DE102006000108A1

DE102006000108A1 - Hartstoffschneide

Info

Publication number: DE102006000108A1
Application number: DE102006000108A
Authority: DE
Inventors: Kay Heemann; Wolfgang Ludwig; Michael Bayerl
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-13
Also published as: US20070209842A1; AU2007200718A1; NZ553275A

Abstract

Eine Hartstoffschneidplatte (1) für einen Bohrkopf (2), mit einer längs dessen Bohrachse (A) orientierten Höhe (H), einer dazu senkrechten Länge (L) sowie einer zu beiden senkrechten Dicke (D), welche über die Länge (L) zumindest zwei Schneidkanten (4a, 4b), in der Höhe (H) eine den Schneidkanten (4a, 4b) gegenüberliegende Basisfläche (6) sowie in der Dicke (D) beabstandet eine erste Seitenfläche (5a) und eine zweite Seitenfläche (5b) aufweist, wobei die erste Schneidkante (4a) der ersten Seitenfläche (5a) und die zweite Schneidkante (4b) der zweiten Seitenfläche (5b) nahe ist, wobei ein der jeweiligen Schneidkante (4a, 4b) gegenüberliegender Längenteil der Basisfläche (6) jeweils eine Aussparung (7a, 7b) aufweist, die sich bis auf die Seitenfläche (5a, 5b) erstreckt, welche der Schneidkante (4a, 4b) nahe ist.

