DE19942986A1 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Abstract

Ein Bohrwerkzeug, insbesondere ein Gesteinsbohrer, besitzt einen Schaft (2), dessen eines Ende an ein Einsteckende für die Werkzeugaufnahme eines Bohrgerätes anschließt und dessen anderes Ende einen Bohrkopf (4) mit wenigstens zwei, aus Hartmetall gebildeten Schneiden (5) aufweist, die den Umfang des Bohrkopfes (4) radial überragen. Wenigstens teilweise verlaufen zwischen den Hartmetallschneiden (5) Kopfmehlnuten (7), die in wenigstens eine, wendelförmig am Schaft (2) umlaufende Abfuhrnut (3) münden. Die Ausbildung des Bohrkopfes (4) ist derart, dass der Bohrkopf (4) wenigstens im Bereich von zwei der Hartmetallschneiden (5) eine erweiterte Umfangskontur (8) aufweist, welche den Umfang (9) des Schaftes (2) radial überragt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, insbesondere einen Gesteinsbohrer, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Erstellung von Bohrungen in Beton, Mauerwerk, Gestein und dgl. werden Bohr­ werkzeuge eingesetzt, die einen Bohrkopf mit Schneiden aus einem Schneidwerkstoff, vorzugsweise aus einem Hartmetall, aufweisen. Die Bohrwerkzeuge werden üblicherweise in handgeführte Bohrgeräte eingesetzt, die zusätzlich zum Drehantrieb des Bohrwerkzeugs auch axiale Schläge erzeugen. Die axialen Schläge werden auf das in die Werkzeugaufnahme des Bohrgeräts eingesetzte Schaftende des Bohrwerkzeugs abgegeben und über den Schaft und den Bohrkopf in den zu bearbeitenden Untergrund eingeleitet. Auf diese Weise wird der Untergrund schabend, meisselnd bearbeitet und chipweise abgebaut. Neben den hohen Anforderungen hinsichtlich des erzielbaren Bohrfortschritts und erforderlichen Kraftaufwands sollen die Bohrwerkzeuge auch eine möglichst hohe Standzeit aufweisen.

Aus dem Stand der Technik sind eine Reihe von Bohrwerkzeugen bekannt, die sich unter normalen Einsatzbedingungen durch einen zufriedenstellenden Bohrfortschritt bei vertretbarem Kraftaufwand auszeichnen. Auch die unter normalen Einsatzbedingungen erzielbaren Standzeiten dieser bekannten Bohrwerkzeuge sind akzeptabel. Ein derartiges Bohrwerkzeug ist beispielsweise in der EP-A-0 669 448 beschrieben. Dieses bekannte Bohrwerkzeug besitzt einen Schaft mit einem Einsteckende für ein handgeführtes Bohrgerät. Am gegenüberliegenden Ende ist ein Bohrkopf angeordnet, der drei Schneiden aufweist, die an sternförmig angeordneten Hartmetalleinsätzen vorgesehen sind. Die Schneiden sind durch Kopfmehlnuten voneinander getrennt, die in Abfuhrnuten für das Bohrmehl münden, die den Schaft wendelförmig umlaufen. Während dieses bekannte Bohrwerkzeug bei kleineren und mittleren Bohrerdurchmessern die insbesondere vom professionellen Anwender gestellten Anforderungen an sich erfüllt, besteht für Bohrwerkzeuge mit grösserem Durchmesser noch ein gewisses Verbesserungspotential. Insbesondere bei der Erstellung von Bohrungen in armiertem Beton kann es bei Armierungstreffern zu einem Verhaken des Bohrwerkzeuges oder zu einem Ausbrechen der Schneiden kommen. Die Gefahr des Verhakens vergrössert sich mit zunehmendem Durchmesser des Bohrkopfes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Nachteilen der Bohrwerkzeuge des Standes der Technik abzuhelfen. Es soll ein Bohrwerkzeug geschaffen werden, bei dem, unabhängig vom Durchmesser des Bohrkopfes, auch bei der Erstellung von Bohrungen in armiertem Beton, die Gefahr eines Verhakens des Bohrkopfes am Armierungseisen verringert ist. Das Bohrwerkzeug soll einen guten Bohrfortschritt bei geringem Kraftaufwand besitzen und eine hohe Standzeit aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einem Bohrwerkzeug mit den im kennzeich­ nenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen. Bevorzugte Ausführungsvarianten und/oder Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Das durch die Erfindung geschaffene Bohrwerkzeug, insbesondere ein Gesteinsbohrer, besitzt einen Schaft, dessen eines Ende an ein Einsteckende für die Werkzeugaufnahme eines Bohrgerätes anschliesst und dessen anderes Ende einen Bohrkopf mit wenigstens zwei, aus Hartmetall gebildeten Schneiden aufweist, die den Umfang des Bohrkopfes radial überragen. Wenigstens teilweise verlaufen zwischen den Hartmetallschneiden Kopfmehlnuten, die in wenigstens eine, wendelförmig am Schaft umlaufende Abfuhrnut münden. Die Ausbildung des Bohrkopfes ist derart, dass der Bohrkopf wenigstens im Bereich von zwei der Hartmetallschneiden eine erweiterte Umfangskontur aufweist, welche den Umfang des Schaftes radial überragt.

Durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Bohrkopfes im Bereich der Hartmetall­ schneiden ist deren radialer Überstand verringert. Dadurch wird der Tendenz der radial überstehenden Hartmetallschneiden, bei Armierungstreffern zu verhaken, entgegen­ gewirkt, ohne dadurch die Reibung des Bohrwerkzeugs im Bohrloch nennenswert zu erhöhen. Im Fall von im Umfangsbereich angeordneten, plättchenförmigen Hartmetall­ einsätzen, welche die Hartmetallschneiden bilden, sind die Einsätze insbesondere im Fussbereich besser abgestützt. Durch die verbesserte Einbettung in den Bohrkopf ist die Gefahr eines Lockerns und des Herausfallens der Hartmetalleinsätze verringert, und die Standzeit des Bohrwerkzeugs ist vergrössert.

In zweckmässiger Weise weist der Bohrkopfbereich mit radial erweiterter Umfangskontur gegenüber dem Schaft einen maximalen radialen Überstand auf, der etwa 2% bis etwa 10% des Schaftradius beträgt. Bei diesen Werten für den radialen Überstand ist eine deutliche Verbesserung der Abstützung der Hartmetallschneiden gegeben, ohne die Reibung mit der Bohrlochwandung nennenswert zu erhöhen.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung erstreckt sich der Bohrkopfbereich mit radial erweiterter Umfangskontur zu beiden Seiten eines seitlichen Führungsbereichs der Hartmetallschneiden über einen Winkelbereich von etwa 5° bis etwa 30°. Die radiale Erstreckung des seitlichen Führungsbereichs verbessert das Verhalten des Bohrwerkzeugs bei Armierungstreffern. An Hartmetallplättchen angeordnete Schneiden weisen eine auch in Umfangsrichtung verbesserte Einbettung in das Material des Bohrkopfes auf. Dadurch sind die eingebetteten Hartmetallschneiden weniger empfindlich gegen die beim Materialabbau in Umfangsrichtung wirkenden Querkräfte.

Im Fall von an Hartmetalleinsätzen vorgesehenen Schneiden, die in den Bohrkopf eingebettet sind, erweist es sich als zweckmässig, wenn die Bohrkopfbereiche mit radial erweiterter Umfangskontur eine axiale Erstreckung aufweisen, die wenigstens der axialen Länge des eingebetteten Fussbereichs der Hartmetallplättchen entspricht. Der in den Bohrkopf eingebettete Fussbereich der Hartmetallschneiden ist über seine gesamte axiale Erstreckung abgestützt. Ein Verhaken einer Hartmetallschneide an einem Armierungseisen wird verhindert. Vielmehr wird die Hartmetallschneide durch die erfindungsgemässe Einbettung relativ sanft entlang des Armierungseisens geführt.

Indem die gedachte Umfangskontur des Bohrkopfes im Bereich der Kopfmehlnuten einen kleineren radialen Abstand von der Mittelachse aufweist als im seitlichen Führungsbereich der Hartmetallschneiden, ist der Reibungswiderstand im Betrieb verringert, und der Bohrfortschritt kann verbessert werden.

