DE3049135C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohrer zum drehschlagenden Bohren von Stein oder dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 26 02 238 ist ein Bohrwerkzeug bzw. eine Bohrkrone der gattungsgemäßen Art bekannt geworden. Bei dieser bekannten Bohrkrone ist der Kronenboden sehr flach ausgebildet, d. h. der Kronenboden bildet einen sehr stumpfen Kegelwinkel in der Größenordnung von 150°. Beim drehschlagenden Bohren werden während des Drehens auf den Bohrer Axialschläge ausgeübt. Diese müssen vom Bohrerschaft über den Kronenboden in die Spitze der Hohlbohrkrone umgeleitet werden. Dabei wird bei der bekannten Bohrkrone ein erheblicher Teil des Schlagimpulses infolge der flachen Ausbildung des Kronenbodens nicht vom Bohrerschaft in den Schneidkranzbereich umgelenkt, so daß ein großer Teil des Schlagimpulses ungenützt an der Bodenfläche der Hohlbohrkrone als Schallwelle austritt. Dadurch wird im Vergleich zur aufgebrachten Axialkraft nur eine verhältnismäßig kleine Bohrleistung erzielt.

Aus der DE-OS 16 52 518 ist weiterhin eine Hohlbohrkrone bekannt, dessen Kronenboden im seitlichen Bereich einen Winkel von ca. 90° einnimmt. Im mittleren Bereich ist der Kronenboden selbst jedoch wiederum eben ausgebildet, so daß auch hier ein großer Teil der Schlagenergie vom Kronenboden abgestrahlt wird. Außerdem ist die Bohrkrone nicht einstückig mit dem Bohrerschaft ausgeführt, so daß erhebliche Übergangsverluste bei der Übertragung des Schlagimpulses vom Bohrerschaft auf die Hohlbohrkrone selbst auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrer der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, daß die von der Bohrmaschine periodisch ausgeübten Schlagkräfte möglichst ohne Verluste in den Schneidkranz der Hohlbohrkrone überführt werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Bohrwerkzeug der gattungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bohrers angegeben.

Gemäß der Erfindung wird eine deutlich verbesserte Kraftumsetzung der Schlagenergie erzielt. Hierzu wird die vertikale Kraftkomponente der Schlagenergie auch im Kegelabschnitt und im Zylinderabschnitt derart ausgebildet, daß diese größer ist als die horizontale Kraftkomponente, wobei diese noch mit kleiner werdendem Kegelwinkel anwächst. Die axiale Schlagenergie kann somit weitgehend axial weitergeleitet werden. Dies gilt auch trotz relativ dünnwandiger Ausbildung der Hohlbohrkrone und weitgehend unabhängig von der Schlagfrequenz.

Infolge des schrägen Verlaufes des Kronenbodens, im Querschnitt gesehen, wird ein weicherer Übergang vom Bohrerschaft zur Hohlbohrkrone und damit eine weichere Umlenkung des Schlagimpulses vom Bohrerschaft an den Schneidkranzbereich erreicht. Dadurch steht im Schneidkranzbereich eine sehr hohe Schlagkraft zur Verfügung, so daß eine sehr hohe Bohrleistung erreicht werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Bohrer wird eine Steigerung der gesamten Bohrleistung im Vergleich zu den bekannten Bohrern mit z. B. ebenem, senkrecht zur Bohrerachse liegenden Kronenboden von bis zu 50% erzielt.

