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Gesteinsbohrer und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung
betrifft einen Bohrer zum Bohren von Gestein5 Beton und dergleichen Material sowie
ein Verfahren für dessen Herstellung.
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Es ist schon mehrfach vorgeschlagen worden, Wendelbohrer bzw.
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sogenannte Spiralbohrer durch eine besondere Formgebung der Bohrerschneiden
zu verbessern mit dem Ziel, die Standzeiten sowie die zulässigen bzw. möglichen
Vorschubgeschwindigkeiten erhöhen zu können. Bei der Auslegung einer Gesteinsbohrerspitze
ist es ferner von besonderer Wichtigkeit, daß der Bohrer einen größtmöglichen Anwendungsbereich
aufweist, d.h., der Bohrer muß möglichst gleichzeitig beim Dreh-, Schlag- und Hammerbohren
zum Einsatz gelangen können.
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Es ist bekannt, daß die ungUnstigsten Bohrverhältnisse an den Querschneiden
der Bohrer und die besten Bohrverhältnisse an den Schneidecken vorliegen. Dies ist
darauf zurückzuführen, daß wegen der negativen Winkel an der Querschneide dort das
zu bohrende Material im wesentlichen nur geschabt bzw. fortgedrückt
wird
und de r Materialabfluß in die Spannut schlecht ist, während an den Schneidecken
der Materialabfluß einwandfrei und ein tatsächlicher Bohrvorgang gewährleistet ist.
Diese Verhältnisse liegen in modifizierter Form speziell auch beim Gesteinsbohren
bzw. Betonbohren beim Dreh-, Schlag- und Hammerbohrverfahren vor.
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Infolge der sehr unterschiedlichen Einsatzbedingungen eines Gesteinsbohrers
sowohl hinsichtlich des Gesteinsmaterials als auch hinsichtlich des Bohrverfahrens
wurde eine Reihe unterschiedlicher Formgebungen für die Bohrerspitzen vorgeschlagen,
um Bohrleistung und Standzeiten zu verbessern. Wie aus der technischen Literatur
ersichtlich ist, betreffen die bekannten Verbesserungsvorschläge Uberwiegend Spezialbohrer,
welche entweder für ein bestimmtes Bohrverfahren oder aber für eine bestimmte zubohrende
Materialgruppe vorgesehen sind. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die bekanntgewordenen
Spezialbohrer aus den genannten Gründen für einen universellen Einsatz beim Bohren
von Stein, Beton oder ähnlichem Material nicht geeignet bzw. vorgesehen sind. Aus
diesem Grunde mußte in der Praxis immer wieder auf die seit langem bewährten Standardbohrer
mit durchschnittlicher Bohrleistung zurückgegriffen werden.
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In der Metallbearbeitung ist zur Verbesserung der Schneidverhältnisse
am Querschneidenbereich der sogenannte Shirow-Anschliff bekannt, bei dem die Bohrm
T he mit einem Kegelmantelanschliff versehen und die ursprüngliche Querschneide
vollständig weggeschliffen ist. Bei diesem Anschliff zeigt die Bohrerspitze eine
Nut bzw. Ausnehmung, in deren Grund eine sogenannte Dachfirstlinie bzw. -kante verläuft,
die durch das Zusammentreffen von zwei Schleifflãchen nach Art von Auskehlungen
unter einem stumpfen
Winkel entsteht. Dieser £dr die Metallbearbeitung
vorgesehene bekannte Anschliff erfordert aufgrund seiner Schliffgeometrie vertikale
Nut flanken an den Seiten der Ausnehmung, so daß die Gefahr eines Materialausbruchs
an der Bohrerspitze schon beim Metallbohren und ganz besonders beim Gesteinsbohren
gegeben ist.
