DE19915304B4

DE19915304B4 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE19915304B4
Application number: DE19915304A
Authority: DE
Inventors: Mathias Dr. Fuß; Thomas Wagegg; Rainer Widmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 1999-04-03
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2019-04-04
Also published as: DE19915304A1

Abstract

Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer mit einem Bohrerkopf (2), einem Einspannende (4) und einem dazwischen liegenden Wendelschaft mit Förderwendel (3), welche durch ein mechanisches, spanloses Verdrillen eines rippenförmigen Profilstabs (8) als Halbfabrikat oder Rohling gebildet ist, wobei der Bohrerkopf (2) wenigstens ein Hartmetall-Schneidelement (5) aufweist, welches den Profilstab (8) durchsetzt und sich an wenigstens einer Rippe (11–14) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit wenigstens zwei Rippen (11–14) oder dergleichen versehener Profilstab (8) als Ausgangsmaterial für die zu verdrillende Förderwendel (3) vorgesehen ist, wobei die Rippen (11–14) bezüglich einer vertikalen Mittelebene (19) einen asymmetrischen Querschnitt derart aufweisen, dass das Hartmetall-Schneidelement (5) eine Rückenabstützung erfährt, wobei unter Berücksichtigung des Drehsinns (Pfeil 25) des Bohrers ein bezüglich der vertikalen Mittelebene (19) vorderer Flächenbereich des Rippenquerschnitts des Profilstabes (8) eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der hinter der Mittelebene (19) liegende Flächenbereich des Rippenquerschnitts.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug und insbesondere einen Gesteinsbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bohrwerkzeuge und insbesondere Gesteinsbohrer bestehen im Allgemeinen aus einem mit einer Hartmetall-Schneidplatte bestückten Bohrerkopf, einem Wendelschaft mit Förderwendel zum Transport des Bohrmehls und aus einem Einspannschaft oder Einspannende, welches je nach Maschinentyp der Antriebsmaschine ausgebildet ist. Für Hammerbohrer ist das Einspannende an die Aufnahme einer Hammerbohrmaschine anzupassen, wie dies beispielsweise beim bekannten SDS-PLUS-Einspannschaft der Fall ist.
Üblicherweise werden Gesteinsbohrer durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt. Dabei wird ein Rundstab als Ausgangsrohling verwendet, in welchem Bohrerkopf, Förderwendel und gegebenenfalls Einspannschaft spanabhebend hergestellt werden. Eine Hartmetall-Schneidplatte wird in dem Bohrerkopf eingelötet.
Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 69 33 778 U oder auch aus der EP 0 361 189 A1 sind Bohrwerkzeuge bekannt geworden, die aus Profilstäben als Ausgangsmaterial bestehen, die eine oder mehrere angesetzte Flügel, Rippen oder Stege aufweisen. Auch die DE PS 528 626 zeigt Spiralbohrer, die durch Verwinden genuteter Stäbe hergestellt sind.
Derartige Profilstäbe können spanabhebend oder auch spanlos, z. B. durch Fließpressen, Strangpressen oder einem Schmiedeverfahren, hergestellt werden. Hierzu wird beispielsweise auf die Literaturstelle: Technika 7/1976, Jg. 25, Seite 435–438, verwiesen. Die Bildung der Förderwendel geschieht dann durch Verdrillen eines solchen stangenförmigen oder stabförmigen Rohlings. Hierzu wird beispielsweise auf die Literaturstelle: Technika 6/1976, 25. Jg., Seite 327–332, verwiesen.
Das Einspannende des Bohrwerkzeugs gemäß der DE 69 33 778 U wird durch den profilierten Rohling gebildet, so daß sich eine formschlüssige Mitnahme, beispielsweise in einem Dreibackenfutter einer herkömmlichen Schlagbohrmaschine, ergibt. Auch beim Bohrwerkzeug gemäß der EP 0 361 189 A1 wird ein stangenförmiger Rohling mit wenigstens einer seitlichen Rippe, eines Stegs bzw. eines seitlich angesetzten Flügels verwendet, der im Bereich der Förderwendel verdrillt ist. Der Einspannschaft ist als Sechskantprofil ausgebildet und gegebenenfalls nachträglich an die verdrillte Förderwendel befestigt.
Bohrwerkzeuge und insbesondere Gesteinsbohrer für Hammerbohrmaschinen werden in großen Stückzahlen als Massenprodukte hergestellt. Um diese günstig und konkurrenzfähig herzustellen, muß sich das Herstellungsverfahren auf ein Minimum von Verfahrensschritten beschränken. Dabei müssen die Rohlinge bzw. die Halbfabrikate an das optimierte Herstellungsverfahren angepaßt werden. Bei dem genannten Stand der Technik ist dies zwar im Ansatz gegeben, da vorprofilierte Rohlinge als Halbfabrikate zur Herstellung der Förderwendel verwendet werden. Die Herstellung der Profile orientiert sich jedoch im Wesentlichen an die Bedürfnisse der Herstellung einer verdrillten Förderwendel. Die Frage der Ausführungsformen des Bohrerkopfes und/oder des Einspannschaftes treten hierbei in den Hintergrund. Insbesondere sind die Festigkeitsprobleme der verwendeten Profile nicht näher untersucht worden.
Nachteilig am genannten Stand der Technik ist die Tatsache, daß die Ausgangsmaterialien zur Herstellung von verdrillten Bohrwerkzeugen nicht optimal auf den späteren Einsatz abgestimmt sind. Insbesondere gibt es im harten Einsatz derartiger Werkzeuge in Hammerbohrmaschinen Probleme hinsichtlich der Haltbarkeit und Standfestigkeit solcher Werkzeuge. Dies ergibt sich insbesondere dadurch, daß herkömmliche Profile mit bekannten Querschnittsstrukturen verwendet werden, wie sie beispielsweise in der 4 der EP 0 361 189 A1 oder auch der Literaturstelle Technika 6/1976, Seite 331, Bild 15, dargestellt sind.
Als weiterer Stand der Technik sei noch auf das Dokument CH 330 580 A verwiesen. Hier handelt es sich um einen Gesteinsbohrer, dessen Förderwendel im spanabhebenden Verfahren hergestellt ist. Zu einer abgestützten Einbettung der Hartmetall-Schneide im Bohrerkopf weist dieser einen vorderen konkaven und hinteren konvexen Bereich auf, wobei der konvexe Bereich eine Rückenabstützung der Hartmetall-Schneidplatte vornimmt.
Es wird weiterhin auf das Dokument DE 196 50 487 A1 verwiesen, welche eine Schneidplatte im Bohrerkopf aufweist, die selbst eine angeformte Verstärkung auf ihrer hinsichtlich der Drehrichtung angeordneten Rückseite vorsieht. Eine solche Hartmetall-Schneidplatte stellt ein kostspieliges Bauteil im Bohrerkopf dar.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug und insbesondere einen Gesteinsbohrer zu schaffen, der aus einem verdrillten Profilstab hergestellt ist und dessen Haltbarkeit und Standfestigkeit ohne wesentliche Zusatzkosten erheblich verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 angegeben.

