DE19703994B4

DE19703994B4 - Bohrer

Info

Publication number: DE19703994B4
Application number: DE1997103994
Authority: DE
Inventors: Klemens Uebele; Bernd Kessler; Klaus Dreps
Original assignee: Drebo Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Drebo Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: DE19703994A1

Abstract

Bohrer mit einer Hauptschneide und zwei gegen die Hauptschneide um weniger als 90° nachlaufenden Nebenschneiden, wobei zwei konkave Bohrmehlabfuhrnuten (18, 20) sich je über einen Bohrkopfwinkel (αK) von mehr als 100°, insbesondere mehr als 110°, erstrecken und die Fläche der Bohrmehlabfuhrnuten (18, 20) 80 % der Stirnkernfläche (AK) des Bohrers (10) übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrmehlabfuhrnuten (18, 20) einen Radius (RN) aufweisen, der in etwa dem Durchmesser des Bohrers (10) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiger Bohrer ist bspw. aus der DE-OS 27 56 140 bekannt. Dieser Bohrer weist an sich aufgrund der zusätzlichen Seitenschneide, die der Hauptschneide nachläuft, eine im Verhältnis zum Rundlauf gute Bohrleistung auf. Er hat sich jedoch auf dem Markt nicht durchgesetzt, nachdem die Herstellung zu teuer war und ein spezieller Bohrkopf eingeschraubt werden musste. Zudem ist der Bohrer gemäss der DE-OS 27 56 140 bruchgefährdet, denn beim Übergang auf das Gewinde entsteht je eine Kerbwirkung, und zwar sowohl im Bereich der Bohrerwendel als auch im Bereich des Bohrkopfes, so dass gerade dort eine besondere Bruchgefahr besteht, zumal Schlag- oder Hammerbohrer aufgrund der Schlagwirkung besonders starken Wechselbelastungen unterworfen sind.

Bohrer mit Nebenschneiden sind in vielen Varianten bekannt geworden. Die DE 43 39 245 A1 beschreibt einen Gesteinsbohrer, der Haupt- und Nebenschneiden sowie einen Bohrkopf mit im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.

Auch aus der DE 44 07 119 A1 ist eine Gesteinsbohrer mit Haupt- und Nebenschneiden bekannt, dessen Bohrkopf einen rauten- oder rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Der Winkel zwischen den Haupt- und den diesen nacheilenden Nebenschneiden beträgt hierbei zwischen 60° und 90°.

Die Druckschrift DE 40 11 441 A1 beschreibt darüberhinaus einen Gesteinsbohrer, der zusätzlich zur Hauptschneidplatte Schneidstifte aufweist, die das Bohrgut, das von den Hauptschneiden abgetragen wurde, weiter zerkleinern sollen, um eine effizientere Bohrgutabfuhr zu ermöglichen.

Gegenüber Bohrern ohne Nebenschneiden oder Nebenschneidplatten ist die Bohrleistung regelmässig etwas geringer, während die Laufruhe des Werkzeugs und die Rundheit der Bohrung verbessert ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bohrer gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, der die Vorteile von Bohrern mit Nebenschneidplatten mit denen von Bohrern ohne Nebenschneidplatten kombiniert und zudem eine gute Standzeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Überraschend führen die erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einer so guten Bohrleistung, wie sie bislang an sich lediglich von Bohrern ohne Nebenschneidplatten bekannt geworden sind. Während die bislang verwendeten Bohrer mit Nebenschneidplatte oder sog. Vierschneidern eine ziemlich große Bohrerstirnfläche aufwiesen, sieht die erfindungsgemäße Lösung eine drastische Reduktion der Stirnfläche des Bohrers vor, wobei erfindungsgemäß eine ziemlich schmale, an die massive Hauptschneidplatte angelehnte und taillierte Bohrerstirnfläche ausgebildet ist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, die Stützfunktion des Bohrerkerns schwerpunktmäßig an der Seite der Hauptschneidplatte vorzusehen, an welcher Belastungen aufgefangen werden müssen. Durch die Nachlaufanordnung der Nebenschneidplatte in einem kleinen Winkel, der auch bis auf etwas über 20° reduziert werden kann, erstreckt sich konstruktionsbedingt der Bohrerkern bezogen auf die Hauptschneidplatte in Nachlaufrichtung, in der Richtung also, in der die Hauptschneidplatte abgestützt werden muß, während in Vorlaufrichtung lediglich ein dünner Randsteg erforderlich ist, der als Lötbasis dienen kann.

