DE19722518A1

DE19722518A1 - Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer

Info

Publication number: DE19722518A1
Application number: DE1997122518
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: CN1094169C; CN1258334A; WO1998054434A1; JP2002500713A; EP0985080A1

Description

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

Stand der Technik

Bohrwerkzeuge und insbesondere Gesteinsbohrer bestehen im Allgemeinen aus einem mit einer Hartmetall-Schneidplatte bestückten Bohrerkopf, aus einem Wendelschaft mit Förderwendel für Bohrmehl bzw. Bohrklein und aus einem Einspannschaft, welcher je nach Maschinentyp der Antriebsmaschine ausgebildet ist.

Üblicherweise wird die Förderwendel bei einem Gesteinsbohrer durch spanabhebende Bearbeitung, ggf. jedoch auch spanlos hergestellt. Aus der DE 69 33 778-U oder auch aus der EP 0 361 189 A1 sind auch Bohrwerkzeuge bekannt geworden, die aus Profilstäben mit einem oder mehreren angesetzten Flügeln oder Rippen bestehen, wobei die Förderwendel durch eine Verdrillung eines solchen stangenförmigen oder stabförmigen Rohlings hergestellt wird. Dabei bildet das Einspannende des Bohrwerkzeugs gemäß der DE 69 33 778 eine formschlüssige Mitnahme in einem üblichen Spannfutter mit drei beweglichen Backen (3-Backenfutter) z. B. einer entsprechenden Schlagbohrmaschine.

Auch beim Bohrwerkzeug gemäß der EP 0 361 389 wird ein stangenförmiger Rohling mit wenigstens einer seitlichen Rippe verwendet, der zu einer Förderwendel verdrillt ist. Der Einspannschaft ist als Sechskantprofil ausgebildet, welches an der Förderwendel einstückig befestigt ist.

Bei den genannten Bohrwerkzeugen wird grundsätzlich der gemeinsame Gedanke verfolgt, das jedes stangenförmige Ausgangsmaterial zumindest mit einer, vorzugsweise zwei oder auch drei Längsrippen oder Flügeln versehen werden muß, um eine ausreichend große Förderwendelnut für den Bohrmehltransport zu erhalten. Dies setzt aber teureres, nicht handelsübliches Stangenmaterial als Ausgangsprodukt voraus.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Herstellung für ein Bohrwerkzeug zu schaffen, wobei insbesondere auf eine spanabhebende Bearbeitung zur Herstellung der Förderwendel verzichtet werden soll. 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 Bohrwerkzeugs nach Anspruch 1 angegeben.

Der Erfindung liegt die an sich erstaunliche Erkenntnis zugrunde, daß die Herstellung einer wirksamen Förderwendel auch durch ein rippenloses oder flügelloses Mehrkantprofil möglich ist, welches zur Herstellung der Förderwendel verdrillt wird. Üblicherweise schlägt der Stand der Technik hierfür grundsätzlich Profile mit wenigstens einem rippenförmigen Ansatz vor. Demgegenüber verwendet die vorliegende Erfindung jedoch als Ausgangsmaterial einen Polygon-Profilstab wie z. B. einen herkömmlichen Sechskantstahl mit einem Sechskantprofil als Rohling, welcher zu einer Förderwendel verdrillt wird.

Die Erfindung geht an sich von der Erkenntnis aus, daß die Bohrleistung von Bohrwerkzeugen maßgeblich 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 handelsübliche Dreh- bzw. Schlagbohrmaschinen.

Verwendet werden können Sechskantprofile, Vierkant- oder Dreikantprofile, wobei letztere bei dessen Verdrillung vergrößerte Bohrmehlnuten ergeben.

In bevorzugter Ausführungsform werden derartige stangenförmige Rohlinge mit einem je nach Anwendungsfall erforderlichen Einspannschaft z. B. in einem Fließpreßverfahren oder einem Schmiedeverfahren hergestellt und der Wendelabschnitt wird zur Herstellung der Förderwendel z. B. nachfolgend verdrillt. Ein spezieller Einspannschaft kann auch nachträglich durch ein geeignetes Schweißverfahren mit einem entsprechend hergestellten, ggf. bereits verdrillten Förderwendelabschnitt verbunden werden.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann auch ein stangenförmiges Ausgangsmaterial als Mehrkantprofil verwendet werden, welches wenigstens drei symmetrisch angeordnete und eben oder vorzugsweise konkav gewölbte Seitenfläche aufweist, die in verdrillter Form zu vergrößerten Bohrmehlnuten führen. Ein solches Mehrkantprofil kann insgesamt auch in verdrillter Form den Wendelschaft und in unverdrillter Form den Einspannschaft bilden.

