DE102012015369A1

DE102012015369A1 - Bohrkopf für einen Bohrer und Bohrer

Info

Publication number: DE102012015369A1
Application number: DE201210015369
Authority: DE
Inventors: Rainer Eggers; Florian Probst; Walter HULM; Manfred Geier
Original assignee: Irwin Industrial Tool Co
Current assignee: Irwin Industrial Tool Co
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-06

Abstract

Ein Bohrkopf aus Hartmetall für einen Bohrer, wie einen Gesteinsbohrer, mit einer einem Bohrerschaft des Bohrers zuzuwendenden Montageseite zum Befestigen des Bohrkopfs an den Bohrerschaft und einer freien Schneidseite mit drei Hauptschneidkanten, die jeweils eine insbesondere geradlinige Erstreckungsrichtung mit einer überwiegenden, radial zu einer axialen Arbeitsdrehsachse des Bohrers weisenden Radial-Richtungskomponente aufweisen, wobei die Erstreckungsrichtungen zwei benachbarte Hauptbohrmehlabfuhrsektoren begrenzen, die jeweils einen Hauptsektorwinkel aufspannen, von denen zwei größer 120° sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrkopf aus Hartmetall, wie Karbid, für einen Bohrer, wie einen Gesteinsbohrer. Ein mit dem Bohrerschaft zu koppelnder Bohrkopf besteht üblicherweise aus Hartmetall. Der gesamte Bohrkopf von den die Bohrlochwand kontaktierenden Seiten, von der Spitze bis zu den Wendelgängen des Bohrerschafts ist aus Hartmetall gebildet. Für gewöhnlich haben Gesteinsbohrer mit derartigen Hochleistungsbohrköpfen einen Bohrernenndurchmesser kleiner 100 mm und werden zur Bearbeitung von Mauerwerk, Beton oder Stahlbeton mit einer elektrischen Handschlagbohrmaschine oder einem Bohrhammer eingesetzt.
Ein Hartmetallbohrkopf mit drei Schneidschenkeln für einen Gesteinsbohrer ist aus EP 1 270 162 B1 bekannt. Die Schneidschenkel sind paarweise in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet und bilden jeweils eine Hauptschneidkante aus, die sich im Wesentlichen geradlinig vom radial äußersten Ende des Schneidschenkels hin zu einer Arbeitsdrehachse des Bohrkopfes erstreckt. Zwischen jeweils zwei Hauptschneidkanten sind in gleichen Abständen zueinander und zu den Hauptschneidkanten Zusatzschneiden mit kürzerer radialer Länge ausgebildet. Alle Haupt- und Zusatzschneiden laufen in einer meißelfreien Bohrkopfspitze zusammen.
EP 1 275 457 A1 offenbart einen Gesteinsbohrer mit einem Bohrkopf aus Hartmetall, der eine polygonale Grundform und drei Hauptschneiden aufweist, die jeweils paarweise zueinander in einem 120°-Winkel angeordnet sind.
Bei den bekannten Bohrern mit drei Hauptschneiden wird beim Bohren durch die Auflage auf drei Hauptschneiden im Bohrloch eine hohe Lochqualität erreicht. Bei grobkörnigem Bohrmehl zeigte sich jedoch, dass es wegen der kleinen Räume zwischen den Schneiden vergleichsweise lange dauert, bis das Bohrmehl abrieselt, weil es zuerst zerkleinert werden muss. Beim Schlagbohren ist allerdings eine besonders zügige Bohrmehlabfuhr wünschenswert, da sonst Verdichtungen von nicht aus dem Bohrloch abgeführtem Bohrmehl zu höherer Reibung, Wärme und folglich größerem Verschleiß des Bohrkopfs führen sowie die Bohrvorschubleistung wegen der Dämpfung der Schlagenergie durch das Bohrklein nachlässt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, einen Hartmetallbohrkopf bereitzustellen, der die Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere ohne Einbußen bei der Lochqualität eine ausreichende Bohrleistung bei geringem Bohrkopfverschleiß erzielt, wobei die Standfestigkeit deutlich erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Danach weist ein Bohrkopf aus Hartmetall für einen Bohrer, wie einen Gesteinsbohrer, eine einem Bohrerschaft des Bohrers zuzuwendende Montageseite zum Befestigen, vorzugsweise Schweißen, des Bohrkopfs an den Bohrerschaft auf sowie eine freie Schneidseite mit drei Hauptschneidkanten. Die Hauptschneidkanten sind entlang jeweils einer insbesondere geradlinigen Erstreckungsrichtung mit einer überwiegenden, insbesondere rein radial zu einer axialen Arbeitsdrehachse des Bohrers weisenden Richtungskomponente ausgebildet. Die Erstreckungsrichtungen begrenzen zwei benachbarte Hauptbohrmehlabfuhrsektoren, die jeweils einen Hauptsektorwinkel aufspannen. Erfindungsgemäß sind die Hauptsektorwinkel größer als 120°.
