DE10006932A1 - Bohrwerkzeug für Gestein - Google Patents

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.