Description

Die Erfindung bezeichnet eine meisselförmige Hartstoffschneide für Gesteinsbohrköpfe, insbesondere für Injektionsbohranker.
Derartige als Massenware hergestellte Bohrköpfe weisen bei einem Eckmass zwischen 25 mm und 60 mm einen geringen Komplexitätsgrad auf. Weil Injektionsbohranker zum einmaligen Gebrauch in grossen Stückzahlen benötigt werden, kommt der effektiven und materialsparenden Herstellung dieser Bohrköpfe eine hohe Bedeutung zu. Als effektiv erweist sich ein gabelförmiger Bohrkopf mit zwei fingerförmig freistehenden Plattenträgern und einem damit hart verlöteten, plattenförmigen Hartstoffeinsatz, der eine meisselförmige Schneide mit Schneidkanten und schrägen Schneidflächen ausbildet.
Meisselförmige Hartstoffschneiden werden üblicherweise als Hartstoffplatten mit zwei zueinander diametral giebelartig angeordneten Scheiden ausgebildet. Beim Herstellungsprozess der Hartstoffplatten durch Sintern wird zur Formung des Rohlings zuvor Pulver in einer Pressform unter hohem Druck normal zu den Seitenflächen zusammengepresst. Dabei formt die hydrodynamische Druckverteilung im Pulver durch Fliessprozesse die Pressform aus und gibt der Hartstoffplatte ihre Geometrie. Diese Fliesprozesse haben wesentliche Auswirkungen auf die Homogenität der Pulververteilung und somit auf die Qualität des späteren Sinterbauteils, insbesondere in den Randbereichen, welche gerade bei als meisselförmige Hartstoffschneiden verwendeten Hartstoffplatten die hochbeanspruchten Schneidkanten ausbilden. Nicht hinreichend dicht oder unvollständig ausgebildete Schneidkanten stellen potentielle Rissinitierungskerben dar. Dadurch hat vermittelt über den Fliessprozess beim Pressen des Rohlings die Geometrie der Hartstoffplatte einen wesentlichen Einfluss auf die Standzeit der daraus ausgebildeten Hartstoffschneide.
Die DE2802119 offenbart einen Bohrkopf mit einem hart eingelöteten plattenförmigen Hartstoffeinsatz, der eine meisselförmige Schneide ausbildet. Die der mittig angeordneten Schneidkante gegenüberliegende Basisfläche ist durchgängig beidseitig angeschrägt und bildet einen abgerundeten Übergang zu den Seitenflächen aus.
Nach der US5464068 ist bei einem Bohrkopf die aus CVD-Diamant ausgebildete Hartstoffschneidplatte geringer Höhe winkelartig, mit einer den zwei längs zueinander giebelartig angeordneten Scheidkanten parallel zugeordneten konkaven Basisfläche ausgebildet, die senkrecht zu den Seitenflächen verläuft.
Nach der GB971971 weist eine dicke Hartstoffschneidplatte, die an der Basisfläche durchgängig beidseitig angefast ist, an der zentralen Schneidkante beidseitig je eine konkave Mulde auf, wodurch die Hartstoffschneidplatte im mittleren Schneidkantenbereich dünner wird.
Nach der WO2004027206 weist die Basisfläche einer Hartstoffschneidplatte eine konkave Aussparung auf, in welche ein Flügel des fingerförmig freistehenden Plattenträgers eines gabelförmigen Bohrkopfes passend eingreift. Die Aussparung befindet sich auf der Seite der Schneidkante.
Nach der US4489798 sind längs einer dünnen (die Dicke beträgt weniger als ein Zehntel der Länge) Hartstoffschneidplatte zwei zueinander giebelartig angeordnete Scheidkanten vorhanden, die mit unterschiedlichen Seitenflächen ausgebildet sind. Zudem sind Seitenschneidkanten vorhanden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der materialsparenden Realisierung einer durch Sintern herstellbaren meisselförmigen Hartstoffschneidplatte für einen Bohrkopf hoher Standzeit.
Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
So weist eine Hartstoffschneidplatte für einen Bohrkopf, welche über einer zu dessen Bohrachse senkrechten Länge zumindest zwei Schneidkanten aufweist, eine den Schneidkanten axial in einer Höhe gegenüberliegende Basisfläche sowie eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche auf, welche in einer Dicke beabstandet sind, wobei die erste Schneidkante der ersten Seitenfläche und die zweite Schneidkante der zweiten Seitenfläche nahe ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein der jeweiligen Schneidkante gegenüberliegender Längenteil der Basisfläche jeweils eine Aussparung aufweist, die sich bis auf die Seitenfläche erstreckt, welche der Schneidkante nahe ist.
Durch die Aussparung der Basisfläche auf der Seitenfläche der Schneidkante wird beim Pressen des Rohlings normal zu den Seitenflächen ein Scherdruck in Richtung der Schneidkante erzeugt, der über die zugeordnete Scherströmung das Pulver verstärkt in Richtung Schneidkante fliessen lässt und dort zu einer homogenen und dichten Pulververteilung führt. Potentielle Rissinitierungskerben in der Schneidkante werden somit vermieden. Durch die den beiden Schneidkanten zugeordneten, über der Länge verteilt auf unterschiedlichen Seitenflächen befindlichen beiden Aussparungen, sind die beiden bezüglich der Dicke unterschiedlich orientierten Partialdrücke hinreichend voneinander separiert und heben sich nicht gegenseitig auf. Somit sind materialsparende Hartstoffschneidplatten geringer Höhe mit hinreichender Standzeit über Sintern herstellbar.
Vorteilhaft ist die Schneidkante direkt an der Seitenfläche ausgebildet, wodurch diese besonders scharf ist.
Vorteilhaft beträgt das (bezüglich einer zur Seitenfläche senkrechten Basislotfläche gemessene) Aussparungsvolumen zwischen der Hälfte und dem Doppelten, weiter vorteilhaft dem Einfachen, des (bezüglich einer zur Seitenfläche senkrechten Gegenkantenlotfläche gemessene) Schneidenvolumens, wodurch im Sinne einer Kontinuitätsgleichung das von der Schneide zusätzlich auszufüllende Volumen an Pulver an der Basisfläche vermindert ist.
Vorteilhaft ist der durch den Mittelteil einer Schneidkante verlaufende Querschnitt im Wesentlichen parallelogrammförmig, begrenzt durch die beiden zueinander parallelen Seitenflächen sowie durch die ebenfalls zueinander parallelen Schneidfläche und Basisfläche, die jeweils mit einem spitzen Freiwinkel schräg verlaufen. Da ein Parallelogramm bekanntlich über eine Scherung eines Rechtecks entwickelbar ist, sind beim Fliessprozess homogen verteilte infinitessimale Scherdeformationen ohne langreichweitigen Pulvertransport zur vollständigen Ausfüllung dies Querschnitts hinreichend.
Vorteilhaft beträgt sowohl die Dicke als auch die Höhe weniger als ein Drittel, weiter vorteilhaft ein Viertel, der Länge, wodurch die Hartstoffschneidplatte sehr materialsparend ausgebildet ist. Die damit verbundene Querschnittsverminderung erhöht in der Länge die Nachgiebigkeit der Harstoffschneidplatte, die das Bohrereckmass ausbildet. Zudem verringert eine geringe Höhe der Hartstoffschneidplatte die beim hart Verlöten mit dem Bohrkopf durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten erzeugte Eigenspannung innerhalb der Lotschicht. Somit steigt die Beanspruchbarkeit der Hartstoffschneidplatte und des Bohrkopfes.
Vorteilhaft ist die Basisfläche über der Länge konkav ausgebildet, wodurch bei längs giebelförmig angeordneten Schneidkanten eine winkelförmig ausgebildete Hartstoffschneidplatte realisiert ist, deren zentrale Höhe verringert ist, wodurch wiederum Material eingespart wird.
Vorteilhaft ist die Aussparung längs beidseitig begrenzt ausgebildet, wodurch am Längsrand der Hartstoffschneidplatte beim Pressen auch eine Scherkomponente in Richtung einer Seitenschneitkante entsteht, die gerade bei Injektionsbohrankern zur Masshaltigkeit des Bohrereckmasses eine hohe Standzeit aufweisen muss.
Vorteilhaft wird eine derartige Hartstoffschneidplatte für einen Bohrkopf eines Injektionsbohrankers verwendet, da diese für ein als Massenware hergestelltes und nur einmal verwendbares Produkt besonders effektiv und materialsparend ist.
Die Erfindung wird bezüglich eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert mit:
1 als Seitenansicht einer Hartstoffschneidplatte
2 als Querschnitt durch den Mittelteil einer Schneidkante
Nach 1 weist eine meisselförmige Hartstoffschneidplatte 1 für einen nur angedeuteten gabelförmigen Bohrkopf 2 eines Injektionsbohrankers 3 über einer zu dessen Bohrachse A senkrechten Länge L von 60 mm genau zwei giebelförmig angeordneten Schneidkanten 4a, 4b auf, die direkt an unterschiedlichen, in einer Dicke D von 3 mm beabstandeten Seitenflächen 5a, 5b ausgebildet sind. Dabei weist ein der jeweiligen Schneidkante 4a, 4b in einer Höhe H von 8 mm gegenüberliegender Längenteil der Basisfläche 6 jeweils eine längs beidseitig begrenzt ausgebildete Aussparung 7a, 7b auf, die sich bis auf genau die Seitenfläche 5a, 5b erstreckt, welche auch die Schneidkante 4a, 4b ausbildet. Die Basisfläche 6 selbst ist über der Länge L konkav ausgebildet. Die Schneidkanten 4a, 4b gehen an derselben Seitenfläche 5a, 5b zu Seitenschneitkanten 11a, 11b über.
Nach 2 beträgt das bezüglich einer zur Seitenfläche 5a senkrechten Basislotfläche 8 gemessene Aussparungsvolumen VA der das gleiche wie das bezüglich einer zur Seitenfläche 5a senkrechten Gegenkantenlotfläche 9 gemessene Schneidenvolumen VS. Der Querschnitt selbst ist im wesentlichen parallelogrammförmig, begrenzt durch die beiden zueinander parallelen Seitenflächen 5a, 5b sowie durch die ebenfalls zueinander parallelen Schneidfläche 10 und Basisfläche 6, die jeweils mit einem spitzen Freiwinkel [alpha] schräg verlaufen.

