DE19734140A1 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Description

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

Stand der Technik

Mit der DE 25 51 125 C2 wurde ein einheitliches System der Schaftaufnahme in Hammerbohrmaschinen geschaffen, welches unter der Bezeichnung SDS-Plussystem allgemein bekannt geworden ist. Wie aus den Fig. 1 + 2 dieser Druckschrift zu entnehmen ist, weisen derartige Bohrwerkzeuge zwei zum Bohrerschaftende hin geöffnete Drehmitnahmenuten auf, in welche Mitnahmebacken der Werkzeugaufnahme eingreifen. Neben diesen beiden, sich gegenüberliegenden Drehmitnahmenuten im Werkzeugschaft sind weiterhin um 90° versetzt angeordnete Haltenuten vorgesehen, die zum Bohrerschaftende hin geschlossen sind und in die Verriegelungselemente zur Vermeidung eines Herausfallens des Bohrwerkzeugs eingreifen.

Wie aus den Fig. 4 bis 7 der DE 25 51 125 ersichtlich, können die im Bohrerschaft eingebrachten Drehmitnahmenuten sowie die Haltenuten unterschiedliche geometrische Formgebungen aufweisen, an die jeweils das Backenfutter der Antriebsmaschine anzupassen ist. Weitere Varianten solcher Ausgestaltungen von Mitnahmenuten und Haltenuten sind in weiteren Anmeldungen wiedergegeben. Hier wird beispielsweise auf die DE 37 16 915 A1 oder die DE 42 00 643 A1 verwiesen.

Derartige Bohrwerkzeuge werden in Hammerbohrmaschinen eingesetzt. Wie aus der Fig. 1 der DE 25 51 125 ersichtlich, beaufschlagt ein fliegender Stößel das rückseitige Ende des Bohrwerkzeugs mit permanenten Schrägen, wobei das Bohrwerkzeug innerhalb des Bohrfutters axial bewegbar gelagert ist. Die wirksame Auftrefffläche des fliegenden Stößels ist in aller Regel derart bemessen, daß möglichst die gesamte hintere Fläche des Bohrerschaftes mit Schlägen beaufschlagt wird, um eine eher geringe Flächenpressung und damit eine erhöhte Haltbarkeit des Bohrwerkzeugs zu erzielen.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Eigenschaften und eine Leistungssteigerung eines Bohrwerkzeugs der gattungsgemäßen Art zu erzielen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Bohrwerkzeug nach der Gattung des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Bohrwerkzeugs gemäß Hauptanspruch angegeben.

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß bei einem Bohrwerkzeug für schlagende Beanspruchung nach der Gattung des Anspruchs 1 hoch komplizierte Schwingungsvorgänge im Zusammenhang mit der Kraftübertragung stattfinden. Trifft beispielsweise der fliegende Stößel eines Bohrhammers auf das Einspannende des Bohrwerkzeugs auf, so entstehen durch diese Schlagimpulse im Bohrwerkzeug sogenannte Longitudinalschwingugen. Durch die fortlaufende Impulsbeaufschlagung entstehen Stoßwellenfronten, die sich im Bohrwerkzeug fortpflanzen. Untersuchungen haben gezeigt, daß solche Stoßwellenfronten an Querschnittssprüngen innerhalb des Bohrwerkzeugs reflektiert oder auch umgeleitet werden. Solche Querschnittssprünge stellen sich nicht nur durch die Bohrmehlnuten bildenden Stege der Förderwendel, sondern auch durch sonstige Querschnittsverengungen dar. Querschnittssprünge werden insbesondere auch durch die eingangs beschriebenen Drehmitnahmenuten und Verriegelungs- oder Haltenuten am Bohrerschaft gebildet. Insbesondere die zum Schaftende hin geschlossenen Haltenuten für die Verriegelungselemente stellen in ihrem hinteren Bereich Querschnittsveränderungen dar, die eine Umleitung oder Umlenkung der Longitudinalschwingungen erforderlich machen und insbesondere auch zu einer Reflexion der Stoßwellenfront führen. Gleichermaßen bilden die jeweiligen, zur Bohrerspitze hin weisenden Enden der Drehmitnahmenuten bzw. Verriegelungsnuten entsprechende Querschnittssprünge, an denen Verluste der Schlagenergie auftreten können.

