DE4407119A1 - Gesteinsbohrer - Google Patents
GesteinsbohrerInfo
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- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
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- E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Gesteinsbohrer mit Hartmetall-Schneidplatten werden zur
Herstellung von Bohrungen in Beton, Mauerwerk, Gestein oder
dergleichen verwendet. Dabei ist der Bohrkopf an seiner
Stirnseite mit wenigstens einer, sich allgemein über den
gesamten Bohrkopfdurchmesser erstreckenden Hartmetall-
Schneidplatten versehen, die durch den drehschlagenden, bzw.
drehhämmernden Bohrerantrieb eine Art Meiselwirkung auf das
zu zerkleinernde Steingut ausübt. Der Bohrlochdurchmesser
wird durch den Außendurchmesser der Hartmetall-Schneidplatte
bestimmt. Derartige Werkzeuge haben den Nachteil, daß die
Schneiden nur einer Schneidplatte insbesondere im äußeren
Bereich durch die hohe Beanspruchung einem großen Verschleiß
unterworfen sind, so daß der Bohrfortschritt schnell abnimmt.
Um die Flächenpressung auf eine einzige Hartmetall-
Schneidplatte zu verringern und damit die Standseiten des
Bohrkopfes zu vergrößern, sind sogenannte
Kreuzschneidelemente bekanntgeworden, bei welchen
rechtwinklig zu einer Hauptschneidplatte zwei
Nebenschneidplatten angeordnet sind (DE-A1 29 12 394). Bei
diesem bekannten Werkzeug ist der Bohrkopf im Querschnitt
etwa rechtwinklig ausgebildet, mit einem an sich
kreisförmigen Grundquerschnitt mit seitlichen Abflachungen
zur Bildung von großräumigen Bohrmehlnuten. Dabei sind die
Kreuzschneidelemente symmetrisch und mittig in den etwa
rechteckförmigen Querschnitt eingesetzt, d. h. die
Hauptschneidplatte verläuft mittig und parallel zu den beiden
Bohrmehl-Abfuhrnuten. Eine solche Anordnung eines Bohrkopfes
mit einer parallel zu den seitlichen Bohrmehl-Nutenflächen
angeordneten Hauptschneidplatte sowie senkrecht hierzu
stehende Nebenschneidplatten hat den Nachteil, daß
insbesondere die Nebenschneidplatten aufgrund der
rechteckigen Querschnittsform des Bohrkopfes nur eine sehr
kurze Länge aufweisen, um nicht allzu weit in den
Bohrmehlnutenraum hineinzuragen. Die in ihrem
Wirkungsdurchmesser kürzeren Nebenschneidplatten können
demzufolge die Hauptschneidplatte in dem Durchmesserbereich
nicht unterstützen, in welchem der Durchmesser der
Hauptschneidplatte den Durchmesser der Nebenschneidplatte
überragt. Es sind aber gerade die radial außenliegenden
Bereiche der Hauptschneidplatte, die eine Unterstützung durch
die Nebenschneidplatten zur Verbesserung der Abtragarbeit
benötigen.
Aus der EP 0 281 997 B1 oder der EP 0 322 565 B1 sind
weiterhin Gesteinsbohrer bekanntgeworden, die einen im
wesentlichen quadratischen Bohrkopfquerschnitt aufweisen,
wobei die Hauptschneidplatte sowie zwei senkrecht hierzu
stehenden Nebenschneidplatten jeweils die Eckpunkte des
quadratischen Querschnitts verbinden. Diese Anordnung hat
gegenüber dem Gegenstand der vorgenannten Druckschrift den
Vorteil, daß Haupt- und Nebenschneidplatten etwa den gleichen
Außendurchmesser aufweisen, so daß die Nebenschneidplatten
eine wirksame Unterstützung der Hauptschneidplatte auch im
radial außenliegenden Bereich bilden. Soweit der Querschnitt
in einem Ausführungsbeispiel dieser bekannten Bohrwerkzeuge
vom quadratischen Querschnitt abweicht und zu einem
rechteckförmigen Querschnitt führt, bleibt es beim Gegenstand
dieser bekannten Druckschriften bei einer senkrecht
zueinander ausgerichteten Anordnung von Hauptschneidplatte
und Nebenschneidplatten. Hierdurch münden insbesondere die
Nebenschneidplatten im seitlichen Bereich der Bohrmehlnuten
und sind ggf. nicht optimal durch den Bohrkopf abgestützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Bohrkopfgeometrie der eingangs erwähnten Druckschriften
dahingehend zu verbessern, daß ein Bohrwerkzeug mit möglichst
großen Bohrmehl-Abfuhrnuten geschaffen wird, wobei
Kreuzschneidelemente mit optimaler Wirkung und Standzeiten
integriert sind. Weiterhin soll die Bohrerkopfgeometrie
derart ausgebildet sein, daß sich ein problemloseres
Herstellungsverfahren bei gleichzeitiger Verbesserung des
Wirkungsgrades einstellt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Gesteinsbohrer der
einleitend bezeichneten Art erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in
den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
und zweckmäßige Weiterbildungen des im Hauptanspruch
angegebenen Gesteinsbohrers möglich.
Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß eine
möglichst große Bohrmehl-Abfuhrnut besonders dadurch
erzielbar ist, wenn der Querschnitt des Bohrkopfes etwa
rechteckförmig oder rautenähnlich ausgebildet ist, wobei die
zur Bohrerlängsachse vorzugsweise parallel ausgerichteten
Seitenflanken der Bohrmehlnut in Drehrichtung des
Bohrwerkzeugs voreilend zur Hauptschneidplatte angeordnet
sind und die Bohrmehlnut unmittelbar vor der
Hauptschneidplatte positioniert ist. Hierdurch ergibt sich
ein großes Volumen zur Abfuhr des durch die
Hauptschneidplatte abgetragenen Bohrmehls. Darüber hinaus
liegt der Erfindung die weitere Erkenntnis zugrunde, daß der
Außendurchmesser der Nebenschneidplatten etwa gleich groß
oder nur geringfügig kleiner auszubilden ist, als der
Durchmesser der Hauptschneidplatte, der den Nenndurchmesser
bildet. Hierdurch wird die Hauptschneidplatte auch in ihrem
radial außenliegenden Bereich wirksam durch die
Nebenschneidplatten insbesondere beim axialen Bohrmehlabtrag
unterstützt. Aus dieser Erkenntnis heraus ergibt sich eine
weitestgehend diagonale Anordnung der Hauptschneidplatte
sowie der fluchte-den Nebenschneidplatten, die etwa durch die
Eckpunkte eines etwa rechteckförmigen oder rautenförmigen
Querschnitts des Bohrerkopfes verlaufen. Hierdurch wird die
beim geschilderten Stand der Technik rechtwinklig zueinander
vorgesehene Anordnung von Hauptschneidplatte und
Nebenschneidplatte verlassen und eine asymmetrische
Kopfgeometrie gewählt, so daß es bei der Erfindung zu einem
spitzen Winkel zwischen der Hauptschneidplatte und den der
Hauptschneidplatte nacheilenden Nebenschneidplatten kommt.
Dabei sind die Hauptschneidplatte und insbesondere die
Nebenschneidplatten nahezu über ihre gesamte Länge im
Bohrerkopf optimal abstützend eingebettet. Dies gilt
insbesondere auch für die der Belastung abgewandten
Rückseiten der Schneidplatten, wobei jedoch löttechnische
Besonderheiten zu berücksichtigen sind.
Die asymmetrische Verteilung der Schneidplatten hat darüber
hinaus ein unregelmäßiges Einwirken der Schneiden bei
drehschlagendem Bohren zur Folge, wodurch die Abtragsleistung
deutlich verbessert und die Vibrationen am Werkzeug und damit
an der Maschine deutlich herabgesetzt werden. Dies ergibt
eine Verbesserung in der Handhabung durch die Bedienerperson.
Bei einer symmetrischen Anordnung der Schneidplatten können
die Schneiden stets in vorher produzierte Meißelkerben
einwirken und damit zu einer Schwingungsüberlagerung und
Minderung der Bohrleistung führen. Dies wird durch die
Gesetzmäßigkeit fester, vorgegebener
Drehzahl-/Schlagzahlverhältnisse des Bohrhammers verursacht.
Diese Gesetzmäßigkeit wird durch eine asymmetrische Anordnung
der Schneidplatten unterbrochen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der
Kreuzschneidelemente wird demzufolge ein definierter
Bohrlochdurchmesser beispielsweise für eine einwandfreie
Dübelbefestigung gewährleistet, wobei die in ihren radialen
Abmaßen vorzugsweise etwas größere Hauptschneidplatte sowohl
für die radiale Abräumarbeit als auch für die axiale
Abbrucharbeit verantwortlich ist und die zusätzlichen
Nebenschneidplatten insbesondere die axiale Abbrucharbeit im
radial außenliegenden Bereich des Bohrloches unterstützen und
damit einem übermäßigen Verschleiß der Hauptschneidplatte in
diesem verschleißanfälligen Außenbereich entgegentreten.