Claims

Hartstoffschneidplatte für einen Bohrkopf (2), mit einer längs dessen Bohrachse (A) orientierten Höhe (H), einer dazu senkrechten Länge (L) sowie einer zu beiden senkrechten Dicke (D), welche über die Länge (L) zumindest zwei Schneidkanten (4a, 4b), in der Höhe (H) eine den Schneidkanten (4a, 4b) gegenüberliegende Basisfläche (6) sowie in der Dicke (D) beabstandet eine erste Seitenfläche (5a) und eine zweite Seitenfläche (5b) aufweist, wobei die erste Schneidkante (4a) der ersten Seitenfläche (5a) und die zweite Schneidkante (4b) der zweiten Seitenfläche (5b) nahe ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein der jeweiligen Schneidkante (4a, 4b) gegenüberliegender Längenteil der Basisfläche (6) jeweils eine Aussparung (7a, 7b) aufweist, die sich bis auf die Seitenfläche (5a, 5b) erstreckt, welche der Schneidkante (4a, 4b) nahe ist.
Hartstoffschneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (4a, 4b) direkt an der Seitenfläche (5a, 5b) ausgebildet ist.
Hartstoffschneidplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aussparungsvolumen (VA) zwischen der Hälfte und dem Doppelten des Schneidenvolumens (VS) beträgt.
Hartstoffschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Mittelteil einer Schneidkante (4a, 4b) verlaufende Querschnitt im Wesentlichen parallelogrammförmig ist.
Hartstoffschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Dicke (D) als auch die Höhe (H) weniger als ein Drittel der Länge (L) beträgt.
Hartstoffschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisfläche (6) über der Länge (L) konkav ausgebildet ist.
Hartstoffschneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (7a, 7b) längs beidseitig begrenzt ausgebildet ist.
Verwendung einer Hartstoffschneidplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für einen Bohrkopf (2) eines Injektionsbohrankers (3).