DE29922291U1 - Bohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrer, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiger Bohrer ist in vielfacher Ausfertigung bekannt geworden und wird üblicherweise als Zweischneider bezeichnet. Bei einem derartigen Bohrer wird die aufgebrachte Schlagenergie bei jedem Schlag des Bohrers auf den Bohrlochgrund über die beiden Schneiden der Hartmetall-Schneidplatte gleichmäßig verteilt. Hierdurch entstehen entsprechende Ausprägungen und Muster im Bohrlochgrund, wobei die Ausgestaltung des betreffenden Musters von der Bohrmaschine abhängt. Wenn beispielsweise drei oder sechs Schläge pro Umdrehung durchgeführt werden, entsteht das Muster eines sechszackigen Sternes.

Es ist seit langem bekannt, daß eine derartige Musterausprägung den Bohrfortschritt nicht fördert, sondern eher behindert. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Schneiden des Bohrers dann stets in die gleiche Kerbe im Grund des Bohrlochs schlagen, während die Zertrümmerwirkung am größten wäre, wenn der nächste oder ,wenigstens der übernächste Schlag genau zwischen die Kerben führen würde.

Diese Nachteile lassen sich beseitigen, indem ein anderes Verhältnis zwischen.Schlagzahl und Umdrehungszahl gewählt wird. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen Schlagzahl und Umdrehungszahl erhöht werden. Durch diese Maßnahme reduziert sich allerdings die pro Schlag zur Verfügung stehende Schlagenergie, so daß der Bohrfortschritt entgegen den Erwartungen sogar verschlechtert wird. Dies gilt zumindest dann, wenn auf die handelsüblichen Antriebe von Hammerbohrern und Schlag-

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bohrmaschinen zurückgegriffen wird, die eine mechanische Kopplung zwischen Schlagausführung und Drehung vorsehen.

Eine technisch bessere Lösung wäre die vollständige Entkopplung des Schlagantriebs vom Drehantrieb. Hierzu müßten praktisch zwei Motoren, also ein Schlagmotor und ein Drehmotor, vorgesehen sein, die dann aber auf das gleiche Element wirken müssen, nämlich den Bohrer. Dies ist technisch eher aufwendig zu realisieren und bedingt zudem einen entsprechenden Zusatzaufwand, und dies allein, um das erwünschte asynchrone Verhalten zwischen Drehen und Schlagen bereitzustellen.

Nachdem diese Lösung unbefriedigend ist, sind zahlreiche Versuche unternommen worden, den Bohrfortschritt durch bohrerseitige Maßnahmen zu fördern. Beispielsweise sind Mehrschneider vorgeschlagen worden, die die Asynchronität der erzeugten Kerben verbessern sollen. Zwangsläufig ist bei Mehrschneidern allerdings gegenüber Zweisehneidem die Schneidlänge verlängert, so daß bei gleichbleibender Schlagenergie die Zertrümmerwirkung über eine größere Auftrefffläche verteilt wird, was die Förderleistung wiederum reduziert.

Auch bei Zweischneidern sind verschiedene Versuche unternommen worden, den Bohrfortschritt zu verbessern. Ein Beispiel hierfür ist aus der gattungsgemäßen DE-OS 19 21 677 ersichtlich. Bei dieser Lösung ist die Hartmetallschneide durch zwei ziemlich genau in der Mitte jeder Schneide angebrachte Kerben unterbrochen, die gemäß Fig. 2 rund und gemäß Fig. 3 scharfkantig sein können. Gemäß dieser Druckschrift soll die Bohrleistung gesteigert und die Bohrzeit verkürzt werden. Allerdings ergaben Versuche, daß entgegen der Annahme des seinerzeitigen Anmelders die Bohrleistung nicht besonders befriedigend war,- auch dürfte die Standzeit mindestens des Bohrers gemäß Fig. 3 der genannten Offenlegungsschrift zu wünschen übrig lassen.