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Abgesehen davon wurde die Verwendung des Sbirow-Anschliffs nur auf
Metallbohrer aus Werkzeug- oder Schnellstahl mit positivem Spannwinkel beschränkt,
eine Anwendung auf Steinbohrer läßt dieser Anschliff dagegen ni ht zu, weil sich
ein Ausbrechen der vertikalen Nutflanken nicht umgehen läßt. Schließlich ist der
Shirow-Anschliff wegen der geforderten engen Toleranzen schwierig herzustellen,
und die mit diesem Anschliff versehenen Metallbohrer arbeiten vor allem nur dann
gut, wenn u.a. zur Kühlung der Bohrerspitze ein kontinuierlicher Spanabfluß gegeben
ist, was bei stehendem Bohrer und sich drehenden metallischen Werkstücken der Fall
ist. Der Shirow-Anschliff hat sich demzufolge in der Praxis auch bei der Metallbearbeitung
nicht durchsetzen können.
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Eine Ausnehmung für einen Gesteinsbohrer, wie sie in der britischen
Patentschrift 832238 gezeigt ist, ist Bestandteil einer ganz speziell geformten
Bohrerschneide, welche für den Einsatz bei besonderen zu bohrenden Materialien konzipiert
wurde. Auch dieser Bohrer konnte sich in der Praxis nicht durchsetzen, insbesondere
auch deshalb, weil beim Nachschleifen einer derartigen Spezialschneide Schwierigkeiten
auftreten, die eine universelle Anwendung beim Gesteinsbohren unmöglich machen.
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Das gleiche gilt für die sogenannten Zweiflügelbohrer, welche nach
der praktischen Erfahrung als universell einsetzbare Gesteinsbohrer vor allem im
Schlag- oder Hammerbohrverfahren ungeeignet sind. Bei diesen Zweiflügelbohrern weisen
die Ausnehmungen in der Bohrermitte keine besondere Anschliffgeometrie auf, woraus
zu entnehmen ist, daß diese lediglich zum Bohren von relativ weichen oder grobkörnigen
Materialien zur Verwendung gelangen, Anwendungsbereiche also, bei denen eine optimierte
Anschliffgeometrie nicht erforderlich ist.
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Die Praxis hat gezeigt, daß bereits geringfügige Abänderungen in der
Anschliffgeometrie eines Bohrers zu erheblichen Unterschieden in der Bohrleistung
führen. Insbesondere beim Steinbohrer, welcher im Schlag- oder Hammerbohrverfahren
eingesetzt werden soll, ist die Formgebung der Querschneide von besonderer Bedeutung,
um beim Bohren von sehr hartem und sprödem Material, wie z.B. Beton, gute Bohrleistungen
sicherzustellen. In der Praxis ist es ferner von besonderer Wichtigkeit, daß ein
Steinbohrer, welcher im Schlag-oder Hammerbohrverfahren eingesetzt wird, möglichst
universell zum Bohren aller vorkommenden Gesteins- und Materials orten eingesetzt
werden kann. Nur bei einer einfachen und standardisierten Ausfahrung der Bohrerspitze
und des Bohrers kann ein-Bohrer wirtschaftlich gefertigt und in größeren Stückzahlen
zur Anwendung gelangen. Diese Eigenschaften wurden bei den bisher bekannten Gesteinsbohrern
bei gleichzeitiger Verbesserung der Bohrleistungen und Standzeiten nicht erreicht,
so daß fast ausschließlich nur die Standardbohrer mit mittelmäßigen Bohrleistungen
in der Praxis zur Anwendung gelangten.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer
zum Bohren von Gestein, Beton oder ähnlichem Material zu schaffen, welche die Nachteile
der bekannten Spezialbohrer ausschließt und durch einen einfachen und optimierten
Aufbau der Bohrerspitze wesentlich verbesserte Bohrleistungen und Stand zeiten bei
allen häufig vorkommenden Materialien sicherstellt.
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Diese Aufgabe wird durch die Kombination folgender an sich bekannter
Merkmale gelöst, nämlich a) die Bohrerspitze weist zwei gegenüberliegende Hauptschneiden
auf, deren Schneidkanten bei Rotation des Bohrers einen Kegelstumpfmantel beschreiben,
b) die Haupt schneiden befinden sich an einem Hartmetalleinsatz, welcher in die
Bohrer spitze - vorzugsweise durch Einlöten -eingesetzt ist, c) im Bohrerzentrum
befindet sich eine Ausnehmung in Form einer negativen Ausspitzung oder Auskehlung,
deren Breite zwischen den Schneiden bzw. Freiflächen 42 % des Bohrerdurchmessers
nicht überschreitet, d) der Spanwinkel ist 0° oder negativ.