Überraschenderweise zeigte sich, dass durch die erfindungsgemäße Maßnahme zwei Hauptbohrmehlabfuhrsektoren größer als 120° auszubilden, beim Hammerbohren mit großer Schlagenergie die Bohrmehlabfuhr im Vergleich zu einem Bohrkopf mit drei gleich großen Bohrmehlabfuhrsektoren auch bei vergleichbarem Gesamtabfuhrvolumen erheblich verbessert ist, weil grobkörniges Bohrgut unmittelbar abrieseln kann, ohne zunächst zerrieben werden zu müssen.
Durch das Aufspannen von zwei Hauptbohrmehlabfuhrsektoren über 120° hinaus geht zwar eine Verkleinerung des weiteren Nebenbohrmehlabfuhrsektors einher, allerdings zeigte sich, dass die Bohrmehlabfuhr aufgrund der beiden großen Hauptbohrmehlabfuhrsektoren deutlich verbessert ist. Auch durch die aufgrund der Vergrößerung zweier Bohrmehlabfuhrsektoren einhergehende fehlende Rotationssymmetrie und Punktsymmetrie des Bohrkopfs ist die Bohreffektivität erhöht. Bei der Drehung des erfindungsgemäßen Bohrkopfs wechseln sich Phasen höherer Abrasion und geringerer Abrasion ab, wodurch eine bessere Anpassung des Bohrwerkzeugs auf ein inhomogenes Bohrgut, wie Beton, erreicht ist. Auch das Anbohren oder die Wiederaufnahme des Bohrens in bereits bestehende Bohrlöcher wird mittels des erfindungsgemäßen Bohrkopfs erleichtert, weil der Bohrkopf aufgrund seiner fehlenden Rotationssymmetrie nicht in den zuletzt geformten Bohrlochabdruck fällt.
Eine Hauptschneidkante sei erfindungsgemäß insbesondere dann definiert, wenn sie in deren Verlauf im Wesentlichen auf einer Kegelmantelebene liegt, deren Symmetrieachse mit der Bohrerachse zusammenfällt. Es sei klar, dass eine Hauptschneidkante an der Bohrerspitze in eine Meißelstruktur münden kann, die aus der Kegelmantelebene vorragen kann. Nebenschneiden können an dem erfindungsgemäßen Bohrkopf geformt sein, liegen allerdings in Axialrichtung zurückgesetzt zur Kegelmantelebene, längs der die Hauptschneidkanten verlaufen. Wie oben beschrieben, sind die Bohrmehlabfuhrsektoren durch im Wesentlichen geradlinige Erstreckungsrichtungen der Schneidkanten begrenzt, wobei klar ist, dass eine Schneidkante längs der „gedachten” Begrenzungslinie der Erstreckungsrichtung verlaufen muss, sondern auch unterbrochen sein oder abschnittsweise vollständig fehlen kann. Nach dem Abrieb und Entstehung des Bohrmehls des Bohrguts fällt das Bohrmehl an der Schneidkante ab und gelangt über einen Bohrmehlkanal in dem Bohrmehlabfuhrsektor in einen Wendelgang des Bohrerschafts.
Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Hauptsektorwinkel gleich groß, was zur Reduzierung einer Umwucht am Bohrkopf beiträgt. Vorzugsweise sind die Hauptbohrmehlabfuhrsektoren frei von weiteren Schneidkanten. Bohrgut kann somit ungehindert abgeleitet werden, so dass es nicht zu einem Verpressen des gelösten Materials in aufeinander folgenden Schlagbohrtakten kommt. Vorzugsweise erstrecken sich die Hauptbohrmehlabfuhrsektoren in axialer Bohrererstreckungsrichtung von einer durch die Hauptschneiden aufgespannten Mantelfläche eines gedachten Bohrkegels, dessen Kegelspitze auf der Arbeitsdrehachse liegt, bis hin zu Wendelgängen des Bohrers.
