DE10053343B4

DE10053343B4 - twist drill

Info

Publication number: DE10053343B4
Application number: DE2000153343
Authority: DE
Inventors: Werner Kleine; Hans-Werner Bongers
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: DE10053343A1

Abstract

Wendelbohrer für Gestein mit einem, zwischen einem Einsteckende (3) und einem Werkzeugkopf (4) angeordneten, Schaft (2) mit zumindest einer wendelförmig umlaufenden Wendelnut (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der umlaufenden Wendelnut (7) zumindest teilweise über Erhöhungen (9) und/oder über Vertiefungen (10) moduliert ist, wobei die Erhöhungen (9) und/oder Vertiefungen (10) noppenformähnlich ausgeprägt sind.twist drill for rocks with, between a male end (3) and a tool head (4) arranged shaft (2) with at least one helically encircling Spiral groove (7), characterized in that the surface of circulating helical groove (7) at least partially via elevations (9) and / or depressions (10), wherein the elevations (9) and / or depressions (10) knob-like are pronounced.

Description

Die Erfindung bezeichnet einen Wendelbohrer, welcher als Bohrwerkzeug in ein drehendes und optional schlagendes Werkzeuggerät eingesetzt wird, vorteilhaft ausgebildet für den schlagend abrasiven Abtrag von Gestein oder gesteinähnlichem Material, wie Beton.The Invention refers to a helical drill, which as a drilling tool is used in a rotating and optionally beating tool device, advantageously designed for the strikingly abrasive removal of rock or rock-like material Material, like concrete.

Wendelbohrer mit einem innerhalb des Schafts wendelförmig ausgebildeten Wendel zum durch die Drehung des Wendelbohrers vermitteltem Abtransport des abrasiv abgetragenen Materials sind üblich. Der Wendel weist meist mehrere Wendelgänge mit den zugeordneten Nuten auf, entlang welchen das am Bohrkopf abrasiv abgetragene Material abtransportiert wird.twist drill with a coil formed helically within the shaft for the rotation of the helical drill mediated removal of the abrasive worn material are common. The helix usually has several helical gears with the associated grooves along, along which the abraded abrasive material at the drill head is transported away.

Derartige Wendelbohrer sind bspw. aus der EP0653544B1 vorbekannt, welche als Wendel zwei gleichartige, mit konstanter Steigung verlaufende, Wendelgänge offenbart, die sich jeweils an eine der beiden Schneidkanten des Bohrkopfes anschliessen. Des weiteren weist dieser Wendelbohrer an der radial äusseren Kante der Wendelgänge, welche bei der Drehung mit ihrer Hüllkurve einen Zylinder entsprechend etwa des Bohrdurchmessers ausbilden, eine treppenförmige Verzahnung auf, die radial fräsend wirkt. Zur Erzielung eines grösstmöglichen Nutquerschnitts ist die Nut bis an den Bohrerkern heran eckig ausgeführt.Such twist drills are, for example, from the EP0653544B1 previously known, which as helix two similar, running with constant pitch, Wendelgänge revealed, each of which connects to one of the two cutting edges of the drill head. Furthermore, this twist drill on the radially outer edge of the helical turns, which form a cylinder corresponding to about the diameter of the bore when rotating with its envelope, a stepped toothing, which acts radially milled. To achieve the largest possible groove cross-section, the groove is made up to the drill core eckig.