Dementsprechend steht eine sehr große und insbesondere störungsfreie, d.h., nicht durch weitere Nebenschneidplatten behinderte freie Fläche für die Bohrmehlabfuhr zur Verfügung, was der besonders guten Bohrleistung des erfindungsgemäßen Bohrers zugutekommt.

Dennoch ergibt sich aufgrund der Anordnung der Nebenschneidplatte im Winkel zur Hauptschneidplatte eine ausreichende Rundlaufstabilisierung, so daß erfindungsgemäß erstmals die Vorteile des sog. Vierschneiders mit denen des sog. Zweischneiders, also des Bohrers ohne Nebenschneidplatten, kombiniert werden können.

Erfindungsgemäß ist dennoch eine besonders große und kräftige Hauptschneidplatte vorgesehen. Diese bietet zwar grundsätzlich dem Bohrklein ebenfalls eine Stirnfläche dar. Aufgrund der besonderen Abschrägung ist sie jedoch besser geeignet, das Bohrklein zu den Bohrmehlabfuhrnuten hin zu verdrängen, so daß der Bohrfortschritt durch die Vergrößerung der Hauptschneidplatte keineswegs beeinträchtigt wird.

Erfindungsgemäß ist es ferner besonders günstig, daß sich trotz der speziellen Vergrößerung der Bohrmehlabfuhrnut die Bohrmehlabfuhrnut mit einem einfachen Fräser vergleichsweise großen Durchmessers realisieren läßt. Die konkaven Bohrmehlabfuhrnuten können sich erfindungsgemäß dementsprechend über einen besonders großen Öffnungswinkel von mehr als 110° erstrekken, der je nach Ausführungsbeispiel bspw. auch 130° betragen kann, wobei sogar der Bohrkopfwinkel, also der Winkel, über den sich eine Bohrmehlabfuhrnut bezogen auf die Bohrerachse erstreckt, größer als 110° sein kann.

Bei zwei Bohrmehlabfuhrnuten, die symmetrisch einander gegenüberliegen, kann der Bohrkopfwinkel der Bohrmehlabfuhrnuten insgesamt über 230° betragen, so daß der Kernwinkel lediglich weniger als 130° beträgt. Dies entspricht bereits Werten, wie sie bei Zweischneidern erreicht werden, wobei erfindungsgemäß durch die Taillierung des Kerns im Stirnflächenbereich die das Bohrmehl blockierende Stirnfläche weiter reduziert wird.

Besonders günstig ist demnach die Fläche der Bohrmehlabfuhrnuten nahezu so groß wie die Stirnkernfläche des Bohrers auszugestalten, die sogar die Fläche der Schneidplatten miteinschließt. Nachdem die Fläche der Hauptschneide etwa der Hälfte der Stirnkernfläche entsprechen kann, wie es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen ist, kann demnach die Fläche der Bohrmehlabfuhrnuten deutlich größer als die Netto-Stirnkernfläche, also die Stirnkernfläche des Bohrers ohne die Fläche der jeweiligen Schneidplatten, sein.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung, dass der Radius der Bohrmehlabfuhrnuten in etwa dem Durchmesser des Bohrers entspricht, ist besonders günstig bei einem Nachlaufwinkel der Nebenschneidplatten von 45 °, da sich bei dieser Ausgestaltung die Nutenseitenwand an beiden Seiten der Bohrmehlabfuhrnut im wesentlichen parallel zur Hauptschneidplatte bzw. zur Nebenschneidplatte erstreckt.

