DE3742661A1 - Gesteinsbohrer - Google Patents
GesteinsbohrerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gesteinsbohrer mit Hartmetall-Schneidplatten werden zur
Herstellung von Bohrungen in Beton, Mauerwerk, Gestein
o. dgl. verwendet. Um Beanspruchung und damit den
Verschleiß der quer im Bohrerkopf angeordneten Hartmetall-
Schneidplatte herabzusetzen, sind sogenannte
Kreuzschneiden bekanntgeworden, mit sich über den gesamten
Durchmesser des Bohrerkopfes erstreckender, dachförmig
geneigter Hauptschneidplatte und quer hierzu angeordneten
Nebenschneidplatten. Ein solcher Bohrer ist beispielsweise
in der US-PS 26 73 716, insbesondere Fig. 2, dargestellt.
Gemäß einer anderen Ausführung nach der US-PS 11 06 966
können die Kreuzschneidplatten auch aus zwei senkrecht
zueinander angeordneten Platten mit entsprechenden
Einschnitten ausgebildet sein.
Wie in der zuerst genannten US-PS dargestellt, bestehen
die Nebenschneidplatten aus zwei Teilen, die
zusammengesetzt eine symmetrische, dachförmige
Schneidplatte ergeben würden. Die in Bohrvorschubsrichtung
zeigende Spitze jeder Nebenschneidplatte ist demnach
möglichst unmittelbar neben der Hauptschneide für einen
stufenlosen Übergang angeordnet (US-PS 26 73 716,
Fig. 3).
In einer älteren Anmeldung der Anmelderin (P 37 07 798.8)
wurde hierzu vorgeschlagen, die Spitzen der
Nebenschneidplatten etwas abzutragen, um diese
Nebenschneidplatten unmittelbar neben der
Hauptschneidplatte gegenüber dieser zurückzuversetzen.
Weiterhin ist aus der DE 35 44 433-A1 ein Bohrwerkzeug
bekanntgeworden, mit einer den Bohrerkopfdurchmesser
durchsetzenden Hauptschneide sowie zusätzlichen
Schneidstiften, die radial außermittig angeordnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige
Werkzeuge zu verbessern und insbesondere eine
Bohrerkopfgeometrie für einen Kreuzschneidkopf
vorzuschlagen, der bei schlagender oder hämmernder
Beanspruchung eine höhere Verschleißfestigkeit bei
verbessertem Bohrvorschub aufweist. Dabei sollen die
Maßnahmen möglichst kostengünstig durchgeführt werden.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Gesteinsbohrer der
einleitend bezeichnenden Art erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Betrachtet man sich die Arbeitsverhältnisse der bekannten
Bohrwerkzeuge bei harter Beanspruchung, insbesondere bei
schlagender mit drehender Beanspruchung in Beton,
Mauerwerk, Gestein o. dgl., so stellt man fest, daß der
Verschleiß des Bohrerkopfes und insbesondere der
Hartmetallschneide im allgemeinen von radial innen nach
außen hin zunimmt, d. h. die Schneiden des Bohrerkopfes
unterliegen radial außen einem höheren Verschleiß als
radial weiter innen. In der Mittelachse des Bohrers ist
die an einer Schneide auftretende Schnittgeschwindigkeit
bei der Drehbewegung des Bohrers gleich Null. Sie nimmt
mit zunehmendem Radius nach außen hin zu. Bei einem
Hartmetallwerkzeug ist die Ursache für den Verschleiß
weniger die reine Meißelwirkung bei schlagender oder
hämmernder Beanspruchung, sondern vielmehr die mit dem
Radius zunehmenden Umfangsgeschwindigkeiten. Ein
Bohrwerkzeug mit hoher axialer Meißelkraft und niedriger
Bohrerdrehzahl verschleißt demnach weniger schnell als ein
Bohrwerkzeug mit niedriger Meißelkraft und hoher Drehzahl.