Bei Bohrwerkzeugen kleinen Durchmessers und leistungsfähigen Werkzeuggeräten kommt es oftmals zu Verklumpungen des, oft feuchten, abrasiv abgetragenen Materials und in dessen Folge zu einem Verstopfen der Nut, bis es schliesslich zu einem Klemmen des Bohrwerkzeugs oder einem schlagartigen Entweichen des verstopfenden Materials kommt. Dieses zu verhindern bedient sich die EP339412A2 längs der Wendel einer wechselnden Steigung sowie zusätzlicher stufenartiger Seitenflächen der Wendelgänge, welche in die Nut hineinragen. Die überwiegend axial und anders orientierten Flächenbereiche führen, vermittelt durch die schlagende Beanspruchung des Bohrwerkzeugs, zu einer wechselnden Beschleunigung des abtransportierten Materials und damit zu einer Verwirbelung innerhalb der Nut, die einer Verklumpung entgegenwirkt. Nachteilig bei einer derartigen Ausbildung der Seitenflächen der Wendelgänge ist die dadurch nahe der Hüllkurve gegebene Verzahnung der drehenden Wendelgänge, welche bei dem freiliegenden Bereich des Wendels eine hohe Verletzungsgefahr und bei dem im Bohrloch befindlichen Bereich zu einer unbeabsich tigten Ausfräsung des Bohrlochs führen kann. Zudem bereitet die Fertigung einer derartigen Kontur an den Seitenflächen der Wendelgänge Nachteile, da diese speziell geprägt oder spanend gefertigt werden müsste. Zusätzlich bieten derartige Ausbildungen der Wendelnut bevorzugte Ansatzpunkte für Dauerwechselbrüche im radial äusseren Bereich der Wendel aus.In small diameter drills and powerful tooling devices, clumping of the often damp, abraded material often results in clogging of the groove until it finally comes to jamming of the drilling tool or a sudden escape of the clogging material. To prevent this makes use of EP339412A2 along the helix of a changing pitch and additional step-like side surfaces of the helical turns, which protrude into the groove. The predominantly axially and differently oriented surface areas lead, mediated by the beating stress of the drilling tool, to a changing acceleration of the transported material and thus to a turbulence within the groove, which counteracts a clumping. A disadvantage of such a design of the side surfaces of the helical turns is given thereby close to the envelope toothing of the rotating helical turns, which at the exposed portion of the helix high risk of injury and in the area located in the wellbore can lead to unintentional milled cutout of the borehole. In addition, the production of such a contour on the side surfaces of the helical turns prepares disadvantages, since these would have to be specially shaped or machined. In addition, such embodiments of the helical groove provide preferred starting points for permanent breaking in the radially outer region of the helix.

Aus der DE3919095A1 ist ein Wendelbohrer für Gestein bekannt, welcher im Schaft verankerte, radial orientierte, Bürsteneinsätze zum Reinigen des Bohrlochs aufweist. Die Bürsteneinsätze bilden entweder in ihrer Anordnung zueinander eine Art unterbrochenen Wendelgang aus oder sind im Grund der durch einen Wendelgang gebildeten Nut angeordnet. Funktionsbedingt erstrecken sich diese Bürsteneinsätze radial stets bis zu der durch die Drehung ausgebildeten Hüllkurve. Nachteilig bei derartigen filigranen Bürsteneinsätzen aus anderem Material ist ihre geringe Lebensdauer, gerade im rauen Einsatz im Bauhauptgewerbe. Die innerhalb der Nut angeordneten Bürsteneinsätze vermindern durch ihre radiale Erstreckung bis zur Hüllkurve zudem wesentlich den eigentlich zum Abtransport verfügbaren Nutquerschnitt.From the DE3919095A1 is a helical drill for rock known which has anchored in the shaft, radially oriented, brush inserts for cleaning the borehole. The brush inserts form either in their arrangement to each other a kind of interrupted helical turn or are arranged in the bottom of the groove formed by a helical turn. For functional reasons, these brush inserts always extend radially up to the envelope formed by the rotation. A disadvantage of such filigree brush inserts made of other material is their short life, especially in rough use in the construction industry. The brush inserts arranged within the groove also substantially reduce the groove cross section which is actually available for removal by virtue of their radial extension up to the envelope curve.

Nach der DE3614010A1 ist ein Wendelbohrer für Gestein in eine Hülle aus organischem Polymeren eingegossen und weist an der radialen Aussenseite des Schaftes zur besseren Haftung des Polymers Vorsprünge und Vertiefungen auf.After DE3614010A1 For example, a rock auger is embedded in a shell of organic polymer and has protrusions and depressions on the radial outside of the shaft for better adhesion of the polymer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht unter Vermeidung obiger Nachteile in der Realisierung eines langlebigen, gefahrlos verwendbaren Wendelbohrers, der einer Verklumpung des abrasiv abgetragenen Materials in der Nut entgegenwirkt.The The object of the invention is to avoid the above disadvantages in the realization of a long-lasting, safely usable twist drill, the clumping of the abraded material in the Groove counteracts.

