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Gesteinsbohrer
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Die Erfindung betrifft einen Bohrer für drehende und/oder schlagende
Bohrmaschinen, insbesondere zur Bearbeitung von Natur- oder Kunststein, mit zwei
oder mehreren an getrennten Hartmetalleinsätzen ausgebildeten radialen Schneiden
und gegebenenfalls einer Zentrierschneide, wobei die Hartmetalleinsätze im wesentlichen
plättchenförmig ausgebildet und in Ausnehmungen im Grundkörper des Bohrerkopfs eingelötet
sind.
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Bei einem bekannten Gesteinsbohrer mit einer aus wenigstens drei Hartmetalleinsätzen
gebildeten Schneide (Deutsche Patentschrift 584 358) sitzen die Hartmetalleinsätze
in Ausnehmungen eines Trägerstücks, welches wiederum in einem quer durch den Bohrerkopf
gefrästen Schlitz eingelassen ist. Diese Befestigungsart für die Hartmetalleinsätze
ist aufwendig; sie hat darüberhinaus den Nachteil einer Schwächung des Bohrerkopfs
durch den durchgehenden Schlitz.
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Bei einem anderen bekannten Drehschlag-Wendelbohrer (Deutsche Auslegeschrift
19 21 677) ist zwar das genannte zusätzliche Trägerstück vermieden, indem an einem
einzigen Hartmetalleinsatz drei getrennte Schneiden ausgebildet sind. Aber auch
hier ist der Hartmetalleinsatz in einem quer durch den Bohrerkopf verlaufenden Schlitz
gleichbleibender Tiefe eingelötet. Die durch einen derartigen Schlitz bedingte Schwächung
des Materials des Bohrerkopfs begünstigt ein seitliches Einreissen des im Bereich
des Bohrerkopfs verbliebenen, seitlich
an den Schlitz angrenzenden
Materials, bevorzug' in Höhe des Schlitzgrundes. In der Praxis führt dies zu einem
Ausbrechen der Hartmetalleinsätze und damit zur Zerstörung des Bohrerkopfs.
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Diese Gefahr ist bei einem bekannten Gesteinsbohrkopf mit Einzelschneiden
an in Bohrungen eingesetzten Hartmetallstiften (Deutsche Offenlegungsschrift 2 423
511) zwar ausgeräumt; die Anbringung der erforderlichen Bohrungen im Bereich des
Bohrerkopfs bereitet jedoch technische und wirtschaftliche Schwierigkeiten. Wegen
des Fehlens von Nebenschneiden nutzt sth dieser Bohrerkopf im Durchmesser rasch
ab.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Gesteinsbohrer mit Einzelschneiden zu schaffen, bei welchem der Aufwand für
die Befestigung der Hartmetalleinsätze im Bohrerkopf gering und die Stabilität des
Grundmaterials des Bohrerkopfs gegenüber den bekannten Lösungen mit quer durch den
Bohrerkopf verlaufendem Schlitz erheblich verbessert ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe an einem Gesteinsbohrer der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Ausnehmungen zur Aufnahme der Hartmetalleinsätze
jeweils durch einen axial und radial offenen Schlitz gebildet sind, dessen Gundfläche
von ihrer axialen zu ihrer radialen Schnittkante mit der Oberfläche des Grundkörpers
des Bohrerkopfs mit zunehmendem radialen Abstand von der Bohrerachse verläuft, und
daß die Hartmetalleinsätze einen der Hohl form der Schlitze angepaßten Abschnitt
aufweisen.
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An die Stelle des beim Stand der Technik zur Befestigung plättchenförmiger
Hartmetalleinsätze vorgesehenen durchgehenden Schlitzes im Beach des Bohrerkopfs
treten nach dem Vorschlag der Erfindung einzelne radiale Einschnitte im Bereich
der äußeren Endkante des Bohrerkopfs, deren radiale Tiefe am Ende des Bohrerkopfs
am größten ist und zum Schaft hin abnimmt.
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Unabhängig davon, ob zwei, drei, vier oder mehr Hartmetalleinsätze
mit radialen Schneiden vorgesehen sind, verbleibt im Zentrum des Bohrerkopfs genügend
Grundkörpermaterial welches bewirkt, daß ein Ausbrechen der Schlitze, in welchen
die Hartmetalleinsätze eingelassen sind, nicht mehr zu befUrchten ist. Dadurch,
daß sich die Schlitze mit zunehmender axialer Tiefe nur über einen Außenbereich
des Grundkörpers des Bohrerkopfs erstrecken, läßt sich eine weitgehend ketwirkungsfreie
Torsionsbelastung des Bohrerkopfs verwirklichen.