Dieser Effekt kann noch dadurch verbessert werden, indem die
Nebenschneidplatten ihrerseits in Seitenansicht, d. h. in
Ansicht in ihrer breiten Seitenfläche dachförmig ausgebildet
sind, wobei die radial außenliegenden Dachschrägen auf der
gleichen Kegelmantelfläche liegen wie die Schneiden der
ebenfalls dachförmig geneigten Hauptschneidplatte. Die radial
innenliegende Schneide der jeweiligen Nebenschneidplatte
liegt demgegenüber axial zurückversetzt, so daß in diesem
Bereich die Hauptschneidplatte die wesentliche axiale
Abräumarbeit durch eine Meißelwirkung bei geringer
Umfangsgeschwindigkeit durchführt.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Steinbohrers sind
auch herstellungstechnische und insbesondere löttechnische
Gegebenheiten zu berücksichtigen. Dies gilt insbesondere für
das Einlöten der Hauptschneidplatte sowie der
Nebenschneidplatten in den Bohrkopf. Die Schneidplatten sind
in ihrem radial außenliegenden Bereich beim Bohreinsatz
besonders stark strapaziert, so daß die Lötung hohen
Anforderungen genügen muß, damit die Haltbarkeit der
eingelöteten Schneidplatten gewährleistet ist. Dies wird
durch Berücksichtigung von richtigen Massenverhältnissen des
Bohrerkopfes beidseitig der jeweiligen Schneidplatte
berücksichtigt. Dabei wird vorzugsweise auch auf eine
Optimierung des Bohrmehltransportes geachtet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter
Angabe weiterer Vorteile näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen
Gesteinsbohrers in prinzipieller Darstellung,
Fig. 2 eine Draufsicht des Gesteinsbohreres nach
Fig. 1. als erstes Ausführungsbeispiel mit
etwa rechteckförmigem Bohrkopf, wobei
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Fig. 2 zur
Erläuterung weiterer Einzelheiten ist und
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit etwa
rautenförmigem Bohrkopf.
Der in der Fig. 1 in Seitenansicht sowie in Fig. 2 und 3
in Draufsicht dargestellte Gesteinsbohrer 1 besteht aus einem
Bohrkopf 2 mit sich daran anschließender, insbesondere
zweigängiger Förderwendel 3 und einem Einspannschaft 4.
Der Bohrkopf weist an seiner axial vorn liegenden
Stirnseite 5 eine sich über den gesamten Durchmesser D des
Bohrkopfes 2 erstreckende Hauptschneidplatte 6 auf, wobei der
Durchmesser D den Bohrlochdurchmesser oder Nenndurchmesser
bildet. Die Hauptschneidplatte 6 ist dachförmig geneigt mit
einem Spitzenwinkel α ≈ 130° und weist
Einzelschneiden 7, 8 auf, die um 180° zueinander angeordnet
sind. Die Hauptschneidplatte 6 weist eine Plattenstärke s₁
und eine Höhe von h₁ auf. Sie ist in einer durchgehenden
Nut 9 im Bohrkopf 2 eingelötet. Wie insbesondere aus der
Draufsicht oder Stirnansicht nach Fig. 2 und 3
ersichtlich, weisen die Einzelschneiden 7, 8 der
Hauptschneidplatte 6 jeweils einen dachförmigen Anschliff 10
auf, wie er sich aus Richtung der schmalen Stirnseite
(Pfeil 11) darstellt.
Der Gesteinsbohrer 1 weist weiterhin zwei Nebenschneidplatten
12, 13 auf, die in einem spitzen Winkel β₁ zur voreilenden
Hauptschneidplatte 6 angeordnet sind, wobei der Winkel β₁
etwa β₁≈60 bis 90° und insbesondere β₁≈75° beträgt. Die
beiden Nebenschneidplatten 12, 13 sind ebenfalls als in
Seitenansicht dachförmige Schneidelemente ausgebildet, wie
dies in der EP 0 322 565 B1 der Anmelderin näher erläutert
ist. Auf diese Druckschrift wird deshalb verwiesen. Die
Nebenschneidplatten 12, 13 stellen deshalb eine verkleinerte
Ausführungsform der Hauptschneidplatte 6 dar.
