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Kernbohrer und Verfahren und Vorrichtung zu #dessen Herstellung Die
Erfindung betrifft Kernbohrer aus einem Stück, hergestellt auf pulvermetallurgischern
Wege, wobei zwei Zonen vorliegen, und zwar eine Schaftzone und eine Bohrkrone. Im
Bereich der Bohrkrone ist Schleifkom, insbesondere Diamant, eingebettet. Der Schaft
des erfindungsgemäßen Kernbohrers zeichnet sich durch eine besonders geringe Wandstärke
aus.
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Es sind bereits zweiteilige Kernbohrer bekannt, wobei die beiden Teile,
also Schaftteil und Bohrkrone, getrennt hergestellt und dann mechanisch aneinandergefügt
werden. Die Beanspruchung einer derartigen mechanischen Verbindung zwischen zwei
Stoffen unterschiedlicher mechanischer und physikalischer Eigenschaften unter den
außerordentlich großen Kräften des Bohrbetriebs ist sehr hoch. Es treten durch die
Vibrations- und Torsionskräfte Zerstörungen und Schäden an der Bohrkrone auf, so
daß es zu sehr kurzen Werkzeugstandzeiten kommt, ganz abgesehen davon, daß nach
kürzester Zeit durch Beschädigung der Bohrkrone die Schnittleistung stark absinkt.
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Es sind auch bereits Drehbohrmeißel in Form eines Hartmetallwerkzeugs
bekannt, wobei in einem Schaftstück eine Schneidplatte eingesintert wird. Der Sinterbrand
des Schafts und der Schneidplatte erfolgt in einem Verfahrensschritt. Bei Berücksichtigung
der Auflagefläche zwischen Schneidplatte und Schaftteil und des gleichförmigen Kraftangriffes
beim Drehen ergibt sich, daß die mechanische Beanspruchung der Verbindungszone zwischen
Schaft und Schneidplatte bei dem bekannten Drehbohrmeißel im Verhältnis zu Kernbohrern
mit dünnwandigem Schaft und Bohrkrone nach der Erfindung unvergleichlich geringer
ist.
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Die Erfindung betrifft nun einen Kernbohrer mit Schaft und Bohrkrone
aus Sinterwerkstoff, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er einteilig ausgebildet
ist und der Schaft und die Krone nur Zone eines einzigen dünnwandigen Sinterkörpers
darstellen. Im Bereich der Bohrkrone ist ein Schleifmittel, insbesondere Diamant,
eingebettet. Die Bohrkrone kann eine größere Wandstärke als der Schaft bei gleichen
Außenabmessungen besitzen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Kernbohrers, indem in einen Zwischenraum zwischen einem starren Dorn und einem elastischen
Mantel die zu sinternde Masse eingebracht wird. Im Bereich der Bohrkrone enthält
diese Masse Schleifmittel, insbesondere Diamant. Der mit zu sinternder Masse gefüllte
Zwischenraum wird verschlossen und die Masse dann durch Druckeinwirkung von außen
auf den elastischen Mantel zu einem selbsttragenden Rohling geformt und verdichtet.
Das Sintern erfolgt in bekannter Weise. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geschieht in einer Vorrichtung, die eine Druckkammer mit druckfestem Mantel und
Zuführungen für das Druckmedium samt Endstücken aufweist. Die Druckkammer wird außen
begrenzt von einer elastischen Kautschukhülse und weist Endstücke zum Verschließen
auf.
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Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Keinbohrem in jeder geforderten
Größe. Die Verbindung zwischen Bohrkrone und Schaftteil ist infolge des einteiligen
Sintexkörpers außerordentlich gut und gibt keinen Anlaß zu Fehlern oder Einschränkung
der Werkzeugstandzeit. Das Pressen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich
mit großer Genauigkeit durchführen. Die Maßhaltigkeit der fertigen Stücke ist gewährleistet.