Einem solchen hergestellten und verdrillten Profil wird stirnseitig eine Hartmetall-Schneidplatte zur Bildung des Bohrerkopfes eingesetzt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus dem nachfolgend anhand der Zeichnungen erläuternden Ausführungsbeispiel. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Bohrwerkzeug,

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

Fig. 2a eine Draufsicht auf das Bohrwerkzeug nach Fig. 2,

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

Fig. 3 das Bohrwerkzeug nach Fig. 2 in Seiten ansicht,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem im Querschnitt etwa dreieckförmigen Profilstab in Richtung der Schnittlinie I-I in Fig. 2,

Fig. 5 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 mit konkav gewölbten Seitenflächen,

Fig. 6 ein Ausgangsrohling in Seitenansicht zur Herstellung des Bohrwerkzeugs nach Fig. 1 bis 3,

Fig. 6a eine Draufsicht auf den Rohling nach Fig. 6 und

Fig. 7 eine Seitenansicht des Rohlings nach Fig. 6.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Gesteinsbohrer 1 besteht in einem ersten Ausführungsbeispiel aus einem Bohrerkopf 2, aus einem Wendelschaft 3 sowie einem Einspannschaft 4. Der Bohrerkopf weist eine handelsübliche, dachförmige Hartmetall-Schneid platte 5 auf, die den Bohrernenndurchmesser D bildet.

Der Wendelschaft 3 besteht als Ausgangsmaterial aus einem Sechskantprofilstab 6, wie er in den Fig. 6, 7 jeweils in Seitenansicht dargestellt ist. Dieser Sechskantprofilstab kann gemäß der Darstellung in den Fig. 6 und 7 in einem Fließpreßverfahren oder einem Schmiedeverfahren gemeinsam mit einem zylindrischen Einspannschaft 4 hergestellt werden, wobei der zylindrischen Einspannschaft 4 den Durchmesser d₃ aufweist. Das Sechskantprofil 6 wird durch seine Schlüsselweite s charakterisiert, wobei die Diagonale 8 durch die Eckpunkte 7 bzw. durch die Längskanten 7' in Fig. 2b dargestellt ist. Verdrillt man ein solches Profil um die Längsmittelachse 9 z. B. um 360°, so ergibt sich die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte spiralförmige Förderwendel mit einem Umkreis 10 mit einem Durchmesser d₁, welcher der Länge der Diagonalen 8 durch die Eckpunkte 7 entspricht. Der Drallwinkel α der Nutensteigerung beträgt gemessen zur Längsmittelachse 9 α ≊ 20-40°.

Die im Ausgangsrohling der Fig. 6 und 7 gebildeten sechs Schlüsselflächen 11 des Sechskantprofilstab bilden demzufolge im verdrillten Zustand den Bohrmehlnutengrund, während die Längskanten 7' des Sechskantprofils die linienförmigen Begrenzungen der jeweiligen Bohrmehlnut 12 bilden. Die Bohrmehlnut 12 wird demzufolge durch die Flächenabschnitte 11 und den Umkreis 10 gebildet, wie dies in Fig. 2b schraffiert dargestellt ist.

Selbstverständlich bildet der Umkreis 13 mit dem Durchmesser D die äußere Begrenzung des Bohrloches aufgrund der Ausbildung der Hartmetall-Schneide 5, so daß sich die eigentliche Bohrmehlnut zwischen dem Umkreis 13 und dem Bohrmehlnutengrund 11 bildet.

Das Sechskantprofil 6 des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 bis 3 wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 variiert. Hier wird ein kreisförmiges Grundprofil 6' verwendet, mit drei in einem Umlaufwinkel von 120° beabstandeten Schlüsselflächen 11', die über Kreisbogenabschnitte 14 miteinander verbunden sind. Der Durchmesser dieses Umkreises 14 entspricht wiederum dem Durchmesser d₁ in Fig. 2b. verdrillt man ein solches Dreikantprofil so ergeben sich die Bohrmehlnuten 12' wie in Fig. 4 dargestellt.

Die Senkrechten auf die Schlüsselflächen 11' in Fig. 4, durch den Mittelpunkt 15, schließen einen Winkel β = 120° ein.

Der Bogenwinkel γ der Schlüsselflächen 11' ist gleich groß oder größer, als der Bogenwinkel δ der Kreisbogenabschnitte 14. Der Winkel γ beträgt z. B. γ ≈ 60-70, vorzugsweise 65°, der Winkel δ beträgt δ ≈ 50-60, vorzugsweise 55°.

Selbstverständlich kann die Schlüsselfläche 11' zur Vergrößerung der Bohrmehlnut 12' in Fig. 4 auch näher zum Kreismittelpunkt 15 angeordnet sein, wie dies bspw. durch die Hilfslinie 16 angedeutet ist. Hierdurch vergrößert sich die Bohrmehlnut 12' bei Verkleinerung des Kreisbogenabschnitts 14.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 4 im Wesentlichen dadurch, daß die Schlüsselflächen als konkav ausgebildete Schlüsselflächen 12'' ausgebildet sind, um die Bohrmehlnuten 12'' noch weiter zu vergrößern. Auch ein solches Ausgangsprofil 6'' bildet im verdrillten Zustand den Umkreis d₁, wie zu Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Der Einspannschaft 14 mit seinem Durchmesser d₃ kann je nach Anwendungsfall an das Bohrfutter einer Hammerbohrmaschine oder auch einer Schlagbohrmaschine angepaßt werden. Insbesondere wird dieser Einspannschaft 4 als herkömmlicher Hammerbohrmaschinen-Ein spannschaft ausgebildet, wie er für Hammerbohrmaschinen genormt ist.