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Bohrwerkzeugen den Vorteil, daß zunächst durch Verwendung eines preisgünstigen Ausgangsprodukts, nämlich durch Verwendung eines durch Fließpressen, Schmieden oder dergleichen hergestellten Halbfabrikats oder Rohlings, ein äußerst preisgünstiges Produkt geschaffen werden kann. Dabei ist jedoch zu beachten, daß der so hergestellte oder zur Verfügung gestellte Profilstab in seinem Querschnitt derart konzipiert ist, daß dieser auch den hohen Belastungen im Betrieb gewachsen ist.

Es hat sich herausgestellt, daß bei den bekannten Profilen der Ansatz des Flügels, des Stegs oder der Rippe an das kreisförmige oder polygonartige Grundprofil stets derart erfolgt, daß in aller Regel ein eckiger Übergang oder ein Knick am Übergang von der Rippe zum übrigen Querschnitt des Profilstabs gegeben ist. Dieser Übergang ist für die Herstellung einer verdrillten Förderwendel sicherlich von Vorteil, da sich hierdurch scharfe Übergänge im Nutengrund ergeben.

Eine solche Ausbildung im Bereich des Bohrerkopfes erzeugt jedoch dadurch Probleme, daß sich beim Einsetzen einer querliegenden Hartmetall-Schneidplatte eine Verkleinerung des die Hartmetall-Schneidplatte abstützenden Stegbereichs ergibt. Nicht nur daß sich ein unstetiger Verlauf der Außenkontur im Bereich des Bohrerkopfes ergibt, erzeugt ein solcher knickförmiger Übergang eine Querschnittsminderung, die speziell an dieser Stelle zu einem Bruch führt.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, daß der Profilstab einen derartigen Flügel, Steg oder Rippe aufweist, deren die Hartmetall-Schneidplatte abstützender Querschnitt von radial außen nach innen verlaufend, wenigstens gleichbleibend, nicht jedoch abnehmend, sondern vorzugsweise zunehmend ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Verstärkung der Abstützwirkung der Hartmetall-Schneidplatte und damit ein deutlich geringeres Maß an Bruchneigung eines solchen Werkzeugs im Bereich des Bohrerkopfes.