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Als pulverförmiges Ausgangsmaterial kann man in erster Linie Bronze-
und Wolframcarbidpulver verwenden, ün allgemeinen mit Hilfe von Metallen, wie Eisen,
Nickel oder deren Gemische, gebunden. Die verwendbaren Ausgangsmaterialien und Bindemittel
sind die in der Pulvermetallurgie allgemein üblichen., so z. B. Hartmetallpulver
und im Bereich der Bohrkrone ein Schleifkom, vorzugsweise Diamant. Als Bindephase
für das Hartmetallpulver kann ein Silberlot, Kupfer oder eine Kupfer-Zinn-Legierung
dienen. Als Schleifmittel kann für die Bohrkrone Diamant,
Aluminiumoxyd,
Siliciumcarbid od. dgl. angewandt werden. Diamant-Schleifkom eignet sich besonders
in Kombination mitWolframcarbid für den Sinterkörper.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kernbohrer soll an Hand der
Figuren näher erläutert werden.
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F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Kembohrer; F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die für die Herstellung des
erfindungsgemäßen Kembohrers verwendete Vorrichtung; F i g. 3 zeigt eine
komplette Anlage, teilweise im Schnitt, zur Herstellung der erfindungsgemäß
en Kernbohrer; F i g. 4 zeigt, teilweise im Schnitt, den grünen Formkörper;
F i g. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Kernbohrer verwendbaren Vorrichtung; F i g. 6 zeigt einen Querschnitt nach
6-6 aus der Vorrichtung der F i g. 5;
F i g. 7 zeigt
die Ansicht des fertigen Kembohrers, teilweise im Schnitt, hergestellt in einer
Vorrichtung nach den F i g. 5 und 6;
F i g. 8 -zeigt einen Querschnitt
des Kernbohrers nach 8-8 der F i g. 7.
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Aus F i g. 1 erkennt man den einteiligen Kembohrer
10 mit der Schaftzone 12 und der Bohrkrone 14. Die Dünnwandigkeit der Schaftzone
ist deutlich zu erkennen. Der Außendurchmesser von Schaft und Bohrkrone ist gleich,
wohingegen der Innendurchmesser der Bohrkrone kleiner ist als der des Schafte3.
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F i g. 2 zeigt den Dom 16, die Kautschukhülse
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und die Abschlußringe 20, 22. Mit Hilfe dieser Abschlußringe wird die Hülse
18 konzentrisch um den Dom 16 gehalten. Zwischen Dorn und Kautschukhülse
bildet sich auf diese Weise ein Hohlraum d, der für die Aufnahme des Pulvergemisches
dient. Zur Herstellung eines Kernbohrers nach F i g. 1 besitzt der Dom
16 einen Schaftteil a und einen Bohrkronenteil b. Der Bohrkronenteil
b hat einen geringeren Durchmesser als der Schaftteil a. Der Übergang zwischen
diesen beiden Teilen unterschiedlichen Durchmessers bildet die kegelförmige übergangszone
c.
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Zur Füllung des Ringraumes d wird der obere Abschlußring 20
abgenommen, das Pulver eingefüllt, und zwar bis zum Übergang des Schaftteils in
den Bohrkronenteil des Doms. Es schließt sich dann eine Füllung eines Gemisches
von Hartnietallpulver und Schleifkom e an, welches schließlich wieder mit einem
reinen Hartmetallpulver f abgedeckt wird. Die so gefüllte Vorrichtung wird
nun von außen - also von der Außenseite der Kautschukhülse - zur Verdichtung
des Pulvergemisches zusammengepreßt. Man erhält dabei einen ausreichend stabilen,
grünen Formkörper, wie er beispielsweise in F i g. 4 gezeigt ist. Durch einen
Stau an den Abschlußringen 20, 22-kommt es zu etwas verdickten Endbereichen
1 und k,
wie aus F i g. 4 hervorgeht. Diese Enden müssen abgenornmen
werden. Die Ausbildung dieser Enden kann dadurch verhindert werden, daß die
Einpassung und Dicke der Abschlußringe nach dem genauen Maß des Rohlings erfolgt.
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Bei der Dimensionierung von Dom, Kautschukhülse - und damit
dem Ringraum für die Aufnahmedes Pulvergemisches - ist die Schwindung bei
der Sinterung zu berücksichtigen.