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Durch die Auflösung der bekannten durchgehenden Schneide im Bereich
des Bohrerkopfs in mehrere Einzelschneiden werden gleichzeitig die damit zusammenhängenden
bekannten Vorteile erzielt.
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Wegen der geringeren Größe der Hartmetalleinsätze reduzieren sich
die in diesen infolge der Lötwärme erzeugten Wärmespannungen, wodurch die Gefahr
der Rißbildung der Hartmetalleinsätze weitgehend vermieden wird. Ferner vereinfacht
sich die Lagerhaltung der Hartmetalleinsätze, da die gleiche Größe für mehrere Bohrerdurchmesser
verwendet werden kann.
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Um möglichst viel Material auf Seiten des Grundkörpers des Bohrerkopfs
zu erhalten,ist es zweckmäßig, daß die größte radiale Tiefe der Schlitze den Radius
des Grundkörpers nicht übersteigt.
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Eine besonders einfache Bestückung des Bohrerkopfs mit den Hartmetalleinsätzen
ist dadurch möglich, daß die Grundfläche der Schlitze jeweils konkav, bevorzugt
in Form eines Kreisbogens zwischen den Schnittkanten verläuft. Diese Form der Schlitze
ergibt sich auf einfache Weise bei Verwendung eines rotierenden Schneidwerkzeugs,
wie z.B.
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eines Scheibenfräsers.
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Im Rahmen der Erfindung sind aber auch andere Formen bzw. Verläufe
der Grundfläche der Schlitze denkbar; beispielsweise kann diese eben oder auch konvex
verlaufen, wobei der konvexe Verlauf einen besonders großen und stabilen Kern des
Bohrerkopfs ergibt. Dabei bedeutet es keine spürbare Stabilitätseinbuße, wenn der
Bohrerkopf zusätzlich zu den radialen Schneiden in seinem Zentrum noch eine zentrale
Schneide z.B. in Form einer Zentnerspitze, die beispielsweise durch einen in eine
zentrale Bohrung eingesetzten Hartmetallstift gebildet sein kann, aufweist.
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Eine weitere Verbesserung der Kerbfestigkeit des Bohrerkopfs läßt
sich dadurch erziien, daß die Grundfläche der Schlitze im Querschnitt konkav ausgebildet
i*z.B. ausgerundetet oder abgeschrägte Kanten hat. Auch diese Schlitzform läßt sich
auf einfache Weise, z.B. durch Verwendung eiSs Scheibenfräsers mit balligen oder
zugespitzten Zähnen herstellen. Im Rahmen der Erfindung kann die
Grundfläche
im Querschnitt selbstverständlich auch jede andere beliebige Rinnenform aufweisen.
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Über den gesamten Durchmesser des Bohrerkopfs durchgehende Schneiden
lassen sich in Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre dadurch erzielen, daß die einzelnen
radialen Schneiden im Bereich der Bohrerachse aufeinander treffen, wo sie stumpf
oder unter einem Winkel anliegen können.
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Diese Ausführungsform eignet sich besonders für vier im Zentrum aufeinandertreffende
radiale Schneiden, wobei jede Schneide unter einem rechten Winkel zugespitzt ist
und der Winkelscheitel auf die Bohrerachse weist.
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Was die im Rahmen der Erfindung zu verwendenden Hartmetallplättchen
betrifft, so sind diese mit Ausnahme ihrer Schneidenbereiche jeweils möglichst genau
an die Schlitzform angepaßt, derart, daß der nach dem Einsetzen der Hartmetallplä0ghen
in die Schlitze verbleibende Hohlreum mit Lot ausgefüllt wird. Auf diese Weise ergeben
sich in ihrer Umrißform etwa dreieckige Hartmetalleinsätze, wobei eine Kante unter
Ausbildung der radialen Schneide zugespitzt ist, und wobei die in der Einbaulage
innereder Schlitzgrundfläche zugewandte Seite bevorzugt nach außen gewölbt ist.
Insgesamt ergibt sich eine Verkleinerung der Hartmetallplättchen und damit eine
Einsparung an Hartmetall. Da es sich um Sinterteile handelt, spielt die Umrißform
der Hartmetallplättchen hinsichtlich der Herstellungskosten keine Rolle.