Wie aus den Fig. 1 bis 3 und insbesondere aus den Fig.
2 und 3 ersichtlich, ist der Querschnitt des Bohrkopfes 2 im
wesentlichen rechteckförmig ausgebildet, wobei dieser
Querschnitt durch eine seitliche Abflachung eines
kreiszylindrischen Querschnitts mit dem Durchmesser d₁
erfolgt, wobei der Durchmesser d₁ dem Wendelschaftdurchmesser
d₁ der Förderwendel 3 entspricht. An einem solchen
Rundmaterial werden zwei seitlich gegenüberliegende
Kreissegmente 14 abgeschnitten, so daß es zu den beiden
gegenüberliegenden, weitestgehend achsparallelen Seitenflanken
15, 16 mit einer Seitenlänge l₁ kommt, wobei die Segmente 14
ein Teil der Bohrmehlnut bildet. Der annähernd rechteckige
Querschnitt des Bohrkopfes wird demnach durch die beiden
gegenüberliegenden Seitenflanken 15, 16 sowie durch die
beiden, die Seitenflanken 15, 16 verbindenden
Kreisbogenabschnitte 17, 18 gebildet, die auf dem Kreis mit
dem Durchmesser d₁ liegen. Wie in Fig. 3 zur Seitenflanke 16
angedeutet, können die Seitenflanken 15, 16 auch eine leichte
konvexe (16′) oder leichte konkave (16′′) Außenfläche
aufweisen.
Die beiden Endpunkte der Seitenflanke 15 sind mit
Bezugszeichen 19, 20, die beiden Endpunkte der Seitenflanke
16 mit dem Bezugszeichen 21, 22 in Fig. 3 versehen. Die
Verbindung der beiden gegenüberliegenden Seitenpunkte 19, 22
bildet die Sehne 23. Ebenso wird eine Sehne 24 durch die′
Verbindung der Eckpunkte 20, 21 gebildet. Die Länge l₂ der
beiden Sehnen 23, 24 und damit der Abstand l₂ der beiden
parallel zueinander verlaufenden Seitenflanken 15, 16 ist
etwa gleich groß wie die Länge l₁ der Seitenflanken 15, 16
selbst (l₁≈l₂), d. h. die Eckpunkte 19 bis 22 liegen etwa
auf einem Quadratquerschnitt. Der rechteckförmige Querschnitt
wird durch einen seitlichen Ansatz von Kreissegmentabschnitte
25, 26 zur Bildung der beiden Kreisbogenabschnitte 17, 18
gebildet.
Der Querschnitt des Bohrkopfes kann jedoch auch noch
gestreckter ausgebildet sein, wobei l₁ < l₂ ist. In diesem
Fall wird die Durchtrittsfläche der Kreissegmente 14 größer
und die Flächen der Kreissegmentabschnitte 25, 26 kleiner.
Hierdurch vergrößert sich die Bohrmehlabfuhrnut.
Wie insbesondere aus der Fig. 3 ersichtlich, liegt die
Hauptschneidplatte 6 diagonal in dem durch die Eckpunkte 19
bis 22 gebildeten Quadrat oder Rechteck. Dabei verbindet die
Hauptschneidplatte 6 im Ausführungsbeispiel etwa die
Eckpunkte 19, 21, d. h. der u. a. durch die Kreissegmentfläche
14 gebildete Spanraum 27 liegt bezüglich der Drehrichtung 28
des Werkzeugs voreilend vor der Hauptschneide 10 der
Hauptschneidplatte 6. Dabei ragt die radial außenliegende
Schnittkante 36 der Hauptschneidplatte 6 weit in den
Bohrmehlnutenbereich 27 hinein (Breite s₃ in Fig. 1), so daß
eine hohe Abräumarbeit erzielbar ist. Dort wo demnach die
Hauptschneidplatte ihre Hauptabtragsleistung durchführt, ist
sie in Richtung zur Bohrmehlnut hin freigelegt, um das
Bohrmehl optimal in die Bohrmehlnut zu fördern. Auf der
Rückseite der Schnittkante 36 ist die Hauptschneidplatte 6
jedoch optimal im Bohrkopf abgestützt.
Die Hauptschneidplatte 6 weist einen Durchmesser D auf, der
zu einem Bohrlochdurchmesser d führt. Der vor den
Seitenflanken 15, 16 liegende Spanraum 27 wird demnach durch
die Kreissegmentabschnitte 14 mit dem Kreisdurchmesser d₁
zzgl. eines Kreisringabschnitts 29 mit dem Durchmesser d
gebildet.