Die freie Schneidseite des Bohrkopf kann in dem Bereich der Hauptbohrmehlabfuhrsektoren Kanten zur Begrenzung von Span- und/oder Freiflächen oder und/oder Bohrmehlführungskanten aufweisen, welche allerdings unterhalb der Mantelfläche des Bohrkegels liegen und keine Wirkung als Schneidkanten haben.
Bei einer bevorzugten Ausführung sind die zwei Hauptsektorwinkel zwischen etwa 125° und etwa 150°, vorzugsweise zwischen etwa 130° und etwa 135° groß. Überraschenderweise fanden die Erfinder für die am häufigsten bearbeiteten Materialien bei diesen bevorzugten Winkeln ein Optimum bezüglich der Laufruhe und Bohrgutabfuhr.
Bei einer bevorzugten Ausführung schließen die Hauptbohrmehlabfuhrsektoren einen Nebenbohrmehlabfuhrsektor ein. Insbesondere spannt der Nebenbohrmehlabfuhrsektor einen Nebensektorwinkel kleiner oder gleich 110° und größer etwa 20° auf. Insbesondere ist der Nebensektorwinkel größer etwa 50°. Vorzugsweise beträgt der Nebensektorwinkel zwischen etwa 100° und etwa 90°. Der Hauptsektorwinkel und der Nebensektorwinkel ergänzen sich zu einer Winkelsumme von 360°.
Bei einer bevorzugten Ausführung weist eine der Hauptschneidkanten eine größere Länge entlang deren Erstreckungsrichtung als die weiteren Hauptschneiden auf. Vorzugsweise weisen alle Hauptschneidkanten eine unterschiedliche Länge auf. Der Bohrkopf kann eine Langhauptschneidkante aufweisen, die die längste Hauptschneidkante der drei Hauptschneidkanten ist. Des Weiteren kann der Bohrkopf eine Mittelhauptschneide und eine Kurzhauptschneide aufweisen, die die kürzeste der Hauptschneidkanten ist. Die Mittelhauptschneidkante ist länger als die Kurzhauptschneide und kürzer als die Langhauptschneide. Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst eine längste der Hauptschneiden oder Langhauptschneide eine insbesondere punktsymmetrisch zur Arbeitsdrehachse ausgebildete, kuppelförmige Meißelspitze sowie einen Langabschnitt und einen Kurzabschnitt, die vorzugsweise relativ zur Arbeitsdrehachse diametral gegenüberliegend ausgebildet sind und jeweils kontinuierlich, insbesondere stetig in die Meißelspitze münden, so dass ein kontinuierlicher dachförmiger Schneidenverlauf innerhalb und oberhalb der Mantelfläche des Bohrkegels ausgebildet ist. Vorteilhaft sind hierbei die verbesserte Schlagenergieübertragung und die effektive Kippstabilisierung des Bohrkopfs im Bohrloch, insbesondere im Hinblick auf die axiale Schlagbewegung, durch die diametral gegenüberliegenden Schneidenabschnitte.
Vorzugsweise ist eine jeweilige Hauptschneide jeweils durch einen kontinuierlichen, insbesondere überwiegend geradlinigen Scheitelverlauf zwischen einer Span- und einer Freifläche definiert, der in der Mantelfläche oder oberhalb der Mantelfläche des Bohrkegels liegt.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Nebenbohrmehlabfuhrsektor durch eine Meißelspitze und/oder gegebenenfalls den Kurzabschnitt Hauptschneide belegt. Insbesondere teilt eine vorzugsweise geradlinige Erstreckungsrichtung des Kurzabschnitts den Nebensektorwinkel in zwei im Wesentlichen gleich große Teilsektoren. Mit dem Kurzabschnitt wird nicht nur grobes Bohrgut zerkleinert, sondern Bohrklein, das über den Nebenbohrmehlabfuhrsektor nicht abtransportiert werden kann, in einen der Hauptbohrmehlabfuhrsektoren geleitet oder umgekehrt.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist eine Hauptschneide und/oder eine zwei Hauptschneiden derart dimensioniert, dass diese sich nicht schneiden, so dass ein schneidkantenfreier Abstand zwischen den Hauptschneiden zur Bohrmehlabfuhr gebildet ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Hauptschneide und/oder die zwei Hauptschneide von einem radial äußeren Ende bis zu einem radial inneren Ende auf dem Bohrkopf, vorzugsweise mit einer konstanten Steigung in Axialrichtung. Insbesondere sind die radial äußere Enden durch eine Abrundung der Hauptschneidkante hin zu einer radial äußersten Kurzseite eines Schenkels des Bohrkopfs festgelegt. Vorzugsweise sind die radial äußeren und inneren Enden der Hauptschneiden durch eine Verringerung der konstanten Steigung definiert. Insbesondere beträgt der schneidkantenfreie, rein radiale Abstand vom radial inneren Ende der Hauptschneide einer längsten Hauptschneide, wenigstens der Länge der Hauptschneide. Insbesondere entspricht der rein radiale Abstand vom radial inneren Ende der weiteren Hauptschneide zur längsten Hauptschneide wenigstens 0,8 mal der Länge der weiteren Hauptschneide.
