Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem Ein
steckende und einem Bohrerkopf, der auf seiner in Vorschubrichtung weisenden Stirnseite
zumindest eine Schneidplatte aufweist, wobei die Schneidplatte wenigstens eine an deren
Stirnseite vorgesehene Schneidkante und eine in Drehrichtung des Bohrers vor der Schneid
kante angeordnete Spanfläche sowie eine in Drehrichtung des Bohrers hinter der Schneid
kante angeordnete Freifläche umfaßt.
Ein derartiger Bohrer ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 452 255 A2
bekannt. Die Freiflächen seiner Schneidplatte sind eben. Der Einsatz des Bohrers in der
Praxis hat jedoch gezeigt, daß der Bohrfortschritt unbefriedigend ist.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Bohrer bereitzu
stellen, der einen höheren Bohrfortschritt liefert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem gattungsgemäßen Bohrer dadurch gelöst, daß
die Freifläche über zumindest einen Teilbereich sich abweichend von einem ebenen Verlauf
in die Schneidplatte hinein erstreckt oder konkav ist.
Dabei kann vorgesehen sein, daß der Teilbereich in Schnittansicht einen Verlauf aufweist, der
durch einen Polygonzug beschreibbar ist. Der konkave Verlauf ergibt sich dabei als Grenzfall
des Polygonzugs.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß der Polygonzug aus zwei Geraden besteht.
Andererseits kann auch vorgesehen sein, daß der Teilbereich in Schnittansicht ein Ellipsenbo
gen ist.
Günstigerweise ist der Teilbereich in Schnittansicht ein Kreisbogen mit einem Radius Ri.
Dabei kann vorgesehen sein, daß der Radius Ri des Kreisbogens eine Funktion der Stärke S
der Schneidplatte ist.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Funktion lautet Ri = x S, mit x im Bereich
von 1,5 bis 2,0.
Vorzugsweise liegt x im Bereich von 1,7 bis 1,8.
Vorzugsweise liegt y im Bereich von 0,37 bis 0,45.
Vorteilhafterweise ist der Radius Ri des Kreisbogens eine Funktion des Nenndurchmessers D
des Bohrers.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß die Funktion lautet Ri = y D, mit im Bereich
von 0,25 bis 0,60.
Vorzugsweise liegt y im Bereich von 0,37 bis 0,45.
Außerdem kann vorgesehen sein, daß der Radius Ri des Kreisbogens eine Funktion der An
triebsstärke des für den Einsatz des Bohrers vorgesehenen Bohrantriebsgerätes ist.
Ferner kann vorgesehen sein, daß der Radius Ri des Kreisbogens eine Funktion der Härte des
mit dem Bohrer zu bohrenden Materials ist. Zumindest hinsichtlich der Parameter Nenn
durchmesser, Antriebsstärke und zu bohrendes Material ist darauf hinzuweisen, daß der Radi
us Ri nicht unabhängig voneinander von den einzelnen Parametern abhängt. Soll z. B. ein Boh
rer mit einem kleinen Nenndurchmesser in einem leistungsstarken Bohrantriebsgerät in wei
chem Material eingesetzt werden, so ist zur Sicherstellung eines optimalen Bohrfortschrittes
ein relativ großer Radius Ri notwendig. Wenn andererseits ein Bohrer mit einem großen
Nenndurchmesser in einem leistungsschwachen Bohrantriebsgerät in hartem Material einge
setzt wird, dann ist ein kleiner Radius Ri von Vorteil.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
der Radius Ri des Kreisbogens derart gewählt ist, daß die Tangente zu dem Kreisbogen am
Ort der Schneidkante unter einem Winkel α' zu einer zur Vorschubrichtung senkrechten Ebe
ne verläuft, der dem Spanwinkel γ entspricht. Die Tangente und die Spanfläche würden eine
symmetrische Meißelform bilden. Der kreisbogenförmige statt ebene Verlauf der Freifläche
trägt besonders zur Erhöhung der Stabilität der Schneidkante bei.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
der Teilbereich nicht die Schneidkante umfaßt.
