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Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Herkömmliche Bohrwerkzeuge und insbesondere Gesteinsbohrer
bestehen aus einem Bohrerschaft mit einem Einspannende sowie
einem dem Einspannende gegenüberliegenden Bohrerkopf. Der
Bohrerkopf ist in Seitenansicht im Wesentlichen durch ein
Schneidelement gebildet, welches vorzugsweise als
Hartmetallplatte ausgeführt ist und in der Seitenansicht ein
giebelförmiges Aussehen aufweist.
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Aus der EP 0 452 255 B1 ist ein derartiges Bohrwerkzeug
bekannt. Das in den Bohrerschaft eingebettete Schneidelement
weist in Wirkrichtung spiegelsymmetrisch zur
Werkzeuglängsachse angeordnete Schneidkanten auf, welche
durch eine Querschneide verbunden sind. Den Schneidkanten ist
jeweils eine Spanfläche und eine Freifläche zugeordnet. Bei
einer derartigen Ausführung unterliegen die Schneidkanten und
die Querschneide einer hohen Beanspruchung bzw. verschleißen
schnell, da die beim Gesteinsbohren, d. h. beim Schlagbohren
auftretende Schlagbelastung überwiegend zunächst auf die
Schneidkanten bzw. die Querschneide wirkt. Andererseits
treten beim Gesteinsbohren bzw. Betonbohren auch Situationen
auf, in welchen die Querschneide wenigstens teilweise ins
"Leere" schlägt, da das zu bearbeitende amorphe Material
durch den vorhergehenden Schlag schon beseitigt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug
und insbesondere eine Schneidplatte für ein Bohrwerkzeug
vorzuschlagen, bei welchem eine Optimierung der Form des auf
das Gestein einwirkenden Bereichs der Schneidplatte zu einer
verbesserten Abtragsleistung und einer Erhöhung der
Standfestigkeit bzw. der Schonung der Schneidkanten führt.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Bohrwerkzeug nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind
vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des im
Anspruch 1 beschriebenen Werkzeugs angegeben.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die
Gesteinsbohrer, welche von der diese antreibenden Maschine
sowohl gedreht als auch geschlagen werden, in einzelnen
Wirkbereichen zu einseitig auf eine der beiden
Belastungsarten - Drehbelastung bzw. Schlagbelastung -
optimiert sind. Erfindungsgemäß erfolgt durch die
Unterteilung der Spanfläche in wenigstens zwei an einer
zweiten Schneidkante ineinander übergehende Schneidflächen
eine Optimierung eines Wirkbereichs hinsichtlich der
Drehbelastung und der Schlagbelastung. Die bei einer
derartigen Schneidplatte ausgebildete zweite Schneidkante ist
hinsichtlich des Abschälens bzw. Abdrückens und des Meißelns
optimiert und stellt somit eine Symbiose aus den zwei
Grundanforderungen an einen Hammerbohrer dar. Die
Überlegenheit eines derartig ausgebildeten Bohrwerkzeugs ist
darin begründet, dass die in Richtung der Längsmittelachse
des Bohrwerkzeugs verlaufende Schlagrichtung und die um die
Längsachse des Bohrwerkzeugs orientierte Drehrichtung eine
Resultierende aufweisen, welche auf einer
schraubenlinienförmigen Bahn etwa in Richtung einer
Winkelhalbierenden eines Spitzenwinkels der zweiten
Schneidkante orientiert ist. Das heißt, die zweite
Schneidkante wirkt im Betrieb wie ein sich auf einer
Kreisbahn drehender Meißel, welcher bei der Drehung Material
abschält und beim Schlagen in Wirkrichtung der aus
Drehrichtung und Schlagrichtung Resultierenden in das zu
bearbeitende Material schlägt. Selbstverständlich tragen die
an die zweite Schneidkante grenzenden Schneidflächen
ebenfalls zum Abtrag bei. Der erfindungsgemäße Bohrer ist
hochwirksam, da er seine Meißelwirkung sowohl in die in
Längsrichtung des Bohrwerkzeugs verlaufende Schlagrichtung
entfaltet als auch eine Meißelwirkung entfaltet, welche die
sich aus der Drehrichtung und der Schlagrichtung ergebende
Dreh-Schlag-Komponente umsetzt. Da die Schneidplatte nicht
als Rotationskörper ausgebildet ist, trifft die Schneidplatte
bei ihrer Bewegung auf der schraubenlinienförmigen Bahn
ständig auf seitlich liegendes, zu zertrümmerndes Material.