Eine hohe Meißelwirkung wird bei schlagender oder
hämmernder Beanspruchung durch eine hohe Flächenpressung
erzeugt, d. h. die schlagende Beanspruchung muß mit
möglichst kleiner Meißelfläche bei hoher Schlagkraft
erfolgen. Dabei zeigt sich das Hartmetall-Schneidelement
in Bezug auf die rein schlagende Beanspruchung als äußerst
widerstandsfähig und verschleißfest, d. h. im Bereich der
Bohrermittelachse mit niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten
als radial außen tritt geringer Verschleiß auf.
Um die Meißelwirkung möglichst hoch zu halten, darf der
Flächenanpreßdruck nicht durch eine Vergrößerung der
Fläche infolge zusätzlicher Nebenschneiden wieder
verkleinert werden. Es ist deshalb zweckmäßig, daß im
Bereich der größten Meißelwirkung, d. h. im Bereich der
Bohrerkopfspitze, lediglich die Hauptschneidplatte zur
Wirkung kommt, da diese wie ein Spitzmeißel das
Bohrlochzentrum ausarbeitet. Mit zunehmenden
Bohrlochdurchmesser wird das Abräumvolumen größer, was
zusätzliche Hilfsschneiden als Schneidspitzen oder
Meißelspitzen mit hohem Eindringvermögen erfordert. Diese
zusätzlichen Schneidspitzen reduzieren den Verschleiß an
den radial weiter außenliegenden Schneidenden der
Hauptschneidplatte durch zusätzliche radiale und axiale
Abstützung und Führung.
Der Erfindung liegt demzufolge die Erkenntnis zugrunde,
daß bei reiner schlagender Beanspruchung die Meißelwirkung
dann verbessert wird, wenn zur Erhöhung der
Flächenpressung die Hauptschneidplatte wenigstens im
zentralen Bereich der Bohrerkopfspitze allein, ohne
zusätzliche Nebenschneidelemente wirkt. Im radial weiter
außenliegenden Bereich wird ein erhöhter Verschleiß der
Hauptschneidplatte infolge der drehenden Beanspruchung mit
in Radialrichtung zunehmender Umfangsgeschwindigkeit durch
die zusätzlichen Nebenschneidplatten vermieden. Um die
Meißelwirkung der Nebenschneidplatten bei der schlagenden
Beanspruchung im radial äußeren Bereich zu erhöhen, wird
jede Nebenschneidplatte erfindungsgemäß ebenfalls mit
einer Meißelspitze versehen, was durch eine dachförmige
Ausbildung der Nebenschneidplatte geschieht, so daß die
Nebenschneidplatte eine geometrische Verkleinerung der
Hauptschneidplatte darstellt. Beim Eindringen des
Bohrwerkzeugs in das zu bohrende Material wirkt demnach im
zentralen Bereich die Spitze der dachförmigen
Hauptschneidplatte allein, da hierdurch ein hoher
Flächenanpreßdruck und damit eine gute Meißelwirkung
erzielt wird. Erst im radial weiter äußeren Bereich setzt
dann die zusätzliche Wirkung der dachförmigen
Nebenschneidplatte ein, die dann ebenfalls mit ihrer
Meißelspitze das Eindringverhalten in das zu bearbeitende
Material begünstigt und zu einer verbesserten
Sprengwirkung im Gestein führt. Der radial weiter äußere
Bereich der Hauptschneidplatte wird damit durch die
Nebenschneidplatte entlastet, so daß insgesamt ein
geringerer Verschleiß bei verbessertem Wirkungsgrad
eintritt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
im Anspruch 1 angegebenen Gesteinsbohrers möglich.
Die Ausbildung des Bohrers nach Unteranspruch 2 hat den
Vorteil, daß bei symmetrischer Ausbildung der
Nebenschneidplatte handelsübliche Standardteile, die als
Massenprodukt vorliegen, verwendet werden können.
Hierdurch wird der Kostenaufwand zur Herstellung des
erfindungsgemäßen Gesteinsbohrers erheblich reduziert.
Darüber hinaus benötigt man durch die Verwendung von
dachförmigen Nebenschneidplatten weniger
Hartmetallmaterial als bei einer Weiterführung der
Nebenschneidkante bis zur Bohrerkopfmitte. Auch hierdurch
verbilligt sich der Herstellungsaufwand.
