DE19722517A1

DE19722517A1 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE19722517A1
Application number: DE19722517A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Peetz
Original assignee: Hawera Probst GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-03
Also published as: DK0985081T3; DE59806280D1; EP0985081B1; EP0985081A1; CN1259189A; WO1998054436A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, insbesondere einen Gesteinsbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Bekannte Bohrwerkzeuge zur Bearbeitung von Gestein bestehen aus einem Bohrerkopf mit eingesetzter Hartmetall-Schneid platte, einem sich daran anschließenden Wendelschaft mit spiralförmiger Förderwendel sowie einem Einspannschaft zum Einsetzen des Bohrwerkzeugs in eine Antriebsmaschine, wie Schlagbohrmaschine oder dergleichen.

Die spiralförmige Förderwendel von Gesteinsbohrern werden spanabhebend oder auch spanlos hergestellt, um die Spannuten in das allgemein zylindrische Ausgangsmaterial einzubringen. Dabei hat die Förderwendel bei Gesteinsbohrern die Hauptaufgabe, daß durch die Hartmetallschneide gelöste Material, d. h. das Bohrmehl oder Bohrklein aus dem Bohrloch herauszufördern. Um einer ausreichenden Förderung des Bohrmehls gerecht zu werden, wird bei bekannten Bohrern der Fördernutquerschnitt etwa derart gewählt, daß sich ein Durchmesserverhältnis des Kerndurchmessers zum Förderwendeldurchmesser von ca. 0,5 ergibt. Ein zu großer Fördernutquerschnitt hat jedoch den Nachteil, daß der Kerndurchmesser der Förderwendel stark geschwächt ist, was durchaus zu Brüchen führen kann. Abgesehen von der aufwendigen Herstellung der Fördernuten müssen auch sehr hochwertige legierte Werkzeugstähle zum Einsatz kommen, um den Anforderungen gerecht zu werden.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 69 33 778 ist ein Bohrwerkzeug auch zur Verwendung als Gesteinsbohrer mit einer Bestückung einer Hartmetallschneide bekannt geworden, welches aus einem gewalzten Grundprofil mit zwei Längsrippen besteht und dessen Förderwendel durch Verdrehung bzw. Verwindung des Grundprofils hergestellt wird. Bei einem derartigen Bohrwerkzeug ist das Verhältnis Wendeldurchmesser zu Kerndurchmesser < 0,5, wie sonst bei Gesteinsbohrern üblich. Die durch die verdrillten Längsrippen gebildete Förderwendel ist infolge ihrer Formgebung vergleichsweise teuer.

Ähnliche Verhältnisse sind bei der bekannten EP 0 361 189 AI gegeben, die ähnliche Grundprofile als Ausgangsmaterial für eine Förderwendel verwenden, die in verdrillter Form die Bohrmehlnuten bilden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug und insbesondere ein Gesteinsbohrer für drehende und/oder drehschlagende Beanspruchung zu schaffen, welches äußerst kostengünstig herstellbar ist und dennoch ausreichend gute Fördereigenschaften von Bohrmehl aufweist. Dabei soll insbesondere eine zuverlässige Verwendbarkeit in handelsüblichen handgeführten Bohr- oder Schlagbohrmaschinen gegeben sein.

Lösung der Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Bohrwerkzeug der einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Bohrwerkzeugs möglich.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Bohrleistung von Bohrwerkzeugen maßgeblich auch durch das erzielbare Fördervolumen an Bohrmehl in den Bohrmehlnuten bestimmt wird. Hierfür stehen bei herkömmlichen Bohrern im allgemeinen eine oder zwei, ausnahmsweise auch drei Förderwendelnuten zur Verfügung, die einen entsprechenden Nutenquerschnitt aufweisen müssen, um den Abtransport des Bohrmehls zu ermöglichen. Der erforderliche Nutenquerschnitt schwächt jedoch grundsätzlich den Kernquerschnitt des Bohrwerkzeugs im Wendelbereich, was insbesondere bei Bohrwerkzeugen mit kleinen Durchmessern von z. B. 2 mm bis 6 mm zu Festigkeitsproblemen im Wendelschaft führen kann.