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Im Hinblick auf diesen unbefriedigenden Zustand sind verschiedene weitere Versuche unternommen worden, die Bohrleistung gerade bei Zweischneidern zu verbessern. Hierzu gehört auch eine Lösung, bei der die Schneiden treppenartig gezackt sein sollen. Bei dieser Lösung ist jedoch lediglich die Durchtrennwirkung für Moniereisen und dergleichen in Stahlbeton gegenüber einem konventionellen Bohrer verbessert. Die Bohrleistung insgesamt ist jedoch eher schlechter, wozu die durch die Treppenstufen verlängerte Schneidkante beitragen mag. Durch eine Verlängerung der Schneidkante sinkt der spezifische Druck, der durch jeden Schlag ausgeübt wird, wobei achsparallele oder im wesentlichen achsparallele Flächen zudem die Reibung fördern und damit die Schlagenergie weiter mindern.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bohrer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, der hinsichtlich der Schlagenergie deutlich verbessert ist, wobei die Haltbarkeit des Bohrers jedoch nicht vermindert sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Überraschend läßt sich mit der vergleichsweise einfachen Maßnahme, Vertiefungen der Schneide oder Unterbrechungen des geraden Verlaufs der Schneidkante asymmetrisch bezogen auf die Bohrerspitze vorzusehen, die gewünschte Zertrümmerungswirkung für die Zwischenräume zwischen Kerben am Bohrlochgrund gewährleisten, ohne daß ein asynchroner Antrieb für die Schlagenergie erforderlich wäre. Auch wenn der preisgünstige und weithin verbreitete synchrone Antrieb realisiert ist, ergibt sich durch die stark einander abwechselden Auftreffpunkte eine Zertrümmerungswirkung gerade auch für die Zwischenräume zwischen den Kerben im Bohrlochgrund. Damit läßt sich die zur Verfügung stehende Schlagenergie optimal ausnutzen, und es

kann sichergestellt werden, daß keine Energievernichtung durch das bei handelsüblichen Bohrern zu beobachtende Mehrfachschlagen an der gleichen Stelle zu befürchten ist.

Im Extremfall springt die Schneide auf einer Seite an den Stellen zurück, an denen die andere Schneide den Hüllkegel berührt, so daß die Zertrümmerungswirkung insofern optimiert ist. In Zusammenhang mit der Erfindung ist es günstig, wenn besonders gut gesinterte und harte Wolframkarbit-Hartmetallplättchen verwendet werden, denn durch die geringe Auftrefffläche erhöht sich der Flächendruck beim Schneiden, so daß nicht nur das getroffene Gestein besser gelöst, sondern auch die Belastung für die Hartmetall-Schneidplatte erhöht ist. Mit derartigen Schneidplatten ist die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Bohrers nicht eingeschränkt.

Aufgrund des intensiven Materialabtrags ist es bei dem erfindungsgemäßen Bohrer besonders wichtig, daß kein Materialstau entsteht. Daher ist eine tiefe und breite Auslegung der Bohrmehlabführnut bevorzugt. Die Fläche der Bohrmehlabführnut sollte erfindungsgemäß nach Möglichkeit mehr als 40 %, insbesondere etwa 50 % der Gesamtfläche betragen, die von dem sich drehenden Bohrer überstrichen wird.

Überraschend führt die erfindungsgemäß vorgesehene Asymmetrie der Schneiden nicht zu einer Unrundheit des Bohrerlaufs. Die erfindungsgemäßen Bohrer werden bevorzugt mit Bohrmaschinen eingesetzt, die eine hohe Schlagzahl und eine gegenüber der hohen Schlagzahl vergleichsweise geringe Drehzahl aufweisen.

Zum anderen ist der Materialabtrag für die Erzeugung der erfindungsgemäßen Vertiefungen so gering, daß er von der Massenverteilung her praktisch nicht ins Gewicht fällt. Beispielsweise kann der Materialabtrag der Vertiefungen etwa 3 % des Gewichts der Hartmetall-Schneidplatte betragen, so daß er bezogen auf den Gesamtbohrer im Promillebereich liegt.