Damit ein Anschlagen und Verhaken von konstruktiv bedingten Kanten bei Armierungstreffern noch zuverlässiger vermieden werden kann, erweist es sich von Vorteil, wenn der Übergang von der erweiterten Umfangskontur zu einer angrenzenden Kopfmehlnut, insbesondere an der in Drehrichtung der Schneide unmittelbar vorlaufenden Kante, stetig gekrümmt erfolgt. Auf diese Weise wird bereits die Ursache eines möglichen Verhakens des Bohrwerkzeugs beseitigt. Im Fall eines Armierungstreffers gleitet das Bohrwerkzeug kontinuierlich entlang des Armierungseisen. Insbesondere die in Drehrichtung unmittelbar vorlaufende "Kante" ist verrundet. Dadurch erfolgt ein quasi­ kontinuierlicher Übergang in die seitlichen Führungsflächen der Schneiden, und die Gefahr eines Einhakens einer Kante am Bohrkopf an der Armierung ist reduziert.

In einer Variante der Erfindung besitzt das Bohrwerkzeug einen Bohrkopf, der drei seinen Umfang überragende Hartmetallschneiden aufweist. Die Hartmetallschneiden sind dabei vorzugsweise symmetrisch, sternförmig angeordnet und jeweils durch eine im wesentlichen axial verlaufende Kopfmehlnut voneinander getrennt.

Um die im Betrieb auftretende Reibung an der Wandung der erstellten Bohrung zu verringern, erweist es sich von Vorteil, wenn der Bohrkopf im gesamten seitlichen Führungsbereich der Hartmetallschneiden einen Durchmesser aufweist, der grösser ist als der Durchmesser des Schaftes.

In einer Variante der Erfindung sind die den Umfang des Bohrkopfes radial überragenden Hartmetallschneiden an plättchenförmigen Einsätzen vorgesehen, die in die Stirnseite des Bohrkopfes eingesetzt sind. Jeder plättchenförmige Einsatz weist eine seitliche Führungsfläche auf, die gegenüber der axialen Erstreckung des Bohrkopfbereichs mit vergrösserter Aussenkontur derart geneigt verläuft, dass der plättchenförmige Einsatz an seinem freien Ende gegenüber dem Bohrkopf einen grösseren radialen Überstand aufweist als im eingebetteten Fussteil. Bei dieser Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Bohrwerkzeugs erstreckt sich die Schneidkante des Schneidplättchens, ausgehend von einem vollständig in den erweiterten Bohrkopfbereich eingebetteten Fussteil, in Richtung des freien Endes radial nach aussen. Dadurch ist bei einer sehr guten radialen Abstützung des Schneidplättchens ein ausreichender radialer Überstand gewährleistet, um die Reibung an der Bohrlochwandung gering halten zu können.

Aus herstellungstechnischen Gründen besteht in einer weiteren Variante der Erfindung der Bohrkopf zweckmässigerweise gesamthaft aus Hartmetall. Die höheren Kosten dieser Variante werden durch die Vorteile der sehr einfachen, nahezu beliebig wählbaren Formgebung des Hartmetallkopfes mehr afs kompensiert. Dabei sind auch die Vorteile im Handling bei der Montage zu berücksichtigen.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf in den Figur schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Vorderabschnitts eines erfindungsgemässen Bohrwerkzeugs;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Bohrwerkzeug aus Fig. 1;

Fig. 3 ein Detail der Draufsicht gemäss Fig. 2;

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Details des Bohrwerkzeugs in einer gegenüber Fig. 1 gedrehten Position; und

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1-4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bohrwerkzeugs in unterschiedlichen Ansichten dargestellt und gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 ver­ sehen. Das Bohrwerkzeug 1, bei dem es sich beispielsweise um einen Gesteinsbohrer handelt, umfasst einen Schaft 2, dessen eines, nicht näher dargestelltes Ende an ein Einsteckende für die Werkzeugaufnahme eines Bohrgeräts anschliesst. Der Schaft 2 ist mit wendelförmig umlaufenden Abfuhrnuten 3 für das im Einsatz abzutransportierende Bohrklein ausgestattet. Am gegenüberliegenden Ende des Schaftes 2 ist ein Bohrkopf 4 angeordnet, der aus Hartmetall gebildete Schneiden 5, 6 aufweist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind gemäss Fig. 1 und 2 am Bohrkopf 4 zwei Arten von Schneiden angeordnet. In seinem Zentrumsbereich weist der Bohrkopf 4 eine im wesentlichen sternförmig ausgebildete, dreistrahlige Zentrumsschneide 6 auf, deren radiale Erstreckung sich im wesentlichen auf den zentralen Bereich des Bohrkopfes 4 beschränkt. Im Umfangsbereich des Bohrkopfes 4 sind drei weitere Schneiden 5 angeordnet, die sich im wesentlichen radial erstrecken und den Umfang des Bohrkopfes 4 radial überragen. Die Umfangsschneiden 5 sind beispielsweise an plättchenförmigen Einsätzen aus Hartmetall ausgebildet, die mit dem Fussbereich in etwa radial verlaufende Nuten in der Stirnseite des Bohrkopfes 4 eingebettet sind. Die drei Schneiden 5 sind beispielsweise in gleichmässigem Winkelabstand voneinander über den Umfang des Bohrkopfes 4 verteilt. Zwischen den Umfangsschneiden 5 sind jeweils Kopfnuten 7 vor­ gesehen, die in die wendelförmig am Schaft umlaufenden Abfuhrnuten 3 münden. Dabei kann jeder Kopfnut 7 eine Abfuhrnut 3 zugeordnet sein. Es können aber auch weniger Abfuhrnuten 3 als Kopfnuten 7 vorgesehen sein. In diesem Fall münden beispielsweise zwei Kopfnuten 7 in die selbe Abfuhrnuf 3.

