form der einen stumpfen Winkel
symmetrisch zur Drehachse ausbildenden und axial zurückversetzten radial verlaufenden
Nebenschneide vorbekannt. Diese leicht axial konkave Form der Nebenschneide dient im
Zusammenwirken mit dem von einer nicht konkaven Hauptschneide geschnittenen Bohrloch
als axialer Freiraum für den Abtransport des Bohrmehls von der Spitze des Werkzeugkopfes
weg und verhindert eine leistungsmindernde Bohrmehlverdichtung vor der Spitze. Nachteilig
bei einer derartigen leicht axial konkaven Form ist die zweckgemässe Kombination mit einer
nicht konkaven Form der Hauptschneide, welche ein punktgenaues Anbohren erschwert.
Aus der Druckschrift DE 197 07 115 ist ein Bohrwerkzeug mit mehr als zwei, jeweils ganzzäh
lig rotationssymmetrisch angeordneten, radialen Schneiden und einem nicht aus einzelnen
Hartmetallplatten bestehenden sondern einstückig ausgeführten prismatischen Vollhartme
tallkopf vorbekannt, welcher in entsprechende Nuten mit jeweils axial verlaufenden Flächen
im restlichen Bohrwerkzeug eingesetzt mit diesen und der Stirnfläche fest verbunden ist.
Durch die Kombination der Befestigung eines biegesteifen Vollhartmetallkopfes auf der
Stirnfläche einerseits sowie dessen zusätzlicher Befestigung in jeweils achsparalleler nutarti
ger Verzapfung im radial äusseren Bereich andererseits ist auch bei Bohrwerkzeugen mit
grösseren Durchmessern eine bruchsichere Befestigung der Schneiden auch gegenüber
Armierungstreffern gewährleistet. Unvorteilhafterweise vermindert sich mit der Anzahl der
Hauptschneiden der für den abrasiven Materialabtrag verfügbare lokale Anpressdruck der
Schneiden und damit die Bohrleistung. Nachteilig bei einer derartigen Lösung ist zudem die
für eine zusätzliche achsparallele nutartige Verzapfung benötigte Querschnittsfläche je
Schneide, welche einer Ausnehmung nicht mehr zur Verfügung steht. Mit mehr als zwei
Schneiden ergeben sich bei hoher Bohrleistung dadurch Probleme bei der Ausräumung des
abrasiv abgetragenen Materials.
Nach der Druckschrift EP 884448 ist ein Vollhartmetallkopf mit "X-förmiger Anordnung der
vier Schneiden vorbekannt, wobei sich die Haupt- und die als Zusatzschneiden ausgeführten
Nebenschneiden jeweils diametral zur Drehachse erstrecken und nicht rechtwinklig zueinan
der angeordnet sind. Die Hauptschneiden bilden in ihrer Ebene einen stumpfen Winkel
symmetrisch und mit Spitze zur Drehachse aus. Die Nebenschneiden sind senkrecht zu die
ser ausgebildet und axial derart zurückversetzt, dass der Innenbereich des Bohrloches im
wesentlichen von den Hauptschneiden, der Aussenbereich hingegen von den Zusatzschnei
den, abrasiv abgetragen wird. Derartig ausgebildete Zusatzschneiden neigen bei Armie
rungstreffern durch die hohe Beanspruchung zu Brüchen.
Der "X-förmige Vollhartmetallkopf besitzt eine zweizählig rotationssymmetrische im wesentli
chen kreuzweise axial spiegelsymmetrische prismatische Form. Die Grundfläche ist mit je
weils einer tiefen, sich in das innere radiale Drittel erstreckenden, konkaven stumpfwinkeli
gen Einkerbung parallel zur den Schneiden über die längere Seite der Grundfläche verse
hen, welche als Freiraum für die Ausräumung des abrasiv abgetragenen Materials dient. In
Drehrichtung läuft die Zusatzschneide der Hauptschneide nach, d. h. bildet mit dieser einen
spitzen Winkel aus. Somit ist die grosse Ausnehmung vor der Hauptschneide angeordnet.