Der Erfindung liegt demzufolge der Kerngedanke zugrunde, die auf das Einspannende des Bohrwerkzeugs einwirkenden Schlagimpulse derart zu konzentrieren, daß sie sich möglichst gradlinig und ungestört innerhalb des gesamten Bohrwerkzeugs und insbesondere im Schaftbereich des Bohrwerkzeugs fortpflanzen können. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die hintere Auftrefffläche am Einspannende des Bohrwerkzeugs derart konzipiert wird, daß eine gradlinige bzw. axial ungestörte Fortpflanzung der Longitudinalschwingungen ermöglicht wird, ohne daß eine Umlenkung dieser Longitudinalschwingungen durch Querschnittssprünge auftritt.

Die wirksame Auftrefffläche für den Schlagimpuls am Einspannende des Bohrwerkzeuges wird deshalb derart gewählt, daß diese innerhalb eines Hüllkreises durch die Drehmitnahmenut oder die Haltenut liegt, je nach dem welcher dieser Hüllkreise im Durchmesser kleiner ist. Hierdurch wird gewährleistet, daß die Longitudinalschwingungen sich gradlinig ausbreiten können. Unter "Hüllkreis" wird hierbei ein Kreis verstanden, der die jeweiligen Ausnehmungen radial tangiert bzw. an der innersten Stelle berührt.

Der Außendurchmesser des SDS-Plusschaftes beträgt einheitlich 10 mm. Bei Bohrwerkzeugen mit einem Nenndurchmesser ≦ 10 mm weist der Kernquerschnitt der Förderwendel einen kleineren Durchmesser auf, zur Bildung der Stege der Förderwendel. Auch in diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn die hintere Aufschlagfläche derart bemessen wird, daß die Longitudinalschwingungen sich axial ungestört fortpflanzen können. Versuche haben demzufolge überraschend gezeigt, daß eine kleinere hintere Aufschlagfläche zu einer Leistungssteigerung dann führt, wenn diese Auftrefffläche in ihrer Projektionsrichtung sich axial ungestört über die gesamte Länge des Bohrwerkzeugs fortführen läßt.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Auftrefffläche am Einspannende des Bohrwerkzeugs durch eine zylindrische Schlagkuppe gebildet wird, deren Durchmesser entsprechend ausgebildet ist. Dabei kann die Schlagkuppe mit seitlichen axialen, schrägen oder gekrümmten Übergangsflächen in die hintere Fläche des Einspannendes übergehen.

Die Höhe dieser Schlagkuppe kann beispielsweise ca. 1 mm betragen. Eine solche geometrische Ausbildung am Ende des Bohrerschaftes verleiht dem Bohrwerkzeug darüber hinaus ein charakteristisches Aussehen, welches zur Identifizierung derartiger spezieller Werkzeuge vorteilhaft ist.

Ein wesentlicher technischer Effekt beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung liegt auch darin, daß durch die Verkleinerung der Schlagfläche auf das Einspannende des Bohrwerkzeugs eine deutliche Erhöhung des Schlagimpulses durch die erhöhte Flächenpressung eintritt, was ebenfalls zu einer Steigerung der Bohrleistung führt. Der Durchmesser dieser Schlagkuppe sollte deshalb kleiner gewählt werden, als der Durchmesser des kleinsten Hüllkreises durch die Drehmitnahmenuten bzw. Haltenuten des Bohrerschaftes.