Die Flügel, Stege oder Rippen des Profilstabs werden demzufolge vorzugsweise mit asymmetrischem Querschnitt bezüglich seiner Mittelachse hergestellt, um insbesondere die Hartmetall-Schneidplatte im Bereich ihrer Schneide großflächig auszuführen und im Bereich der dahinter liegenden Rückenfläche großflächig abzustützen. Dabei soll der Flügel, Steg bzw. die Rippe einen stetigen Verlauf in den Grundkörper des Profilstabs aufweisen, d. h. ohne Knick ausgebildet sein.

Vorzugsweise werden Profilstäbe mit einem, zwei, drei oder vier Rippen verwendet, die jeweils asymmetrisch ausgebildet sind. Dabei wird der Profilstab als Fließpressrohling oder Schmiederohling vorgefertigt und die Förderwendel durch entsprechendes Verdrillen, Verwinden oder Verdrallen hergestellt.

Eine wesentliche Erkenntnis bei der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge darin, die Flächenabschnitte des flügel-, steg- oder rippenförmigen Profils derart auszubilden, daß diese Rippen oder dergleichen einen asymmetrischen Querschnitt aufweisen. Dies bedeutet, daß bezogen auf eine vertikale Mittelebene durch den Profilstab die Rippe in einen vorderen und einen rückwärtigen Bereich aufgeteilt wird, wobei diese Bereiche unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen. Dabei werden die Massen des Bohrwerkzeugs derart optimiert, daß im Bereich des Bohrkopfes weniger Massenanteile im vorderen Rippenbereich vorgesehen sind, da dieser Bereich keine Abstützfunktion für die Hartmetall-Schneide ausübt. Umgekehrt muß der hintere Rippenbereich eine starke Flächenabstützung für die Hartmetall-Schneide ausüben, um die Bruchneigung des Werkzeugs im Kopfbereich zu verkleinern. Demzufolge ist der auf der Rückseite der Hartmetall-Schneide angeordnete Rippenbereich im Querschnitt stärker ausgebildet als der vordere Bereich, wobei eine stetige Zunahme ohne Querschnittssprung des Rippenquerschnitts vorgesehen ist.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den Zeichnungen der Ausführungsbeispiele und sind in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

1a ein erfindungsgemäßes Bohrwerkzeug in seitlicher Ansicht,

1b das Bohrwerkzeug nach 1a nach Drehung um 90° um seine Längsachse,

2 einen Rohling bzw. ein Halbfabrikat zur Herstellung des Bohrwerkzeugs nach 1,

2a eine Draufsicht auf den Rohling nach 2,

2b einen Schnitt durch den Rohling nach 2 entlang der Schnittlinie X-X,

3a eine Draufsicht auf den Bohrerkopf nach 1a, 1b,

3b einen Schnitt durch die Förderwendel bei einem Bohrwerkzeug nach 3a,

4a eine Draufsicht auf ein Bohrwerkzeug mit einem alternativen Profilstabquerschnitt,

4b einen Schnitt durch die Förderwendel bei einem Bohrwerkzeug nach 4a,

5a eine Draufsicht auf ein Bohrwerkzeug in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem 3-Rippen-Profilstab,

5b einen Schnitt durch die Förderwendel bei einem Bohrwerkzeug nach 5a,

6a eine Draufsicht auf ein Bohrwerkzeug in einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem 4-Rippen-Profilstab,

6b einen Schnitt durch die Förderwendel eines Bohrwerkzeugs nach 6a,

7a eine Draufsicht auf ein Bohrwerkzeug in alternativer Ausbildung zu 6a mit einem 4-Rippen-Profilstab,