Die Erfindung wird anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrers,

Fig. 2 in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrers.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Bohrer wird durch eine besondere Gestaltung des Kronenbodens 3a erreicht, daß am Übergang vom Bohrerschaft 2a zur Hohlbohrkrone 1a der Schlagimpuls derart günstig umgelenkt wird, daß im Bereich des Schneidkranzes 5a eine wesentlich höhere Axialkraft wirkt als bei den bekannten Bohrern. Der Kronenboden 3a ist unter einem spitzen Winkel α zur Bohrerachse A geneigt. Der Kronenboden 3a verläuft, im Querschnitt gesehen, schräg in Richtung auf den Schneidkranz 5a. Um einen besonders weichen Übergang vom Bohrerschaft 2a zur Bohrkrone 1a und damit eine weiche Umlenkung des Schlagimpulses an den Schneidkranz 5a zu erreichen, liegt der Kronenbogen 3a auf dem Mantel eines in Richtung auf den Schneidkranz 5a sich öffnenden spitzwinkligen Kegels. Die auf die Stirnfläche 4a des Bohrerschaftes 2a wirkende Schlagkraft F wird im Bereich der Kegelspitze 6a des Kronenbodens 3a in die Wandung des kegelförmigen Hohlbohrkronen- Abschnittes 7a umgelenkt. Wegen der schrägen Lage des Kronenbodens 3a geht hierbei nur ein verhältnismäßig geringer Teil des Schlagimpulses verloren, während der größte Teil über den Hohlbohrkronen-Abschnitt und den daran anschließenden zylindrischen Hohlbohrkronenabschnitt 8a in den Bereich des Schneidkranzes 5a gelangt. Dadurch steht im Bereich des Schneidkranzes 5a eine erhebliche Schlagkraft zur Verfügung, so daß eine Steigerung der gesamten Bohrleistung von bis zu 50% im Vergleich zu dem bekannten Bohrer erreicht wird. Der kegelförmige Hohlbohrkronen-Abschnitt 7a hat über seinen gesamten Umfang und seine gesamte Höhe annähernd konstante Wandstärke, so daß eine gleichmäßige Übetragung der Schlagkraft vom Bohrerschaft 2a zum Schneidkranz 5a gewährleistet ist. Die Wandstärke des kegelförmigen Hohlbohrkronen-Abschnittes 7a ist ausreichend groß, um die beim Schlagbohren auftretenden Kräfte aufnehmen zu können.

Um einen günstigen Übergang der Axialkraft F vom Bohrerschaft 2a in den kegelförmigen Abschnitt 7a zu erreichen, ist der Kegelwinkel β des Kronenbodens 3a vorzugsweise gleich oder kleiner als 90°. Bei größeren Kegelwinkeln treten größere Verluste bei der Übertragung der Axialkraft vom Bohrerschaft zum Schneidkranz auf. Außerdem wird bei einem größeren Kegelwinkel der kegelförmige Hohlbohrkronenabschnitt 7a beim Bohren stärker beansprucht, weil dann die Wandung unter einem größeren Winkel α zur Bohrerachse A liegt und dadurch über den zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnitt 8a ein größerer Hebelarm wirksam wird, der zu einer erheblichen Biegebeanspruchung des kegelförmigen Hohlbohrkronen-Abschnittes führt. Der Kegelwinkel β liegt deshalb in einem Bereich zwischen etwa 60° und etwa 90°. Es hat sich gezeigt, daß bei diesen Winkeln nur verhältnismäßig geringe Verluste an Schlagenergie auftreten und daß andererseits der kegelförmige Hohlbohrkronen- Abschnitt 7a noch eine ausreichende Festigkeit hat, um die beim Bohren auftretenden Kräft sicher aufnehmen zu können.

Die Innen- und Außenseiten 9a, 9a′, 10a, 10a′ des zylindrischen und des kegelförmigen Hohlbohrkronenabschnittes 8a, 7a schließen unmittelbar aneinander an, so daß am Übergang zwischen den beiden Hohlbohrkronen-Abschnitten keine Vorsprünge oder Absätze gebildet werden, die wegen der Gefahr von Rißbildungen infolge Kerbwirkung zu einer erheblichen Bruchgefahr des Bohrers führen würden. Die beiden Hohlbohrkronen-Abschnitte 7a, 8a haben gleiche Wandstärke, so daß eine besonders einfache Herstellung des Bohrers möglich ist. Der zylindrische Abschnitt 8a hat in Axialrichtung des Bohrers größere Länge als der zylindrische Abschnitt 7a. Dadurch können verhältnismäßig tiefe Löcher ohne Beeinträchtigung der Bohrleistung gebohrt werden. Die Kegelspitze 6a des Kronenbodens 3a ist gerundet, so daß auch in diesem Bereich eine Kerbwirkung beim Bohren verhindert wird.