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Die Sinterung des Rohlings der F i g. 4, vorzugs-': weise nach
Beschneiden der Enden, geschieht zweck , -
mäßigerweise auf einem an
das Fertigmaß des Keinbohrers dimensionierten Dorn aus Metall oder Graphit. Es ist
natürlich auch möglich, die Enden 1 und kerst nach dem Sintem zu beschneiden.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich# jeder Kembohrer
der benötigten Dimensionen herstellen. Sowohl die Durchmesser als auch die Längen
der beiden Zonen Schaft und Bohrkrone können beliebig gewählt werden, wenn entsprechender
Dorn und Kautschukhülse vorgesehen wird. Die Wandstäiken des Schaftteils der erfindungsgemäßen
Bohrkerne liegt in der Größenordnung von 0,8 bis 12,7 mm.
Ab-
gesehen von den in den F i g. 1 bis 4 gezeigten zylindrischen Schaftformen
ist es auch möglich, die Außen.-und Innenflächen von Schaft und Bohrkrone profiliert
zu formen.
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Zur Verdichtung des Pulvergeinischs entsprechend F i g. 1 kann
man beispielsweise eine Gesamtvorrichtung nach F i g. 3 anwenden. Das Gehäuse
24 umschließt eine Innenkammer 26 lind jeweils eine Endkammer 28.
Der Innendurchmesser der Innenkammer-26 ist kleiner als der der Endkammer
28. Die Verbindung zwischen der Innenkammer 26 und den beiden Endkammern
28 stellen die Schultern 30 dar, die auf Stützringen 32, 32'
konzentrisch zu der Kammerachsd gelagert sind.
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Der Ring 32 besitzt eine zylindrische Bohrung 33,# die zur
Aufnahme des Klemmblocks 34 dient. Der, Block 34 paßt in die zylindrische Bohrung
des. Ringes 32.
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Der Ring 32' weist eine Bohrung 35 mit konischer Erweiterung
für die Aufnahme des Kerns 36 auf. Diebeiden Ringe 32, 32' werden
über die beiden Außengewinde 38 in dem Gehäuse 24 verschraubt. Dadurch werden
auch die Endkammern 28 abgeschlossen und eine passende Verbindung mit den
Schultern 30 erreicht. Die Bolzen 40 reichen in den Block 34 und stehen axial
zu dem Außengewinde 38. Mit ihrer Hilfe
läßt sich nach Ausschrauben
des Außengewindes 38
der Block 34 anheben.
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Die Vorrichtung aus beispielsweise F i g. 2 - also,
mit Dom, Kautschukhülse und in den Ringraum dazwischen eingefülltem Pulvergemisch,
abgeschlossen durch die Ringe 20, 22 - wird in die Innenkammer
26 der Vorrichtung von F i g. 3 eingesetzt. Der Dorn 16 reicht
mit seinem Paßstift 41 in den Block 34. Das, andere Ende des Doms 16 muß
in den konusförmigen Kein 36 eingreifen. Ist die Herstellung eines Kernbohrers
mit kurzem Schaft beabsichtigt (wie im Falle der F i g. 3) und damit der
Dorn 16 zu kurz, so kann man einen Domstutzen 16 in Verbindung mit
dem unteren Dornteil 42 zum Eingriff in den konischen Kein 36 mit Hilfe eines
Paßstiftes 44 anwenden.
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Die Kautschukhülse 18 ist umgeben von den beiden-Kautschukrohren
52, 54, welche in die Innenkarnmer 26 passen. über die Leitung
56, 58 wird das Druckmedium durch die Innenkammer 26, also zwischen
der Gehäusewand und dem äußeren Kautschukrohr 54 geleitet. Mit Hilfe dieses Druckmediums
wird über die Kautschukrohre 54, 52 auf die Kautschukhülse 18
der für
die Komprimierung des Pulvergemisches erforderliche Druck aufgebracht. Das Kautschukstück*
60 um den Dornstutzen 16a dient zur Ausfüllung des verbleibenden Raumes.
Wird ein Kembohrer mit gro-' ßer Schaftlänge hergestellt - also wenn kein
Dornstutzen 16a erforderlich. ist und der Paßstift 42 des Doms direkt-in den konischen
Kein 36 paßt so ist auch kein Kautschukstück 60 -erforderlich.