7b einen Schnitt durch die Förderwendel bei einem Bohrwerkzeug nach 7a.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
Der in den 1a, 1b dargestellte Gesteinsbohrer 1 besteht aus einem Bohrerkopf 2, aus einem Wendelschaft 3 sowie einem Einspannschaft oder Einspannende 4. Der Bohrerkopf 2 weist eine dachförmige Hartmetall-Schneidplatte 5 auf, die den Nenndurchmesser D des Bohrwerkzeugs bildet. Der Wendelschaft 3 weist einen Durchmesser d₁, der Einspannschaft 4 einen Durchmesser d₂ auf. Die Wendelsteigung ist mit dem Steigungswinkel α gekennzeichnet. Die Längsmittelachse trägt das Bezugszeichen 6.
Das Ausführungsbeispiel nach 1a, 1b wird durch einen Rohling 7 als Halbfabrikat hergestellt, wie er in 2 in Seitenansicht, in 2a in Draufsicht sowie in 2b im Schnitt der Schnittlinie X-X dargestellt ist. Dabei erfolgt die Darstellung der 2a, 2b nur symbolhaft und wird in den nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Bei dem in 2 dargestellten Rohling 7 handelt es sich um ein Fließpressteil bzw. ein Schmiedeteil, welches spanlos hergestellt ist. Dabei wird bereits mit diesem Herstellungsverfahren der spätere Wendelschaft 3 als länglicher Profilstab 8 mit einem Querschnitt erzeugt, wie er z. B. in den 2b, 3b, 4b näher dargestellt ist. Gleichermaßen kann der Einspannschaft 4 ganz oder teilweise bereits im vorgeschalteten Fließpressverfahren oder Schmiedeverfahren entsprechend der Darstellung in 1a, 1b vorbereitet werden. Hierfür werden die nach unten hin offenen Mitnehmernuten 9 sowie die hierzu um 90° versetzten Haltenuten 10 hergestellt, um beispielsweise das bekannte SDS-PLUS-Einspannende für Hammerbohrmaschinen zu bilden. Das Einspannende 4 mit dem Durchmesser d₂ kann demzufolge bereits im vorausgehenden Fließpressverfahren als erster Herstellungsschritt hergestellt werden. Selbstverständlich können die einzelnen Mitnehmernuten oder Haltenuten auch in einem späteren Arbeitsgang, z. B. spanabhebend, eingebracht werden.
Das in 2b bzw. 3b und 4b dargestellte Profil des Profilstabs 8 wird in einem umformtechnischen Verfahren z. B. Fließpressen, Schmiedeverfahren oder dergleichen hergestellt, wobei der Außendurchmesser d₁ der seitlich herausragenden Rippen 11, 12 des Profilstabs 8 dem späteren Wendeldurchmesser der verdrillten Förderwendel 3 entspricht. Der Durchmesser d₃ des inneren Kreisprofils 15 entspricht dem Kerndurchmesser d₃ der Förderwendel des Wendelschaftes 3 (s. 1a). Die äußere Stegbreite s₁ der Rippen 11, 12 entspricht der Stegbreite s₁ des verdrillten Förderwendelstegs 16.
Ausgehend von einem Halbfabrikat gemäß der 2 wird der Profilstab 8 in eine Form verdrillt, wie dies in 1a, 1b in Seitenansicht dargestellt ist. Der hierdurch gebildete Förderwendelsteg 16, 16' einer zweigängigen Förderwendel ist in 1a dargestellt.
Nach der Verdrillung des Profilstabs 8 mit entsprechend gewünschter Steigung α muß noch abschließend die Hartmetall-Schneidplatte 5 eingesetzt bzw. eingelötet werden. Hierfür ist eine spanabhebende Bearbeitung zur Herstellung des Einsetzschlitzes erforderlich.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 3a, 3b ist der Querschnitt 17 des Profilstabs 8 asymmetrisch hergestellt. Bezüglich der ersten Vertikal-Mittelebene 18 durch den Mittelpunkt 6 bzw. die Längsmittelachse 6 ergibt sich in 3b die oberhalb bzw. unterhalb der Vertikal-Mittelebene 18 liegende Profilstabhälfte 20, 21 durch Drehung um 180° um den Mittelpunkt 6. Der obere Profilstabquerschnitt 20 ist deshalb drehsymmetrisch zum unteren Profilstabquerschnitt 21.
Senkrecht zur ersten Vertikal-Mittelebene 18 steht die zweite Vertikal-Mittelebene 19 durch die Längsmittelachse 6. Hierdurch wird in 3b ein links der Mittelebene 19 liegender Profilstabquerschnitt 22 und ein rechts hiervon liegender Profilstabquerschnitt 23 gebildet. Teilt man die durch die Mittelebenen 18, 19 gebildeten Sektoren in gegen den Uhrzeigersinn umlaufende Sektoren I bis IV auf, so ist der Sektor I und III sowie der Sektor II und IV mit einem gleichen Profilstabquerschnitt belegt.
Die in 3b nebeneinander liegenden Profilquerschnitte 22, 23 sind wiederum asymmetrisch zueinander ausgebildet.
Der Kerngedanke dieser asymmetrischen Ausbildung des Profilstabs 8 liegt darin, daß die im Kopfbereich des Bohrerkopfes einzusetzende Hartmetall-Schneidplatte 5 unterschiedliche Anforderungen an den Profilstabquerschnitt stellt. Dies wird aus der Zusammenschau der 3a mit eingesetzter Hartmetall-Schneidplatte 5 und der 3b mit dem gleichen Profilquerschnitt, jedoch ohne Hartmetall-Schneidplatte, deutlich.