Der Durchmesser D des Bohrerschaftes 2a ist größer als die Wandstärke d des kegelförmigen und des zylindrischen Hohlbohrkronenabschnittes 7a, 8a. Dabei sind der Durchmesser D und die Wandstärken d so aufeinander abgestimmt, daß der Bohrerschaft 2a eine hohe, von der Bohrmaschine ausgeübte Schlagkraft aufnehmen kann und daß die Hohlbohrkronen-Abschnitte 7a, 8a ausreichend stark sind, um die während des Bohrens auftretenden Kräfte sicher aufnehmen zu können. Ein günstiges Verhältnis ergibt sich hierbei, wenn die Wandstärke d ¹/₃ bis ¼ des Durchmessers D des Bohrerschaftes 2a beträgt.

Der Schneidkranz 5a kann Hartmetallzähne oder einen Hartmetallschneidring aufweisen.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform gem. Fig. 1. Der zylindrische Hohlbohrkronenabschnitt 8b ist jedoch ein vom kegelförmigen Hohlbohrkronenabschnitt 7b getrennter Teil, der am kegelförmigen Abschnitt 7b befestigt ist. Dadurch können an diesem Bohrer unterschiedliche Hohlbohrkronen 1b befestigt werden. Der kegelförmige Hohlbohrkronen-Abschnitt 7b weist einen zylindrischen Ansatz 11 auf, dessen äußere, auf einem Zylindermantel liegende Mantelfläche 12 in die auf einem Kegelmantel liegende Außenseite 10b′ des Hohlbohrkronen-Abschnittes 7b übergeht.

Im Bereich oberhalb des Überganges von der Mantelfläche 12 zur Außenseite 10b′ ist der Ansatz 11 innenseitig mit einer Schulter 13 versehen, die eine rechtwinklig zur Bohrerachse A liegende Stützfläche 14 und eine in Bohrerachsrichtung liegende Schulterfläche 15 aufweist. Auf der Stützfläche 14 ist der zylindrische Hohlbohrkronen-Abschnitt 8b in Axialrichtung abgestützt, während er mit seiner Außenseite 10b an der Schulterfläche 15 über den gesamten Umfang anliegt. Der zylindrische Hohlbohrkronen-Abschnitt 8b wird dadurch sicher in Axial- und Radialrichtung am kegelförmigen Hohlbohrkronen- Abschnitt 7b gehaltert. Der Abschnitt 8b kann durch Kleben, Löten, Schrauben oder dergleichen fest oder lösbar mit dem Abschnitt 7b verbunden werden. Die in Bohrerachsrichtung gemessene Höhe des Ansatzes 11 entspricht etwa der halben Höhe des zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnittes 8b, so daß dieser in Radialrichtung ausreichend gesichert ist. Außerdem steht dadurch eine verhältnismäßig große Befestigungsfläche für den Abschnitt 8b zur Verfügung, um eine feste Verbindung zwischen dem Abschnitt 8b und dem Ansatz 11 zu gewährleisten. Die Breite der Stützfläche 14 entspricht der Wandstärke des zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnittes 8b, so daß dieser über seine gesamte Dicke vollständig auf der Schulter 13 abgestützt ist. Dadurch können die beim Bohren auftretenden Kräfte vom Abschnitt 8b über die Stützfläche 14 in den kegelförmigen Hohlbohrkronen- Abschnitt 7b geleitet werden, der diese Kräfte sicher aufnehmen kann.

