DE2402919C2 - Gesteinsbohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei diesem bekannten Gesteinsbohrer (DE-OS 52 684) ist das Steckglied zylindrisch ausgebildet und weist zwei diametral einander gegenüberliegende Aufnahmen auf, in die jeweils ein als Zylinder ausgebildetes Axialsicherungsglied eingreift Da das Steckglied zylindrisch ausgebildet ist, muß das zum Drehen des Gesteinsbohrers erforderliche Drehmoment allein von den zylindrischen Axialsicherungsgliedern auf das Steckglied übertragen werden. Die Aufnahmen, insbesondere die Übergänge zum Umfang des Steckgliedes, sind hierbei einer sehr starken Beanspruchung ausgesetzt. Schon nach verhältnismäßig kurzer Einsatzdauer ist der Verschleiß so groß, daß das Steckglied innerhalb des Antriebskopfes der Bohrmaschine in Umfangsrichtung Spiel hat Das Drehmoment wird dann nicht mehr zuverlässig auf das Steckglied übertragen, und die Bohrleistung nimmt dementsprechend ab. Auch die Axialsicherungsglieder sind hierbei einem hohen Verschleiß ausgesetzt Da die Aufnahmen für die Axialsichcrupgsglieder diametral einander gegenüberliegen, können sie nicht mit einem entsprechenden Werkzeug in einem Arbeitsgang hergestellt werden, so daß der Gesteinsbohrer eine aufwendige und damit kostspielige Herstellung erfordert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Gesteinsbohrer so auszubilden, daß unter Berücksichtigung einer hohen Festigkeit und einer einfachen Herstellung des Steckgliedes eine: einwandfreie Drehmomentübertragung von der Bohrmaschine auf das Steckglied gewährleistet ist wobei der Verschleiß der kraftübertragenden Flächen und damit das Radialspiel auch nach langer Einsatzdauer kleingehalten sein sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer dienen die Axialsicherungsglieder nicht zur Drehmonientübertragung von der Bohrmaschine auf das Steckglied, sondern ausschließlich zur axialen Sicherung des Steckgliedes im Antriebskopf der Bohrmaschine. Die Drehmomentübertragung erfolgt über die ebenen Außenflächen des Steckgliedes. Infolge der dreieckigen Querschnittsausbildung des Steckgliedes ist dessen Radialspiel innerhalb des Antriebskopfes außerordentlich gering, so daß das Drehmoment von der Bohrmaschine auf das Steckglied optimal übertragen werden kann. Der i;rfindungsgemäße Gesteinsbohrer kann wegen der Dreieckform seines Steckgliedes genau zentriert werden, so daß das Drehmoment auf sämtliche Außenflächen des Stcckgliedcs gleichmäßig verteilt wird. Dadurch ist selbst bei voller Ausnutzung der Fertigungstoleranzen eine gleichmäßige Abnutzung des dreikantigen Steckgliedcs und des Antriebskopfes gewährleistet. Das. durch die Abnutzung der drehmomentübertragenden Flächen entstehende radiale Spiel ist infolge der erfindungsgernäßen Ausbildung sehr gering, so daß auch mach langer Einsatzdauer die Bohrleistung des erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers nur unwesentlich verringert ist. Da die ebenen Außenflächen durch die angefasten Eckflächen ineinander übergehen, wird der im Übergangsbereich auftretende Verschleiß sehr gering gehalten. Die Eckflächen beeinträchtigen das geringe Radialspiel nicht weiches das Steckglied nach der unvermeidlichen Abnutzung im Antriebskopf der Bohrmaschine hat. Infolge der als umlaufende Nut ausgebildeten Aufnahme wird eine ungleichmäßige Belastung des Steckgliedes vermieden, zumal es im Bereich der Aufnahme über seinen gesamten Umfang im Querschnitt gleichmäßig geschwächt ist. Die Aufnahme läßt sich sehr einfach in einem einzigen Arbeitsgang herstellen, weil ihr Boden auf dem Mantel eines gedachten Zylinders liegt, dessen Achse durch die Bohrerachse gebildet ist. Der Kern des Steckgliedes ist dadurch zylindrisch ausgebildet, wodurch sich nicht nur günstige Festigkeitseigenschaften ergeben, sondern insbesondere der Verschleiß sehr gering gehalten werden kann. Der erfindungügemäße Gesteinsbohrer läßt sich somit sehr einfach und kostengünstig herstellen.