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Eine vorteilhafte Ausbildung des Erfindungsgegenstandes sieht
vor, für die Schneidfläche, welche zwischen der ersten
Schneidkante und der zweiten Schneidkante angeordnet ist,
einen kleineren Schneidflächenwinkel vorzusehen als für die
zweite Schneidfläche, welche zusammen mit der ersten
Schneidfläche die zweite Schneidkante bildet. Hierdurch ist
eine massive Gestaltung der Schneidplatte im Bereich der
ersten Schneidkante möglich und gleichzeitig erlaubt der
große Spanflächenwinkel der zweiten Schneidfläche eine
insgesamt schlanke, das Eindringen begünstigende Ausführung
der Schneidplatte.
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Weiterhin sieht die Erfindung vor, die ersten Schneidkanten
im Schnittpunkt der Schneidplatte mit der Längsmittelachse
des Bohrwerkzeugs bzw. in der Spitze der Schneidplatte direkt
ineinander übergehen zu lassen. Hierdurch ist die Ausbildung
einer Querschneide vermieden und die ersten Schneidflächen
verlaufen bis zur Spitze der Schneidplatte, so dass auch hier
eine optimal zur Schneidkante orientierte Schneidfläche zur
Verfügung steht.
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Eine Ausführungsvariante des Erfindungsgegenstandes sieht
vor, das Bohrwerkzeug mit einer Schneidplatte auszustatten,
welche im Bereich der Spitze der Schneidplatte einen
zentrischen, in Seitenansicht giebelförmigen ersten
Wirkabschnitt und einen gegenüber dem ersten Wirkabschnitt in
Wirkrichtung zurückversetzten zweiten Wirkabschnitt aufweist.
Hierdurch ist es möglich, in der Gestaltung der
Schneidplattengeometrie noch stärker auf die sich in radialer
Richtung verändernden Belastungen der Schneidplatte Rücksicht
zu nehmen und die Orientierung von Kanten und Flächen optimal
auf diese Bedingungen auszulegen.
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Vorteilhafterweise sieht die Erfindung vor, die
Winkelhalbierende des Spitzenwinkels der zweiten Schneidkante
etwa in Richtung einer Resultierenden aus der auf das
Bohrwerkzeug wirkenden Schlagkomponente und Drehkomponente zu
orientieren. Hierdurch ist eine optimale, zusätzliche
Meißelwirkung des aus der zweiten Schneidkante und den diese
bildenden Schneidflächen entstehenden Zusatzmeißels bewirkt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die anhand der Zeichnungen näher erläutert
werden.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines
Bohrwerkzeugs,
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Fig. 2a eine Draufsicht auf eine erste Schneidplatte,
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Fig. 2b eine Seitenansicht der in Fig. 2a
dargestellten Schneidplatte aus einer
Pfeilrichtung IIb,
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Fig. 2c eine Seitenansicht von rechts der in den
Fig. 2a und 2b dargestellten Schneidplatte,
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Fig. 2d eine perspektivische Ansicht der in den
Fig. 2a bis 2c dargestellten Schneidplatte,
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Fig. 3a eine Draufsicht auf eine zweite
Schneidplatte,
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Fig. 3b eine Seitenansicht der in Fig. 3a
dargestellten Schneidplatte aus der
Pfeilrichtung IIIb,
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Fig. 3c eine Seitenansicht von rechts der in den
Fig. 3a und 3b dargestellten Schneidplatte,
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Fig. 3d eine perspektivische Ansicht der in den
Fig. 3a bis 3c dargestellten Schneidplatte,
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Fig. 4a eine Draufsicht auf eine dritte
Schneidplatte,
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Fig. 4b eine Seitenansicht der in Fig. 4a
dargestellten Schneidplatte aus der
Pfeilrichtung IVb,
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Fig. 4c eine Seitenansicht von rechts der in den
Fig. 4a und 4b dargestellten Schneidplatte
und
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Fig. 4d eine perspektivische Ansicht der in den
Fig. 4a bis 4c dargestellten Schneidplatte.
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Die in den Fig. 2a bis 4d dargestellten Schneidplatten
sind auch als ausschnittsweise Detaildarstellungen
einstückiger Werkzeuge zu verstehen.
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In Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines
Bohrwerkzeugs 1 dargestellt. Das Bohrwerkzeug 1 besteht im
Wesentlichen aus einem Bohrerschaft 2, welcher ein
Einspannende 3, das beispielsweise als sogenannter SDS-Plus-
Schaft ausgebildet ist, und einem Bohrerkopf 4. Der
Bohrerkopf 4 ist durch eine in den Bohrerschaft 2 eingesetzte
Schneidplatte 5 gebildet. Das Bohrwerkzeug 1 weist eine
Längsmittelachse a auf, welche den Bohrerkopf 4 in einer
Spitze 6 schneidet.