Die Hartmetall-Schneidplatte 5 bei dem in 3a in Draufsicht dargestellten Bohrwerkzeug weist eine Längsmittelebene 24 auf, die durch den Mittelpunkt bzw. die Längsmittelachse 6 verläuft. Der Drehsinn des Bohrwerkzeugs ist mit Pfeil 25 bezeichnet. Die vorderen Schneidkanten 26, 27 befördern das Bohrklein in die davor liegenden Bohrmehlnuten 28, 29.
Um ein möglichst schlankes und damit gewichtsarmes Bohrwerkzeug zu schaffen, wird der Querschnitt des Profilstabs 8 im Sinne der Anforderungen optimiert. Herkömmliche, symmetrische Profilstäbe sind zur zweiten Vertikal-Mittelebene 19 spiegelbildlich aufgebaut. In den 3a, 3b hätte deshalb die Profilaußenkante 29 einen Verlauf, wie er strich-punktiert als 29', 29'' eingezeichnet ist, mit einem Knickpunkt 31. In Verbindung mit der schräg in einem Winkel β zur Vertikal-Mittelebene 19 eingesetzten Hartmetall-Schneidplatte würde sich hierdurch eine hintere Abstützfläche 30' ergeben, die sich bis zum Knickpunkt 31 ständig verkleinert, d. h. l₂ < l₁. Der Knickpunkt 31 ist der Übergang zu einem üblichen sechseckförmigen Grundprofil eines herkömmlichen flügelförmigen Profilstabs (s. z. B. untere Darstellung der 6.2 in EP 0 361 189 ). Auch andere Profile im Stand der Technik besitzen einen entsprechenden Knickpunkt.
Der Knickpunkt 31 eines solchen herkömmlichen Profils bewirkt jedoch eine Schwachstelle im Kopfbereich des Bohrwerkzeugs. An dieser Stelle bricht die Hartmetall-Schneidplatte den flügelförmigen oder rippenförmigen Ansatz der so gebildeten Rippen 11, 12 weg.
Da die Belastung auf den rippenförmigen Profilstab 8 in dem Bereich hinter der Hartmetall-Schneidplatte liegt, wird dieser Bereich erfindungsgemäß verstärkt, was durch eine knicklose Profil-Außenkante 29 erfolgt. Insbesondere wird diese Außenkante 29 derart ausgebildet, daß sich die mit Bezugszeichen 32 in 3a dargestellte zusätzliche schraffierte Abstützfläche ergibt. Der hinter der hinteren Außenkante 33 der HM-Schneidplatte liegende Querschnittsbereich des Profilstabs erweitert sich deshalb beim Ausführungsbeispiel nach 3a, 3b ständig in Richtung zur ersten Vertikal-Mittelebene 18 und überragt das Kreisprofil 15 noch um einen Betrag l₃. Hierdurch ist eine optimale Abstützung der Hartmetall-Schneidplatte 5 durch den im ersten und dritten Quadranten I, III liegenden Profilquerschnitt des Profilstabs 8 gewährleistet. Die Profilaußenkante 29 schneidet die zweite Vertikal-Mittelebene im Punkt 42 unter einem Winkel γ₁ ≈ 25 – 35° und insbesondere γ₁ ≈ 30° und in einem Abstand l₄ ≈ s₁ von dem Außendurchmesser d₁ (Umkreis 43).
Umgekehrt kann der im zweiten und vierten Quadranten vorgesehene Querschnitt des Profilstabs 8 flächenmäßig kleiner ausgebildet sein, wobei vorzugsweise eine Fläche gewählt wird, die einem herkömmlichen Profilstab entspricht. Diese Flächenabschnitte müssen keine Abstützkräfte tragen, wie dies sich aus der Darstellung in 3a, 3b ergibt. Insbesondere kann die vordere Profilaußenkante 34, 34' in den Segmentabschnitten II und IV derart ausgebildet sein, daß die Außenkante 34 im Flügel- oder Rippenbereich 11, 12 parallel zur zweiten Vertikal-Mittelebene 19 verläuft. Es kann auch eine konkave Ausbildung gewählt werden, wie dies mit Bezugszeichen 35 in 3b angedeutet ist. Dies kann eine verbesserte Ausbildung der Bohrmehlnuten und eine schlankere Förderwendelform ergeben. Die Breite b der Hartmetallschneidplatte 5 entspricht etwa der Stegbreite s₁ der Rippen 11, 12, d. h. b ≈ s₁
Die Ausführungsbeispiele nach den 4a und 4b unterscheiden sich nur geringfügig von demjenigen nach 3a und 3b. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Anstelle einer geraden Profilaußenkante 29 im ersten und dritten Segment in 3a, 3b ist im Ausführungsbeispiel nach 4a, 4b eine abgewinkelte Profilaußenkante 36, 37 vorgesehen, mit einem knicklosen Übergangsbereich 38. Die Profilaußenkante 36 bildet wiederum den Schnittpunkt 42 mit der zweiten Vertikal-Mittelebene 19 unter einem Winkel γ₂ ≈ 10 – 20° und insbesondere γ₂ ≈ 15° bei einem Abstand l₅ ≈ 1/2 l4 von dem Außendurchmesser d₁ entfernt liegend. Die Profilaußenkante 37 schneidet die Mittelebene 19 im Punkt 43 in einem Abstand l₆ von dem Außendurchmesser d₁ (Umkreis 44). Der Abstand des Übergangsbereichs 38 zum Umkreis 44 ist mit l₇ bezeichnet, wobei l₇ ≈ l₅ ist. Der Winkel γ₃ zur Mittelebene 19 beträgt γ₃ ≈ 30 – 40° und insbesondere γ₃ ≈ 35°. Aus der Darstellung nach 4b ist ersichtlich, daß der Flächenabschnitt 39 der Rippe 11 im ersten Quadrant I größer