Es ist zwar auch noch bei drehschlagenden Werkzeugen bekannt (DE-OS 19 57 510), das Stcckglied im Querschnitt quadratisch oder sechseckig auszubilden.

Das Steckglied wird dann in eine im Querschnitt entsprechend gestaltete Aufnahme einer Antriebsmaschine jesteckt Die Innenflächen dieser Aufnahmen und die Außenflächen des Steckgliedes verschleissen jedoch sehr schnell, wodurch ein großes radiales Spiel auftritt Die das Drehmoment auf das Werkzeug übertragenden Flächen werden bei einem vierkantigen Schaft einer Flächenpressung ausgesetzt, die nahezu dem l,5fachen und bei einem Sechskantschaft sogar dem doppelten Wert des zu übertragenden Drehmomentes entsprechen. Der G; und hierfür liegt darin, daß diese Flächen spitzwinklig zu der zu übertragenden Umfangskraft liegen. Infolge der Rotation und der gleichzeitigen Axialschläge wird der Verschleiß der ineinandergesteckten Teile erhöht, so daß sich mit zunehmender Abnützung eine noch ungünstigere Übertragung der Umfangskraft bei Sechskant- und Vierkantschäften ergibt Um diese ungünstigen Übertragungsverhältnisse zu verringern, kann dieses Steckglied zylindrischen Umfang haben und im Querschnitt rechteckige, leistenförmige Erhöhungen aufweisen, die in entsprechende Vertiefungen in der Innenwandung der Aufnahme der Werkzeugmaschine eingreifen. Die kraftübertragenden Mitnahmeflächen, welche durch die Seitenflächen der Erhöhungen gebildet werden, liegen radial zum Steckglied. Dieser Bohrschaft ist aufwendig und kostspielig in der Herstellung, und die leistenförmigen Vorsprünge sind einer starken Beanspruchung und einem hohen Verschleiß ausgesetzt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer in Ansicht und

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig. 1.

Der Gesteinsbohrer hat einen einteiligen Bohrerschaft 1, der an einem Ende ein Steckglied 2 zur Antriebsverbindung mit einer Bohrmaschine oder dergleichen und mit dem übrigen Teil einen Arbeitsschaft 3 bildet, in dessen Ende, beispielsweise in eine Quernut, eine Schneidplatte 4 eingesetzt ist, welche Bohrerschneiden 5 aufweist.

Das Steckglied 2 hat dreieckförmigen Querschnitt und ist mit drei ebenen, im Axialschnitt zur Bohrerachse 6 parallelen Außenflächen 7 versehen. Die Kanten des Sieckgliedes 2 sind angefast, so daß drei Eckflächen 8 gebildet werden, die achsparallel verlaufen. Günstige Festigkeitsverhältnisse ergeben sich, wenn die Breite der Eckflächen 8 etwa ein Drittel der Breite der ebenen Außenflächen 7 beträgt und wenn der Abstand der Außenflächen von der Bohrerachse 6 etwa gleich sieben Zehntel des Abstandes der Eckflächen von der Bohrerachse ist. Die Eckflächen 8 liegen auf dem Mantel eines gedachten Zylinders, dessen Achse durch die Bohrerachse 6 gebildet wird. Dadurch können die Eckfiächcn 8 in einfacher Weise gemeinsam durch einen spanabhebenden Bearbeilungsvorgang, beispielsweise durch Schleifen, hergestellt werden. Am Übergang von den Außenflächen 7 zu den Eckflächen 8 werden Längskanten 9 gebildet. Die Außenflächen 7 und die Eckflächen 8, die gleichmäßig verteilt um die Bohrerachse 6 angeordnet sind, erstrecken sich annähernd über die ganze Länge des Steckgliedes 2, das im dargestellten Ausführungsbeispiel geringfügig kürzer als der Arbeitsschaft 3 ist, gegenüber diesem jedoch größeren Querschnitt hat.