Der
durch das Druckmedium aufzubringende Preßdruck hängt ab von dem angewandten Pulvergemisch.
Für Bronze ist beispielsweise ein Druck von 70 kg/cm2, für Wolframcarbid
jedoch ein Druck bis ungefähr 1400 kg/cm-' erforderlich. Die aufzubringenden Preßdrucke
für die einzelnen Pulverarten sind aus der Pulvennetallurgie zugänglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die hierfür geeignete Vorrichtung
läßt sich grundsätzlich so abwandeln, daß alle handelsüblichen Bohrergrößen hergestellt
werden können. Dies gilt beispielsweise für Außendurchmesser von 6,35 bis
etwa 82,5 mm. Bei der Dimensionierung der Preßform ist natürlich die Schwindung
beim Sintern zu berücksichtigen. Die Wandstärke der erfindungsgemäß hergestellten
Kernbohrer kann schwanken zwischen 0,8 und etwa 12,7 mm.
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Die F i g. 5 bis 8 zeigen eine besondere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kernbohrer. Die Bohrkrone nach F i g. 7 und
8 trägt eine Anzahl von Diamantspitzen 70, 71, 72. Die Herstellung
dieser komplizierten Form ist ohne Schwierigkeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
möglich. Dies geschieht in der Vorrichtung nach F i g. 5 und 6. Der
Dorn 73 weist Nuten 74 im oberen Bereich auf. In diese Nuten können mehrere
Diamantstückchen, beispielsweise wie bei 71 angedeutet, angeordnet werden.
Um ein Verrutschen beim Füllen des Hohlraums züi verhindern, kann man die Diamantteilchen
mit einem Klebstoff fixieren. Beim Sintern soll dieser Klebstoff ohne Zurücklassung
eines Rückstandes ausbrennen. Es eignet sich hierfür z. B. Ammoniumalginat.
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Der Abschlußring 75 und die Kautschtikhülse 77
entsprechen
den Bauteilen 22 und 18 der F i g. 2.
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Die Kautschukhülse 77 weist im Bereich der Bohrkrone eine Anzahl
von Nuten 78 auf, in die ebenfalls Diamantstücken 70 eingesetzt werden
können. Auch diese Diamantstücken sollten vor dem Einfüllen des Pulvergemisches
mit Hilfe eines Klebstoffs fixiert werden. Der Abschluß des Pulverraumes geschieht
hier mit dem Abschlußring 76. Er muß sich der Kontur des Doms und der Kautschukhülse
in diesen Bereichen anpassen.
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Die Zähne 79 greifen in die Domnuten 74, die Zähne
80 in die Nuten der Kautschukhülse 78 ein. Mit Hilfe des Abschlußringes
76 gelingt die starre Verbindung des oberen Teils von Hülse und Dorn. Auch
die Unterseite des Ringes 76 kann mit Diamantstücken 72 beklebt werden.
Der mit Diamantstücken 71 in den Nuten 74 versehene Dorn 73 wird nun
mit dem Abschlußring 75 und der Kautschukhülse 77
ihrerseits wieder
mit den Nuten 78 und eingeklebten Diamantstücken zusammengebaut, entsprechend
der F i g. 2 der Ringschlitz zwischen Dorn und Kautschukhülse mit dem zu sinternden
Pulvergemisch gefüllt, der Abschlußring mit an der Unterseite angeklebten Diamantstücken
aufgesetzt und nun - wie oben beschrieben - das Pulvergernisch zu
einem grüneu Formkörper verdichtet. Die Diamantstücke sind dabei in der kompakten
Masse ausreichend fest eingebettet. Beim Ausformen heben sie sich von den einzelnen
Forinteilen ab. Der grüne Formling kann nun - wie üblich - gesintert
werden. Man erhält einen Kembohrer nach der Erfindung entsprechend den F i
g. 7 und 8, und zwar mit dem Schaftteil und der Bohrkrone. Diese weist
Schneiden 71, 72 auf und ist mit Diamantstücken 72 besetzt.