ist als der Flächenabschnitt 40 der Rippe 11 im zweiten Quadrant II. Hierdurch ergibt sich wiederum eine größere Abstützfläche hinter der hinteren Außenkante 33 der Hartmetall-Schneidplatte 5. Der Übergangsbereich 38 der Profilaußenkante 36, 37 liegt am inneren Ende der Rippe 11 in der Höhe des inneren Kreisprofils 15 mit dem Durchmesser d₄, d. h. d₁ ≈ d₄ + (2 × l₇). Demgegenüber liegt der Knickpunkt 41 des linken Flächenabschnitts in 4b radial weiter außen in einem Abstand l₈ ≈ 2/3 l₇ vom Außendurchmesser d₁ (Umkreis 43) entfernt. Durch die abgewinkelte Profilaußenkante 36, 37 wird ebenfalls eine Verstärkung des Rippenbereichs hinter der Hartmetallschneidplatte erzielt, wobei der Bohrerkopf insgesamt "schlanker" wird. Demzufolge liegt die Profilaußenkante 37 als Tangente an dem Innenkreis 15 an, d. h. der Abstand 13 in 3a, 3b entfällt im Ausführungsbeispiel nach 4a, 4b. Die Profilaußenkante 37 entspricht demzufolge der in 3b angedeuteten Kante 29''.
Im Übrigen gelten beim Ausführungsbeispiel nach 4a, 4b die gleichen Bedingungen wie zu 3a, 3b beschrieben.
Bei der Darstellung der Erfindung nach den 5a, 5b handelt es sich um ein Bohrwerkzeug mit einem Drei-Rippen-Profilstab sowie einem sternförmigen Hartmetall-Schneidelement 5 mit Hartmetall-Schneidspitze 5'. Die Rippen sind mit 11, 12, 13 bezeichnet, die sich vom inneren Kreisprofil 15 aus radial nach außen hin erstrecken. Die Rippen 11–13 ergeben sich durch eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn um 120° und sind damit drehsymmetrisch angeordnet. Die drehsymmetrisch angeordneten Profilaußenkanten 45, 45', 45'' ergeben sich gemäß der Darstellung in 5a, 5b aus einem Kreisbogen mit dem Radius r um den Kreismittelpunkt 46, 46', 46''. Hierdurch berühren die Profilaußenkanten 45, 45', 45'' das innere Kreisprofil 15 im Schnittpunkt 47 mit der ersten Vertikal-Mittelebene 18 und entsprechende Schnittpunkte 47', 47'', die jeweils um 120° versetzt hierzu angeordnet sind. Der Radius r beträgt etwa das dreifache des Radius des Innenkreises 15.
Aus der Darstellung nach 5a, 5b ist ersichtlich, daß die hinter der jeweiligen Hartmetallschneidplatte 5 angeordnete Abstützfläche des Schneidflügels 11–13 erheblich verstärkt ist, so daß eine Bruchgefahr ausgeschlossen ist.
Der Grundgedanke aus den Ausführungsbeispielen nach 3 und 4 wird dabei beibehalten, d. h. die hinter den jeweiligen Hartmetallschneiden liegenden Abstützflächen des Bohrkopfes werden aufgrund der asymmetrischen Ausbildung der Schneidflügel 11–13 verstärkt ausgeführt. Die sternförmige Schneidplatte 5 wird im Ausführungsbeispiel nach 5a durch die jeweiligen Flügel bzw. die Rippe 11–13 abgestützt. Es kann auch eine einzelne Schneidplatte in einem Flügel mit weiteren Schneidelementen in den anderen Flügeln vorgesehen sein. Eine einstückige Schneidplatte 5 ist im Ausführungsbeispiel nach 5a, 5b symmetrisch im Kopfquerschnitt des Bohrers angeordnet.
Die Ausführungsbeispiele nach den 6 und 7 zeigen den Bohrkopf eines Werkzeugs mit einem 4-Rippen-Profilstab jeweils in Draufsicht (6a, 7a) sowie in der Schnittdarstellung des Profilstabs (6b, 7b). Die einzelnen Rippen 11–14 sind durch eine Drehung um jeweils 90° hergestellt. Gemäß der Darstellung in den 6a, 7a bilden die Rippen 11, 12 wiederum ein Abstützprofil für die eingesetzte Hartmetallschneidplatte 5. Die Profilaußenkante 48 beim Ausführungsbeispiel nach 6a, 6b verläuft weitgehend konkav, um die größere Abstützfläche hinter der Hartmetallschneidplatte 5 zu bilden. Auch die vor der Schneidkante 26 liegende Profilaußenkante 49 verläuft weitestgehend konkav, d. h. abgerundet ausgebildet. Dabei tangieren die konkaven Profilkanten 48, 49 den Innenkreis 15.
Beim Ausführungsbeispiel nach 7a, 7b ist die Profilaußenkante 50 zur Bildung der hinteren Abstützfläche hinter der Hartmetall-Schneidplatte 5 in zwei gerade Profilkantenabschnitte 50', 50'' unterteilt, was der Ausführung nach 4a, 4b entspricht. Dabei erfolgt ein Übergang in die beiden zusätzlichen Schneidflügel 13, 14.
Die Schneidflügel 13, 14 können wiederum Nebenschneidplatten aufweisen. Es kann auch ein 4-flügliges sternförmiges Hartmetall-Schneidelement analog zur Darstellung nach 5a, 5b in den 4-Rippen-Profilstab eingesetzt werden.
Bei allen Ausführungsbeispielen schneidet die Hartmetallschneidplatte mit ihrer hinteren Außenkante 33 den durch den Durchmesser d₁ gebildeten Umkreis 44 in einem Schnittpunkt 51, der auf der zweiten Vertikal-Mittelebene 19 liegt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