Vorteilhafterweise schließt sich auf der zur Schneidkante gelegenen Seite des Teilbereiches
eine ebene Fläche an. Dies dient zur weiteren Erhöhung der Stabilität und Verschleißfestigkeit
der Schneidkante.
Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, daß sich die ebene Fläche auch auf der radial äu
ßeren Seite des Teilbereiches anschließt. Dies stellt eine höhere Stabilität der Schneidkante in
dem Bereich sicher, in dem abgewickelt der längste Weg zurückgelegt wird.
Vorteilhafterweise verläuft die ebene Fläche unter einem Winkel α1 zu einer zur Vor
schubrichtung senkrechten Ebene im Bereich von 10 bis 30 Grad
Vorzugsweise beträgt der Winkel α1 22,5 Grad.
Außerdem kann vorgesehen sein, daß der Teilbereich sich radial nach außen verjüngt. Dies
dient der Erhöhung der Lebensdauer der Schneidplatte insbesondere im radial äußeren Be
reich und der Schneidenschärfe.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung soll vorgesehen sein, daß
besagter Teilbereich in mindestens zwei Unterteilbereiche unterteilt ist.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die ebene Fläche auch zwischen den beiden/den Unterteilbe
reichen. Dies liefert Stege zur Unterstützung der Stabilität der Schneidkante und der Reduzie
rung der Bruchgefahr.
Entsprechend einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
sein, daß die Schneidplatte dachförmig ausgebildet ist und auf beiden Seiten ihrer dachförmi
gen Ausbildung eine Spanfläche und eine Freifläche aufweist.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß beide Freiflächen über zumindest einen Teilbe
reich sich abweichend von einem ebenen Verlauf in die Schneidplatte hinein erstrecken oder
konkav sind.
Günstigerweise befindet sich jeder Teilbereich benachbart zu der Querschneide. Dadurch ent
steht eine Querschneide, deren beiden äußeren Punkte höher in Bohrrichtung vorstehen als
das Zentrum. Dadurch wird die Reibung im Zentrum der Hauptschneidplatte gegenüber her
kömmlichen Ausführungen vermindert.
Günstigerweise schließt sich auf der zur Schneidkante gelegenen Seite jedes Teilbereiches
eine ebene Fläche an. Dies führt - wie oben ausgeführt - zu einer weiteren Erhöhung der Sta
bilität der Schneidkante.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß sich die ebene Fläche auch auf der radial äußeren
Seite jedes Teilbereiches anschließt. Dies weist die ebenfalls oben schon genannten Vorteile
auf.
Vorzugsweise ist jeder besagter Teilbereiche in mindestens zwei Unterteilbereiche unterteilt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß sich die ebene Fläche auch jeweils zwischen den
beiden/den Unterteilbereichen erstreckt. Dies verbessert die Stabilität der Schneidkante insbe
sondere bei größeren Nenndurchmessern oder speziellen Schneidkantenbelastungen.
Besonders bevorzugt ist der Teilbereich auf der einen Seite der dachförmigen Ausbildung an
anderen/anderer Stelle(n) unterteilt als auf der anderen Seite der dachförmigen Ausbildung.
Unter anderer Stelle ist ein radialer Versatz zu verstehen. Der absichtlich erzeugte Versatz
verhindert ein "Aufsetzen" der ebenen Fläche, die als Freiflächenverstärkung dient, vor Stirn
und ein Verringern des Bohrfortschritts.
Entsprechend einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
sein, daß auf mindestens einer Seite der dachförmigen Ausbildung ein Übergangsbereich zwi
schen der Querschneide und benachbartem besagten Teilbereich vorgesehen ist.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Übergangsbereich zur Querschneide hin in eine
ebene Fläche übergeht.
Auch kann ein Übergangsbereich auf der radial äußeren Seite des bzw. jedes Teilbereiches
vorgesehen sein, der in eine ebene Fläche übergeht.