Die Verbindung zwischen Wendelschaft 3 und Einspannschaft 4 erfolgt entweder über das Herstellungsverfahren mittels eines Fließpreßrohlings oder eines Schmiederohlings gemäß der Darstellung in Fig. 6 und 7, wobei nach Herstellung des Rohlings die Förderwendel durch Verdrillung des Ausgangsprofils hergestellt wird. Es kann jedoch auch ein stangenförmiges Mehrkantprofil verwendet werden, welches an zwei Enden eingespannt und nachfolgend gegenläufig verdrillt wird. Dieses kann mittels eines geeigneten Schweißverfahrens mit dem Einspannschaft verbunden werden. Selbstverständlich kann auch die Reihenfolge der Herstellungsschritte variiert werden.

Weiterhin kann auch der Einspannschaft als unverdrilltes Mehrkantprofil verwendet werden, d. h. zum Beispiel als Sechskantprofil 6' oder als in Querschnitt dreieckförmiges Profil 6', 6'' gemäß den Darstellungen in den Fig. 2b, Fig. 4 und 5.

Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 5 wird die Hartmetall-Schneidplatte 5 symmetrisch in den dreieckförmigen Querschnitt der verdrillten Förderwendel eingesetzt, d. h. die Längsachse 17 der Hartmetall-Schneide zeigt in Richtung einer Spitze 18 des dreieckförmigen Querschnitts.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche. Insbesondere kann das zu verdrillende Mehrkantprofil für die Förderwendel auch ein Vierkantprofil oder Rechteckprofil sein, sofern dieses nicht gleichzeitig - in unverdrilltem Zustand - als Einspannschaft dienen soll.

Bezugszeichenliste

1

Gesteinsbohrer

2

Bohrerkopf

3

Wendelschaft

4

Einspannschaft

5

HM-Schneidplatte

6

Sechskantprofilstab

7

Eckpunkte/Längskante

8

Diagonale

9

Längsmittelachse

10

Umkreis

11

Schlüsselfläche

12

Bohrmehlnut

13

Umkreis

14

Kreisbogenabschnitt

15

Mittelpunkt

16

Hilfslinie

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 besteht, welcher zu einer Förderwendel (3) verdrillt ist und daß das Einspannende wahlweise zur Aufnahme in einer Hammerbohrmaschine oder einem Dreibackenfutter einer Bohr- bzw. Schlagbohrmaschine ausgebildet ist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für das Bohrwerkzeug (1) aus einem Fließpreßrohling oder Schmiederohling oder ähnlichem besteht, mit einem im Querschnitt polygonartigen Mehrkantprofil (6, 6', 6'') im Bereich des Wendelschaftes (3) und einem vorzugsweise zylindrischen Einspannschaft (4), wobei der Wendelschaft (3) zu einer Förderwendel verdrillt ist.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannschaft (4) mittels eines Schweißverfahrens mit dem Wendelschaft (3) verbunden ist.

4. Bohrwerkzeug nach einem der der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendelschaft (3) und ggf. der Einspannschaft (4) nach Art eines handelsüblichen Sechskantprofils (6) ausgebildet ist, welches zur Bildung der Förderwendelnuten verdrillt ist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprofil für den Wendelschaft (3) und ggf. für den Einspannschaft (4) aus einem kreiszylindrischen Querschnitt besteht, mit wenigstens drei symmetrisch angeordneten, ebenen oder konkav gewölbten Seitenflächen (11', 11''), deren jeweiliger Bogenwinkel γ gleich groß oder größer ist als der Bogenwinkel δ des dazwischen liegenden zylindrischen Kreisbogenabschnitts (14).

6. Bohrwerkzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannschaft als Hammerbohrmaschinen-Einspannschaft ausgebildet ist.

7. Bohrwerkzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf eine dachförmige Hartmetall-Schneid platte (5) aufweist.

8. Bohrwerkzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetall-Schneidplatte (5) symmetrisch in einem im Querschnitt sechskantförmigen oder dreieckförmigen Förderwendel-Profilstab (6, 6', 6'') eingesetzt ist, wobei die Längsachse (17) der Hartmetall-Schneid platte durch die Eckpunkte (7) des Sechskantprofils (6) oder durch die Spitze (8) des dreieckförmigen Querschnitts verläuft.

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

10. Bohrwerkzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendelschaft (3) aus einem verdrillten, im Querschnitt vierkant- oder rechteckförmigen Profilstab besteht.