In diesem Zusammenhang erscheint es überraschend aber auch logisch zu sein, daß eine Leistungssteigerung des Bohrwerkzeugs auch dadurch erzielt werden kann, indem der endseitige Bereich des Bohrerschaftes mit einer zentralen axialen Bohrung versehen wird. Hierdurch ergibt sich eine ringförmige Aufschlagfläche, deren Flächeninhalt gegenüber einem normalen Bohrwerkzeug deutlich verringert ist. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung der Flächenpressung und damit zu einer Erhöhung des Schlagimpulses im Werkzeug. Eine Erhöhung des Schlagimpulses hat jedoch eine Erhöhung der Energieübertragung zur Folge, so daß auch eine derartige Maßnahme zu einer Leistungssteigerung führt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindungen sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht auf das Einspannende eines Bohrerschaftes;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Einspannende nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung und

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform mit einer zentralen endseitigen Bohrung in der Aufschlagfläche.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in der Fig. 1 in Seitenansicht dargestellte Bohrwerkzeug 1 besitzt ein Bohrerschaftteil 2 sowie eine nicht näher dargestellte Förderwendel mit stirnseitigem Bohrerkopf. Dabei handelt es sich um einen sogenannten SDS-Plus-Bohrer, wie er beispielsweise in der DE 25 51 125 C2 dargestellt ist. Ein solches Bohrwerkzeug weist an seinem Schaftteil zwei gegenüberliegende Drehmitnahmenuten 3, 3' auf, wie sie in Fig. 1 und 2 der Zeichnung dargestellt sind. Diese Drehmitnahmenuten sind in Richtung des Bohrerschaftendes 5 offen gestaltet. Sie dienen zum Eingriff von Mitnahmebacken eines zugehörigen Backenfutters einer Hammerbohrmaschine.

Zu diesen Drehmitnahmenuten 3, 3' um 90° versetzt angeordnet befinden sich zwei gegenüberliegende Haltenuten 4, 4', die in Richtung Bohrerschaftende 5 geschlossen sind und die zur Aufnahme von Verriegelungselementen innerhalb des Bohrfutters dienen. Die Funktionsweise der Drehmitnahmenuten 3, 3' bzw. der Haltenuten 4, 4' ist in der DE 25 51 125 C2 beschrieben. Auf diese Schrift wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.

In den Fig. 1 + 2 sind die Abmaße des Schaftendes dargestellt. Die Außendurchmesser d₁ des Bohrerschaftes 2 beträgt einheitlich 10 mm. Der radiale Abstand d₂ der Mitnahmenuten 3, 3' bildet einen ersten Hüllkreis 6, der radiale Abstand d₃ der Haltenuten 4, 4' bildet einen zweiten Hüllkreis 7, der beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 etwas kleiner ist als der Hüllkreis 6. Unter "Hüllkreis" wird demzufolge die Berührung des radial innenliegenden Bereichs der jeweiligen Nut 3, 4 verstanden (Berührungspunkte 13, 13' - 14, 14').

Übliche Bohrwerkzeuge gemäß der SDS-Plus-Bauart weisen an ihrer endseitigen Fläche eine umlaufende Phase 8 auf, die eine verbleibende Schlagfläche mit dem Durchmesser d₄ ergibt. Selbstverständlich wird die Schlagfläche nicht nur von diesem Durchmesser d₄ bestimmt, sondern auch vom Durchmesser des fliegenden Stößels innerhalb des Bohrhammers. Dieser ist jedoch im allgemeinen nur wenig kleiner ausgeführt, als dies dem Durchmesser d₄ entspricht.

Erfindungsgemäß wird nun im ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in Seitenansicht sowie Fig. 2 in vergrößerter Darstellung der Draufsicht auf Fig. 1 das Bohrerschaftende 5 mit einer zylindrischen Erhebung 9 ausgebildet, die als eine Art Schlagkuppe 9 einen Durchmesser d₅ und eine axiale Höhe h aufweist. Dabei wird der Durchmesser d₅ der Schlagkuppe 9 derart gewählt, daß er auf jeden Fall gleich groß und vorzugsweise kleiner ist als der kleinste Hüllkreisdurchmesser d₂ oder d₃ der Hüllkreise 6, 7. Im Ausführungsbeispiel gemäß Darstellung nach Fig. 1 und 2 ist der den Haltenuten 4, 4' zugeordnete innere Hüllkreis 7 mit einem Durchmesser d₃ der kleinste Hüllkreis, so daß der Durchmesser d₅ auf jeden Fall gleich groß oder kleiner sein muß als der Durchmesser d₃ des Hüllkreises 7.