Schließlich kann vorgesehen sein, daß die bzw. jede Spanfläche über zumindest einen Teilbe
reich eben oder konkav oder konvex ist.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die spezielle Gestal
tung der Freifläche eine bessere Meißelwirkung erzielt wird, was speziell bei Gesteinsbohrern
einen höheren Bohrfortschritt liefert, da bei Gesteinsbohrern, inbesondere Hammerbohrern,
keine konstante Abhängigkeit zwischen dem Bohrfortschritt in Millimeter pro Umdrehung
und den Drehzahlen aufgrund der pneumatischen Schlagwerkscharakteristik und -bedingun
gen besteht. Die Vorteile kommen jedoch auch allgemein bei Bohrern zur Geltung, wobei
diese jedoch insbesondere bei Bohrern wirksam werden, die in Bohrwerkzeugen mit einem
hohen Bohrvorschub eingesetzt werden. Die bessere Meißelwirkung liefert eine höhere Ab
tragsrate und somit eine höhere Bohrgeschwindigkeit in mm/min.
Gemäß besonderen Ausführungsformen der Erfindung kann bei dem erfindungsgemäßen
Bohrer durch ebene Flächen im Bereich der Schneidkante und/oder ebene Flächen zur Unter
teilung der Teilbereiche, in denen die Freifläche sich abweichend von einem ebenen Verlauf
in die Schneidplatte hinein erstreckt oder konkav ist, die Stabilität der Schneidkante und da
mit die Standzeit im Vergleich zu herkömmlichen Bohrern bei höherem Bohrfortschritt zu
mindest ebenbürtig gemacht oder sogar verbessert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der
nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeich
nungen im einzelnen erläutert sind.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Schneidplatte eines Bohrers gemäß einer ersten besonderen
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 Details zur Wahl des in Fig. 1 gezeigten Radius Ri;
Fig. 3a bis 3d jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Rückansicht und eine perspek
tivische Ansicht schräg von oben einer zweiten besonderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 einen Schnitt durch eine Schneidplatte eines Bohrers der in den Fig. 3a bis 3d gezeigten
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5a bis 5d jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Rückansicht und eine perspek
tivische Ansicht schräg von oben einer dritten besonderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6a bis 6d jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Rückansicht und eine perspek
tivische Ansicht schräg von oben einer vierten besonderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7a bis 7e jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Rückansicht, eine Vorderan
sicht und eine perspektivische Ansicht schräg von oben einer fünften besonderen Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 8a bis 8d jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Rückansicht und eine perspek
tivische Ansicht schräg von oben einer sechsten besonderen Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Schneidplatte 10 eines Bohrers gemäß einer ersten be
sonderen Ausführungsform der Erfindung. Die Schneidplatte 10 ist in einem Bohrerkopf
(nicht gezeigt) eines Bohrers (nicht gezeigt) mit einem Einsteckende auf der in Vor
schubrichtung weisenden Stirnseite des Bohrers angebracht und weist eine an deren Stirnseite
angeordnete Schneidkante B und eine in Drehrichtung des Bohrers vor der Schneidkante B
angeordnete ebene Spanfläche 12 sowie eine in Drehrichtung des Bohrers hinter der Schneid
kante B angeordnete Freifläche 14 auf. Anders als bei einem herkömmlichen Bohrer, bei dem
die Freifläche - wie es durch die gestrichelte Linie AB dargestellt ist - eben ist und somit die
ebenfalls eingezeichneten Freiwinkel α, Keilwinkel β und Spanwinkel γ ergeben würde, weist
die Freifläche 14 in Schnittansicht die Gestalt eines Kreisbogens mit dem Radius Ri auf.