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Die Ausnehmung ist dabei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in
an sich bekannter Weise dachfirstartig ausgebildet, wobei die dachfrstbildende Kante
bei Draufsicht auf die Bohrerspitze wahlweise zwischen parallel zu den Hauptschneidenkanten
und einem Winkel von 900 beidseitig zu dieser Lage angeordnet ist. Der wahlweise
variierbare Verlauf der in der Ausnehmung befindlichen dachfirstartigen Kante wird
im wesentlichen durch die Schleifrichtung
best>mnt, mit welcher
die Ausnehmung in Bohrerzentrum eingeschliffen wird. Auf diese Weise kann der Bohrer
ohne größeren Aufwand für den Jeweilige Einsatzzweck leicht optimiert werden.
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Einige AusfUhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht
eines Bohrers nach der Erfindung, Fig. 2 eine Aufsicht auf die Spitze des Bohrers
nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine Seitenansicht der Spitze des Bohrers
nach Fig. 2 Fig. 4 eine Aufsicht auf eine abgeänderte Behrerspitze, Fig. 5 eine
der Fig. 4 entsprechende Ansicht, Jedoch mit zusätzlichen Korrekturanschliffen,
Fig. 6 eine Seitenansicht der Bohrerspitze nach Fig. 5, Fig. 7 einen vergrößert
dargestellten senkrechten Schnitt durch die Bohrerspitze nach Fig. 5, Fig. 8 eine
Seitenansicht einer anderen Ausführungsform für eine Bohrerspitze, Fig. 9 eine Seitenansicht
einer weiteren Bohrerspitzenausführungsform, Fig.10 eine Seitenansicht der Bohrerspitze
mit abgerundeten übergängen zwischen der Dachfirstlinie und den Haupt schneiden,
Fig.11 eine Aufsicht auf die Bohrerspitze nach Fig. 8, Fig.12 eine Seitenansicht
einer Bohrerspitze mtt einer profilierten Dachfirstlinie,
Fig. 13
eine vereinfachte Darstellung der Hauptschneidenrotationsfläche, Fig. 14 eine Aufsicht
auf die Bohrerspitze gemäß Fig. 5 mit geändertem Verlauf der Dachfirstlinie in der
Ausnehmung, Fig.14a ein Ausschnitt aus Fig. 14 in Aufsicht mit modifiziertem Verlauf
der Dachfirstlinie und Fig.14b eine Seitenansicht der Bohrerspitze gemäß Fig. 14.
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Der in Fig. 1 gezeigte Bohrer 1, der als Wendelbohrer ausgebildet
ist und allgemein als Spiralbohrer bezeichnet wird, besteht aus einem Einspannschaft
2 und einem sich hieran nach oben anschließenden Wendelteil mit einem gewendelten
Bohrersteg 3, der zwischen sich die Spannut in bekannter Weise einschließt. An der
Bohrerspitze ist ein übliches Hartmetall-Plättchen 4 eingelassen. Die Freiflächen
5,6 des Bohrers sind nach Art eines Kegelmantels geschliffen, wobei der im allgemeinen
zwischen 1100 und 1400 liegende Spitzenwinkel beim Ausführungsbeispiel 1200 beträgt,
wie die Fig. 3 zeigt.
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Das Hartmetall-Plättchen 4 überragt im allgemeinen mit seinen seitlichen,
die Nebenschneiden tragenden Außenbereichen den übrigen Bohrerumfang, wie einige
der dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen. Die beiderseits der Bohrer längsachse
7 liegenden Hauptschneiden des Bohrers sind mit den Ziffern 8 und 9 bezeichnet,
während die Arbeitsdrehrichtung durch den Pfeil x angegeben wird.