In einer besonderen Ausführungsform ist es zudem vorgesehen, eine Massenkompensation dahingehend durchzuführen, daß trotz der Asymmetrie die sich drehenden Massen und die von diesen erzeugten Beschleunigungskräfte ausgewogen sind, so daß sich auch bei Versuchen mit einer beispielsweise auf das Zehnfache gegenüber der üblichen Bohrerdrehzahl erhöhten Drehzahl keine Unwucht ergibt.

Erfindungsgemäß besonders wichtig sind stetige Übergänge zwischen dem geraden Verlauf der Bohrerschneide und den Unterbrechungen dieser, also den erfindungsgemäßen Vertiefungen. Die stetigen Verläufe tragen wesentlich dazu bei, daß die Standzeit des Bohrers nicht durch eine zerklüftete Ausgestaltung der Schneide beeinträchtigt wird. Andererseits wirkt der Knick zwischen dem Beginn der Vertiefung und der Schneidkante im Hüllkegel unterstützend bei der Zertrümmerwirkung, entsprechend auch der Endkante der Hauptschneide an der Bohrerspitze.

Die Tiefe der Vertiefungen - in Bohrerachsenrichtung betrachtet - läßt sich in weiten Bereichen an die Erfordernisse anpassen. Es ist bevorzugt, daß die Tiefe so gewählt wird, daß sie größer ist als der Vortrieb, der bei jeder Umdrehung oder mindestens jeder halben Umdrehung des Bohrers erzeugt wird. Bei einer solchen Ausgestaltung wird verhindert, daß der Vertiefungsgrund als Hilfsschneide agiert, denn in Zusammenhang mit der Erfindung vorgenommene Untersuchungen haben ergeben, daß eine derartige Wirkung die Flächenpressung reduziert und insofern den Bohrfortschritt beeinträchtigt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer Hartmetall-Schneidplatte für einen Bohrer in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Hartmetall-Schneidplatte gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 1, jedoch von der hinteren Seite,-

Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Hartmetall-Schneidplatte für einen erfindungsgemäßen Bohrer;

Fig. 5 eine Stirnansicht der Hartmetall-Schneidplatte gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Hartmetall-Schneidplatte für einen erfindungsgemäßen Bohrer;

Fig. 7 eine Stirnansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine Seitenansicht der dritten Ausführungsform, jedoch von der gegenüber Fig. 6 anderen Seite aus betrachtet;

Fig. 9 eine Stirnansicht einer vierten Ausführungsform einer Schneidplatte für einen erfindungsgemäßen Bohrer;

Fig. 10 eine Seitenansicht der Ausführungform gemäß Fig. 9;

Fig. 11 eine weitere Seitenansicht der Ausführungsform gemäß Fig. 9 und 10, jedoch von einer kurzen Seite,-

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht der Schneidplatte gemäß den Figuren 9 bis 11;

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Fig. 13 eine Seitenansicht einer fünften Ausfuhrungsform einer Schneidplatte für einen erfindungsgemäßen Bohrer.

Der in Fig. 1 hinsichtlich seiner Hartmetall-Schneidplatte 10 dargestellte Bohrer weist eine Bohrerachse 12 auf, bezogen auf welche die Hartmetall-Schneidplatte 10 symmetrisch montiert, in der Regel eingelötet ist.

Die erfindungsgemäße Hartschneidplatte 10 weist eine - bezogen auf die Darstellung gemäß Fig. 1 - linke Schneidkante 14 und eine rechte Schneidkante 16 auf. Die Schneidkanten erstrecken sich vom Außenumfang 18 der Hartmetall-Schneidplatte 10 bis zur Hauptschneide 20. Die Schneidkanten 14 und 16 spannen hierbei einen Hüllkegel 22 auf, der in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.

Jede Schneidkante 14 ist einer in Drehrichtung ihr voreilenden Schneidfläche 24 und einer ihr in Drehrichtung betrachtet nacheilenden Freifläche 26 benachbart.