Die Schneidplatte 10 weist eine Stärke S auf. Der Radius Ri ist so gewählt, daß die maximale
Abweichung 16 (auch als Ab bezeichnet von der gestrichelt gezeichneten, ebenen Freifläche
als Funktion der Stärke S, z. B. Abweichung
Ab = Z × S, ein Optimum darstellt, so daß eine höhere Bohrgeschwindigkeit in Millimeter pro
Minute (Vorschub) erreicht wird. Bei einem Nenndurchmesser D des erfindungsgemäßen
Bohrers von 8 mm und einer Stärke S der Schneidplatte von 2 mm hat sich eine Abweichung
Ab von 0,14 mm als optimal erwiesen. Dies entspricht einem z-Wert von 0,07. Der Faktor z
sollte im Bereich von 0,04 bis 0,12 liegen. Zwischen der Abweichung und dem Radius Ri
besteht der Zusammenhang:
mit w im Bereich von 0,02 bis 0,06 und vorzugsweise 0,034 bis 0,046.
Fig. 2 zeigt Details zur Wahl des Radius Ri. Der gemäß der obigen Ausführungen gewählte
Radius Ri des Kreisbogens der im Schnitt dargestellten Freifläche 14 ist dennoch derart ge
wählt, daß die Tangente zu dem Kreisbogen am Ort der Schneidkante B unter einem Winkel
α' zu einer zur Vorschubrichtung (in der Figur senkrecht nach oben) senkrechten Ebene ver
läuft, der dem Spanwinkel γ der Spanfläche 12 entspricht. Dies bedeutet nichts anderes, als
daß der eingezeichnete Winkel YBA dem eingezeichneten Winkel YBC entspricht. Durch eine
derartige Auswahl des Radius Ri wird die Stabilität der Schneidkante B besonders erhöht. Bei
einer Stärke S von 2 mm und einem Spanwinkel γ von 65° beträgt der Radius Ri 3,5 mm.
Fig. 3a bis 3d zeigen jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Rückansicht und eine
perspektivische Ansicht schräg von einer zweiten besonderen Ausführungsform der Erfin
dung. Die Schneidplatte 10 ist dachförmig ausgebildet und weist auf beiden Seiten ihrer dach
förmigen Ausbildung eine Spanfläche 12 und eine Freifläche 14 auf. Anders als bei der in den
Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist die (jeweilige) Freifläche 14 nicht über den ge
samten Bereich, sondern nur über einen Teilbereich 18 konkav, da noch eine ebene Fläche 20
vorhanden ist. Dadurch daß die Freiflächen 14 im Bereich der Querschneide 26 konkav sind,
entsteht eine Querschneide, deren beiden äußeren Punkte höher in Bohrrichtung vorstehen als
das Zentrum. Dadurch wird die Reibung im Zentrum der Hauptschneidplatte gegenüber her
kömmlichen Ausführungen vermindert.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Schneidplatte 10 eines Bohrers (nicht gezeigt) gemäß der
in den Fig. 3a bis 3d gezeigten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Teilbereich 18 umfaßt
nicht die Schneidkante B. Auf der zur Schneidkante B gelegenen Seite des Teilbereiches 18
schließt sich eine ebene Fläche 20 an. Die ebene Fläche 20 verläuft unter einem Winkel α1 zu
einer zur Vorschubrichtung senkrechten Ebene unter einem Winkel von 22,5°. Bei einer Stär
ke S der Schneidplatte 10 von 2 mm beträgt die Projektionslänge 22 in Bohrvorschubrichtung
0,25 mm, der Radius Ri 3,5 mm und der Keilwinkel γ 65°.
Fig. 5a bis 5d zeigen jeweils eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Rückansicht und eine
perspektivische Ansicht schräg von oben einer dritten besonderen Ausführungsform der Er
findung. Die Schneidplatte 10 ist genau wie bei der zweiten Ausführungsform dachförmig
ausgebildet und weist auf beiden Seiten ihrer dachförmigen Ausbildung eine Spanfläche 12
und eine Freifläche 14 auf. Die in den Fig. 5a bis 5d gezeigte Schneidplatte 10 unterscheidet
sich von der in den Fig. 3a bis 3d gezeigten Schneidplatte 10 darin, daß die Freifläche 14 auf
jeder Seite nur über einen Teilbereich 18 konkav ist und auf beiden Seiten der dachförmigen
Ausbildung ein Übergangsbereich 24 zwischen der Querschneide 26 und dem jeweils benach
barten Teilbereich 18 vorgesehen ist. Der Übergangsbereich 24 geht zur Querschneide 26 hin
in eine ebene Fläche 28 über. Die ebene Fläche 20 dient zur Erhöhung der Stabilität der
Schneidkante B.