Der Durchmesser D der Hauptschneidplatte 6 bzw. des
zugehörigen Kreises mit dem Durchmesser d bildet den
Bohrloch-Nenndurchmesser. Der seitliche Überstand über den
Wendeldurchmesser d₁ wird in bekannter Weise gewählt.
Aus Fig. 2, 3 ist weiterhin die Anordnung der beiden
fluchteten Nebenschneidplatten 12, 13 ersichtlich, die auf
einer Vertikalebene 30 liegen. Legt man eine weitere
Vertikalebene 31 durch die Eckpunkte 20, 22 des in Fig. 3
dargestellten Quadrats oder Rechtecks durch die Punkte 19 bis
22, so ist die Vertikalebene 30 um einen Winkel β₂ in
Drehrichtung 28 voreilend gegenüber der Vertikalebene 31
angeordnet, wobei der Winkel β₂≈10 bis 20° und insbesondere
β₂ = 15° ausgebildet ist. Würden beim Ausführungsbeispiel die
beiden Vertikalebenen 30, 31 zusammenfallen, so ergäbe dies
eine senkrechte Anordnung der Hauptschneidplatte 6 zu den
Nebenschneidplatten 12, 13. Die Vertikalebene 32 durch die
Hauptschneidplatte 6 bildet demnach einen Winkel β1 60 bis
90° und insbesondere β₁ = 75° zur Vertikalebene 30 durch die
Nebenschneidplatten 12, 13. Der Winkel β₃ zwischen der durch
die Eckpunkte 19, 21 führenden Vertikalebene 32 und der durch
die Eckpunkte 20, 22 führenden Vertikalebene 31 beträgt etwa
β₃≈90°. Durch diese Anordnung bilden die voreilende
Hauptschneidplatte und die nacheilenden Nebenschneidplatten
einen spitzen Winkel β₁. Dies hat u. a. auch den Vorteil, daß
die Nebenschneidplatten 12, 13 innerhalb des jeweiligen
Kreissegmentabschnittes 25, 26 liegen und damit in ihren
radial außenliegenden Bereichen optimal seitlich eingebettet
sind. Würden die beiden Nebenschneidplatten 12, 13 genau in
der Vertikalebene 31 liegen, so wäre deren nacheilender
Flankenabschnitt, d. h. der zur jeweiligen Bohrmehlnut 14
weisende Flankenabschnitt nur unzureichend durch den
Bohrerkopf abgestützt. Durch die Verlagerung dieses
Abschnittes in den Kreissegmentabschnitt 25, 26, wird eine
optimale Abstützung auch der Nebenschneidplatten 12, 13 über
ihren radial außenliegenden Bereich gewährleistet.
Der in Drehrichtung vor der jeweiligen Nebenschneidplatte
12, 13 liegende Kreissegmentabschnitt 25, 26 kann ab dem
Schnittpunkt 39 von Nebenschneidplatte und
Kreisbogenabschnitt 17, 18 ggf. wahlweise nach außen hin
abgeschnitten sein (Linie 37, 38), da dieser
"Restsegmentabschnitt" keine wesentliche abstützende Wirkung
mehr hat. Die Änderung der Linien 37, 38 als Außenkontur
führt zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wie nachfolgend
noch beschrieben.
In Fig. 3 ist der Durchmesser d₃ der beiden fluchteten
Nebenschneidplatten 12, 13 gleich groß oder etwas kleiner als
der Durchmesser D der Hauptschneidplatte 6 (d₃ D).
Vorzugsweise wird der Durchmesser d₃ etwas kleiner gewählt,
als der Durchmesser der Hauptschneidplatte 6, um die radiale
Abräumarbeit im wesentlichen der in der Stärke s₁ dickeren
Hauptschneidplatte 6 zu überlassen. Die radial außenliegenden
Schneiden der in Breitseitenansicht ebenfalls dachförmigen
Nebenschneiden 12, 13 dienen demnach im wesentlichen zur
Unterstützung der axialen Abräumarbeit des Bohrwerkzeugs.
Hierdurch wird eine Beschädigung des radial außenliegenden
Bereiches der in der Stärke s₂ wesentlich dünneren
Nebenschneidplatte vermieden.
In Fig. 3 sind die radial außenliegenden Bereiche der
Schneidplatten 12, 13 mit Bezugszeichen 33, die radial
innenliegenden Bereiche mit Bezugszeichen 34 gekennzeichnet.