Die Taillierung des Bohrerkerns kann an die Erfordernisse angepasst werden. Bei einer modifizierten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Bohrmehlabfuhrnuten keinen konstanten Radius aufweisen, sondern sich an ihren Seitenwänden zunächst parallel einerseits zur Hauptschneidplatte und andererseits zur Nebenschneidplatte erstrecken, um dann in einem vergleichsweise kleinen Radius zu münden. Diese Ausgestaltung ergibt eine noch stärkere Taillierung, bedarf jedoch zweier Fräsvorgänge bei der Herstellung, oder ggf. einer speziellen Fräseranordnung.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Es zeigt:
1 eine Stirnansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bohrers.
Der in 1 dargestellte Bohrer 10 weist eine Hauptschneide oder Hauptschneidplatte 12 und zwei sich schräg zu dieser erstreckende Nebenschneidplatten 14 und 16 auf. Die Nebenschneidplatten 14 und 16 erstrecken sich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 45° zur Hauptschneidplatte und laufen dieser nach. Gemäß anderen Ausgestaltungen ist ein verminderter Nachlaufwinkel von 30° und gemäß weiteren Ausgestaltung ein etwas vergrößerter Winkel von 50° vorgesehen. Die Ausgestaltung des Bohrers ist achsensymmetrisch, so daß auch bei hohen Geschwindigkeiten und langen Bohrern keine systembedingte Unwucht entsteht.
Zwischen der der Hauptschneidplatte 12 benachbarten Seite der Nebenschneidplatte 14 und der Hauptschneidplatte, und auch zwischen der der Hauptschneidplatte benachbarten Seite der Nebenschneidplatte 16 und der Hauptschneidplatte ist je keine Bohrmehlabfuhrnut vorgesehen. Der sich ergebende Zwischenraum zwischen der Hauptschneidplatte und der Nebenschneidplatte entspricht je etwa der Breite B der Hauptschneidplatte 12.
Hingegen erstrecken sich in Drehrichtung den Nebenschneidplatten folgend je ziemlich große erste und zweite Bohrmehlabfuhrnuten 18 und 20. Die Bohrmehlabfuhrnuten erstrecken sich über einen erheblichen Teil des Umfangs der Bohrerstirnfläche 22, bspw. über 65 %. Die Bohrmehlabfuhrnuten 18 und 20 sind zueinander symmetrisch ausgebildet, und weisen einen Öffnungswinkel α_O und einen Bohrkopfwinkel α_K auf, die je ziemlich groß sind. In der dargestellten Ausführungsform beträgt der Öffnungswinkel α_O 130° und der Bohrkopfwinkel α_K beträgt 116°. Es versteht sich, daß diese Werte je nach Nennmaß des Bohrers und je nach Anwendung an die Erfordernisse anpaßbar sind.
In an sich bekannter Weise steht die Hauptschneidplatte 12 gegenüber dem Bohrerkern um ein Überstandsmaß 24 vor. Dementsprechend ist der Nenndurchmesser des Bohrers etwas größer als ein Kerndurchmesser R_K des Bohrers 10, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Überstandsmaß der Nebenschneidplatten 14 und 16 kleiner als das Überstandsmaß 24 der Hauptschneidplatte 12 oder höchstens so groß wie dieses ist.
Der erfindungsgemäße Bohrer zeichnet sich durch eine ziemlich klein gehaltene Stirnkernfläche A_K aus. Wie es aus 1 ersichtlich ist, ist die Stirnkernfläche A_K im wesentlichen X förmig und tailliert, wobei sie eine Taillenbreite 26 aufweist, die erheblich kleiner als ihre maximale Breite 28 ist. Auch die maximale Breite 28 der Stirnkernfläche und damit des Bohrerkerns beträgt deutlich weniger als 2/3 des Bohrerkerndurchmessers 2R_K und im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels 60 % des Bohrerkerndurchmessers.
Die Taillenbreite 26 beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 62 % der maximalen Breite des Bohrerkerns, wobei es möglich ist, durch eine Reduktion des Radius' der Bohrmehlabfuhrnuten die Taille des Bohrerkerns weiter einzuschnüren.
Bei dem hier vorgestellten Ausführungsbeispiel weist jede Bohrmehlabfuhrnut 18, 20 eine konkave Ausgestaltung mit einem im wesentlichen konstanten Radius auf. Die Fläche AN der Bohrmehlabfuhrnut 20 ergibt sich damit aus der Summe von Kreisabschnittsflächen A₁ und A₂, die sich wie folgt berechnen lassen:
Hierbei ist R_N der Radius der Bohrmehlabfuhrnut 20 und α_N der diesem zugeorndete Winkel, über den sich die Bohrmehlabfuhrnut 20 erstreckt.
Die Darstellung in der Figur weist einen Maßstab von etwa 4:1 auf, so daß sich folgende Werte ergeben:
R_N = 31,25 mm
α_N = 49°
R_K = 15,6 mm
α_K = 116°
Basierend auf diesen Werten ergibt sich für A₁ eine Fläche von 49,0 mm², und für A₂ eine Fläche von 136,97 mm². Die Fläche der Bohrmehlabfuhrnut 20 beträgt demnach 186 mm². Entsprechendes gilt für die Fläche der Bohrmehlabfuhrnut 18.
Demgegenüber beträgt die gesamte Stirnfläche, also einschließlich der Fläche der Schneidplatten 12, 14 und 16, jedoch ohne deren Überstandsmaß, π × R_K ², und bei einem Kerndurchmesser von 15,6 mm demnach 764,5 mm².
Die Stirnkernfläche A_K läßt sich berechnen als Stirnfläche A_S – 2 A_N und beläuft sich bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel demnach auf 392,4 mm². Damit ist die Fläche der beiden Bohrmehlabfuhrnuten mit 372,1 mm² fast so groß wie die Stirnkernfläche A_K und beläuft sich auf etwa 95 %.
Der Bohrleistung kommt ferner zugute, daß die Nettostirn-Kernfläche im Verhältnis zur Fläche der Hauptschneidplatte vergleichsweise klein ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Hauptschneidplatte in der Größe von 6 mm × 35 mm für einen Bohrer mit einem Nenndurchmesser von 35 mm verwendet. Die Fläche der Hauptschneidplatte beträgt demnach 210 mm² und mehr als die Hälfte der Fläche der Stirnkernfläche A_K.
Die Taille der Stirnkernfläche ist demgegenüber so groß, daß sie nicht mehr als das Doppelte der Breite der Hauptschneidplatte trägt.
Es versteht sich, daß Abweichungen und Abwandlungen der Erfin dung möglich sind, ohne den wesentlichen Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann der Nachlaufwinkel der Nebenschneidplatten vergrößert oder verkleinert werden, oder die Form und Ausgestaltung der Nebenschneidplatten kann an die Erfordernisse angepaßt werden.
Ferner kann der Abstand zwischen der Hauptschneidplatte und der benachbarten Bohrmehlabfuhrnut auch bei Bedarf etwas vergrößert werden, bspw. wenn aufgrund der besonderen Beanspruchung eine auch in die Bohrrichtung besonders stabile Einfassung der Hauptschneidplatte gewünscht ist.