Die vorliegende Erfindung kann aber das Problem der Schwächung des Kernquerschnitts infolge eingebrachter Förderwendelnuten erfindungsgemäß dadurch lösen, indem anstelle von üblicherweise zwei Förderwendelnuten z. B. sechs solcher Nuten verwendet werden, die durch Verdrillung z. B. eines Sechskantstahls entstehen. Hierdurch wird die Arbeitsleistung der Bohrmehlförderung von üblicherweise einer oder zweier Nuten auf z. B. sechs Förderwendelnuten verteilt, wodurch die Nutentiefe sehr viel geringer gehalten werden kann und damit eine besonders hohe Wendelschaftsteifigkeit erzielt wird.

Es hat sich demzufolge als äußerst überraschend gezeigt, daß beispielsweise ein lediglich im Bereich der Förderwendel verdrillter, im Querschnitt polygonförmiger Profilstab eine Vielzahl von Förderwendeln bildet, die einen sehr positiven Bohrmehltransport bewerkstelligen. Die Verdrillung insbesondere eines im Querschnitt sechseckigen Profilstabes im Bereich der Förderwendel führt deshalb zu brauchbaren Ergebnissen insbesondere für Bohrwerkzeuge mit kleineren Nenndurchmessern beim Einsatz in handelsüblichen Dreh- bzw. Schlagbohrmaschinen.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Ausgangsmaterial für das komplette Bohrwerkzeug derart gewählt, daß der Einspannschaft Spannflächen bildet, zum Einsatz in ein handelsübliches Dreibackenfutter einer Dreh- oder Schlagbohrmaschine, d. h. das polygone Profil muß mindestens drei Spannflächen, die um 120° versetzt angeordnet sind, aufweisen. Hierdurch wird eine formschlüssige Einspannung des Bohrerschaftes gewährleistet, d. h. ein Durchdrehen des Bohrwerkzeuges im Backenfutter der Bohrmaschine wird nahezu ausgeschlossen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Gesteinsbohrers mit Sechskantquerschnitt,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gesteinsbohrers nach Fig. 1,

Fig. 2a eine Draufsicht des Gesteinsbohrers nach Fig. 2,

Fig. 2b eine vergrößerte Darstellung der Fig. 2a,

Fig. 2c die Ansicht auf das untere Ende des Gesteinsbohrers nach Fig. 2,

Fig. 3 den Gesteinsbohrer nach Fig. 2 um 90° gedreht,

Fig. 4 eine weitere Variante des Grundprofils und

Fig. 5 eine weitere Variante des Grundprofils.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Gesteinsbohrer 1 besitzt einen Bohrerkopf 2, einen Wendelschaft 3 sowie ein Einspannschaft 4. Der Bohrerkopf 2 weist eine handelsübliche, dachförmige Hartmetall-Schneidplatte 5 auf, die mit ihrem Außendurchmesser D den Bohrernenndurchmesser bildet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 wird als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Gesteinsbohrers ein als Massenprodukt vorliegender handelsüblicher Sechskantstahl verwendet, wie er beispielsweise in DIN 176, DIN 1015 oder DIN 59110 (6-Kant-Walzdraht) in den verschiedensten Abmessungen zur Verfügung steht. Dabei dient die Schlüsselweite s zur Bestimmung der jeweiligen Abmaße. Die durch die jeweiligen Punkte 7 des Sechskantprofils 6 gelegte Diagonale 8 weist eine Länge von d₁ auf. Verdrillt man ein solches Sechskantprofil entsprechend der Darstellung in den Fig. 1 bis 3 so liegen die Längskanten 7' auf dem Umkreis 10 der so gebildeten Förderwendel. Bei der Darstellung in Fig. 3 wird beispielsweise das Sechskantprofil 6 des Einspannschafts 4 über eine Länge l₁ festgehalten und der restliche Teil des Sechskantprofils über eine Länge l₂ um z. B. 360° verdrillt. Dies ergibt einen Spiral- oder Drallwinkel von α ≅ 20° bis 30°, wobei der Spiralwinkel α der Winkel der Nuten gegen die Bohrerachse 9 am äußeren Durchmesser des Wendelschaftes ist. Die in Fig. 3 dargestellte Schlüsselfläche 11 wird demzufolge z. B. einmal um 360° verdreht.