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Zwischen den beiden Hauptschneiden 8,9 ist eine Ausnehmung vorgesehen,
die durch zwei unter einem stumpfen Winkel in einer Dachfirstlinie zusammentreffende
Auskehlungen gebildet wird. In den Figuren ist diese Dachfirstlinie mit der Ziffer
10 und sind die Auskehlungen mit den Ziffern 11 und 12 gekennzeichnet. Im übrigen
wurden der besseren Übersicht halber in den Zeichnungen auch alle einander gleichen
oder entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, soweit dies möglich
und zweckdienlich war.
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Gemäß der Erfindung kann die Dachfirstlinie in einer bevorzugten Ausführungsform
so gelegt werden, daß sich die inneren, der Bohrerlängsachse 7 zugekehrten Enden
13,14 der Hauptschneiden 8,9 miteinander verbindet, und zwar so, daß sie in senkrechter
Projektion auf die Bohrerspitze gesehen eine gerade Linie beschreibt, wie die Fig.
2,4,5 und 11 zeigen. Es hat sich als praktisch und zweckmäßig erwiesen, der Dachfirstlinie
10 einen - in Seitenansicht gesehen -teilkreisförmigen oder teilovalfärmigen, konkaven
Verlauf zu geben, wie es aus den Fig, 1, 6 und 10 hervorgeht, Allerdings kann die
Dachfirstlinie 10 auch einen U-förmigen bzw. V-förmigen Verlauf (Fig. 3) mit vorzugsweise
verrundeter V-Spitze haben. Vorteilhaft werden winkelige Ecken und die Übergänge
zu den Hauptschneiden 8,9 leicht verrundet bzw. bogenförmig ausgebildet (Fig, 10),
um die Gefahr des Ausbrechens der Bohrerspitze zu verringern. Es ist verständlich,
daß bei einer Verrundung der Ecken gemäß Fig. 10 nicht mehr direkt von inneren Enden
der Haupt schneiden gesprochen werden kann, da in derartigen Fällen die erwähnten
inneren Enden bzw. Kanten der Hauptschneiden als die gedachten Schnittpunkte zwischen
einer in der Jeweiligen Haupt schneide liegenden Tangente
und einer
in den dortigen Verlauf der Dachfirstlinie gelegten Tangente anzunehmen sind.
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Zur Verdeutlichung der Winkelverhältnisse bezüglich eines mdglichen
Verlaufs der Hauptschneiden und der Dachfirstlinie wird auf die Fig. 13 hingewiesen.
Mit dem Bezugszeichen a ist die Flache bezeichnet, die als Rotationsfläche bei Drehung
der.Hauptschneiden um die Bohrerlängsachse entsteht. Die mit dem Buchstaben b bezeichnete
Fläche stellt die Rotationsfläche dar, die bei Drehung der Dachfirstlinie 10 um
die Bohrerlängsachse vorliegt, während mit dem Buchstaben c eine Tangente bezeichnet
ist, die an den inneren Enden der Hauptschneiden in den dortigen Verlauf der Dachfirstlinie
gelegt sind. Der Winkel zwischen der durch die Hauptschneiden - bei Drehung des
Bohrers - gebildeten kegelstumpfförmigen Rotationsfläche a und den Tangenten c,
die an den inneren Enden der Hauptschneiden in den dort vorliegenden Verlauf der
Dachfirstlinie 10 gelegt sind, sollen bei dieser Ausführungsform in einem Winkelbereich
größer als 750 und kleiner als 1450 liegen. Der beim Ausführungsbeispiel gemäß der
Fig. 13 gewählte Winkel ist mit dem Buchstaben d bezeichnet. Die Größe dieses Winkels
wird u.a. im wesentlichen vom Bohrerdurchmesser abhängen.
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Wie in den Fig. 8 und 9 angedeutet ist, soll weiterhin der Winkel
zwischen einer Parallelen 15 zur Bohrer längsachse 7 und der Spanfläche 16 als negativer
Spanwinkel vorzugsweise in einem Winkelbereich von 0° bis 15° liegen, während der
Winkel zwischen den an den Hauptschneiden in die Ebene der Jeweiligen Freifläche
und in die Ebene der Spanfläche gelegten Tangenten kleiner als 900 sein
soll.
