DE2454261A1

DE2454261A1 - Gesteinsbohrer

Info

Publication number: DE2454261A1
Application number: DE19742454261
Authority: DE
Inventors: Siegfried Klaissle; Bernhard Moser
Original assignee: Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Current assignee: Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Priority date: 1974-11-15
Filing date: 1974-11-15
Publication date: 1976-05-20

Description

Gesteinsbohrer Die Erfindung betrifft Gesteinsbohrer mit einem Bohrerschaft, der an einem munde für den drehfesten eingriff in einen Antriebskopf einer Bohrmaschine od.dgl. als mit einer Verzahnung versehenes Steckglied ausgebildet ist, dessen bezogen auf die Arbeitsdrehrichtung hintere Zahnflanken der Zähne als Lrehmotnent-Übertragungsflanken für die im w'esentlichen ganzflächige Anlage des Äntriebskopfes vorgesehen sind und im Querschnitt jeweils gegenüber dem durch die Mitte ihrer Breite gehenden Aadiusstrahl des Bohrerschaftes unter einem sich radial nach außen öffnenden spitzen Übertragungsflankenwinkel liegen.
Bei einem bekannten Bohrer ist die Verzahnung nach Art einer Xeilwellen-Verzahnung ausgebildet, deren Zähne unter den auftretenden Belastungen verhältnismäßig leicht abscheren können und außerdem auch nur eine relativ schlechte Zentrierung des Bohrers gegenüber dem Antriebskopf ermöglichen. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die Verzahnung des bekannten Bohrers nur verhältnismäßig schwer durch eine nicht spanende Bearbeitung hergestellt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gesteinsbohrer der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß bei guter Zentrierwirkung und einfachen Fertigungsmöglichkeiten hohe Antriebskräfte, beispielsweise eines Bohrhammers übertragen werden können.
Dies wird bei einem Gesteinsbohrer der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Übertragungsflankenwinkel mindestens etwa 300 beträgt und daß die Übertragungsflanke und die vordere Flanke jedes Zahnes sich im Querschnitt zum Kopfkreis der Verzahnung annähern.
Dadurch ergibt sich eine asymmetrische, sägezahnartige Zahnform, bei welcher die Brust- bzw. Antriebsseite steiler als die andere Seite ist und bei welcher das eingeleitete Antriebs-2xehmoment außer einer rechtwinklig zur Übertragungsflanke liegenden Kraftkomponente eine parallel zur Übertragungsflanke liegende Kraftkomponente bewirkt, welche zu einem vorteilhaften Zentriereffekt führt. Außer diesen sich durch den Übertragungsflankenwinkel von etwa 300 ergebenden Vorteilen wird auch bei Ausnutzung relativ großer Bertigungs-Toleranzen noch ein gutes Tragbild, d.h. eine verhältnismäßig großflächige Anlage der Übertragungaflanken an der Gegenverzahnung des Antriebskopfes erreicht. Weiterhin kann die Verzahnung durch die beschriebene Ausbildung in einfacher Weise z.B. durch Bließpressen hergestellt werden, wodurch sich eine noch höhere Festigkeit des Steckgliedes des Gesteinsbohrers ergibt.
Das Steckglied kann im Durchmesser so ausgebilde-t werden, daß es für Gesteinsbohrer verhältnismäßig stark unterschiedlichen Arbeitsdurchmessers von beispielsweise zwischen 5 mm bis 12 mm Arbeitsdurchmesser geeignet ist, derart, daß auch die Bohrer mit kleinstem Arbeitsdurchmesser noch durch spanlose Bearbeitung, beispielsweise durch Fließpressen hergestellt werden können und daß die Bohrer mit größtem Arbeitsdurchmesser sicher aufgenommen und angetrieben werden können.
Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Binzelheiten näher erläutert; die Zeichnungen geben zwei Ausführungsbeispiele mit den für die Erfindung wesentlichen Teilen annähernd maßstabgerecht wieder. Diese Teile werden, soweit sie den Zeichnungen nicht ohne weiteres zu entnehmen sind, anhand der Zeichnungen erläutert.
Es sind dargestellt in Fig. 1 ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer in Ansicht; Sig. 2 ein Schnitt nach der Linie II - II in Fig. 1; Sig. 3 eine weitere Ausführungsform in einer Daratellung entsprechend Fig. 2.