Durch diese Maßnahme entsteht zwischen dem Umkreis 10 und den Schlüsselflächen 11 ein in Fig. 2b schraffiert dargestellter Raum 12, der als Bohrmehlnut dient. Dieses Volumen wird noch durch den Umkreis 13 vergrößert, der sich durch den materialabtragenden Durchmesser D der Hartmetallschneide 5 ergibt.

Das Verhältnis des Durchmessers D der Hartmetall-Schneid platte 5 zum Durchmesser d₁ der Förderwendel 3 und damit der Überstand der Hartmetall-Schneidplatte wird in üblichen Maßen von herkömmlichen Bohrwerkzeugen gewählt.

Bohrversuche haben ergeben, daß mit einem solchen Werkzeug mit Sechskantprofil in handelsüblichen Schlagbohrmaschinen gute Bohrergebnisse erzielt werden können. Dabei ist es von großem Vorteil, daß die Herstellungskosten für ein solches Bohrwerkzeug gegen üblichen Herstellungskosten enorm gesenkt werden können, da keinerlei spanabhebende Bearbeitung zur Herstellung der Förderwendel mehr erforderlich ist.

Ein besonderer Vorteil der Verwendung derartiger Profilstäbe, z. B. Sechskantprofile, liegt auch in der Formgebung des Einspannschafts, dessen Schlüsselflächen 11 aufgrund ihrer Anordnung automatisch Einspannflächen in einem herkömmlichen Dreibackenfutter einer Schlagbohrmaschine oder dergleichen bilden. Insofern kann das Bohrwerkzeug fest und formschlüssig in die Bearbeitungsmaschine eingespannt werden, ohne daß es zu dem sonst sehr häufigen Durchdrehen des Bohrwerkzeuges in der Bearbeitungsmaschine kommt. Dies vor allem deshalb, da die Spannbacken des Dreibackenfutters durch Verschluß an häufig genutzten Bohrmaschinen keinen genügenden Halt für einen herkömmlichen kreiszylindrischen Einspannschaft bieten. Die formschlüssige Einspannung mittels eines Sechskant-Ein spannschaftes bietet deshalb ebenfalls erhebliche Vorteile.

Die Erfindung kann durch die Ausbildungen der Profilstäbe 6', 6'' z. B. nach den Fig. 4 und 5 erweitert werden. Grundsätzlich werden jeweils mindestens drei Spannflächen 11' oder 11'' vorgegeben, die in einem Umlaufwinkel von γ = 120° angeordnet sind und so in einem dreieckförmigen Querschnitt die entsprechenden Einspannflächen für das Einspannen in ein Dreibackenfutter einer Schlagbohrmaschine oder dergleichen bilden. Die Schneidplatte 5 wurde zur besseren Darstellung des Profils nur gestrichelt eingezeichnet.

Beim Ausführungsbeispiel in Fig. 4 wird ein Dreikant-Profilstab als Ausgangsmaterial gewählt, mit drei ebenen Spannflächen 11', die über einen Kreisbogenabschnitt 14 miteinander verbunden sind. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, wird dabei der Bogenwinkel γ der Spannflächen 11' etwas größer gewählt als der Bogenwinkel δ der Kreisbogenabschnitte 14. Hieraus ergeben sich größere Bohrmehlnuten 12' bei einer entsprechenden Verdrillung dieses Profils. Die Spannflächen 11' können je nach Bedarf noch weiter zum Kreismittelpunkt 15 rücken, um die Bohrmehlnuten 12' noch weiter zu vergrößern. Hierdurch verkleinern sich die Kreisbogenabschnitte 14 entsprechend. Als Beispiel für eine solche Verschiebung ist die Spannfläche 16 in Fig. 4 eingezeichnet. Selbstverständlich sind drei derartige Spannflächen 16 in einem entsprechenden Umlaufwinkel von 120° angeordnet.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 entspricht demjenigen nach Fig. 4, jedoch sind die Spannflächen 11'' als konkave, d. h. nach innen zum Kreismittelpunkt 15 gewölbte Flächen ausgebildet. Auch hierdurch ergibt sich eine weitere Vergrößerung der Bohrmehlnut 12''. Im Bereich des Einspannschafts 4 bilden die Spannflächen 11'' die formschlüssigen Aufnahmeelemente für ein Dreibackenfutter der Bohrmaschine. Das gleiche Profil wird im Bereich des Wendelschaftes wie zu Fig. 1 bis 3 beschrieben verdrillt ausgeführt und bildet somit die erforderlichen Bohrmehlnuten.