Selbstverständlich kann die Nebenschneidplatte auch
asymmetrisch ausgebildet sein, wobei der zur
Hauptschneidplatte gerichtete Teil verkürzt ausgeführt
sein kann. Die Meißelspitze der Nebenschneidplatte muß
jedoch erhalten bleiben.
Nach Unteranspruch 3 liegen die in Bohrvorschubsrichtung
weisenden Schneiden der Haupt- und Nebenschneidelemente
auf einer gemeinsamen Schnittkegelfläche. Dies ist
zweckmäßig, um die Meißelspitze jeder Nebenschneidplatte
beim Eindringen in das zu bohrende Material gleichermaßen
und gleichzeitig mit der Hauptschneidplatte in Einsatz zu
bringen. Durch die Meißelspitzen der Nebenschneidplatten
sowie die entsprechende Anordnung in der gemeinsamen
Schnittkegelfläche wird das Eindringverhalten und die
Sprengwirkung verbessert.
Gemäß Unteranspruch 4 ist die axiale Nutentiefe für die
Hauptschneidplatte größer ausgeführt als die der
Nebenschneidplatten. Neben der Einsparung von
Hartmetallmaterial für die Nebenschneidplatten ergibt sich
hierdurch der Vorteil, daß der Nutgrund der
Hauptschneidplatte und der der Nebenschneidplatten auf
unterschiedlicher axialer Höhe liegt, wodurch der
Querschnitt des Bohrerkopfes in einer Schnitthöhe nicht
unnötig stark durch die Nuten geschwächt ist.
In Anlehnung an die Ausführungsform nach US-PS 11 06 966
können die Nebenschneidplatten in Sonderfällen auch
einstückig ausgeführt sein, mit entsprechenden
Einschnitten in Haupt- und Nebenschneidplatte.
Nach Unteranspruch 6 schließt sich die Nebenschneidplatte
unmittelbar neben der Hauptschneidplatte an. Hierdurch
ergibt sich eine vorteilhafte Zentrierung der
Schneidplatten des Bohrerkopfes, da der Umkreis von
Hauptschneidplatte und Nebenschneidplatte zur Bildung des
Nenndurchmessers im allgemeinen gleich ist. Die
Nebenschneidplatte kann jedoch auch schmäler ausgeführt
sein und einen Abstand zur Hauptschneidplatte bilden.
Würde man jede Nebenschneidplatte nochmals halbieren, so
würde sich ein spitzer Winkel als Meißelwinkel der
Nebenschneidplatte ergeben. Dies würde zwar eine
Materialersparnis an Hartmetall zur Folge haben, jedoch
würde sich der Verschleiß der jeweiligen Meißelspitze
vergrößern. Die Spitze jeder asymmetrischen
Nebenschneidplatte sollte deshalb ebenfalls einen stumpfen
Winkel einnehmen wie die der Hauptschneidplatte, so daß
die minimale Breite hierdurch bestimmt wird.
Gemäß Unteranspruch 7 werden die Kreuzschneidplatten,
gebildet aus Haupt- und Nebenschneidplatten, in einem
Bohrerkopf mit quadratischem oder kreisförmigem
Querschnitt eingesetzt. Die Ausbildung des Bohrerkopfes
bestimmt dann den Stirnwiderstand und die Bohrmehlnuten im
Bereich des Bohrerkopfes zum Abtransport des Bohrkleins.
In besonderer Ausführungsform kann die Nebenschneidplatte
und/oder die Hauptschneidplatte an ihrer Schneidfläche
zickzackförmig ausgebildet sein, um mehrere Meißelspitzen
für jede Platte zu bilden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen
Gesteinsbohrers,
Fig. 2 eine Seitenansicht des Bohrers nach Fig. 1
und
Fig. 3a bis d verschiedene Ausführungsvarianten für
einen Bohrerkopfquerschnitt.
Bei dem in Fig. 1 in Ansicht und in Fig. 2 in
Seitenansicht dargestellten Gesteinsbohrer (1) ist der
Bohrerkopf mit Bezugszeichen (2) und die Förderwendel oder
der Spiralschaft mit Bezugszeichen (3) bezeichnet. Die
Förderwendel (3) kann eingängig oder zweigängig
ausgebildet sein.