Eine kleine ebenfalls konkave Ausnehmung der jeweils kürzeren Seite der Grundfläche be
schränkt sich auf den radialen Randbereich und dient der geringeren Ausräumung des abra
siv abgetragenen Materials vor der Nebenschneide. Nachteiligerweise wird durch den in
Drehrichtung stumpfen Winkel zwischen der Nebenschneide und der Hauptschneide ein re
lativ weiter von der Massenträgheit zu überbrückender Drehwinkel zur durch die Neben
schneide bewirkten Verminderung einer Verhakung benötigt, welcher gerade mit bei geringe
rer Drehzahl betriebenen Bohrwerkzeugen mit grösseren Durchmessern kaum realisierbar ist
und somit keinen hinreichenden Schutz vor Brüchen bei Armierungstreffern darstellt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung unter Vermeidung obiger Nachteile ein Bohrwerkzeug mit
einem Vollhartmetallkopf für Gestein aufzuzeigen, welcher auch bei grösseren Durchmes
sern sowohl für eine hohe Bohrleistung einen hohen lokalen Druck auf die Schneiden, eine
ausreichende Ausräumung des abrasiv abgetragenen Materials sowie ein punktgenaues
Anbohren als auch ein gegenüber Armierungstreffern beanspruchungsreduzierendes Ver
halten sowie eine bruchsichere Ausführung und Befestigung der Schneiden aus Hartmetall
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen aufgezeigten Merkmale im
wesentlichen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung beschränkt sich auf Bohrwerkzeuge mit einem Vollhartmetallkopf mit "X-förmi
ger Anordnung der vier Schneiden, wobei sich die Haupt- und die Nebenschneiden jeweils
diametral zur Drehachse erstrecken und nicht rechtwinkelig zueinander angeordnet sind.
Vorteilhaft weisen die erfindungsgemässen Bohrwerkzeuge einen Durchmesser von 12 bis
40 mm auf. Wesentlich ist, dass die zur Verminderung der Beanspruchung der Hauptschnei
den bei Armierungstreffern abhebend wirkend ausgebildeten Nebenschneiden diesen vor
laufend angeordnet sind. Der zwischen diesen in der Ebene senkrecht zur Drehachse aus
gebildete Winkel liegt im Bereich zwischen 40 und 90°. Somit muss nur ein kleiner Drehwin
kel über die Massenträgheit überbrückt werden.
Durch die jeweils zwischen zwei benachbarten Schneiden jeweils stückweise parallel zu die
sen verlaufende radial konkave Ausnehmung am Umfang der Querschnittsfläche sowie de
ren prismatische axiale Erstreckung über den Vollhartmetallkopf ermöglicht eine hinrei
chende Ausräumung des abrasiv abgetragenen Materials in den sich an den Werkzeugkopf
als Vollhartmetallkopf anschliessenden Wendel, insbesondere auch vor der Hauptschneide.
Zudem ermöglicht ein Teil der längs der Drehachse verlaufenden Seitenflächen dieser Aus
nehmungen, vorteilhaft vor der Nebenschneide, eine zusätzliche Befestigung des Vollhartmetallkopfes
in nutförmigen Verzapfungen am restlichen Bohrwerkzeug. Dieser Teil der
Seitenflächen weist vorteilhaft eine Phase zur Stirnfläche zur Brechung der Kante auf. Somit
wird eine bruchsicherere Befestigung des Vollhartmetallkopfes am restlichen Bohrwerkzeug
und insbesondere eine druckseitige Unterstützung der Hauptschneiden ermöglicht. Eine
vorteilhafte, zwei diametral gegenüberliegenden konkaven Ausnehmungen des Vollhartme
tallkopfes zugeordnete, Nut in dem restlichen Bohrwerkzeug führt bei der Befestigung des
Vollhartmetallkopfes zu einer Selbstzentrierung dessen.