1: Gesteinsbohrer
2: Bohrkopf
3: Wendelschaft d₁
4: Einspannschaft d₂
5: Hartmetall-Schneidplatte(D)
6: Längsmittelachse
7: Rohling
8: Profilstab
9: Mitnehmernut
10: Haltenut
11: Rippen
12: Rippen
13: Rippen
14: Rippen
15: Kreisprofil
16: Förderwendelsteg
17: Querschnitt
18: 1. Vertikal-Mittelebene
19: 2. Vertikal-Mittelebene
20: oberer Profilstabquerschnitt
21: unterer Profilstabquerschnitt
22: linker Profilstabquerschnitt
23: rechter Profilstabquerschnitt
24: Längsmittelebene
25: Drehsinn
26: Schneidkante
27: Schneidkante
28: Bohrmehlnut
29: Profilaußenkante
30: hintere Abstützfläche
31: Knickpunkt
32: Zusatzfläche
33: hintere Außenkante v. 5
34: vordere Profilaußenkante
35: konkave Profilaußenkante
36: Profilaußenkante
37: Profilaußenkante
38: Knickpunkt
39: Flächenabschnitt
40: Flächenabschnitt
41: Abwinkelung
42: Schnittpunkt
43: Schnittpunkt
44: Umkreis
45: Profilaußenkante
46: Mittelpunkt
47: Tangentenpunkt
48: Profilaußenkante
49: Vordere Profilaußenkante
50: Profilaußenkante
51: Schnittpunkt