Der Bohrerkopf (2) weist eine sich über den gesamten
Durchmesser d 1 des Bohrerkopfes erstreckende, dachförmig
geneigte Hauptschneidplatte (4) auf, die in an sich
bekannter Weise ausgebildet ist. Der Spitzenwinkel α ist
als stumpfer Winkel ausgebildet, mit einer Größe von
α ≈130°. Die Hauptschneidplatte (4) weist Schneiden (5)
sowie eine Plattenstärke s 1 sowie eine Höhe h 1 auf und
ist in eine Nut (6) mit der Nuttiefe t 1 in dem
Bohrerkopf (2) eingesetzt.
Erfindungsgemäß weist der Gesteinsbohrer (1) zwei
Nebenschneidplatten (7, 8) auf, die quer zur
Hauptschneidplatte (4) neben dieser angeordnet sind.
Charakteristisch an den Nebenschneidplatten (7, 8) ist die
symmetrische Ausbildung dieser Schneidelemente mit der
Symmetrieachse (9) und der dachförmigen Ausbildung der
jeweiligen Schneiden (10) mit den Meißelspitzen (16). Die
Schnittkegelfläche (11) der Hauptschneidplatte (siehe
Fig. 2) stimmt mit der Schnittkegelfläche der
Nebenschneidplatten (7, 8) überein, d. h. die
Schnittflächen von Haupt- und Nebenschneidplatten liegen
in der gleichen Schnittebene. Der Spitzenwinkel α der
Hauptschneidplatte ist etwa gleich groß wie der
Spitzenwinkel β der Nebenschneidplatten (7, 8).
Die Meißelwirkung der Nebenschneidplatten (7, 8) setzt
demzufolge erst ab dem Bereich der eingezeichneten
Symmetrieachse (9) ein, d. h. radial weiter außenliegend.
Die Breite s 2 jeder Nebenschneidplatte (7, 8) bemißt
sich aus der Summenformel: d 1 = 2 s 2 + s 1. Hierbei
ist der Lötspalt zwischen den Nebenschneidplatten (7, 8)
und der Hauptschneidplatte (4) noch zu berücksichtigen.
Die Höhe h 2 der Nebenschneidplatten (7, 8) ist kleiner
ausgeführt als die Höhe h 1 der Hauptschneidplatte.
Hierdurch ergibt sich eine geringere Nut t 2 der
zugehörigen Einstichnut. Der Nutgrund (12) für die
Hauptschneidplatte (4) liegt wesentlich tiefer im
Bohrerkopf als der Nutgrund (13) der Nebenschneidplatten
(7, 8). Hierdurch wird eine Querschnittsschwächung des
Bohrerkopfes vermieden.
In Fig. 3a bis d sind unterschiedliche Querschnittsformen
des Bohrerkopfes dargestellt. Nach Fig. 3a kann der
Bohrerkopf einen kreisförmigen Querschnitt (14)
(gestrichelt eingezeichnet) oder einen quadratischen
Querschnitt (15) aufweisen. In diesem Querschnitt ist
stets die Hauptschneidplatte (4) und die beiden hierzu
quer angeordneten Nebenschneidplatten (7, 8) eingesetzt.
Durch die dachförmige Ausbildung der Nebenschneidplatten
ergeben sich die radial weiter außenliegenden
Meißelspitzen (16) in der Mitte der Schneiden (10) der
Nebenschneidplatten (7, 8).
Der Außendurchmesser d 1 der Hauptschneidplatte (4)
entspricht normalerweise dem durch die beiden
Nebenschneidplatten (7, 8) gebildeten Außendurchmesser
d 1. In Sonderfällen kann jedoch der durch die
Hauptschneidplatte (4) gebildete Nenndurchmesser d 1
größer sein als der Umkreisdurchmesser der beiden
Nebenschneidplatten (7, 8).
In Fig. 3b sind die Hauptschneidplatte (4) und die
Nebenschneidplatten (7, 8) in einem Bohrerkopf (2) mit
quadratischem Querschnitt senkrecht zu den Seitenkanten
anstelle der Diagonalanordnung nach Fig. 3a ausgerichtet.