Weiter vorteilhaft ist die Form der Hauptschneiden, welche in der Spitze in einer Quer
schneide münden, leicht axial konkav ausgebildet, wodurch sich bezüglich des Spitzenberei
ches ein relativ spitzerer Winkel zum punktgenauen Anbohren durch die Querschneide und
bezüglich des radialen Aussenbereiches ein relativ stumpferer Winkel der Hauptschneiden
zur Drehachse ausbildet, welcher die Energie der axialen Schläge des Bohrwerkzeuges na
hezu vollständig axial und somit verlustarm in das abzutragende Material im Bohrgrund
einleitet. Weiter vorteilhaft ist die Form der Nebenschneiden stark axial konkav, d. h. eine
durch die radial äusseren Bereiche der Nebenschneiden senkrecht zur Drehachse verlau
fende Ebene schneidend, ausgebildet. Im Zusammenwirken mit der leicht axial konkaven
Form der Hauptschneide entsteht somit eine axiale Aussparung zum Bohrmehlabtransport
von der Spitze. Die Übergangsfläche im Sektor zwischen benachbarten Schneiden ist zur
Erzielung einer grossen Aussparung zum Abtransport des Bohrmehls sowie zur Erzielung
einer hohen inneren Steifigkeit des Vollhartmetallkopfes vorteilhaft jeweils umfänglich axial
konkav ausgebildet.
Zudem ist durch die Ausführung der Haupt- und Nebenschneiden als Teil des Vollhartmetall
kopfes eine definierte Anordnung dieser zueinander gegeben, welche nicht durch
Fertigungstoleranzen bei der Befestigung des Vollhartmetallkopfes mit dem restlichen
Bohrwerkzeug beeinflusst ist. Günstig wird zur Erzielung eines vibrationsarmen Betriebs der
axiale Abstand der Nebenschneiden derart gewählt, dass der höchste Punkt der axialen
Hüllkurve der Nebenschneiden gerade nicht über die axiale Hüllkurve der Hauptschneiden
herausragt. Ebenso lässt sich günstig durch aufeinander abgestimmte Hüllkreise von Haupt-
und Nebenschneide, insbesondere durch einen radialen Unterstand der Nebenschneiden,
ein vibrationsarmer Betrieb und eine gleichmässig runde Bohrlochgeometrie erzielen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beschrieben.
Dazu zeigen
Fig. 1 einen Vollhartmetallkopf eines Bohrwerkzeuges in perspektivischer Darstellung
Fig. 2 eine Aufsicht des Vollhartmetallkopfes
Fig. 3 eine Seitenansicht und
Fig. 4 eine Seitenansicht aus einem anderen Winkel.
Nach Fig. 1 weist ein Vollhartmetallkopf 1 für ein Bohrwerkzeug mit vorteilhaft 12 bis 40 mm
Bohrdurchmesser eine "X-förmige Anordnung von vier Schneiden 2; 3 auf, wobei sich die
Hauptschneiden 2 und die Nebenschneiden 3 jeweils diametral zur Drehachse A erstrecken
und nicht rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Die im spitzen Winkel den Hauptschnei
den 2 zugeordneten Nebenschneiden 3 sind bezüglich der Drehrichtung w den Hauptschnei
den 2 vorlaufend angeordnet.
Nach Fig. 2 liegt der zwischen den Hauptschneiden 2 und den Nebenschneiden 3 in der
Ebene senkrecht zur Drehachse ausgebildete Winkel α im Bereich zwischen 40 und 90°,
wobei die Nebenschneiden 3 bezüglich der Drehrichtung ω den Hauptschneiden 2 vorlau
fend angeordnet sind. Gegenüber der Hüllkurve der Hauptschneiden 2 weisen die Neben
schneiden 3 einen radialen Unterstand auf. Jeweils zwischen zwei benachbarten Schneiden
2; 3 ist eine jeweils stückweise parallel zu diesen verlaufende radial konkave Ausnehmung 4;
5 am Umfang der Querschnittsfläche sowie deren prismatische axiale Erstreckung über den
Vollhartmetallkopf 1 vorhanden. Der Teil der längs der Drehachse der Ausnehmungen 5
verlaufenden Seitenflächen 6, vorteilhaft vor der Nebenschneide 3, ermöglichst eine zusätz
liche Befestigung des Vollhartmetallkopfes in nutförmigen Verzapfungen am restlichen
Bohrwerkzeug.