Die Aufgabe wird im wesentlichen durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The The object is essentially achieved by the features of the independent claims. advantageous Further developments emerge from the subclaims.

Im wesentlichen weist ein Wendelbohrer für Gestein mit einem Schaft zwischen einem Einsteckende und einem Werkzeugkopf mit Schneiden aus Hartstoff zwischen zumindest einem Wendelgang zumindest eine wendelförmig umlaufende Wendelnut auf, deren Oberfläche zumindest teilweise über Erhöhungen und/oder über Vertiefungen moduliert ist. Die Erhöhungen und/oder die Vertiefungen sind dabei noppenformähnlich ausgebildet, d. h. jeweils normal zu einem begrenzt lokalen Oberflächenbereich im Wendelgang aufgeprägt, wodurch sich diese über Umformtechniken einfach technologisch realisieren lassen.in the essentially has a helical drill for rock with a shank between a male end and a tool head with cutting edges made of hard material between at least one helical turn at least one helically circumferential helical groove, whose surface at least partially over elevations and / or depressions is modulated. The raises and / or the recesses are formed noppenformähnlich, d. H. each normal to a limited local surface area imprinted in the helical turn, thereby These are about forming techniques easy to realize technologically.

Durch die Oberflächenstrukturierung im Wendelgang kommt es in Verbindung mit einem bestimmten Bohrlochdurchmesser längs der Wendelnuten zu einer periodischen Änderung der Nutenquerschnittsfläche, welche dem Transport des abrasiv angetragenen Materials zur Verfügung steht. Somit wird das innerhalb längs der Wendelnut abtransportierte Material, welches somit näherungsweise einem konstanten Förderdruck unterliegt, zusätzlich mit periodischen Druckschwankungen moduliert, welche durch die angeregten Ausgleichsströmungen einem Verklumpen oder Ansetzen an der Oberfläche der Wendelnuten entgegenwirken.Due to the surface structuring in the helical pitch, in conjunction with a specific borehole diameter along the helical grooves, there is a periodic change in the groove cross-sectional area, which is available for transporting the abrasive-deposited material. Thus, the material transported away along the helical groove, which thus approximately ei Subject to a constant delivery pressure, additionally modulated with periodic pressure fluctuations, which counteract by the excited compensating flows clumping or attachment to the surface of the helical grooves.

Vorteilhaft ist eine längs der umlaufenden Wendelnut verlaufende Kurve durch die Erhöhungen und/oder Vertiefungen periodisch moduliert, wodurch es längs eines entlang der Kurve verlaufenden Strömungspfades zu periodischen Druckschwankungen kommt.Advantageous is a longitudinal the circumferential helical groove extending curve through the elevations and / or Wells are periodically modulated, bringing it along one along the curve extending flow path comes to periodic pressure fluctuations.

Vorteilhaft ist die wendelförmig umlaufende Wellenlänge der radialen Modulation des Nutengrundes kleiner als die umfängliche Bogenlänge des Wendelnutquerschnitts, wodurch innerhalb eines infinitesimalen Längenbereiches ein Druckausgleich bereits durch zur Förderrichtung senkrechte Ausgleichsströmungen erzielbar ist, welche das geförderte Material zusätzlich in Bewegung hält.Advantageous is the helical one circumferential wavelength the radial modulation of the groove bottom smaller than the circumferential arc length of the helical groove cross section, whereby within an infinitesimal length range a pressure equalization already achieved by perpendicular to the conveying direction compensation flows is what the sponsored Material in addition keeps moving.