Diese beiden Tangenten sind in Fig. 9 mit den Bezugsziffern 15a und 15b versehen.
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Die die Ausnehmung an der Bohrerspitze bildenden beiden Auskehlungen
11,12 können abweichend von den Darstellungen in bezug auf ihre Länge so ausgebildet
sein, daß sie nur auf den Bereich bzw.
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die Breite des Hartmetall-Plättchens 4 beschränkt sind. Abgesehen
davon, daß diese Ausführungsart wegen der beschränkten räumlichen Bedingungen und
Gegebenheiten beim Schleifen Schwlerigkeiten machen könnte, wird es bei den meisten
Anwendungsfällen zweckmäßig sein, die Auskehlungen 11,12 in die Freiflächen 5,6
übergehen und dort auslaufen und enden zu lassen, wie es z.B. in den Fig. 4 bis
11 gezeigt ist. Diese Möglichkeit bringt den Vorteil, daß das beim Bohren von Gestein
und dgl. entstehende Bohrklein bzw. Bohrmehl zumindest zum Teil nicht zwischen die
Frei flächen und das zu bohrende Material gelangt, sondern vielmehr über die Auskehlungen
11,12 gleich und direkt In die Bohrerspannuten eintritt und ohne weiteres abgeführt
werden kann.
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Wie in Fig. 5 gezeigt ist, können die Übergänge zwischen den Spanflächen
17,18 und den Hauptschneiden durch Je eine Fase 19, 20 gebildet werden, was sich
beim Bohren von sehr hartem Gestein als vorteilhaft erweist. Wie ebenfalls der Fig.
5 und der Fig. 6 entnommen werden kann, können die Uber die Bohrerspitze verlaufenden
Auskehlungen 11,12 am Übergang zu den Spannuten 21,22 mit Je einer Fase oder Ausspitzung
23,24 versehen werden, wodurch weiterhin ein besseres Abführen des Bohrkleins bzw.
Bohrstaubs erreicht wird, was sich wegen der besonderen Anordnung, der Dachfirstlinie
10
deshalb als vorteilhaft erweist, weil diese im Gegensatz zur sonstigen Querschneide
teilweise aktiv am Bohrvorgang teilnimmt und das gebohrte Material an der Bohrerspitze
in zwei Materialströme scheidet bzw. trennt.
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Abweichend vom teilkreisförmigen bzw, teilovalförmigen Verlauf der
Dachfirstlinie 10 kann diese auch gemäß Fig. 12 mit einem speziellen Profil versehen
sein, und zwar beispielsweise mit einer Profilierung, die wellenartig bzw. zackenartig
ausgebildet ist und sich flächig in den Auskehlungen 11,12 fortsetzt.
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Je nach Einsatzzweck des Bohrers kann der Verlauf der Dachfirstlinie
10 variiert werden. Wie aus Fig. 14 zu ersehen ist, kann die Dachfirstlinie 10 sowohl
parallel zu den Hauptschneidenkanten 8,9 oder beiderseitig abweichend von dieser
Lage angeordnet sein.
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Die dabei entstehenden Winkel gegenüber der Parallelen zu den Hauptschneidenkanten
liegen in vorteilhafter Weise zwischen kleiner als (-)20° und kleiner als (+)600.
Hierbei entsteht der positive Winkelbereich, sobald sich die verlängerte Dachfirstlinie
bei Draufsicht auf die Bohrerspitze von den Hauptschneidenkanten entfernt, der negative
Bereich, wenn diese die Hauptschneidenkanten oder deren gedachte nach außen laufende
Verlängerung schneidet, Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 14a als
Teilansicht der Fig. 14 dargestellt. Auch bei diesem Verlauf der Dachfirstlinie
10 wird die Ausnehmung bzw. Ausspitzung in der Bohrermitte in vorteilhafter Weise
rund oder gebogen verlaufend ausgeffillrt,
so daß keine steilen
Flanken zu den Freiflächen bzw.