Die stangenförmigen Ausgangsmaterialien nach den Fig. 4 und 5 können ebenfalls als preiswerte gewalzte oder gezogene Sonderprofile vorliegen bzw. hergestellt werden, um das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug zu bilden.

Die Anordnung der Hartmetallschneide 5 in den im Querschnitt etwa dreieckförmigen Profilstäben 6', 6'' in den Fig. 4 und 5 erfolgt symmetrisch wie gestrichelt dargestellt, d. h. die Längsachse 17 der Hartmetallschneide 5 ist in Richtung einer Spitze 18 des dreieckförmigen Querschnitts ausgerichtet.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle Abwandlungen und Varianten im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

Bezugszeichenliste

1

Gesteinsbohrer

2

Bohrerkopf

3

Wendelschaft

4

Einspannschaft

5

Hartmetall-Schneidplatte

6

Sechskantprofil

7

,

7

' Eckpunkte/Längskante

8

Diagonale

9

Längsachse/Bohrerachse

10

Umkreis

11

Schlüsselfläche/Spannfläche

12

Raum/Bohrmehlnut

13

Umkreis

14

Kreisbogenabschnitt

15

Kreismittelpunkt

16

Spannfläche

17

Längsachse von

5

18

Spitze

Claims

1. Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem Bohrerkopf, einem Einspannschaft und einem dazwischen liegenden Wendelschaft, der aus einem verdrillten Profilstab gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der noch unverdrillte Wendelschaft (3) aus einem Polygon-Profilstab (6, 6', 6'') besteht, welcher zu einer Förderwendel (3) verdrillt ist, wobei die Bohrmehlnuten (12) durch die verdrillten Profilstabflächen (11) gebildet sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendelschaft (3) aus einem verdrillten Profilstab (6, 6', 6'') gebildet ist, der gleichermaßen in unverdrillter Form den Einspannschaft (4) bildet.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (6, 6', 6'') zur Bildung des verdrillten Wendelschafts (3) und des unverdrillten Einspannschafts (4) aus einem symmetrischen Mehrkantprofil (6, 6', 6'') besteht, mit wenigstens drei in ein handelsübliches Dreibackenfutter einspannbaren Spannflächen (11, 11', 11''), die in einem Drehwinkel β = 120° versetzt angeordnet sind.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (6, 6', 6'') aus einem Mehrkantprofil mit wenigstens drei ebenen (11, 11') oder gewölbten (11''), vorzugsweise konkav gewölbten Spannflächen für ein Dreibackenfutter ausgebildet ist.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (6, 6', 6'') aus einem, als Massenprodukt vorliegendes Material wie z. B. einem handelsüblichen Sechskantstahl gebildet ist.

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab aus einem im Querschnitt kreisförmigen Profil gebildet ist, mit drei ebenen oder konkav gewölbten, symmetrisch angeordneten Spannflächen (11', 11'') für ein Dreibackenfutter einer Bohrmaschine oder Schlagbohrmaschine.

7. Bohrwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen (11') oder konkav gewölbten (11'') Flächenabschnitte des Profilstabquerschnitts einen zumindest gleich großen oder größeren Bogenwinkel γ einnehmen, wie der Bogenwinkel δ des kreiszylindrischen Flächenabschnitts (14).

8. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerkopf (2) mit einer vorzugsweise im Querschnitt des Profilstabs (6, 6', 6'') symmetrisch angeordneten Hartmetall-Schneidplatte (5) versehen ist.

9. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der noch unverdrillte Wendelschaft (3) aus einem im Querschnitt symmetrischen und flüglelosen bzw. rippenlosen Polygon-Profilstab oder Mehrkantprofil besteht.