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In Fig. 2a ist eine Draufsicht auf eine Schneidplatte 5
dargestellt. Die Schneidplatte 5 besitzt zwei Schneidkanten
7, 8, welche in einer Spitze 6 geradlinig ineinander
übergehen. In eine Drehrichtung w sind den Schneidkanten 7, 8
Spanflächen 9, 10 zugeordnet, welche sich aus jeweils zwei
Schneidflächen 11, 13 bzw. 12, 14 zusammensetzen. Die
Schneidflächen 11, 13 bzw. 12, 14 bilden miteinander jeweils
eine zweite Schneidkante 15 bzw. 16, welche parallel zur
ersten Schneidkante 7 bzw. 8 verläuft. Den Spanflächen 9, 10
ist jeweils eine Freifläche 17, 18 zugeordnet, welche in der
Drehrichtung w den Schneidkanten 7, 8 nachläuft. Zu den
Seiten hin ist die Schneidplatte 5 durch Seitenflächen 19 bis
22 gebildet, wobei sich die Seitenflächen 19, 21 etwa
parallel gegenüberliegen.
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In Fig. 2b ist eine Seitenansicht auf die in Fig. 2a
dargestellte Schneidplatte 5 aus der Pfeilrichtung IIb
abgebildet. In der Seitenansicht bilden die Seitenflächen 19,
21 in einem oberen Bereich A der Schneidplatte 5 begrenzt
durch die Schneidflächen 13, 14 bzw. die Freiflächen 17, 18
einen Giebel 23. Die Schneidflächen 11, 13 gehen an einer
Übergangskante 24, welche einen winkelförmigen Verlauf
aufweist, in die Freifläche 18 über. Die Übergangskante 24
verläuft von einer Spitze 25 des Giebels 23 zur Spitze 6 der
Schneidplatte 5. Ebenso gehen die Schneidflächen 12, 14
entlang einer Übergangskante 26 in die Freifläche über, wobei
auch die Übergangskante 26 einen winkelförmigen Verlauf
aufweist (s. Fig. 2a).
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In Fig. 2c ist eine Seitenansicht von rechts der in den
Fig. 2a und 2b dargestellten Schneidplatte 5 abgebildet.
Die Schneidflächen 12, 14 bilden zu einer senkrecht zu einer
Werkzeuglängsachse α liegenden Ebene E einen
Spanflächenwinkel α bzw. β. Hierbei ist der
Spanflächenwinkel α der Schneidfläche 12 kleiner als der
Spanflächenwinkel β der Schneidfläche 14. Beispielsweise
beträgt der Schneidflächenwinkel α etwa 30° und der
Schneidflächenwinkel β etwa 60°. Weiterhin weist die erste
Schneidkante 8 einen Spitzenwinkel γ und die zweite
Schneidkante 16 einen Spitzenwinkel δ auf. Der
Spitzenwinkel γ der ersten Schneidkante beträgt etwa 90°. Der
Spitzenwinkel δ der zweiten Schneidkante 16 beträgt etwa
140°. Eine Winkelhalbierende b des Spitzenwinkels γ der
zweiten Schneidkante 16 verläuft etwa mit einem Winkel von ε
= 45° zu der Längsmittelachse a. Dies bedeutet, dass die
zweite Schneidkante 16 bzw. auch die in Fig. 2 nicht
sichtbare zweite Schneidkante 15, welche punktsymmetrisch zur
Schneidkante 16 verläuft, auf einen schräg-schlagenden
Angriff auf das zu bearbeitende Gestein ausgerichtet ist.
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In Fig. 2d ist eine perspektivische Ansicht der in den
Fig. 2a bis 2c dargestellten Schneidplatte 5 abgebildet. Die
Schneidplatte 5 besitzt im Bereich der Spanflächen 9, 10 die
spezielle Form eines Mansarddachs, wobei die obere, flach
geneigte Fläche durch die Schneidfläche 11 bzw. 12 und die
untere, steil geneigte Fläche durch die Schneidfläche 13 bzw.