Im Bereich jeder Eckfläche 8 weist das Steckglied 2 an seiner Umfangsfläche eine Eingriffsöffnung 10 einer Aufnahme 10a für ein Axii'l'iicherungsglied der Bohrmaschine oder dergleichen auf. Das Sieckglied 2 muß wegen der Eingriffsöffnungen 10 nicht im Antriebskopf der Bohrmaschine eingespannt werden; es greift lediglich mit dem notwendigen Radialspiel in eine seinem Querschnitt entsprechende Aufnahme des Antriebskopfes ein und ist durch das Axialsicherungsglied gegen axiales Lösen vom Antriebskopf gesichert Die drei Eingriffsöffnungen 10 sind gleichmäßig um die Bohrerachse 6 verteilt angeordnet, haben gleiche Tiefe und sind gleich ausgebildet Die Aufnahme 10a wird durch eine umlaufende Nut im Steckglied 2 gebildet deren Boden 11 auf dem Mantel eines gedachten Zylinders liegt, dessen Achse durch die Bohrerachse 6 gebildet ist und dessen Radius gleich dem Abstand der ebenen Außenflächen 7 von der Bohrerachse 6 ist Dadurch ergeben sich bezüglich der Festigkeit des Gesteinsbohrers äußerst günstige Übergänge der Eingriffsöffnungen 10 in die übrigen Außenflächen des Steckgliedes 2. Hierzu trägt auch bei, daß der Boden 11 der Aufnahme 10a im Axialschnitt über einen konkav ausgerundeten Endabschnitt 12 in die jeweils zugehörige Eckfläche 8 sowie die beiden benachbart dazu liegenden ebenen Außenflächen 7 übergeht Der Krümmungsradius des Endabschnittes 12 ist mindestens doppelt so groß wie die Tiefe der Eingriffsöffnungen 10. Der ausgerundete Endabschnitt 12 geht im Axialschnitt tangential in den Beden 11 und somit schräg nach außen gerichtet in die Umfangsfläche des Steckgliedes 2 über. Das Steckglied 2 ist infolge der beschriebenen Ausbildung der Aufnahme 10a im Bereich der Eingriffsöffnungen 10 zylindrisch. Der Durchmesser des Steckgliedes im Bereich der Eingriffsöffnungen 10 ist dabei größer als der Arbeitsdurchmesser des Gesteinsbohrers. Da die Eingriffsöffnungen 10 im Bereich der Eckflächen 8 vorgesehen sind, wird das Steckglied durch die Eingriffsöffnungen in nur sehr geringem Maße geschwächt.

Die Eingriffsöffnungen 10 sind in Axialrichtung langer als das zugehörige, vorzugsweise durch eine Rastkugel gebildete Axialsicherungsglied, so daß der Gesteinsbohrer gegenüber dem Antriebskopf der Bohrmaschine ein Axialspiel von wenigen mm hat Zweckmäßig ist der Krümmungsradius des Endabschnittes 12 des Bodens 11 etwa gleich dem halben Durchmesser der Rastkugel gewählt. Die Eingriffsöffnungen 10 befinden sich im Bereich zwischen den Enden des Steckgliedes 2, so daß in Achsrichtung des Gesteinsbohreis beidseitig benachbart zu den Eingriffsöffnungen miteinander fluchtende ebene Außenflächen 7 und Eckflächen 8 für einen sicheren Eingriff des Steckgliedes in den Antriebskopf vorgesehen sind. Das Steckglied 2 weist zweckmäßig über seine ganze Länge im wesentlichen Vollquerschnitte auf.

Die Stirnfläche des Steckgliedes 2 ist als ebene, zur Bohrerachse 6 rechtwinklige Axialschlagflache 13 ausgebildet, die gegenüber dem Dreiecksprofil des übrigen Steckgliedes 2 kleiner ist, jedoch ebenfalls Dreieckform mit abgerundeten Ecken hat. Die Axialschlagfläche 13 geht über eine umlaufende Fase 14 in die ebenen Außenflächen 7 und die Eckflächen 8 über. Die Fase 14 liegt zweckmäßig unter einem sich in Richtung auf die Bohrerschneiden 5 öffnenden Winkel von weniger als 45°, beispielsweise 30° zur Bohrerachse 6, so daß trotz verhältnismäßig großer axialer Länge der Fase die AxialscHfigfläche 13 nicht zu klein wird. Der Abstand der Axialschlagfläche 13, der im Antriebskopf der Bohrmaschine eine entsprechende Hammerfläche zugeordnet ist, von den Eingriffsöffnungen 10 ist so gewählt, daß das Steckglied 2 bei seiner am weitesten in den Antriebskopf eingeschobenen Endstellung mit der Axialschlag-