Durch die Verkürzung der Hauptschneiden auf dem Bohrkegel wurde nicht nur die reibende Schneidkantenauflagelänge in dem Bohrloch reduziert, was zu geringerer Wärmeentwicklung und Verschleiß führt. Es zeigte sich zudem überraschenderweise, dass über die schneidkantenfreien Bereiche bei Überlastung eines Bohrmehlabfuhrsektors Bohrmehl in einen benachbarten Bohrmehlabfuhrsektor abfließen kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind am Bohrkopf genau drei Hauptschneidkanten ausgebildet. Vorzugsweise ist der Bohrkopf frei einer Verzapfung mit dem Bohrerschaft verbunden. Durch diese Maßnahme konnten an allen Seiten des Bohrkopfs große Bohrmehlabfuhrbereiche vorgesehen werden.
Vorzugsweise ist die Montageseite des Bohrkopfs absatzfrei, insbesondere eben, was die Montage des Bohrkopfs an einem Bohrerschaft fertigungstechnisch erleichtert und eine kostengünstige Herstellung erlaubt. Insbesondere ist der Bohrkopf schneidplattenfrei oder schneideinsatzfrei und die Schneidkanten mit dem gesamten Bohrkopf einstückig ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Bohrkopf im Wesentlichen einen Y-Formkörper mit einem Basisschenkel und zwei Seitenschenkeln auf. Insbesondere begrenzen in Radialrichtung konkave Wandflächen des Basisschenkels und der Seitenschenkel die insbesondere im Wesentlichen parallel zur axialen Bohrervorschubachse verlaufende Bohrmehlabfuhrsektoren. Die Wandflächen können in den jeweiligen Wendelgang des Bohrerschafts mündend übergehen. Insbesondere formen die Bohrmehlabfuhrsektoren zur Axialrichtung eine im Wesentlichen gleich bleibende Konkavitätskrümmung. Durch die konstante Krümmung der Bohrmehlabfuhrnuten treten rieselt das Bohrmehl gleichmäßig ab. Zudem bewirkt der sprungfreie Krümmungsverlauf eine homogene Spannungsverteilung an den Bohrkopfschenkel, so dass größere Schlagkräften aufgenommen werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Hauptmehlabfuhrsektoren sowie auch der Nebenbohrmehlabfuhrsektor durch eine in Radialrichtung betrachtet konkave Außenwandfläche des Bohrkopfs gebildet, die sich von der freien Schneidseite des Bohrkopfs in Axialrichtung möglichst stufenfrei hin zu dem jeweiligen Wendelgang des Bohrerschafts erstrecken soll. Die Konkavitätskrümmung um die Axialrichtung kann im Wesentlichen konstant sein.
Bei einer bevorzugten Ausführung schneiden sich die Erstreckungsrichtungen zweier Hauptschneidkanten in einem Schnittpunkt, der zur Arbeitsdrehachse versetzt ist. Durch den radialen Versatz der Erstreckungsrichtungen der Hauptschneidkanten besteht ein größerer Gestaltungsspielraum für eine besonders stabile, positionsgenaue oder tief eindringende Meißelspitze. Des Weiteren lässt sich der Bohrmehlabfluss weg von der Bohrdrehachse entsprechend der Ausprägung der von der Arbeitsdrehachse weg weisenden Radialrichtungskomponente vorteilhaft beeinflussen.
Insbesondere ist der radiale Abstand eines der Schnittpunkte zur Arbeitsdrehachse ungleich zum radialen Abstand des Radialabstands eines weiteren der Schnittpunkte. Insbesondere liegen alle Schnittpunkte versetzt zur Arbeitsdrehachse. Vorzugsweise sind alle radialen Abstände der Schnittpunkte zur Arbeitsdrehachse unterschiedlich. Diese Ausführung hat den besonderen Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit, dass eine Einschlagkerbe in dem Bohrloch bei einer Umdrehung ein weiteres Mal beaufschlagt wird, im Vergleich zu bekannten Bohrern erheblich gesenkt ist.