Die radial außenliegenden Bereiche 33 liegen auf der gleichen
Kegelmantelfläche 35, die durch die umlaufenden Schneiden der
Hauptschneidplatte 6 gebildet wird (Fig. 1). Die beiden
innenliegenden Bereiche 34 der jeweiligen Nebenschneidplatte
12, 13 verlaufen entsprechend einem der Hauptschneidplatte 6
entsprechenden Dachwinkel α zur Bohrermitte hin nach
unten. Die radial innenliegende Bereiche 34 können jedoch ab
der Mitte der jeweiligen Nebenschneidplatte auch horizontal
zur Bohrermitte hin verlaufen.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, bei welchem die konsequente
Weiterentwicklung einer Kopfgeometrie nach dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 insbesondere auch in
löttechnischer Hinsicht vorgenommen wurde. Gleiche Teile sind
mit gleichem Bezugszeichen versehen, so daß auf die
Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3
ausdrücklich Bezug genommen wird. Der in Draufsicht
dargestellte Gesteinsbohrer nach Fig. 4 weist einen Bohrkopf
2′ auf, der einen etwa rautenförmigen Querschnitt aufweist,
wobei die Eckpunkte der Raute mit den Bezugszeichen 40 bis 43
gekennzeichnet sind. Die Verbindungslinie der Rautenpunkte
40, 41 bildet die Seitenflanke 15′ des Bohrerkopfes zur
Bildung der Bohrmehlnut bzw. des Spanraums 27′, die
Verbindungslinie der Eckpunkte 42, 43 bildet gleichermaßen
die parallel zur Seitenflanke 15′ angeordnete Seitenflanke
16′ zur Bildung des gegenüberliegenden Spanraums 27′. Dabei
liegt der jeweilige Spanraum innerhalb der durch den Umkreis
mit Durchmesser D gebildeten Kreissegmente 14.
Die beiden Eckpunkte 41, 43 liegen außerhalb des durch den
Nenndurchmesser D gebildeten Umkreises, während die beiden
Eckpunkte 40, 42 der Raute innerhalb des
Bohrerkopfdurchmessers d₁ liegen.
Die Verbindungslinie 44 der beiden Rauteneckpunkte 40, 42
sowie die Verbindungslinie 45 der beiden Rauteneckpunkte 41,
43 bilden ein Rautenkreuz, welches durch den Mittelpunkt 46
des Bohrerkopfquerschnitts bzw. der Längssymmetrieachse des
Bohrwerkzeugs verläuft. Dabei steht die Verbindungslinie 44
nahezu senkrecht auf der Längssymmetrieebene 47 durch die
Nebenschneidplatten 12, 13, während die Verbindungslinie 45
einen Winkel β₄≈2 bis 5° hierzu bildet. Die Achsen 44, 45
stehen deshalb nicht senkrecht aufeinander.
Die Hauptschneidplatte 6 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4
liegt mit ihrer Längssymmetrieebene 32 um einen Winkel
β₅≈15 bis 20° zurückversetzt gegenüber der Rautenquerachse
44.
Der Bereich zwischen der jeweiligen Nebenschneidplatte 12, 13
und der voreilenden Hauptschneidplatte 7, 8 ist beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 derart ausgebildet, daß sich
zunächst über etwa ein Drittel des dazwischenliegenden
Kreissegmentabschnittes ein bogenförmiger Verlauf 48 ergibt,
der bis zum Punkt 49 auf dem Bohrerkopfumkreis 50 mit dem
Durchmesser d₁ reicht. Ab diesem Punkt 49 verlaufen die
beiden achsparallelen Seitenflanken 37′, 38′ auf der
Rautenverbindungslinie 41, 42 bzw. 40, 43 zur Bildung des
Bohrerkopfes. Dabei verlaufen die Seitenflächen 37′, 38′
parallel zueinander. Hierdurch ergibt sich ein zusätzlicher
Spanraum oder Bohrmehlraum 51, 52, der zwischen den
Seitenflanken 37′, 38′ und dem durch den Außendurchmesser D
gebildeten Umkreis liegt.