In an sich bekannter Weise ist die Schneidfläche 24 wesentlich steller als die Freifläche 26. Aus Sicht "der Kurzseite der Hartmetall-Schneidplatte 10 betrachtet ergibt sich damit ein im wesentlichen dachförmiger Aufbau. Aus Sicht von Fig. 1 betrachtet bildet die linke Schneidkante 14, ihre zugehörige Schneidfläche 24 und die nicht dargestellte Freifläche, die der Schneidkante 14 benachbart ist, die linke Schneide 28, während die Freifläche 26, die rechte Schneidkante 16 und die nicht dargestellte Schneidfläche hinter dieser die rechte Schneide 30 bilden.

Bei handelsüblichen Hartmetall-Bohrern weisen beide Schneiden 28 und 30 eine zueinander symmetrische Ausgestaltung auf. Demgegenüber liegt die erfindungsgemäße Besonderheit in der Asymmetrie der Schneiden 28 und 30. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weist die rechte Schneide 3 0 eine Vertiefung 32

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auf, an welcher die Schneidkante 16 gegenüber dem Hüllkegel deutlich zurücktritt. Auch die in der Vertiefung 32 vorgesehene Freifläche 26 tritt in entsprechender Weise der Kurve der Vertiefung 32 folgend zurück.

Erfindungsgemäß hat diese Kurve 34 die Form einer Kettenlinie. Die Kettenlinie endet mit stumpfen Winkeln 36 und 38 an dem Hüllkegel, wobei die Winkel 36 und 3 8 bevorzugt etwa 150 bis 160 ° betragen. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich die Vertiefung 32 über deutlich mehr als die Hälfte der Schneide 30. Dies ist auch besonders gut aus Fig. 3 ersichtlich.

Fig. 2 und 3 zeigen je andere Ansichten der Ausführungsform gemäß Fig. 1, wobei auch ersichtlich ist, daß sich zwischen Hauptschneide 20 und Schneidfläche 24 eine Sekundärschneidfläche 4 0 erstreckt, die bei 44 einen stumpfen Winkel gegenüber der Schneidkante 14 aufspannt.

Eine entsprechende Sekundärschneidflache 42 ist auch auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen, wie sich aus Fig. 2 und ergibt.

Hier wie auch in den weiteren Figuren weisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Teile hin.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Hartmetallplatte 10 für einen erfindungsgemäßen Bohrer. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist hier der gerade Verlauf sowohl der Schneidkante 16 als auch derjenige der Schneidkante 14 unterbrochen. Es ist eine erste Vertiefung 32 und eine zweite Vertiefung 46 über den Verlauf der rechten Schneide 30 verteilt vorgesehen.

Demgegenüber weist die linke Schneide 28 lediglich eine Vertiefung 48 auf, die allerdings wesentlich länger ist.

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In der Abwicklung betrachtet ist die Vertiefung 48 an einer Stelle vorgesehen, an welcher die Vertiefungen 32 und 46 gerade nicht vorgesehen sind, so daß insofern die erwünschte Asymmetrie vorliegt.

Fig. 5 zeigt, daß die Vertiefungen in der Draufsicht je spitzbogenförmig ausgebildet sind, so daß sie je sowohl die Schneidfläche 24 als auch die Freifläche 26 nicht vollständig, sondern nur partiell durchtreten, was insofern eine Abweichung gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 darstellt.

Aus Fig. 6 in Verbindung mit Fig. 7 und Fig. 8 ist eine weitere, dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrers ersichtlich. Diese Ausführungsform ist der ersten Ausführungsform ähnlich, so daß insofern auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen werden kann. Es ist in der rechten Schneide 3 0 eine Vertiefung 32 vorgesehen. Die linke Schneide 28 weist keine Vertiefung, aber an ihrem umfangsnahen Ende eine Abflachung 50 auf, die auch aus Fig. 7 recht gut ersichtlich ist. An dieser Stelle kommt im Bereich der rechten Schneide 3 0 die Schneidkante 16 dem Hüllkegel nahe, so daß insofern die erwünschte Asymmetrie gegeben ist.

Auch bei dieser Ausführungsform durchtritt die Vertiefung 32 die zugehörige Freifläche 26 vollständig.