An die Stützfläche 14 schließt der Kronenboden 3b mit gerundeter Kegelspitze 6b an. Dadurch wird bei eingesetztem zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnitt 8b auch ein unmittelbarer Anschluß des Kronenbodens 3b an die Innenseite 9b des Abschnittes 8b erreicht. Da die Schulter 13 näher beim Schneidkranz 5b liegt als die Übergangsstelle zwischen der Mantelfläche 12 des Ansatzes 11 und der Außenseite 10b′ des kegelförmigen Hohlbohrkronen-Abschnittes 7b, liegt der Übergang vom Kronenboden 3b zur Innenseite 9b des zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnittes 8b ebenfalls näher zum Schneidkranz 5b als die Übergangsstelle zwischen der Mantelfläche 12 und der Außenseite 10b′. Der Kronenboden 3b schließt also im Bereich seines größten Durchmessers an die Innenseite 9b des zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnittes 8b an, der an seinem freien Ende den Schneidkranz 5b aufweist.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 2 hat der kegelförmige Hohlbohrkronenabschnitt 7b wegen der Schulteranordnung 13 größere Wandstärke als der zylindrische Hohlbohrkronen-Abschnitt 8b. Die Wandstärke d₂ des kegelförmigen Hohlbohrkronen-Abschnittes 7b ist kleiner als ¹/₃ des Durchmessers D des Bohrerschaftes 2b. Im übrigen ist der Bohrer gem. Fig. 2 gleich ausgebildet wie der Bohrer gem. Fig. 1. Auch bei dieser Ausführung wird also infolge der kegelförmigen Ausbildung des Kronenbodens 3b eine günstige Umlenkung des vom Bohrwerkzeug erzeugten Schlagimpulses vom Bohrerschaft 2b über den kegelförmigen Hohlbohrkronen-Abschnitt 7b zum zylindrischen Kronen-Abschnitt 8b und damit zum Schneidkranz 5b erreicht, so daß in diesem Bereich noch eine ausreichend große Schlagkraft auftritt und eine entsprechend große Bohrleistung erreicht werden kann.

Claims (7)

1. Bohrer zum drehschlagenden Bohren von Stein oder dgl., mit einem Bohrerschaft und einer Hohlbohrkrone, die mit einem Kronenboden und einem, einen Schneidkranz aufweisenden zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnitt versehen ist, wobei der Kronenboden auf dem Mantel eines in Richtung auf den Schneidkranz sich öffnenden Kegels liegt und der kegelförmige Hohlbohrkronen-Abschnitt einstückig in den Bohrerschaft übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel (β) des Kronenbodens (3a, 3b) im Bereich zwischen ca. 60° und 90° liegt und daß das Verhältnis der Wandstärke "d" des kegelförmigen Hohlbohrkronen-Abschnitts (7a, 7b) zum Durchmesser "D" des Bohrerschafts (2a, 2b) kleiner ¹/₃ ist.

2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlbohrkronen-Abschnitt (8a) wenigstens annähernd gleiche Wandstärke (d) wie der kegelförmige Hohlbohrkronen-Abschnitt (7a) hat.

3. Bohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kronenboden (3a, 3b) im Bereich der Kegelspitze (6a, 6b) gerundet ist.

4. Bohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlbohrkronen- Abschnitt (8b) ein vom Bohrerschaft (2b) getrennter, am kegelförmigen Hohlbohrkonen-Abschnitt (7b) befestigter Teil ist.

5. Bohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kegelförmige Hohlbohrkronen-Abschnitt (7b) einen zylindrischen Ansatz (11) aufweist, an dem der zylindrische Hohlbohrkronen-Abschnitt (8b) befestigt ist.

6. Bohrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ansatz (11) an seiner Innenseite eine Schulter (13) aufweist, auf der der zylindrische Hohlbohrkronen-Abschnitt (8b) abgestützt ist.

7. Bohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Schulter (13) annähernd der Wandstärke (d₁) des zylindrischen Hohlbohrkronen-Abschnittes (8b) entspricht.