fläche 13 an der Harnmerflächc anliegt, während das Axialsicherungsglied des Antriebskopfes nahezu an dem den Bohrerschneiden 5 zugewandten Endabschniti 12 des Bodens 11 liegt; aus dieser Stellung kann das Steckgüed 2 gegenüber dem Antriebskopf nach vorn bewegt werden, bis es mit dem der Axialschlagfläche 13 zugewandten ausgeruindeten Endabschnitt 12 am Axialsicherungsglied anschlägt und dadurch am Herausfallen aus dem Antriebskopf gehindert wird. Zum Lösen des Gesteinsbohrers vom Antriebskopf läßt sich das Axialsicherungsglied radial nach außen bewegen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Eingriffsöffnungen 10 nahezu in halber Länge des Steckgliedes 2 bzw. geringfügig zu den Bohrerschneiden 5 hin versetzt. Die Axialschlagfläche 13 kann auch kreisförmig sein und beispielsweise einen Durchmesser aufweisen, der etwa gleich demjenigen im Bereich der Eingriffsöffnungen 10 ist.

Das Steckglied 2 geht über einen im Axialschniu konkav ausgerundeten Zwischenabschnitt 15 in den Arbeitsschaft 3 über. Der Krümmungsradius des in Richtung auf die Bohrerseihneiden 5 verjüngt ausgebildeten Zwischenabschnittes 15 ist wesentlich größer, beispielsweise doppelt so groß wie der Arbeitsdurchmesser des Gesteinsbohrers. Im Axialschniu geht der Zwischenabschnitt 15 tangential in den beispielsweise im wesentlichen zylindrischen Arbeitsschaft 3 über. Der Abstand der Außenflächen 7 des Steckgliedes 2 von der Bohrerachse 6 ist größer als der halbe Arbeitsdurchmesser des Gesteinsbohrers bzw. als der halbe Durchmesser des Arbeitsschaftes 3; dieser Abstand ist jedoch kleiner als dieser Durchmesser, so daß das Steckglied 2 auch im Bereich der Eingriffsöffnungen 10 einen gegenüber dem Arbeitsdurchmesser des Gesteinsbohrers größeren Durchmesser hat.