Vorzugsweise ist der Bohrkopf nicht drehsymmetrisch, d. h. bei einer beliebigen Drehung des Bohrkopfs von weniger als 360° um die Bohrerarbeitsdrehachse ist die Bohrkopfoberansicht stets unterschiedlich. Aufgrund dieser Asymmetrie ist die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass der Bohrer in aufeinanderfolgenden Schlagtakten mehrfach in die gleiche Schlagkerbe eindringt und dort bereits ausgeschlagenes Bohrmehl verfestigt oder durch die Schlagkerbenränder zusätzlichen Drehwiderstand erfährt.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist in der in Bohrerarbeitsdrehrichtung vorlaufenden Außenlangseite eines jeweiligen Y-Schenkels vorzugsweise am radial äußeren Schenkelende eine sich linear parallel zur Arbeitsdrehachse erstreckende Nut ausgebildet. Vorzugsweise verläuft ein Boden der Nut überwiegend parallel zur Hauptschneidkante des jeweiligen Schenkels. Vorzugsweise beträgt eine Tiefe der Nut lotrecht zur Erstreckungsrichtung der jeweiligen Hauptschneidkante mehr als etwa ein Zehntel, vorzugsweise mehr als etwa ein Siebtel einer radialen Schenkelbreite gemessen am radial äußersten Ende des Schenkels.
Die Erfindung betrifft auch einen Bohrer, insbesondere Gesteinsbohrer mit einem Bohrerschaft, der ein Einsteckende zum Einsetzen in ein Bohrgerät, eine Bohrmehlabfuhrwendel vorzugsweise mit drei Wendelgängen und einen erfindungsgemäßen Bohrkopf aufweist, der an einem dem Einsteckende gegenüber liegenden Aufnahmeende des Bohrerschafts befestigt ist.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung anhand der beiliegenden Zeichnung, in der 1 eine Stirnansicht von oben des erfindungsgemäßen Bohrkopfs zeigt.
Der erfindungsgemäße Bohrkopf 1 hat im Wesentlichen eine Y-Form mit einem Basisschenkel 2, von dem sich zwei im Seitenschenkel 4, 6 im Wesentlichen symmetrisch zur Erstreckung des Basisschenkels weg erstrecken. Der Bohrernenndurchmesser ist durch radial nach außen weisende Kurzseiten 23, 43, 63 der Y-Schenkel festgelegt, die sich im Verlauf einer Arbeitsumdrehung des Bohrers entlang einer Zylindermantelfläche bewegen, welche die Bohrlochwand definiert. Die Bohrerarbeitsdrehachse R verläuft durch das Zentrum des Bohrkopfs und bildet zudem den Mittelpunkt eines Bohrkopfumfangskreises. Der Bohrkopf ist aus einem Hartmetallvollkörper ausgebildet, der sich in Tiefenrichtung des Zeichnungsblatts entlang der Bohrerdrehachse erstreckt. An die Kurzseiten 23, 43, 63 der Y-Schenkel schließen sich in Bohrerarbeitsdrehrichtung voreilend jeweils vorlaufende Außenlangseiten 24, 44, 64 an, die in nachlaufende Außenlangseiten 62, 22, 42 des jeweiligen voreilenden Y-Schenkels münden.
An den dem Betrachter der Zeichnung zugewandten jeweiligen freien Schneidseiten ist jeweils eine Hauptschneidkante 21, 41, 61 als Scheitel zwischen jeweiligen sich in axialer Vorschubrichtung des Bohrers vom Bohrkopf abhebenden Span- und Freiflächen ausgebildet, wie durch Konturlinien angedeutet ist. Die Schneidkanten sind von unterschiedlicher Länge und erstrecken sich geradlinig von einem radial äußeren Ende 25, 45, 65, das durch eine D-förmige Abrundung hin zu den nach außen gewandten Kurzseiten 23, 43, 63 radial nach innen erstrecken. Die Erstreckungsrichtungen 29, 49, 69 der Schneidkanten weisen jeweils eine überwiegende radial zur Arbeitsdrehachse R des Bohrers weisende Richtungskomponente K sowie eine in Oberansicht nicht dargestellte Richtungskomponente in axialer Bohrervorschubrichtung auf.