Durch diese Anordnung der Seitenflanken 37′, 38′ und
insbesondere durch die Fortführung der Seitenflanken um ein
Maß s₂ über die gegenüberliegende Seitenkante 53, 54 der
Hauptschneidplatte 6 bis zu den Punkten 40, 42 hinaus, wird
eine komplette seitliche Einbettung der Hauptschneidplatte
erzielt, ohne daß insbesondere im vorderen Bereich der
Einzelschneiden 7, 8 der Hauptschneidplatte 6 ein spitz
zulaufender Bohrerkopfbereich entsteht. Die
Hauptschneidplatte 6 ist demzufolge derart in den Kopf
eingebettet, daß beidseitig etwa gleiche Massenverhältnisse
am Bohrerkopf vorliegen. Hierdurch können bei der
Wärmebehandlung des Bohrerkopfes zur Durchführung des
Lötvorgangs keine schädlichen Eigenspannungen im Bohrkopf
entstehen bzw. diese werden deutlich reduziert. Die Anordnung
der Hauptschneidplatte 6 im Bereich der angegebenen
Bohrerkopfraute erfolgt demzufolge derart, daß der Bohrerkopf
vollständig in einer Seitenflanke 37′, 38′ mündet, so daß
diese Seitenflanke sich auf der gegenüberliegenden Seite der
Hauptschneidplatte um den Betrag s₂ verlängert. Die
Seitenflanken und insbesondere die vorderen Schneidkanten 53,
54 der Seitenschneiden 7, 8 laufen demzufolge nicht durch die
Ecken 40, 42 des Rautenquerschnitts, sondern sind gegenüber
dieser um den Betrag s₂ leicht zurückversetzt. Hierdurch
entstehen für den Lötvorgang stabile definierte Kanten und
Flächen, die es vermeiden, daß hier eine wärmetechnisch
ungünstige Spitze vorliegt.
Wie erwähnt, liegen die Seitenflanken 15′, 16′ zur Bildung
der Hauptbohrmehlnuten sowie die Seitenflanken 37′, 38′ zur
Bildung der Nebenbohrmehlnuten 51, 52 jeweils achsparallel
und insgesamt jeweils parallel zueinander, so daß diese in
einem Fertigungsvorgang pro Seitenpaar herstellbar sind.
Die Anordnung der zueinander fluchtenden Nebenschneidplatten
12, 13 mit ihrer Längssymmetrieebene 47 gegenüber der
Anordnung der Hauptschneidplatte mit ihrer
Längssymmetrieebene 32 ist wiederum durch den Winkel β₁≈70°
vorgegeben. Der Außendurchmesser der Nebenschneidplatten 12,
13 liegt etwa auf dem Außendurchmesser D der
Hauptschneidplatte. Die Nebenschneidplatten liegen etwa mit
ihrer Längssymmetrieebene 47 im Bereich der Rautenlängsachse
45, wobei die Rautenlängsachse 45 um den Winkel β₄ voreilend
in Drehrichtung 28 des Bohrwerkzeugs angeordnet ist.
Die Nebenschneidplatten 12, 13 sind in dem durch den
Kreissegmentabschnitt 48 fortgesetzten Kreisbogen an beiden
Flanken eingebettet, wobei die Endpunkte 55, 56 auf dem
Kreisbogen gleichzeitig den Endpunkt der Seitenflanken 15′,
16′ in Fig. 4 darstellt. Mit β₆≈30° ist der Bogenabschnitt
49, 55 bzw. 49, 56 charakterisiert. Der Winkel β₇≈20° gibt
den voreilenden Winkel von der Längssymmetrieebene 47 der
Nebenschneidplatten 12, 13 bis zum Winkelstrahl 57 durch den
Punkt 49 an. Ab diesem Punkt 49 beginnen die Seitenflanken
37′, 38′.
Der Bohrkopfdurchmesser d₁ in Fig. 4 bildet gleichzeitig den
Wendelschaftdurchmesser, wie in Fig. 1 dargestellt.
Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten der Erfindung wird
explizit auch auf die aus den Zeichnungen entnehmbaren
technischen Merkmale verwiesen. Die Erfindung ist jedoch
nicht auf das beschriebene und dargestellte
Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle
fachmännischen Weiterbildungen und Verbesserungen im Rahmen
des erfindungsgemäßen Gedankens.