Der Arbeitsschaft 3 ist annähernd über seine ganze Länge am Umfang mit zwei einander gegenüberliegenden Abflachungen 16 versehen, die im Querschnitt hohlkehlenförmig, also konkav ausgerundet sein können. Der Arbeitsschaft 3 des Gesteinsbohrers kann aber auch anders, beispielsweise nach Art eines Spiralbohrers ausgebildet sein. Ferner ist es möglich, den Arbeitsschaft und das Steckglied durch gesonderte, nachträglich miteinander verbundenen Teile zu bilden, wobei vorzugsweise der Arbeitsschaft mit einem Endabschnitt in eine Sacklochbohrung am zugehörigen Ende des Steckgliedes eingesetzt und beispielsweise durch Löten gesichert ist Insbesondere in diesem Fall ist der abgerundete Zwischenabschnitt 15 nicht erforderlich; das Steckgüed kann dann an seinem dem Arbeitsschaft zugewandter. Ende eine ebene Schukerfläche bilde" Fine andere Ausbildung des Zwischenabschnittes 15 ergibt sich beispielsweise auch dann, wenn der Arbeitsschaft im Durchmesser gegenüber dem Durchmesser des Hüllkreises des Steckgliedes größer ist, was ebenfalls zweckmäßig sein kann, beispielsweise damit Gesteinsbohrer unterschiedlicher Arbeitsdurchmesser wahlweise an ein und denselbem Antriebskopf befestigt werden können. Zweckmäßig werden für die vorkommenden Arbeitsdurchmesser der Gesteinsbohrer nur zwei unterschiedliehe Größen von Steckgliedern gewählt, wobei die Steckglieder kleinerer Größe einen Hüllkreisdurchmesser von etwa 10 mm aufweisen und für Gesteinsbohrer von etwa 5 mm bis etwa 14 mm Durchmesser vorgesehen sind; insbesondere diese Gesteinsbohrer sind dafür geeignet über einen Adapter, der einerseits mit dem Aufnahmeteil für das Stcckglicd und andererseits mit einem üblichen Einsteckende für die Bohrmaschine versehen ist, mit der Bohrmaschine verbunden zu werden. Bei einer anderen Ausbildung ist es in vorteilhafter Weise möglich, auf einen derartigen Adapter zu verzichten. In diesem Fall haben die Gesteinsbohrer von 5 mm bis etwa 30 mm Durchmesser alle Steckglieder mit dem gleichen Profil, dessen Hüllkreisdurchmesser jedoch hinsichtlich der größeren Arbeitsdurchmesser der Gesteinsbohrer entsprechend größer, beispielsweise mit 14 mm gewählt ist. Diese Gesteinsbohrer können dann ummittelbar in die Maschinenaufnahme gesteckt werden. Insbesondere bei einer solchen Ausbildung ist es zur Verringerung der Herstellungskosten zweckmäßig, für die Gesteinsbohrer kleineren Arbeitsdurchmessers von beispielsweise 5 mm bis 8 mm den Arbeitsschaft als gesonderten Teil auszubilden und nachträglich am Steckgüed zu befestigen. Das Profil für das Steckgüed kann in einfacher Weise durch Walzen hergestellt, das heißt fertig vom Stahlwerk angeliefert werden, so daß kostspielige Bearbeitungen durch Zerspanen vermieden werden können. Das Steckende ist auch zum Spannen in Spannfuttern von Bohrmaschinen oder dergleichen geeignet, so daß der Gesteinsbohrer starr mit der Arbeitsspindel der Bohrmaschine verbunden werden kann.

Hierzu! Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Gesteinsbohrer mit einem Bohrerschaft, der an einem Ende ein Schneidelement aufweist und dessen anderes Ende für den drehfesten Eingriff in einen Antriebskopf einer Bohrmaschine oder dergleichen als Steckglied ausgebildet ist, das am Umfang mit einer wenigstens eine Eingriffsöffnung aufweisenden Aufnahme für ein Axialsicherungsglied des Antriebskopfes versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des Steckgliedes (2) drei ebene Außenflächen (7) aufweist, die im Querschnitt ein gleichseitiges Dreieck bilden, wobei die Ecken (8) angefast sind, und daß die Aufnahme (tOa) für das Axialsicherungsglied durch eine umlaufende Nut gebildet ist, deren Boden (11) a«f dem Mjntel eines gedachten Zylinders liegt, dessen Achse durch die Bohrerachse (6) gebildet ist.

2. Gesteinsbohrer nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Fasen gebildeten Eckflächen (8) in einer zur Bohrerachse (6) achsgleichen Zylindermantelfläche liegen.

3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Zylinderabschnittes der Eckflächen (8) etwa ein Drittel der Breite der ebenen Außenflächen (7) beträgt, und daß die Eckflächen (8) nicht stetig in die ebenen Außenflächen (7) übergehen.

4. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittenabstand der ebenen Außenflächen (7) von der Bohrerachse (6) etwa ⁷/io des Abstandes der Eckflächen (8) von der Bohrerachse (6) beträgt

5. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (1Oa^ im Bereich der Eckfläche (8) vorgesehen ist.

6. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (11) der Aufnahme (lOaj etwa gleichen Abstand von der Bohrerachse hat wie die zu ihr parallel verlaufende Mittellinie der ebenen Außenflächen (7).

7. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bohrern mit einem Arbeitsdurchmesser von etwa 5 mm bis etwa 14 mm der Hüllkreis-Durchmesser des Steckgliedes (2) etwa 10 mm und bei einem Arbeitsdurchmesser von etwa t4 mm bis etwa 30 mm etwa 14 mm beträgt