Fig. 9 zeigt eine weitere modifizierte Ausgestaltung, die im Grunde das erste, zweite und dritte Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 8 kombiniert. Die linke Schneide 28 weist eine Vertiefung 48 auf, die sich großflächig erstreckt. Demgegenüber weist die rechte Schneide 30 eine der Bohrerspitze benachbarte kleine Vertiefung 32 und eine Abflachung 50 auf, die wiederum genau an den Stellen - in der Abwicklung betrachtet - vorgesehen sind, an denen die Vertiefung 48 nicht vorgesehen ist.

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Diese Ausführungsform ist auch aus Fig. 11 in der Ansicht von der kurzen Seitenflanke und aus Fig. 12 in perspektivischer Ansicht recht gut ersichtlich. Wie Fig. 12 zeigt, besteht ein erheblicher Größenunterschied zwischen den Vertiefungen 48 und 32, wobei durch die auswärts angeordnete Abflachung 50 eine Massenkompensation dahingehend vorgenommen wird, daß auch bei extrem beschleunigten Bohrern keine Unwucht entstehen würde.

Eine weiter modifizierte Ausgestaltung zeigt Fig. 13. Bei dieser Ausgestaltung sind über den Verlauf der Schneiden 28 und 3 0 betrachtet je zwei Vertiefungen vorgesehen, nämlich Vertiefungen 32 und 46 im Bereich der rechten Schneide 3 0 und Vertiefungen 48 und 58 im Bereich der linken Schneide 28. Diese sind hinsichtlich ihrer radialen Position so versetzt, daß sich eine möglichst geringe Überlappung ergibt, so daß die erwünschte Asymmetrie für den Bohrlochgrund bereitgestellt wird.

Claims (11)

1. Bohrer mit einer Hartmetall-Schneidplatte, die zwei Schneiden mit Schneidkanten aufweist, die sich von der Bohrerspitze schräg nach hinten zurücktretend zum Umfang des Bohrers erstrecken, wobei die Hartmetall-Schneidplatte in Seitenansicht im wesentlichen dachförmig ausgebildet ist und über einen wesentlichen Teil ihrer Länge eine Freifläche an den Schneidkanten an eine Schneidfläche stößt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkanten (14, 16) Unterbrechungen ihres geraden Verlaufs aufweisen, die bezogen auf die Bohrerspitze asymmetrisch zueinander angeordnet sind.

2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidplatte (10) zwei Seiten aufweist und eine Seite eine Vertiefung (32) der Schneide (30) aufweist, an welcher die Schneide (30) gegenüber dem von der Schneidplatte bei der Drehung aufgespannten Hüllkegel (22) zurücktritt, und daß an dieser Stelle die andere Seite der Schneidplatte (10) keine Vertiefung aufweist.

3. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vertiefung der Schneide der Schneidplatte stufenfreie Übergänge (36, 38) gegenüber den benachbarten Bereichen der Schneidkante (16) bildet.

4. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Freifläche (26), insbesondere auch die Schneidfläche (24), im Bereich von Vertiefungen (32, 46, 48) der Krümmung der Schneidkante (14, 16) folgen.

5. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schneidkanten (14, 16) Unterbrechungen ihres geraden Verlaufs aufweisen, die an voneinander verschiedenen radialen Stellen ausgebildet sind.

6. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneide (28, 30) an ihrem Außenumfang eine Abflachung (50) aufweist, an welcher die Schneide gegenüber dem Hüllkegel (22) nach außen hin zunehmend zurücktritt.

7. Bohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schneide (28, 30) zwei Vertiefungen (32, 46, 48, 58) aufweist, die an unterschiedlichen radialen Stellen ausgebildet sind.

8. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (32, 46, 48, 58) in axialer Draufsicht auf die Schneidplatte spitzbogenförmig ausgebildet sind.

9. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vertiefung (32) sich über mehr als 50%, insbesondere etwa 65% der Länge der Schneide (30) erstreckt.

10. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrer als Zweischneidbohrer ausgebildet ist.

11. Bohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrer als Vierschneidbohrer ausgebildet ist.