Nach Fig. 3 weist dieser Teil der Seitenflächen 6 eine Phase 7 zur Stirnfläche 8 zur Bre
chung der Kante auf. Die Form der Hauptschneiden 2, welche in der Spitze in einer Quer
schneide 9 münden, sind leicht axial konkav ausgebildet. Der axiale Abstand der Neben
schneiden 3 ist derart gewählt, dass der höchste Punkt der axialen Hüllkurve der Neben
schneiden 3 gerade nicht über die axiale Hüllkurve der Hauptschneiden 2 herausragt.
Nach Fig. 4 ist die Form der Nebenschneiden 3 stark axial konkav ausgebildet, indem eine
durch die radial äusseren Bereiche der Nebenschneide 3 senkrecht zur Drehachse verlau
fende Ebene 10 geschnitten wird. Im Zusammenwirken mit der leicht axial konkaven Form
der Hauptschneide 2 entsteht somit eine axiale Aussparung 11 zum Bohrmehlabtransport
von der Spitze. Die Übergangsfläche 12 im Sektor zwischen benachbarten Schneiden 2; 3 ist
jeweils umfänglich axial konkav ausgebildet.
Claims (10)
1. Bohrwerkzeug mit einem Vollhartmetallkopf (1), welcher Hauptschneiden (2) und Neben
schneiden (3) ausbildet, wobei sich die je zweifach vorhandenen, jeweils diametral angeord
neten, Hauptschneiden (2) und Nebenschneiden (3) nicht rechtwinkelig gegenüberliegen,
dadurch gekennzeichnet, dass die im spitzen Winkel α den Hauptschneiden (2) zugeordne
ten Nebenschneiden (3) bezüglich der Drehrichtung ω den jeweiligen Hauptschneiden (2)
vorlaufend angeordnet sind.
2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Haupt
schneiden (2) und den Nebenschneiden (3) in der Ebene senkrecht zur Drehachse A ausge
bildete Winkel α im Bereich zwischen 40 und 90° liegt.
3. Bohrwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwi
schen zwei benachbarten Schneiden (2; 3) eine stückweise parallel zu diesen verlaufende
radial konkave Ausnehmung (4; 5) am Umfang der Querschnittsfläche sowie deren prismati
sche axiale Erstreckung über den Vollhartmetallkopf (1) vorhanden ist.
4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der bezüglich der
Drehrichtung ω vor der Nebenschneide (3) angeordneten längs der Drehachse A verlaufen
den Seitenflächen (6) der Ausnehmung (5) eine Phase (7) zu einer Stirnfläche (8) aufweist.
5. Bohrwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hauptschneiden (2) in der Spitze in einer Querschneide (9) münden.
6. Bohrwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Form der Hauptschneiden (2) leicht axial konkav ausgebildet ist.
7. Bohrwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Form der Nebenschneiden (3) stark axial konkav ausgebildet ist.
8. Bohrwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
axiale Abstand der Nebenschneiden (3) derart gewählt ist, dass der höchste Punkt der
axialen Hüllkurve der Nebenschneiden (3) gerade nicht über die axiale Hüllkurve der
Hauptschneiden (2) herausragt.
9. Bohrwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ge
genüber der Hüllkurve der Hauptschneiden (2) die Nebenschneiden (3) einen radialen Un
terstand aufweisen.
10. Bohrwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Übergangsfläche (12) im Sektor zwischen benachbarten Schneiden (2; 3) umfänglich
axial konkav ausgebildet ist.
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