Hierdurch ergeben sich größere Räume zum Abtransport des
Bohrkleins im Bereich des Bohrerkopfes. Durch die
senkrechte Anordnung der Kreuzschneide zu den
Seitenflächen ragen die Endbereiche der Hauptschneide bzw.
der beiden Nebenschneiden weit über die Schlüsselflächen
hinaus. Hierdurch ergibt sich ein großer Spanraum
unmittelbar vor den einzelnen Schneidelementen (4) bzw.
(7, 8) der Kreuzschneide.
Die alternative Ausführungsform nach Fig. 3c ist an die
Ausführungsform nach Fig. 3a angelehnt, wobei jedoch die
Seitenflächen eines zunächst quadratischen Querschnitts an
zwei Seiten, und zwar vor der Hauptschneidplatte (4) nach
innen gezogen ist, so daß sich ein vergrößerter Spanraum
vor der Hauptschneidplatte ergibt. Im übrigen ist aus
Fig. 3c wiederum die Anordnung von Hauptschneidplatte (4)
und Nebenschneidplatten (7, 8) ersichtlich, mit den
ausgebildeten Schneiden (5) bzw. (10) der Schneidplatten
und den radial nach außen versetzten Meißelspitzen (16)
durch die dachförmige Anordnung der Nebenschneidplatten
(7, 8).
Die Bohrkopfform gemäß Fig. 3d stellt eine weitere
Variante eines Kreuzschneidkopfes dar, wobei wiederum die
Hauptschneidplatte (4) und die Nebenschneidplatten (7, 8)
in dachförmiger Ausbildung vorgesehen sind. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel sind sämtliche Schneidplatten (4 bzw.
7, 8) als Standardteile oder Normteile ausgebildet,
wodurch sich die Herstellung verbilligt.
Claims (9)
1. Gesteinsbohrer, insbesondere für
Hammerbohrmaschinen o. dgl., mit eingängigem oder
zweigängigem Spiralschaft und mit wenigstens einer, sich
über den gesamten Durchmesser des Bohrerkopfes
erstreckenden, dachförmig geneigten, Schneiden
aufweisenden Hauptschneidplatte aus Hartmetall o. dgl. und
mit hierzu quer angeordneten, vorzugsweise mehrstückigen
Nebenschneidplatten zur Bildung eines Kreuzschneidkopfes,
dadurch gekennzeichnet, daß jede seitlich der
Hauptschneidplatte (4) angeordnete Nebenschneidplatte (7,
8) in Seitenansicht als dachförmiges Schneidelement
ausgebildet ist, mit einer, einen stumpfen Winkel β
einschließenden Meißelspitze (16).
2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die dachförmige Ausbildung der Nebenschneidplatte (7,
8) symmetrisch (Symmetrieachse 9) oder asymmetrisch
ausgebildet ist.
3. Bohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die in Bohrvorschubsrichtung
gerichteten Schneiden (5, 10) der Haupt- und
Nebenschneidplatten (4, 7, 8) auf einer gemeinsamen
Schnittkegelfläche (11) angeordnet sind.
4. Bohrer nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe t 2 der
Einstichnut für die Nebenschneidplatten (7, 8) kleiner ist
als die Tiefe t 1 der Einstichnut für die
Hauptschneidplatte (4), bei einem Verhältnis von
vorzugsweise ca. t 1:t 2=1:2.
5. Bohrer nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nebenschneidplatten (7, 8) einstückig ausgebildet sind mit
Einschnitten in Haupt- und Nebenschneidplatte.
6. Bohrer nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nebenschneidplatten (7, 8) an die Hauptschneidplatte (4)
über einen Lötspalt anschließen.
7. Bohrer nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kreuzschneidplatten (4, 7, 8) in einem Bohrerkopf (2) mit
quadratischem oder kreisförmigem oder rechteckförmigem
oder sternförmigem Querschnitt angeordnet sind.
8. Bohrer nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nebenschneidplatten (7, 8) und/oder die Hauptschneidplatte
(4) an ihren Schneiden zickzackförmig ausgebildet sind zur
Bildung mehrerer Meißelspitzen.
9. Bohrer nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Nebenschneidplatte (7, 8) eine geometrische Verkleinerung
der Hauptschneidplatte (4) ist.
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