Claims (14)
1. Gesteinsbohrer für Hammerbohrmaschinen mit einer
eingängigen oder mehrgängigen Förderwendel (3) und mit einem
Bohrkopf (2) an dessen Stirnseite (5) eine sich über den
gesamten Durchmesser des Bohrkopfes (2) erstreckende, in
Seitenansicht dachförmig geneigte, zwei Schneiden (7, 8)
aufweisende Hauptschneidplatte (6) aus Hartmetall oder
dergleichen angeordnet ist, die die Umfangskontur des
Bohrkopfes (2) radial überragt und mit hierzu quer
angeordneten, ein- oder mehrstückig ausgebildeten
Nebenschneidplatten, wobei der Bohrerkopfquerschnitt zwei
gegenüberliegende weitestgehend achsparallele Seitenflanken
(15, 16) zur Bildung von Bohrmehlnuten (14, 27) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (2) in Draufsicht
einen im wesentlichen rechteckförmigen oder rautenähnlichen
Querschnitt aufweist, der von der Hauptschneidplatte (6)
sowie den Nebenschneidplatten (12, 13) etwa diagonal
durchsetzt ist, wobei zwischen der Hauptschneidplatte (6) und
den nacheilenden Nebenschneidplatten (12, 13) ein spitzer
Winkel β₁≈60 bis 90° eingeschlossen ist.
2. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hauptschneidplatte (6) und vorzugsweise die
Nebenschneidplatten (12, 13) mit ihrem jeweils radial
außenliegenden Bereich wenigstens auf ihrer, der
Krafteinwirkung gegenüberliegenden Seitenflächen in dem
Bohrerkopf (2) abgestützt und eingebettet sind.
3. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (2) aus einem
kreiszylindrischen Bohrkopfquerschnitt mit einem Durchmesser
d₁ gebildet ist, mit zwei gegenüberliegenden, vorzugsweise
parallelen, die Bohrmehlnuten (27) bildenden Seitenflanken
(15, 16), wobei gegenüberliegende, ggf. abgeflachte
Kreissegmentabschnitte (25, 26) zur Einbettung bzw.
Abstützung der Haupt- und/oder Nebenschneidplatten
(6, 12, 13) dienen.
4. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Seitenflanken (15, 16) eine Länge l₁
aufweisen, die jeweils dem Abstand l₂ der Seitenflanken
(15, 16) zueinander entspricht (l₁≈l₂).
5. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der
voreilenden Hauptschneidplatte (6) und den nacheilenden
Nebenschneidplatten (12, 13) β₁≈75° beträgt.
6. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser D der
Hauptschneidplatte größer oder gleich dem Außendurchmesser d₃
der fluchtenden Nebenschneidplatten (12, 6) ist
(D d₃).
7. Gesteinsbohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchmesser d₃ der Nebenschneidplatten (12, 13) etwa
dem Außendurchmesser d₁ des Bohrkopfes (2) entspricht.
8. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflanken (15, 16) zur
Bildung der Bohrmehlnuten (27) eben oder konvex gewölbt (16′)
oder konkav ausgebuchtet (16′′) ausgebildet sind.
9. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschneidplatten (12, 13)
als in Breitseitenansicht dachförmige Einzelplatten
ausgebildet sind, wobei die radial außenliegenden Bereiche
(33) auf der gleichen Kegelmantelfläche (35) liegen, wie die
Schneiden (7, 8) der Hauptschneidplatte (6).
10. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke s₁ der
Hauptschneidplatte größer ausgebildet ist, als die Wandstärke
s₂ der Nebenschneidplatten.
11. Gesteinsbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Querschnitt des Bohrkopfes rautenähnlich ausgebildet
ist, wobei zwei gegenüberliegende Spitzen (41, 43) der Raute
durch den Umkreis d₁ zur Bildung des Kopfdurchmessers d₁
abgeschnitten bzw. abgerundet sind und wobei vorzugsweise die
vertikale Symmetrielängsebene (47) durch die
Nebenschneidplatten (12, 13) etwa durch die abgeschnittenen
Rautenspitzen führt.
12. Gesteinsbohrer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rautenquerachse (44) mit ihren Eckpunkten (40, 42)
innerhalb des durch den Bohrerkopfaußendurchmesser d₁
gebildeten Umkreises liegen.
13. Gesteinsbohrer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Bohrerkopf zwei etwa achsparallele
Seitenflanken (15′, 16′) zur Bildung eines Hauptspanraums
(27′) vor der Hauptschneidplatte (6) und zwei ebenfalls etwa
achsparallele Seitenflanken (37′, 38′) aufweist, zur Bildung
von Nebenbohrmehlnuten (51, 52).
14. Gesteinsbohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptschneidplatte (6) mit
ihrer gesamten Breite s₁ vollständig innerhalb einer
Seitenfläche (40, 43 bzw. 41, 42) der Raute mündet, wobei
seitlich der Hauptschneidplatte und/oder der
Nebenschneidplatte möglichst gleiche Massenverhältnisse des
Bohrerkopfes vorliegen.
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