Wie Fig. 1 zeigt, weist ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer einen einteiligen Bohrerschaft 1 auf, der an einem Ende ein Steckglied 2 zur Antriebsverbindung mit einer Bohrmaschine od.dgl. aufweist und dessen übriger Abschnitt einen Arbeitsschaft 3 bildet, in dessen Sunde beispielsweise in eine Quernut eine Schneidplatte 4 aus Hartmetall od.dgl. eingesetzt und durch Löten befestigt ist. Die seitlich geringfügig über den Außendurchmesser des Arbeitsschaftes vorstehende Schneidplatte 4 bildet die Bohrerschneiden 5 des Gesteinsbohrers.
Der Arbeitsschaft 3 ist zur Abführung des Bohrmehles mit einer Wendelnut 6 versehen.
Das Steckglied 2 weist eine annähernd bis zur hinteren Endfläche des Bohrers bzw. des Steckgliedes reichende Verzahnung 7, einen sich zum vorderen Bohrerende daran anschließenden reduzierten Schaftabschnitt 8 und einen sich an diesen anschließenden zylindrischen Zentrierbund 9 auf, der zur einfachen Herstellung sowie zum sicheren Eingriff in den Antriebskopf einer Bohrmaschine od.dgl. zweckmäßig gleichen Außendurchmesser wie die Verzahnung 7 aufweist.
Die Zähne 1o der in Sig. 2 im Querschnitt vergrößert dargestellten Verzahnung 7 weisen jeweils zwei ebene Zahnflanken auf, von denen die bezogen auf die, Arbeitsdrehrichtung Pfeil 11 hintere Zahnflanke als Drehmoment-UbertragungsElanke 12 vorgesehen ist, an welcher die Gegenverzahnung des Antriebskopfes mit einer entsprechenden Gegenflanke annähernd ganæflächig anliegt. Die Übertragungsflanke 12 jedes Zahnes 1o liegt im Querschnitt gemaß Big. 2 gegenüber dem durch die Mitte ihrer Breite und die Bohrferachse 15 gehenden Radiusstrahl 14 des Bohrerschaftes unter einem sich nach außen öffnenden spitzen Übertragungsflankenwinkel 16 von 300. Dadurch ergibt sich ein negativer flbertragungsflankenwinkel, durch welchen das über den Antriebskopf in die Übertragungsflanke 12 eingeleitete Drehmoment 17 in eine rechtwinklig zur amertragungsflanke 12 liegende Kraftkomponente 18 und eine parallel zur Übertragungsflanke 12 liegende aftkomponente 19 aufgeteilt wird, wobei die auf alle ÜbertragungsSlanken 12 wirkenden Kraftkomponenten 19 zu einer vorteilhaften Zentrierung des' Bohrerschaftes 1 gegenüber dem Antriebskopf bzw. der Werkzeugaufnahme führen. Die Breite de Übertragungsflanken 12 entspricht etwa ein Siebtel des Kopfkreis- bzw.
Außendurchmessérs der Verzahnung söd.aß" sich günstige Bestigkeitsverhältnisse ergeben Die bezogen auf die Arbeitsdrehrichtung Pfeil 11 jeweils vordere Zahnflanke 13 jedes, Zahnes io nähert sich radial nach außen der zugehörigen Ub'ertragungs:flanke 12 unter einem spitzen Winkel von vorzugsweise 550 an, so daß die im Querschnitt sägezahnartig asymmetrischen Zähne 1o zum Kopikreis der Verzahnung annähernd trapezförmig verjüngt sind. Die J?iißbreite der Zähne 10 ist dabei etwa dreifach größer als deren Kopfbreite.
Die Bodenflächen 21 der im Querschnitt radial nach außen stumpfwinklig verbreiterten Zahnlücken 20 haben gegenüber der Kopfbreite der Zne 1o etwa gleiche Breite und liegen in einer geseinsamen zylindrischenMantelfläche um die Bohrerachse 15, derart, daß sie im Querschnitt konvex gekrümmt sind. Die Bodenflächen 21 gehen über ausgerundete Übergangsabschnitte tangential in die jeweils zugehörigen Zahnflanken 12, 13 über. Die größte Breite der gegenüber den Zonen lo breiteren Zahmliicken 20 ist gegenüber der BwSbreite der Zähne ne 10 etwa um die Hälfte größer. Dadurch können die Gegenzähne der Gegenverzahnung des Antriebskopies größer als die Zähne 10 des Gesteinsbohrers ausgebildet werden, so daß die Standzeit der Gegenverzahnung verhältnismäßig groß ist.