Wie aus den Fig. 1-4 ersichtlich ist, weist der Bohrkopf 4 im Bereich der aus Hartmetall bestehenden Umfangsschneiden 5 eine erweiterte Umfangskontur 8 auf, die den Umfang 9 des Schaftes 2 radial überragt. Zur Verdeutlichung ist der radiale Überstand des Bohrkopfbereichs mit radial erweiterter Umfangskontur 8 in Fig. 2 übertrieben dargestellt. Der maximale radiale Überstand r (Fig. 4) ergibt sich aus der Differenz des maximalen Abstands a des radial erweiterten Bohrkopfbereichs 8 zum Radius s des Schaftes 2. Vorzugsweise beträgt der maximale radiale Überstand r etwa 2% bis etwa 10% des Schaftradius s. Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der radial erweiterte Bohrkopfbereich 8 zu beiden Seiten eines seitlichen Führungsbereichs 10 der Hartmetallschneiden 5 über einen Winkelbereich a, der etwa 5° bis etwa 30° beträgt. Die axiale Erstreckung I des radial erweiterten Bohrkopfbereichs 8 ist in Fig. 4 angedeutet und ist mit Vorteil wenigstens gleich gross oder grösser als die Länge des in den Bohrkopf 4 eingebetteten Fussbereichs der Schneiden 5. Wie weiters aus Fig. 4 ersichtlich ist, verlaufen die seitlichen Führungsflächen 10 der Umfangsschneiden 5 gegenüber der axialen Erstreckung I des erweiterten Bohrkopfbereichs 8 geneigt. Infolge der Neigung der seitlichen Führungsfläche 10, die, ausgehend vom eingebetteten Fussbereich nach aussen, vom Umfang des Bohrkopfes 4 weg verläuft, weisen die Umfangsschneiden 5 an ihren freien Enden einen grösseren radialen Überstand auf als im Fussbereich. Wie in Fig. 3 angedeutet ist, ist der Übergang des Bohrkopfbereichs mit erweiterter Umfangskontur 8 zur angrenzenden Kopfmehlnut 7 gekrümmt ausgebildet. Vorzugsweise ist insbesondere die in Drehrichtung der zugehörigen Schneide 5 unmittelbar vorlaufende Kante der Kopfmehlnut 7 verrundet, insbesondere stetig gekrümmt.

Das in Fig. 5 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bohrwerkzeugs ist gesamthaft mit dem Bezugszeichen 21 versehen. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1-4 im wesentlichen dadurch, dass der am Schaft 22 angeordnete Bohrkopf 24 drei Schneiden 25 aufweist, die etwa sternförmig verlaufen und sich vom zentralen Bohrkopfbereich radial zum Umfang des Bohrkopfes 24 erstrecken. Die drei Schneiden 25 aus Hartmetall überragen den Bohrkopf 24 in radialer Richtung und sind durch Kopfmehlnuten 27 voneinander getrennt.

Wiederum sind radial erweiterte Bereiche 28 des Bohrkopfes 24 angedeutet, die sich im Bereich der Schneiden 25 erstrecken und den Umfang 29 des Schaftes 22 radial überragen.