14 gebildet ist. Hierdurch ist die Schneidplatte 5 in der
Lage, auch die in das Bohrwerkzeug eingebrachte Drehenergie
optimal für die schlagende Abtragung bzw. Zerkleinerung des
Gesteins einzusetzen, da die zweiten Schneidkanten 15, 16 auf
eine Zerkleinerung des zu den Seitenflächen 19, 21
orientierten Gesteins ausgelegt sind.
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In Fig. 3a ist eine Draufsicht auf eine weitere
Schneidplatte 5 dargestellt. Die Schneidplatte 5 besitzt zwei
Schneidkanten 7, 8, welche in einer Spitze 6 geradlinig
ineinander übergehen. Die Schneidkanten 7, 8 verlaufen,
ausgehend von der Spitze 6, zunächst in einem zentrischen
Bereich 27 der Schneidplatte 5 und gehen von diesem dann
bogenförmig in Außenbereiche 28 der Schneidplatte 5 über. Die
Außenbereiche 28 sind in Richtung einer Längsmittelachse a
der Schneidplatte 5 gegenüber dem zentrischen Bereich 28
zurückversetzt, so dass die Schneidplatte 5 im zentrischen
Bereich eine Nase 29 aufweist (s. auch Fig. 3b). In eine
Drehrichtung w sind den Schneidkanten 7, 8 Spanflächen 9, 10
zugeordnet, welche sich aus jeweils zwei Schneidflächen 11,
13 bzw. 12, 14 zusammensetzen. Die Schneidflächen 11, 13 bzw.
12, 14 bilden miteinander jeweils eine zweite Schneidkante 15
bzw. 16. Die zweiten Schneidkanten 15, 16 verlaufen im
zentrischen Bereich 27 der Schneidplatte 5 in einem Winkel κ1
bzw. κ2 zu den Schneidkanten 7, 8 und vereinigen sich mit
diesen mit Schnittpunkten B1, B2. Entgegen der Drehrichtung w
sind den Schneidkanten 7, 8 Freiflächen 17, 18 zugeordnet,
welche vom zentrischen Bereich 27 in die Außenbereiche 28
über mehrere Absätze 30 bzw. 31 verlaufen. In den
Außenbereichen 28 weisen die Schneidflächen 13, 14 einen
Knick 32, 33 auf. Seitlich ist die Schneidplatte 5 durch
Seitenflächen 19 bis 22 begrenzt, wobei die Seitenflächen 19,
21 etwa parallel zueinander verlaufen.
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In Fig. 3b ist eine Seitenansicht auf die in Fig. 3a
dargestellte Schneidplatte 5 aus der Pfeilrichtung IIIb
abgebildet. In eine Wirkrichtung x der Schneidplatte 5 steht
deren im zentrischen Bereich 27 liegende Nase 29 gegenüber
den Außenbereichen 28 vor. Die Schneidflächen 11, 13 gehen an
einer Übergangskante 24, welche den Verlauf eines Polygonzugs
aufweist, in die Freifläche 18 über.
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Fig. 3c zeigt die in den Fig. 3a und 3b dargestellte
Schneidplatte 5 in einer Seitenansicht von rechts. Die
Schneidfläche 12 weist einen Spanflächenwinkel α und die
Schneidfläche 14 einen Spanflächenwinkel β auf. Der
Spanflächenwinkel α beträgt etwa 45° und der
Spanflächenwinkel β beträgt etwa 65°. Eine Winkelhalbierende
b, welche einen nicht dargestellten Spitzenwinkel der zweiten
Schneidkante 16 halbiert, verläuft etwa in einem Winkel ε zu
der Längsmittelachse a des Schneidkörpers 5. Hierbei beträgt
der Winkel ε etwa 45°.
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In Fig. 3d ist eine perspektivische Ansicht der in den
Fig. 3a bis 3c gezeigten Schneidplatte 5 abgebildet. In
dieser Ansicht ist der stufenförmige Verlauf der
Freifläche 18 erkennbar. Weiterhin ist zu erkennen, dass die
Schneidfläche 11 begrenzt durch die erste Schneidkante 7, die
zweite Schneidkante 15 und die Übergangskante 24 ein
Dreieck 34 bildet. Die zweite Schneidkante 15 bzw. 16
verläuft bei der in den Fig. 3a bis 3d dargestellten
Ausführungsvariante nur im zentrischen Bereich 27, in welchem
die Schneidplatte 5 auch den höchsten Schlagbelastungen
ausgesetzt ist. In diesem Bereich unterstützt die zweite
Schneidkante 15 bzw. 16 die Schneidkanten 7, 8, indem sie
eine weitere Kante darstellt, welche Schlag- bzw. Dreh-
Schlagenergie auf das zu zerkleinernde Gestein überträgt.