Vorteilhaft ist die Erstreckung der einzelnen Erhöhung und/oder Vertiefung längs der umlaufenden Wendelnut kleiner als quer dazu ausgebildet, wodurch sich insbesondere ein günstiges Verschleissverhalten bezüglich des längs der Wendelnut abrasiv entlangströmenden, abgetragenen Materials ergibt. Ein besonders vorteilhaftes derartiges Formverhältnis liegt im Bereich 0,8 bis 0,3.Advantageous is the extension of the single increase and / or depression along the circumferential helical groove smaller than transversely formed thereby especially a cheap one Wear behavior regarding of the longitudinal the helical groove flows along abrasive, removed material results. A particularly advantageous such aspect ratio is in the range 0.8 to 0.3.

Vorteilhaft ist über Erhöhungen oder über Vertiefungen insbesondere oder ausschliesslich der Nutengrund der Wendelnuten radial moduliert, wodurch selbst stark ausgeprägte Modulationen weder zu einer Verringerung der Dauerfestigkeit im Schaft noch zu einer Gefährdung im Randbereich der Hüllkurve führen.Advantageous is over increases or over depressions in particular or exclusively the groove bottom of the helical grooves modulated radially, whereby even pronounced modulations neither to a Reduction of the fatigue strength in the shaft still a hazard in the Border area of the envelope to lead.

In einer vorteilhaften alternativen Ausführungsform ist die Oberfläche der Wendelnuten schuppenartig mit zum Einsteckende hin orientierten, steiler abfallenden Kanten ausgebildet, wodurch der Ausgleichsströmung eine Vorzugsrichtung in Förderrichtung aufgeprägt wird.In an advantageous alternative embodiment, the surface of the Wendelnuten scale-like with the Einsteckende oriented, steeper sloping edges formed, whereby the compensating flow a Preferred direction in the conveying direction imprinted becomes.

Die Modulation wird vorteilhaft in eine Oberflächenschicht eingeprägt, welche auf das Schaftmaterial wie Stahl haftfest aufgebracht ist. Weiter vorteilhaft weist die Stahloberfläche zur optimalen Haftung der Oberflächenschicht eine Mindestrauhigkeit auf, die vorteilhaft in der Grössenordnung der Zerspanungsmarkierungen bei der Herstellung der Wendelnuten liegen.The Modulation is advantageously embossed in a surface layer, which is firmly adhered to the shaft material such as steel. Further Advantageously, the steel surface for optimal adhesion of surface layer a minimum roughness on, which is advantageous in the order of magnitude the cutting marks in the production of helical grooves lie.

Als Material für die Oberflächenschicht eignet sich vorteilhaft ein Kunststoff oder eine Keramik, welche in flüssiger Form als Lack oder in pulvriger Form aufgetragen werden. Weiter vorteilhaft weist dieses Material eine schmutzabweisende Eigenschaft auf, bspw. durch eine geringe Oberflächenspannung eines Materials wie Polyethylen oder Polytetraflurethylen oder durch nanostrukturierte konvexe Oberflächenausbildungen mit Selbstreinigungseigenschaften durch partikelgefüllte Materialen.When Material for the surface layer is advantageously a plastic or ceramic, which in liquid Form can be applied as a varnish or in powder form. Further This material advantageously has a dirt-repellent property on, for example, by a low surface tension of a material such as polyethylene or polytetrafluoroethylene or by nanostructured convex surface formations with self-cleaning properties due to particle-filled materials.

Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:The Invention is related an advantageous embodiment explained in more detail with:

1 als Wendelbohrer mit radial modulierter Wendelnut 1 as a helical drill with radially modulated helical groove