Der Bohrkopf 4 bzw. 24 kann, wie dargestellt, Schneiden 5, 6 bzw. 25 aufweisen, die an in der Stirnseite des Bohrkopfes 4 bzw. 24 befestigbaren Hartmetalleinsätzen angeordnet sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Bohrkopf einen grösseren Durchmesser aufweist als der Schaft. Die Umfangskontur des Bohrkopfes weist dabei im Bereich der Kopfmehlnuten einen kleineren radialen Achsabstand auf als im seitlichen Führungsbereich der am Umfang angeordneten Schneiden. Insbesondere kann der Bohrkopf in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante der Erfindung auch gesamthaft aus Hartmetall gefertigt sein. Während die Erfindung am Beispiel von Bohrwerkzeugen mit drei am Umfang des Bohrkopfes verlaufenden Schneiden erläutert worden ist, versteht es sich, dass die erfindungsgemässe Ausbildung auch bei Bohrwerkzeugen anwendbar ist, die nur zwei oder aber mehr als drei Umfangsschneiden aufweisen.

Claims (11)

1. Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem Schaft (2; 22), dessen eines Ende an ein Einsteckende für die Werkzeugaufnahme eines Bohrgerätes anschliesst und dessen anderes Ende einen Bohrkopf (4; 24) mit wenigstens zwei, aus Hartmetall gebildeten Schneiden (5; 25) aufweist, die den Umfang des Bohrkopfes (4; 24) radial überragen und zwischen denen wenigstens teilweise Kopfmehlnuten (7; 27) verlaufen, die in wenigstens eine, wendelförmig am Schaft (2) umlaufende Abfuhrnut (3) münden, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (4; 24) wenigstens im Bereich von zwei der Hartmetallschneiden (5; 25) eine erweiterte Umfangskontur (8; 28) aufweist, welche den Umfang (9; 29) des Schaftes (2; 22) radial überragt.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopfbereich (8; 28) mit radial erweiterter Umfangskontur gegenüber dem Schaft (2; 22) einen maximalen radialen Überstand (r) aufweist, der etwa 2% bis etwa 10% des Schaftradius (s) beträgt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bohrkopfbereich (8) mit radial erweiterter Umfangskontur zu beiden Seiten eines seitlichen Führungsbereichs (10) der Hartmetallschneiden über einen Winkelbereich (a) von etwa 5° bis etwa 30° erstreckt.

4. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopfbereich (8) mit radial erweiterter Umfangskontur eine axiale Erstreckung (I) aufweist, die wenigstens der axialen Länge eines in den Bohrkopf (4) eingebetteten Fussbereichs der Hartmetallschneiden (5) entspricht.

5. Bohrwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangskontur des Bohrkopfes im Bereich der Kopfmehlnuten einen kleineren radialen Abstand von der Mittelachse aufweist als im seitlichen Führungsbereich der Hartmetallschneiden.

6. Bohrwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der erweiterten Umfangskontur zu einer angrenzenden Kopfmehlnut, insbesondere an der in Drehrichtung (R) der Schneide (5) unmittelbar vorlaufenden Kante (11), stetig gekrümmt erfolgt.

7. Bohrwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (24) drei seinen Umfang überragende Hartmetallschneiden (25) aufweist, die vorzugsweise symmetrisch, sternförmig angeordnet und jeweils durch eine im wesentlichen axial verlaufende Kopfmehlnut (27) voneinander getrennt sind.

8. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf mit vier seinen Umfang überragenden Hartmetallschneiden ausgestattet ist und im Bereich der Hartmetallschneiden eine Umfangskontur aufweist, die den Umfang des Schaftes radial überragt.

9. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (4) im gesamten seitlichen Führungsbereich (10) der Hartmetallschneiden (5) einen Durchmesser aufweist, der grösser ist als der Durchmesser des Schaftes (2).

10. Bohrwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Umfang des Bohrkopfes (4) radial überragenden Hartmetallschneiden (5) an plättchenförmigen Einsätzen vorgesehen sind, die in die Stirnseite des Bohrkopfes (4) eingesetzt sind, wobei jeder plättchenförmige Einsatz eine seitliche Führungsfläche (10) aufweist, die gegenüber der axialen Erstreckung (I) des Bohrkopfbereichs (8) mit erweiterter Umfangskontur derart geneigt verläuft, dass der plättchenförmige Einsatz an seinem freien Ende gegenüber dem Bohrkopf (4) einen grösseren radialen Überstand aufweist als im eingebetteten Fussteil.

11. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (4; 24) gesamthaft aus Hartmetall besteht.