Das Durchmesserverhältnis d₅ zu d₃ kann beispielsweise 0,4 bis 0,9 und vorzugsweise 0,7 betragen. Die Höhe h der Schlagkuppe beträgt ca. 0,5 bis 1,5 und vorzugsweise 1 mm. Bei Bohrwerkzeugen mit größerem Einspannende-Durchmesser, z. B. ≧ 14 mm, kann die Höhe h auch größer gewählt werden.

Der seitliche Übergang 10 bzw. die Seitenflanke 10 der kreiszylindrische Schlagkuppe 9 kann achsparallel oder in einem Winkel abgeschrägt sein, wie dies auf der linken bzw. rechten Hälfte in Fig. 1 dargestellt ist. Sie kann auch als konkave Ausrundung ausgebildet sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird anstelle der kreiszylindrischen Schlagkuppe 9 eine zentrische Bohrung 11 mit einer Tiefe t und einem Durchmesser d₆ gewählt. Die übrigen Durchmesser d₁ bis d₄ entsprechen den Werten aus der Darstellung in Fig. 1 + 2.

Durch diese kreisförmige Ausnehmung oder Bohrung 11 stellt sich eine darumliegende, kreisringformige Schlagfläche dar. Auch hierdurch ergibt sich die eingangs beschriebene Erhöhung der Schlagimpulse und die damit verbesserten Abtragsleistung.

Die eigentliche Schlagfläche am Ende des Bohrerschaftes nach Fig. 3 wird in etwa gebildet durch die Ringfläche mit dem Durchmesser d₂ bzw. dem Durchmesser d₃ der Drehmitnahmenut 3, 3' bzw. der Haltenut 4, 4' abzüglich der Fläche gebildet durch den Durchmesser d₆ aufgrund der Bohrung 11. Auch hier kann das Verhältnis d₆ zu d₂ bzw. d₆ zu d₃ ≅ 0,4 bis 0,8 und insbesondere 0,5 gewählt werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Abwandlungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

Claims (7)

1. Bohrwerkzeug für schlagende Beanspruchung in einer Hammerbohrmaschine, mit einem Bohrerschaft, der wenigstens eine nach hinten offene Drehmitnahmenut und/oder wenigstens eine nach hinten geschlossene Haltenut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerschaft (2) des Bohrwerkzeugs (1) endseitig eine zylindrische Schlagfläche oder Schlagkuppe (9) oder eine Bohrung (11) aufweist, deren in Richtung Bohrerkopf weisende, wirksame Schlagfläche, gebildet durch die Durchmesser d₅, d₆, innerhalb eines Hüllkreises (6, 7) liegt, der durch die radial innenliegenden Berührungspunkte (13, 14) mit den Drehmitnahmenuten (3, 3') oder den Haltenuten (4, 4') gebildet ist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Erhebung (9) als zylinderförmige Schlagkuppe (9) mit einer Zylinderhöhe h von ca. h ≅ 0,5 bis 3,0 mm und insbesondere h ≅ 1 bis 2 mm ausgebildet ist.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesserverhältnis des Durchmessers d₅ der Schlagkuppe (9) zum Durchmesser d₂ oder d₃ des inneren Hüllkreises (6, 7) der Drehmitnahmenuten (3, 3') bzw. der Haltenuten (4, 4') in einer Größenordnung von 0,4 bis 0,9 und insbesondere 0,7 liegt.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmige Schlagkuppe (9) gerade, schräge oder konkav gerundete Seitenflanken (10) aufweist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche (Durchmesser d₅) der Schlagkuppe (9) innerhalb des Kerndurchmessers der Förderwendel liegt.

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Ausnehmung (11) eine Fläche entsprechend dem Durchmesser d₆ aufweist, wobei das Verhältnis zwischen der wirksamen Schlagfläche, gebildet durch die Durchmesserdifferenz d₂ bzw. d₃ minus d₆ und der durch den Durchmesser d₂ bzw. d₃ gebildete minimale Hüllkreisfläche einen Betrag von 0,4 bis 0,9 aufweist.

7. Bohrwerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Tiefe t der Bohrung (11) ca. 1/2 des Durchmessers d₁ des Bohrerschaftes (2) beträgt.