Die Eopfflächen 23 der gleich ausgebildeten und gleichmäßig um die Bohrerachse 15 verteilten Zähne 10 liegen in einer gemeinsamen zylindrischen Mantelfläche um die Bohrerachse 15 und sind ebenso wie die Bodenflächen 21 um die Bohrerachse 15 gekrümmt. Dadurch können die Bodenflächen 21 und/oder die Xopfflächen 23 zur Führung und Zentrierung des Gesteinsbohrers gegenüber dem Antriebskopf herangezogen werden, der zweckmäßig entsprechende Gegenflächen zur Anlage an den Bodenflächen 21 bzw. den Kopf-flächen 23 aufweist. Die Kopfflächen 23 gehen abgerundet in die Zahnflanken 12, 13 über, wobei der Krümmungsradius dieser Übergangsabschnitte 24 etwa gleich dem der Übergangsabschnitte 22 sein kann. Die Kopfbreite der Zähne 10 bzw. die Breite der Bodenflächen 21 der Zahnlücken 20 ist zweckmäßig annähernd halb so groß wie die Breite der Übertragungsflanken 12.
Zur erzielung einer noch besseren Kraftübertragung sowie weiter verbesserter Pestigkeitsverhältnisse weist die Verzahnung 7 eine ungerade Anzahl von Zähnen io, nämlich sieben Zähne 10 auf. Die Länge der Verzahnung ist größer als ihr Kopfkreisdurchmesser, insbesondere um etwa ein Drittel größer.
Die als Axialschlagfläche 25 vorgesehene hintere Bundfläche des Steckgliedes 2, über welche die beim Bohren auf den Gesteinsbohrer ausgeübten Axialschläge durch den Bohrhammer od.dgl. eingeleitet werden, ist im Durchmesser höchstens so groß wie der Eaßkreisdurcnmesser der Verzahnung 7, d.h. wie der Durchmesser, auf welchem die Bodenflächen 21 der Zahnlücken 20 liegen, wobei der Durchmesser der Axialschlag.fl-äche 25 demgegenüber vorzugsweise kleiner ist, so daß.bei einer Verformung der Axialschlagfläche 25 durch die Axialschläge eine Gratbildung durch Aufstauchen vermieden ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Axialschlagfläche 25 rechtwinklig zur Bohrerachse 15 plan ausgebildet, sie kann aber auch ballig ausgefiihrt sein.
Das hintere Ende 26 des Steckgliedes 2 ist spitzwinklig konisch, insbesondere mit einem Konuswinkel von etwa 600 nach hinten verjüngt, derart, daß die hinteren Endflächen der Zahne 1o der Verzahnung 7 abgeschrägt sind.
Der Durchmesser des zylindrischen, gegenüber der Verzahnung 7 um etwa ein Drittel kürzeren Schaftabschnittes 8 ist etwa um ein Zehntel kleiner als der i?ußkreisdurchmesser der Verzahnung 7, so daß die Bodenflächen 21 der Zahnlücken 20 im Schaftabschnitt 8 auslaufen und im Verzahnungs-Auslauf somit keinerlei Kerbwirkung entsteht. Der Schaftabsehnitt 8 geht zu diesem Zweck im Axialschnitt teilkreis-, .insbesondere anannähernd viertelkreisförmig ausgerundet in den Außendurchmesser der Verzahnung 7 über. Entsprechend ausgerundet geht der Schaftabschnitt 8 in den Zentrierbund 9 über. Der durch eine -Umfangsnut nach Art eines Einstiches gebildete Schaftabschnitt 8 dient für den Eingriff eines, Axialsicherungsgliedes des Antriebskopfes, beispielsweise aines Bolzens oder einer Kugel, durch welches der Gesteinsbohrer gegenüber dem Antriebskopf axial gesichert ist Die Länge der durch den Sinstion gebildeten Ausnehmung ist jedoch größer als die Axialerstreckung des Axialsicherungsgliedes, so daß der Gesteinsbohrer gegenüber dem Antriebskopf das notwendige Axialspiel hat.
oder'- größere Der Zentrierbund 9, der zweckmäßig etwa gleiche/Länge wie der Schaftabschnitt 8 aufweist und abgerundet in den Arbeitsschaft--3 übergeht, dient ebenfalls -zur zentrierten Anlage Im Antriebskopf der Bohrmaschine od.dgl., so daß eine sehr genaue Führung des Gesteinsbohrers gewährleistet ist.
In Fig. 3 sind für entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2, jedoch mit dem Index a verwendet.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 vor allem - dadurch, daß die Bodenflächen 21 a der ken 20a nicht konvex, sondern teilkreisförmig konkav gekrümmt sind und unmittelbar tangential in - die ejeweils zugehörigen Zahnflanken 12a, 13a übergehen. Der Krümmungsradius der Bodenflächen 21a entspricht dabei etwa einem Viertel der Breite der Übertragungsflanken 12a. Durch diese Ausbildung ist die Fußbreite der Zähne 10a gegenüber der größten Breite der Zahnlücken 20a größer als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2.
(Ansprüche)