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Schneidkanten hin entstehen (Fig. 14b). Die Flanken 25 der Ausnehmung
10 bilden vorzugsweise im Bereich des Überganges zu den inneren Enden 27 der Hauptschneiden
bzw. Freiflächen 6 gegenüber der Bohrerlängsachse 7 einen Winkel von 40bis 600,
vorzugsweise 20bis 300, wie in Fig. 14a dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß leig. 14 bis Fig. 14b besteht gegenüber dem eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Unterschied, daß die Dachfirstlinie 10 nicht mit den inneren Enden der Hauptschneidenkanten
verbunden ist, sondern an der Kante mündet, wo sich die Flanken der Ausnehmung und
die Freiflächen treffen.
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Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung beträgt die Breite
der Ausnehmung in der Bohrermitte - parallel zu den Hauptschneiden gemessen - nicht
mehr als 42% des Bohrerdurchmessers.
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Wie schon eingangs erwähnt wurde, wird zur Herstellung einer Ausführungsform
des beschriebenen Bohrers zweckmäßigerweise von einem üblichen Bohrer ausgegangen,
bei dem die beiden inneren Enden der Hauptscneiden durch eine Querschneide verbunden
sind. Die Anschliffe zur erstellung der Ausnehmung bzw. Auskehlungen werden dann
so geführt, daß die Dachfirstlinie, in senkrechter Projektion auf die Bohrerspitze
gesehen, sich mit dem ursprünglichen Verlauf der Querschneide deckt oder in einem
Winkelbereich bis zu 300, vorzugsweise 150 bis 180, abweichend zur ursprünglichen
Querschneide verläuft. Der Scheitel dieses Winkels deckt sich bei der erwähnten-senkrechten
Projektion mit der Bohrerlängsachse.
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Praktische Versuche haben gezeigt, daß Je nach Breite es fiartmetall-Plättchens
4 und des Bohrerdurchmessers der in Fig. 11 angedeutete und innen zwischen dem Verlauf
der Hauptschneiden 8,9 und dem Verlauf der Dachfirstlinie 10 gemessene Winkel zweckmäßigerweise
kleiner als 160° und größer als 1000 ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen inbesondere darin,
daß ein Steinbohrer, dessen gegenüberliegende EXauptschneiden bei Rotation einen
Kegelmantel bzw. Kegelstumpfmantel beschreL-ben, mit einer Ausnehmung in der Bohrermitte
versehen werden kann, welche bei Verwendung des Bohrers im Dreh-, Schlag- oder Hammerbdrverfahren
zu merklich höheren Bohrleistungen führt. Ein besonderer Vorteil des Bohrers besteht
darin, daß durch die Kombination der erfindungsgemäßen Merkmale ein leicht herstellbarer
Standardbohrer mit wesentlich verbesserten Bohrleistungen entsteht. Durch Anordnung
und Formgebung der Ausnehmung in der Bohrermitte ist eLne Fertigung bzw. der Anschliff
kostengünstig durchzuführen und unter Beibehaltung der standardmäßigen Kegelstumpfmantelform
der rotierenden Hauptschneidkanten wirtschaftlich herzustellen. Beim Bohren selbst
besteht der Vorteil der erfindungsmäßen Bohrspitze darin, daß die üblicherweise
vorhandene Querschneide eines hartmetallbewehrten Kegelmantelbohrers durch die Ausnehmung
ersetzt wird, die erfindungsgemäß so gestaltet ist, daß weder ein Ausbrechen noch
ein vorzeitiger Verschleiß des Hartmetalleinsatzes zu befürchten ist.
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Die ungünstigen Bohr- I,tw Meißel- oder Schneidwirkungen einer Querschneide
entfallen somit und werden durch eine gesteigerte Bohrleistung der erfindungsgemäß
ausgespitzten Bohrermitte ersetzt. Wie die Praxis gezeigt hat, ergibt sich durch
die vorgeschlagene
Gestaltung der Bohrspitze - insbesondere beim
Schlagbohren - eine Steigerung des Bohriortschritts bis zu 100 %, eine Mehrleistung,
die sich lediglich durch das Zusammenwirken der beschriebenen Merkmale erzielen
läßt