Claims

Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer mit einem Bohrerkopf (2), einem Einspannende (4) und einem dazwischen liegenden Wendelschaft mit Förderwendel (3), welche durch ein mechanisches, spanloses Verdrillen eines rippenförmigen Profilstabs (8) als Halbfabrikat oder Rohling gebildet ist, wobei der Bohrerkopf (2) wenigstens ein Hartmetall-Schneidelement (5) aufweist, welches den Profilstab (8) durchsetzt und sich an wenigstens einer Rippe (11–14) abstützt, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit wenigstens zwei Rippen (11–14) oder dergleichen versehener Profilstab (8) als Ausgangsmaterial für die zu verdrillende Förderwendel (3) vorgesehen ist, wobei die Rippen (11–14) bezüglich einer vertikalen Mittelebene (19) einen asymmetrischen Querschnitt derart aufweisen, dass das Hartmetall-Schneidelement (5) eine Rückenabstützung erfährt, wobei unter Berücksichtigung des Drehsinns (Pfeil 25) des Bohrers ein bezüglich der vertikalen Mittelebene (19) vorderer Flächenbereich des Rippenquerschnitts des Profilstabes (8) eine kleinere Querschnittsfläche aufweist als der hinter der Mittelebene (19) liegende Flächenbereich des Rippenquerschnitts.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hinter der Hartmetall-Schneide liegende Flächenbereich des Rippenquerschnitts (11–14) eine Abstützfläche für die Hartmetall-Schneidplatte (5) bildet, dessen Querschnittsfläche von radial außen nach innen wenigstens gleichbleibend und/oder zunehmend ausgebildet ist.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Abschnitt des Rippenquerschnitts eine Vorderkante aufweist, die parallel zur vertikalen Mittelebene (19) oder konkav hierzu verläuft.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Abschnitt des Rippenquerschnitts eine hintere Profilaußenkante (29) aufweist, die in einem Winkel γ₁ zur zweiten Vertikal-Mittelebene verläuft, wobei γ₁ ≈ 20 – 30° und insbesondere γ₁ = 27° beträgt.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Stege, Flügel oder Rippen oder dergleichen sich von einem kreisförmigen oder einem polygonförmigen Grundquerschnitt aus radial erstrecken, wobei die Stege, Flügel oder Rippen einen asymmetrischen Querschnitt aufweisen.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der asymmetrische Querschnitt des Stegs, Flügel bzw. der Rippe einen größeren Querschnittsanteil auf der Rückseite der Hartmetall-Schneidplatte vorsieht.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dreiflügel-Rippen- oder Vierflügel-Rippen-Profil vorgesehen ist, wobei wenigstens ein Flügel bzw. Rippe die Hartmetall-Schneidplatte an ihrer Rückseite 33 abstützt.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilstab (8) als Strangpressprofil, einteiliger Fließpressrohling oder Schmiederohling ausgebildet ist.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrerförderwendel (3) eine variable Steigung α aufweist.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Querschnitt des Profilstabs (8) über seine axiale Länge hin ändert, wobei vorzugsweise eine Querschnittsänderung in Richtung der ersten Vertikal-Mittelebene (18) und/oder eine Kernverstärkung vorgesehen sind.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrerkopf (3) ein oder mehrere Hartmetall-Schneidelemente aufweist.
Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrerkopf ein einteiliges sternförmiges Hartmetall-Schneidelement aufweist, welches symmetrisch in einem 3-rippenförmigen oder 4-rippenförmigen Bohrkopf einsetzbar ist und welches vorzugsweise eine Bohrerspitze aufweist.