Die Hauptschneiden umfassen Abschnitte konstanter Steigung in axialer Bohrervorschubrichtung, welche durch die Abrundungen an den radial äußeren Enden 25, 45, 65 und Übergänge zu durch Konturlinien 48, 68, 68' angedeutete Bohrmehlleitflächen begrenzt sind. Die Abschnitte konstanter Steigung definieren eine gedachte Mantelfläche eines Bohrkegels.
Die Schneidkanten teilen mit deren Erstreckungsrichtungen 29, 49, 69 den Bohrkopf in zwei Hauptbohrmehlabfuhrsektoren A, B sowie einen Nebenbohrmehlabfuhrsektor C auf. Die Bohrmehlabfuhrsektoren erstrecken sich von der Mantelfläche bis in Wendelgänge des Bohrers (nicht dargestellt). Die Hauptbohrmehlabfuhrsektoren A, B spannen jeweils einen Hauptsektorwinkel a, b von 135° auf. Der Nebenbohrmehlabfuhrsektor C spannt einen Nebensektorwinkel g von 90° auf.
Die auf dem Y-Basisschenkel 2 liegende Langhauptschneidkante 21 umfasst einen Langabschnitt 21a, einen dem Langabschnitt 21a relativ zur Arbeitsdrehachse R gegenüberliegenden Kurzabschnitt 21b und eine Meißelspitze 80, die sich punktsymmetrisch in Form einer Doppelkurve, deren Wendepunkt auf der Arbeitsdrehachse R des Bohrers liegt, über die Bohrerdrechachse erstreckt. Der Langabschnitt 21a, der Kurzabschnitt 21b und die Meißelspitze bilden einen ununterbrochenen Schneidkantenverlauf, wobei der Lang- und der Kurzabschnitt in der Bohrkegelmantelfläche liegen und die Meißelspitze zum Zentrieren in Axialrichtung aus dem Bohrkegel heraussticht.
Der Kurzabschnitt 21a teilt die Seitenschenkel 4, 6 im Wesentlichen mittig und parallel versetzt zur Erstreckungsrichtung 29 des Langabschnitts 21b. Der Kurzabschnitt 21a erstreckt sich in den Nebenbohrmehlabfuhrsektor C und teilt diesen in zwei etwa gleich große Teilsektoren C1 und C2 auf.
Die der Langhauptschneidkante 21 in Arbeitsdrehrichtung unmittelbar nachlaufende Mittelhauptschneidkante 41 ist kürzer als die Langhauptschneidkante 21 ausgebildet, jedoch länger als die der Langhauptschneidkante 21 in Arbeitsrichtung unmittelbar vorlaufende Kurzhauptschneidkante 61. An den radial inneren Enden 47, 67 der Mittelhaupt- und Kurzhauptschneidkanten verringert sich deren Steigung in relativ zur Axialrichtung, was in der Zeichnung durch Querlinien zu den Kanten angedeutet ist. Langhauptschneidkante 21 mit dem Meißelabschnitt überwiegend Bohrervorschubarbeit leistet, haben die zweitlängste Hauptschneidkante 41 und die kürzeste Hauptschneidkante 61 die zusätzliche Funktion, Bohrmehl abzutransportieren und den Bohrkopf in dem Bohrloch gemäß einer Dreipunktlagerung zu stabilisieren.
An die Mittelhauptschneidkante 41 schließt sich ein Bohrmehlleitabschnitt unterhalb des Bohrkegels an, wie durch die Linien 48 angedeutet ist, der frei geschlagenes Material gegebenenfalls vom Hauptbohrmehlabfuhrsektor B in den benachbarten Nebenbohrmehlabfuhrsektor C und umgekehrt leitet. Eine an die Kurzhauptschneidkante 61 anschließende Leitfläche, die durch die Linien 68, 68' angedeutet ist, bildet mit der Flanken längsten Hauptschneidkante 21 einen Nutkanal, der den Hauptbohrmehlabfuhrsektor A mit dem Nebenbohrmehlabfuhrsektor C zum Bohrmehlquertransport verbindet.