Claims

Bohrer mit einer Hauptschneide und zwei gegen die Hauptschneide um weniger als 90° nachlaufenden Nebenschneiden, wobei zwei konkave Bohrmehlabfuhrnuten (18, 20) sich je über einen Bohrkopfwinkel (αK) von mehr als 100°, insbesondere mehr als 110°, erstrecken und die Fläche der Bohrmehlabfuhrnuten (18, 20) 80 % der Stirnkernfläche (AK) des Bohrers (10) übersteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrmehlabfuhrnuten (18, 20) einen Radius (RN) aufweisen, der in etwa dem Durchmesser des Bohrers (10) entspricht.
Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrerkern im Bereich der Stirnfläche (22) im wesentlichen xförmig der x-förmigen Anordnung von Hauptschneide (12) und Nebenschneidplatte (14, 16) angenähert ausgebildet ist.
Bohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrerkern sich zur benachbarten Bohrmehlabfuhrnut (18, 20) um weniger als die Hälfte der Breite der Nebenschneidplatte (14, 16) erstreckt.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrerkern an der Bohrerstirnfläche (22) tailliert ist und eine Taillenbreite (26) von weniger als 50.%, insbesondere von weniger als 40 % des Bohrerkerndurch messers aufweist.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Breite (28) des Bohrerkerns an der Bohrerstirnfläche (22) weniger als 70 %, insbesondere weniger als 60 % des Bohrerkerndurchmessers beträgt.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Taillenbreite (26) des Bohrerkerns an der Bohrerstirnfläche (22) gegenüber der maximalen Breite (28) des Bohrerkerns an der Bohrerstirnfläche (22) zwischen 40 und 80 %, insbesondere zwischen 50 und 70 % und bevorzugt etwa 60.% beträgt.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Fläche (AN) der Bohrmehlabfuhrnuten (18, 20) an der Bohrerstirnfläche (22) mehr als 40.%, insbesondere mehr als 45 % und bevorzugt 48 % beträgt.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Hauptschneide (12) etwa die Hälfte der Stirnfläche (AK) des Bohrerkerns, insbesondere zwischen 40 und 60 % hiervon, beträgt.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Hauptschneide (12) etwa der Hälfte der Taillenbreite (26) der Stirnfläche (AK) des Bohrer kerns entspricht.