2 als Wendelausschnitt 2 as a spiral cut

3 als Wendelausschnitt 3 as a spiral cut

4 als Wendelausschnitt 4 as a spiral cut

5 als Wendelausschnitt mit Oberflächenschicht 5 as spiral cut with surface layer

Nach 1 weist ein Wendelbohrer 1 für Gestein mit einem Schaft 2 zwischen einem Einsteckende 3 und einem Werkzeugkopf 4 mit Schneiden 5 aus Hartstoff zwischen zwei Wendelgängen 6, 6' eine, eine Drehachse A wendelförmig umlaufende, Wendelnut 7 auf, welche bezüglich der Oberfläche der Wendelnut 7 längs der umlaufenden Wendelnut 7 eine radial modulierte, glatte Kurve beschreibt, die mit der Kreisfrequenz der Wendelnut 7 periodisch ist. Der radial modulierte Nutengrund 8 ist an einer Erhöhung 9 radial weiter von der Drehachse A beabstandet als an einer Vertiefung 10.To 1 has a helical drill 1 for rock with a shaft 2 between an insertion end 3 and a tool head 4 with cutting 5 made of hard material between two helical turns 6 . 6 ' one, a rotation axis A helically encircling, helical groove 7 on which with respect to the surface of the helical groove 7 along the circumferential helical groove 7 describes a radially modulated, smooth curve, with the angular frequency of the helical groove 7 is periodic. The radially modulated groove bottom 8th is at an increase 9 radially further spaced from the axis of rotation A than at a recess 10 ,

Nach 2 ist eine wendelförmig umlaufende Wellenlänge λ der radialen Modulation des Nutengrundes 8 kleiner als die umfängliche Bogenlänge B des Wendelnutquerschnitts.To 2 is a helically encircling wavelength λ of the radial modulation of the groove bottom 8th smaller than the circumferential arc length B of the spiral groove cross-section.

Nach 3 ist die, sich über den gesamten Wendelgang 7 erstreckende, radiale Modulation über eine Vielzahl noppenformähnlicher Erhöhungen 9 und noppenformähnlicher Vertiefungen 10 ausgeführt, welche jeweils elliptisch ausgeführt und mit der kleineren Halbachse längs des Wendelgangs 7 angeordnet sind.To 3 is the, over the entire Wendelgang 7 extending, radial modulation over a variety of knob-like elevations 9 and stud-like depressions 10 executed, each elliptical running and with the smaller half-axis along the spiral path 7 are arranged.

Nach 4 ist der Nutengrund 8 schuppenartig mit zum Einsteckende 3 hin orientierten, steiler abfallenden Kanten ausgebildet.To 4 is the groove bottom 8th scaly with to the insertion end 3 formed oriented, steeper sloping edges.

Nach 5 weist der Nutengrund 8 eine Oberflächenschicht 11 auf, in welche die radiale Modulation eingeprägt ist.To 5 has the groove bottom 8th a surface layer 11 on, in which the radial modulation is impressed.

Claims

Helical drill for rock with a, between a spigot ( 3 ) and a tool head ( 4 ), shaft ( 2 ) with at least one whom delförmig encircling helical groove ( 7 ), characterized in that the surface of the circumferential helical groove ( 7 ) at least partially via increases ( 9 ) and / or via depressions ( 10 ), the elevations ( 9 ) and / or depressions ( 10 ) are pronounced noppenform similar.

Helical drill bit according to claim 1, characterized in that one along the circumferential helical groove ( 7 ) running curve through the elevations ( 9 ) and / or depressions ( 10 ) is periodically modulated.

Twist drill according to claim 2, characterized that's a helical one circumferential wavelength (λ) the Modulation smaller than the circumferential arc length (B) is the Wendelnutquerschnitts.

Helical drill according to one of the preceding claims, characterized in that at least partially the extent of the individual increase ( 9 ) and / or depression ( 10 ) along the circumferential helical groove ( 7 ) is smaller than transverse to it.

Helical drill according to one of the preceding claims, characterized in that a radial groove bottom ( 8th ) of the helically revolving helical groove ( 7 ) at least partially via increases ( 9 ) and / or via depressions ( 10 ) is modulated radially.

Helical drill according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the circumferential helical groove ( 7 ) is formed scaly.

Twist drill according to one of the preceding claims, characterized in that one, in the circumferential helical groove ( 7 ) on the material of the shaft ( 2 ) adhered surface layer ( 11 ) is modulated radially.

Twist drill according to claim 7, characterized in that the surface of the circumferential helical groove ( 7 ) has a minimum roughness, which in the order of magnitude of the cutting marks in the production of helical grooves ( 7 ) lies.

Twist drill according to claim 7 or claim 8, characterized in that the surface layer ( 11 ) made of plastic or ceramic.

Helical drill bit according to one of claims 7 to 9, characterized in that the surface layer ( 11 ) has a dirt-repellent property.