Die Hauptschneiden verlaufen zur jeweiligen Radialrichtungskomponente K in einem Winkel von weniger als 30°, wobei die längste Hauptschneide 21 auf dem Y-Stammschenkel 2 und die mittellange Hauptschneide 41 auf dem Y-Nebenschenkel 4 relativ zu Arbeitsdrehrichtung R radial innen voreilend ausgebildet sind und die kürzeste Hauptschneidkante 61 radial innen nacheilend ausgebildet ist. Während die beiden längeren Schneiden 21, 41 durch die voreilende Ausrichtung beim Bohrmehlabtransport eine überwiegende Tendenz hin zum jeweiligen direkt vorlaufenden Bohrmehlabfuhrsektor A, B bewirken, erleichtert die nacheilende Ausrichtung der kürzesten Schneide 61 vor allem einen Bohrmehlabtransport vom Nebenbohrmehlabfuhrsektor C in den nacheilenden Hauptbohrmehlabfuhrsektor A.
In einer jeweiligen vorlaufenden Außenlangseite 24, 44, 64 der Y-Schenkel ist am radial äußeren Schenkelende eine Nut 26, 46, 66 ausgebildet. Die Nut verläuft in Blatttiefenrichtung parallel zur Bohrerdrehachse auf die Bohrmehlfuhrwendel des Bohrerschafts zu. Durch die Ausnehmung am Schenkelende kann zusätzliches Bohrmehl abgeführt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, der Figur und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

1: Bohrkopf
2: Basisschenkel
4, 6: Seitenschenkel
21, 41, 61: Hauptschneidkante
21a: Langabschnitt
21b: Kurzabschnitt
22, 42, 62: nachlaufende Außenlangseiten
23, 43, 63: Außenkurzseiten
24, 44, 64: vorlaufende Außenlangseiten
25, 45, 65: radial äußere Enden
27, 47, 67: radial inneres Ende
29, 49, 69: Erstreckungsrichtungen
48: Bohrmehlleitabschnitt
68, 68': Bohrkopfkonturen
80: Meißelspitze
α, β: Hauptsektorwinkel
γ: Nebensektorwinkel
A, B: Hauptbohrmehlabfuhrsektoren
C: Nebenbohrmehlabfuhrsektor
C₁, C₂: Nebenuntersektoren
K: Richtungskomponente
R: Arbeitsdrehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1270162 B1 [0002]
EP 1275457 A1 [0003]

Claims

Bohrkopf (1) aus Hartmetall für einen Bohrer, wie einen Gesteinsbohrer, mit einer einem Bohrerschaft des Bohrers zuzuwendenden Montageseite zum Befestigen des Bohrkopfs an den Bohrerschaft und einer freien Schneidseite mit drei Hauptschneidkanten (21, 41, 61), die jeweils eine insbesondere geradlinige Erstreckungsrichtung (29, 49, 69) mit einer überwiegenden, radial zu einer axialen Arbeitsdrehsachse (R) des Bohrers weisenden Radial-Richtungskomponente (K) aufweisen, wobei die Erstreckungsrichtungen (29, 49, 69) zwei benachbarte Hauptbohrmehlabfuhrsektoren (A, B) begrenzen, die jeweils einen Hauptsektorwinkel (α, β) aufspannen, von denen zwei (α, β) größer 120° sind.
Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Hauptsektorwinkel (α, β) gleich groß sind und/oder dass die Hauptbohrmehlabfuhrsektoren (A, B) frei von weiteren Schneidkanten sind und/oder dass sich die Hauptbohrmehlabfuhrsektoren (A, B) in Axialrichtung von einer durch die Hauptschneiden (21, 41, 61) aufgespannten Mantelfläche eines Bohrkegels, dessen Kegelspitze auf der Arbeitsdrehachse (R) liegt, bis hin zu Wendelgängen des Bohrers erstrecken und/oder dass die zwei Hauptsektorwinkel (α, β) zwischen etwa 125° und etwa 150°, vorzugsweise zwischen etwa 130° und etwa 135° groß sind.
Bohrkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptbohrmehlabfuhrsektoren (A, B) einen Nebenbohrmehlabfuhrsektor (C) einschließen, wobei insbesondere der Nebenbohrmehlabfuhrsektor (C) einen Nebensektorwinkel (γ) kleiner oder gleich 110° und größer etwa 20°, insbesondere größer etwa 50°, vorzugsweise zwischen etwa 100° und etwa 90° aufspannt.
Bohrkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf eine Langhauptschneidkante (21) aufweist, die die längste Hauptschneidkante der drei Hauptschneidkanten ist, wobei insbesondere die Langhauptschneidkante (21) eine insbesondere punktsymmetrisch zur Arbeitsdrehachse ausgebildete Meißelspitze (80) sowie einen Langabschnitt (21a) und einen Kurzabschnitt (21b) umfasst, die vorzugsweise relativ zur Arbeitsdrehachse (R) diametral gegenüberliegend ausgebildet sind und vorzugsweise jeweils kontinuierlich, insbesondere stetig, in die Meißelspitze (80) münden, und/oder alle Hauptschneidkanten (21, 41, 61) eine unterschiedliche Länge aufweisen und der Bohrkopf eine Mittelhauptschneide sowie eine Kurzhauptschneide aufweist, die die kürzeste der Hauptschneidkanten ist, wobei insbesondere die Mittelhauptschneidkante länger als die Kurzhauptschneide und kürzer als die Langhauptschneide ist.
Bohrkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenbohrmehlabfuhrsektor (C) durch eine Meißelspitze (80) und gegebenenfalls einen an die Meißelspitze anschließenden Kurzabschnitt (21b) einer Hauptschneidkante (21) belegt ist, wobei insbesondere eine Erstreckungsrichtung des Kurzabschnitts (21b) den Nebensektorwinkel in zwei im Wesentlichen gleich große Nebenuntersektoren (C₁, C₂) teilt.
Bohrkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptschneidkanten (21, 41, 61) derart dimensioniert sind, dass sie sich nicht schneiden, wobei insbesondere sich zwei Hauptschneidkanten (41, 61) von einem radial äußeren Ende (45, 65) bis zu einem radial inneren Ende (47, 67), insbesondere mit konstanter Steigung zur Axialrichtung erstrecken, deren radial inneren und äußeren Enden insbesondere durch eine Verringerung der Steigung definiert sind, wobei insbesondere ein vorzugsweise schneidkantenfreier Abstand vom radial inneren Ende einer Hauptschneidkante (61) zu einer längsten Hauptschneide (21) in Erstreckungsrichtung wenigstens der Länge der Hauptschneidkante (61) entspricht und insbesondere ein vorzugsweise schneidkantenfreier Abstand vom Ende einer weiteren Hauptschneidkante (41) zur längsten Hauptschneidkante (21) in Erstreckungsrichtung wenigstens 0,8 mal der Länge der weiteren Hauptschneidkante (41) entspricht.
Bohrkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Bohrkopf genau drei Hauptschneidkanten (21, 41, 61) ausgebildet sind und/oder der Bohrkopf nicht drehsymmetrisch ist und/oder die Schneidkanten mit dem Bohrkopf einstückig ausgebildet sind und/oder der Bohrkopf (1) frei einer Verzapfung mit dem Bohrerschaft ist und/oder die Montageseite absatzfrei, insbesondere eben ist und/oder der Bohrkopf schneidplattenfrei oder schneideinsatzfrei ist.
Bohrkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (1) im Wesentlichen einen Y-Formkörper mit einem Basisschenkel (2) und zwei Seitenschenkeln (4, 6) aufweist, wobei insbesondere in Radialrichtung konkave Wandflächen (22, 44; 42, 64; 62, 24) des Basisschenkels (2) und der Seitenschenkel (4, 6) die insbesondere im Wesentlichen parallel zur axialen Bohrervorschubachse verlaufende Bohrmehlabfuhrsektoren (A, B, C) begrenzen und in den jeweiligen Wendelgang des Bohrerschafts mündend übergehen können, wobei insbesondere die Bohrmehlabfuhrsektoren (A, B, C) zur Axialrichtung (R) eine im Wesentlichen gleich bleibende Konkavitätskrümmung formen.
Bohrkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erstreckungsrichtungen (29, 49, 69) zweier Hauptschneidkanten in einem Schnittpunkt schneiden, der auf der Arbeitsdrehachse (R) oder zur Arbeitsdrehachse versetzt ist, wobei insbesondere der radiale Abstand eines der Schnittpunkte zur Arbeitsdrehachse ungleich zum radialen Abstand des Radialabstands eines weiteren der Schnittpunkte und/oder alle Schnittpunkte versetzt zur Arbeitsdrehachse (R) liegen und/oder alle radialen Abstände der Schnittpunkte zur Arbeitsdrehachse (R) unterschiedlich sind.
Bohrer, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem Bohrerschaft, der ein Einsteckende zum Einsetzen in ein Bohrgerät, eine vorzugsweise dreikanalige Bohrmehlabführwendel, und einem nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildeten Bohrkopf (1) aufweist, der an einem dem Einsteckende gegenüberliegenden Aufnahmeende des Bohrerschafts befestigt ist.