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Fig. 4a zeigt eine Draufsicht auf eine weitere
Schneidplatte 5. Diese weist Schneidkanten 7, 8 auf, welche
in einer Spitze 6 der Schneidplatte 5 geradlinig ineinander
übergehen. Den Schneidkanten 7, 8 sind in eine Drehrichtung w
Spanflächen 9, 10 zugeordnet. Diese setzen sich ihrerseits
aus Schneidflächen 11, 13 bzw. 12, 14 zusammen, welche
miteinander zweite Schneidkanten 15 bzw. 16 bilden. Diese
zweiten Schneidkanten 15, 16 verlaufen in Draufsicht in
Winkeln κ3, κ4 zu den ersten Schneidkanten 7, 8. Entgegen der
Drehrichtung w gehen die Schneidkanten 7, 8 in Freiflächen
17, 18 über. Diese sind wiederum aus einzelnen Freiflächen
35, 37 bzw. 36, 38 gebildet. Am Übergang der Freifläche 35 in
die Freifläche 37 bzw. der Freifläche 36 in die Freifläche 38
sind Kanten 39 bzw. 40 ausgebildet, da die Freiflächen 35 bis
38 in unterschiedlich geneigten Ebenen liegen.
Übergangskanten 24 bzw. 26 zwischen den Flächen 11, 13, 36,
38 bzw. 12, 14, 35, 37 sind als Zick-Zack-Linien ausgebildet.
Seitenflächen 19 bis 22 begrenzen die Schneidplatte 5 zu den
Seiten hin. Hierbei liegen die Seitenflächen 19, 21 etwa
parallel zueinander.
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In Fig. 4b ist eine Seitenansicht auf die in Fig. 4a
dargestellte Schneidplatte 5 aus einer Pfeilrichtung IVb
gezeigt. Die zweite Schneidkante 15 bzw. Schlagkante 15
verläuft bis zur Seitenfläche 22 und unterstützt somit die
Schneidkante 7 auf annähernd der gesamten Länge.
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Fig. 4c zeigt eine Seitenansicht von rechts auf die in den
Fig. 4a und 4b dargestellte Schneidplatte 5. Durch die
Unterteilung der Freifläche 18 in zwei Freiflächen 36, 38 und
die gleichzeitige Unterteilung der Spanfläche 10 in zwei
Schneidflächen 12, 14 erhält die Schneidplatte 5 im Bereich
der Schneidkante 8 eine massive, sich rasch verbreiternde
Meißelform 41.
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In Fig. 4d ist eine perspektivische Ansicht der in den
Fig. 4a bis 4c dargestellten Schneidplatte gezeigt. Durch
das Aufeinandertreffen von insgesamt 8 Flanken 42, welche
durch die Schneidfläche 11 bis 14 bzw. die Freiflächen 35 bis
38 gebildet sind, erhält der hauptsächlich auf das zu
zerkleinernde Gestein einwirkende Bereich der Schneidplatte 5eine Vielzahl von Spitzen 43 und Kanten 44, welche alle zu
einer massiven Zerkleinerung des zu bearbeitenden Gesteins
beitragen.
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Die Erfindung ist nicht auf dargestellte oder beschriebene
Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr
Weiterbildung der Erfindung im Rahmen der
Schutzrechtsansprüche, insbesondere ist es auch vorgesehen,
wenigstens eine Spanfläche und/oder wenigstens eine
Freifläche in mehr als zwei Teilflächen zu unterteilen,
welche in unterschiedlich geneigten Ebenen zueinander liegen.
Bezugszeichenliste
1 Bohrwerkzeug
2 Bohrerschaft
3 Einspannende
4 Bohrerkopf
5 Schneidkörper,
Schneidplatte
6 Spitze von (4 bzw. 5)
7 Schneidkante
8 Schneidkante
9 Spanfläche
10 Spanfläche
11 Schneidfläche von 9
12 Schneidfläche von 10
13 Schneidfläche von 9
14 Schneidfläche von 10
15 zweite Schneidkante
16 zweite Schneidkante
17 Freifläche
18 Freifläche
19-22 Seitenfläche
23 Giebel
24 Übergangskante
25 Spitze von 23
26 Übergangskante
27 zentrischer Bereich
28 Außenbereich
29 Nase
30 Absatz
31 Absatz
32 Knick
33 Knick
34 Dreieck
35-38 Freifläche
39 Kante
40 Kante
41 Meißelform
42 Flanke
43 Spitze
44 Kante