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Von ihrer Dimensionierung her sind die erfindungsgemäßen Hartmetalleinsätze
dort wo sie mit dem Grundmaterial des Bohrerkopfs verbunden sind, nicht größer als
für eine dauerhafte Lötverbindung nötig, und dort wo sie dem größten Abrieb ausgesetzt
sind, nämlich an ihrem peripheren Schneidenbereichiso groß, daß selbst ein mehrfaches
Nachschleifen der Schneide möglich ist.
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Versuche mit nach der erfindungsgemäßen Lehre hergestellten Bobrern
haben gezeigt, daß die für die Lötverbindung zu Verfügung stehende Oberfläche der
Schlitze zur Erzielung einer entsprechend festen Verbindung der Hartmetalleinsätze
mit dem Bohrer~ kopf ausreicht, dies unter Anwendung der derzeit üblichen Lötverfahren.
Als besonders geeignet für die Anwendung der Erfindung erwiesen sich Bohrer mit
über 14 mm Durchmesser. Hier wurde eine besonders deutliche Verbesserung der Standzeit
und eine hohe Bruchsicherheit erzielt.
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Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 eine Ansicht eines Bohrerkopfs, Fig. 2 eine Draufsicht
auf den Bohrerkopf gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Bohrerkopf mit
vier radialen Schneiden und
Fig. 4 bis 9 jeweils unterschiedlich
geformte Hartmetalleinsätze in der Seitenansicht und in der Draufsicht.
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Fig. 1 zeigt den Bohrerkopf 1 eines zweigängigen Drehschlag-Bohrers,
in dessen Gundkörper 2 zwei einander diametral gegenüberliegende Hartmetalleinsätze
3 in entsprechende Schlitze eingelassen sind. Die Hartmetalleinsätze 3 weisen jeweils
eine radiale Schneide 4 auf, die an einem der Befestigung dienenen Abschnitt 5 angeformt
sind. Die axial verlaufer,den AuBenkanten 6 der Hartmetallplättchen stehen etwa
bis zu lmm über den Querschnitt des Grundkörpers 2 des Bohrerkopfs über und bilden
sog. Nebenschneiden. Im Zentrum weist der Bohrerkopf 1 eine Zentrierschneide 7 auf,
die wie die Hartmetalleinsätze 3 aus gesintertem Hartmetall besteht.
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Die Hartmetalleinsätze 3 sind in der Draufsicht ( Fig. 2) plättchenförmig.
Ihre Innenseite 8 ist entsprechend der Grundfläche 9 der die Hartmetalleinsätze
aufnehmenden Schlitze geformt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, 2und 4 verläuft die Grundfläche
9 entsprechend einem konkaven Kreisbogen, derart, daß die Grundfläche 9 von ihrer
axialen Schnittkante (10) zu ihrer radialen Schnittkante 11 (Fig. 4)einem zunehmenden
radialen Abstand von der Bohrerachse 12 auf weist.
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Der Bohrerkopf gem. Fig. 3 weist insgesamt vier kreuzförmig angeordnete
Hartmetalleinsätze 13
auf, deren Innenkante jeweils unter einem
rechten Winkel zugespitzt ist, so daß die entsprechenden Schneiden 14 der Hartmetalleinsätze
in der Bohrerachse aufeinander treffen. Zwischen den Hartmetalleinsätzen mündet
jeweils eine Bohrmehlnut 15.
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Fig. 5 zeigt einen Hartmetalleinsatz 16 mit balliger Innenseite 17
und in der Seitenansicht geradlinig verlaufender Grundflliche 18. Zur Vermeidung
von nachteiligen Kerbwirkungen ist die Dreieckspitze abgeschnitten.
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Fig; 6 zeigt einen Hartmetalleinsatz 19 mit schräger Schneide 20 und
zugespitzter Innenseite 21.
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Fig. 7 zeigt einen Hartmetalleinsatz 29 gemäß Fig. 6, jedoch mit durchgehend
zugespitzter Innenseite 28.
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Fig. 8 zeigt einen Hartmetalleinsatz 22 mit zur in Axialrichtung verlaufenden
Außenkante 23 hin abgeknickter Schneide 24 und konvexer Innenseite 25.
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Fig. 9 zeigt einen Hartmetalleinsatz 26 mit konkav gewölbter Innenseite
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