Claims

ANSPRÜCHE 1. Gesteinsbohrer mit einem Bohrerschaft, der an einem Ende für den drehfesten Eingriff in einen Antriebskopf einer Bohrmaschine od.dgl. als mit einer Verzahnung versehenes Steckglied ausgebildet ist, dessen bezogen auf die Arbeitsdrehrichtung hintere Zahnflanken der Zähne als Ikehmoment-Übertragungsflanken für die im wesentlichen ganzflächige Anlage des Antriebskopfes vorgesehen sind und im Querschnitt jeweils gegenüber dem durch die Mitte ihrer Breite gehenden Radius strahl des Bohrerschaftes unter einem sich radial nach außen öffnenden spitzen Übertragungsflankenwinkel liegen, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ubertragungsflankenwinkel (16) mindestens etwa 300 beträgt und daß die Übertragungsflanke (12) und die vordere Flanke (13) jedes Zahnes (10) sich im Querschnitt zum Kopfkreis der Verzahnung (7) annähern.
2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsflanke (12) und/oder die vordere Blanke (13) des jeweiligen Zahnes (lo) im wesentlichen eben sind und unter einem spitzen Winkel von vorzugsweise etwa 550 zueinander liegen.
3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Übertragungsflanken (12) etwa ein iebtel des Kopfkreisdurchmessers der Verzahnung (7) entspricht.
4. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenflächen (21 bzw. 21a) der im Querschnitt nach außen verbreiterten, insbesondere gegenüber den Zähnen (1o bzw. 1oa) breiteren Zahnlücken (20 bzw. 20a) der Verzahnung konkav ausgerundet tangential in die Zahnflanken (12, 13 bzw. 12a, 13a) übergehen.
5. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich gegenüberliegende Zahnflanken (12a, 13a) benachbarter Zähne (ion) unmittelbar über die konkav ausgerundete Bodenfläche (21a) der zugehörigen Zahnlücke (20a) ineinander übergehen, deren ErUmmungsradius insbesondere etwa eigPViertel der Breite der Übertragungsfianken (12a) entspricht.
6. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußbreite der Zähne (1o bzw. loa) etwa dem Drei- bis Dreieinhalbfachen der Kopfbreite der Zähne entspricht.
7. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Bodenflächen (21) der Zahnlücken (20) höchstens etwa gleich der Kopfbreite der Zähne (10), insbesondere kleiner ist.
8. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Breite der Zahnlücken (20) etwa um die Hälfte größer als die Fußbreite der Zähne (io) ist.
9. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Verzahnung (7) größer als ihr Kopfkreisdurchmesser, insbesondere etwa ein Drittel größer ist.
1o. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die als Axialschlagfläche (25) vorgesehene endfläche des Steckgliedes (2) im Durchmesser höchstens etwa so groß wie der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung (7), vorzugsweise kleiner ist.
11. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere, insbesondere die Verzahnung (7) aufweisende Ende (26) des Steckgliedes (2) spitzwinklig konisch, vorzugsweise mit einem Konuswinkel von etwa 60° verjüngt ist.
12. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Endfläche des Steckgliedes (2) plan oder ballig ausgebildet ist.
13. Gesteinsbohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zum vorderen Bohrerende axial benachbart zur Verzahnung (7) ein im Durchmesser reduzierter Schaftabschnitt (8) vorgesehen ist, dessen Durchmesser höchstens so groß wie, insbesondere kleiner als der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung (7) ist.
14. Gesteinsbohrer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierte Schaftabschnitt (8) im Axialschnitt ausgerundet in die Verzahnung (7) undjoder in einen an seinem anderen Ende liegenden Zentrierbund (9) übergeht, welcher vorzugsweise etwa gleichen Außendurchmesser wie die Verzahnung (7) aufweist.
15. Gesteinsbohrer nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierte Schaftabschnitt (8) ktfrzer als die Verzahnung (7) und/oder gegenüber seinem lurchmesser länger ist.

L e e r s e i t e