Die in den Fig. 6a bis 6d gezeigte Schneidplatte 10 unterscheidet sich von der in den Fig. 5a
bis 5d gezeigten Schneidplatte 10 darin, daß zusätzlich ein Übergangsbereich 30 auf der radial
äußeren Seite des Teilbereiches 18 vorgesehen ist, der in eine ebene Fläche 32 übergeht, die
im vorliegenden Beispiel eine Verlängerung der ebenen Fläche 20 darstellt. Der Übersicht
lichkeit halber sind im wesentlichen nur die Abweichungen gegenüber der in den Fig. 5a bis
5d gezeigten Ausführungsform mit einem Bezugszeichen versehen. Die ebenen Flächen 32
dienen als Stege zur weiteren Unterstützung der Stabilität der Schneidkante B und weiteren
Reduzierung der Bruchgefahr im Bereich der größten Umfangsgeschwindigkeit.
Die in den Fig. 7a bis 7e gezeigte Schneidplatte 10 unterscheidet sich von der in den Fig. 6a
bis 6d gezeigten Schneidplatte 10 im wesentlichen dadurch, daß der Teilbereich 18 in Unter
teilbereiche 18a, 18b, 18c bzw. 18a, 18b, unterteilt ist. Die Unterteilung erfolgt durch die ebe
ne Fläche 20, die sich in der gezeigten Ausführungsform auch zwischen den Unterteilberei
chen 18a, 18b, 18c bzw. 18a, 18b erstreckt. Dies dient insbesondere bei Bohrern mit größeren
Nenndurchmessern bzw. speziellen Schneidkantenbelastungen zur weiteren Unterstützung der
Stabilität der Schneidkante B und Reduzierung der Bruchgefahr. Die Teilbereiche 18 auf den
beiden Seiten der dachförmigen Ausbildung der Schneidplatte 10 sind auf der einen Seite in
drei Unterteilbereiche 18a, 18b und 18c sowie auf der anderen Seite nur in zwei Unterteilbe
reiche 18a, 18b unterteilt, damit sich die zwischen den Unterteilbereichen erstreckende ebene
Fläche 20 an unterschiedlichen radialen Positionen befindet, um ein Aufsetzen der ebenen
Fläche 20 vor Stirn zu verhindern und damit der Bohrfortschritt nicht gebremst wird. Der
Übersichtlichkeit halber sind im wesentlichen nur diejenigen Komponenten mit Bezugszei
chen versehen, die ein Unterschied gegenüber der in den Fig. 6a bis 6d gezeigten
Schneidplatte darstellen.
Schließlich unterscheidet sich die in den Fig. 8a bis 8d dargestellte Schneidplatte 10 von der
in den Fig. 6a bis 6d gezeigten Schneidplatte 10 darin, daß sich der Teilbereich 18 radial nach
außen verjüngt und sich somit die ebene Fläche 20 verstärkt. Damit wird erreicht, daß die
Lebensdauer der Schneidkante B, die normalerweise aufgrund der im radial äußeren Bereich
höheren Geschwindigkeit und des zurückgelegten Weges geringer ist, und die Schneiden
schärfe erhöht werden.
Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offen
barten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen
für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich
sein.
Bezugszeichenliste
10
Schneidplatte
12
Spanfläche
14
Freifläche
16
Abweichung
18
Teilbereich
18
a,
18
b,
18
c Unterteilbereich
20
ebene Fläche
22
Projektionslänge
24
Übergangsbereich
26
Querschneide
28
ebene Fläche
30
Übergangsbereich
32
ebene Fläche
B Schneidkante
YBA
Winkel
YBC
Winkel
α Freiwinkel
α1
Freiwinkel
α' Winkel
β Keilwinkel
γ Spanwinkel
Ab Abweichung
D Nenndurchmesser des Bohrers
x, y, z, w Faktor