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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bohrer und insbesondere
auf einen Bohrer, der mit Dreh- und Schlagbohrmaschinen oder mit
elektro-pneumatischen Hämmern
verwendbar ist.
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Ein
solcher Bohrer kommt insbesondere zur Anwendung, wenn Beton, Beton-Zuschlagstoff,
Ziegel, Naturstein oder ähnliches
Material gebohrt wird und wird hierin nachfolgend als Steinbohrer
bezeichnet.
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Bei
den bekannten Steinbohrern ist eine Hartmetall- oder Metallkarbidspitze
mit Kanten für das
Bohren der vorher angeführten
Materialien vorgesehen. Die Spitze ist normalerweise in ein Ende
eines Bohrerschafts hart eingelötet.
Der Schaft ist normalerweise ein wendelförmiger Stahlkern mit einem Schaft
an seinem freien Ende zum Einsetzen in einen Spannfuttermechanismus
einer Werkzeugmaschine, wie sie vorher angeführt ist.
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Die
bekannten Steinbohrer kommen mit vielen der Materialien, die sie
zu bohren haben, zufriedenstellend zurecht. Es ist jedoch insbesondere
ein Material bekannt, bei dem es Probleme mit den Steinbohrern gibt.
Dieses Material ist Stahlbeton oder "bewehrter Beton".
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Stahlbeton
ist ein Gemisch von Zement und Kies (Beton), verstärkt durch
Stahlstäbe.
Die Stahlstäbe
erhöhen
die Festigkeit des Betons und verhindern, dass die Struktur zusammenbricht,
wenn der Beton schadhaft wird. Normalerweise sind die Be wehrungsstäbe auch
noch vorgespannt, um die Materialeigenschaften des Stahlbetons zu
verbessern.
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Es
ist jedoch die Präsenz
dieser Stäbe,
die die Probleme hervorruft, wenn unter Verwendung der bekannten
Steinbohrer gebohrt wird. Wenn der Bohrer auf einen Stab trifft,
wird er abgelenkt und beeinträchtigt
das Loch, das gebohrt wird, oder der Steinbohrer drückt den
Stahlstab einfach aus dem Weg, wobei der Bohrer beschädigt wird.
In jedem Fall wird die Geschwindigkeit der Tiefeneindringung wesentlich
verlangsamt. Normalerweise ist es so, dass, nachdem die bekannten
Steinbohrer auf fünf
Stäbe getroffen
sind, sie nicht mehr brauchbar sind.
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Ferner
wird angenommen, wenn es auch für einen
Steinbohrer wichtig ist, ein Loch in einem Werkstück so schnell
wie möglich
zu erzeugen, dass die Lebensdauer des Bohrers und ein Minimum von Absplitterungen
an den Lochkanten von den Benutzern eines Steinbohrers als wichtiger
angesehen werden, als eine Einsparung von für das Bohren eines Lochs in
einem vorgegebenem Material mit dem Bohrer erforderlicher Zeit.
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US-Patent
Nr. 2,879,306 (Wheeler) hat versucht, sich diesen Problemen zuzuwenden,
und offenbart einen Bohrer gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs. Ferner wird auch die Europäische Patentveröffentlichung
Nr. EP-A-761927, eingereicht im Namen von Black & Decker, als relevanter Stand der
Technik für
die laufende Anmeldung, lediglich hinsichtlich der Neuheit, bezüglich der
benannten Staaten: Vereinigtes Königreich,
Deutschland, Frankreich, Schweden, Spanien, Schweiz und Niederlande wegen
ihrer Einreichung vor dem Prioritätsdatum der vorliegenden Patentbeschreibung
angesehen. Die Europäische
Patentveröffentlichung
Nr. EP-A-0761927 offenbart einen Steinbohrer mit einer Bohrerspitze
mit einem mittleren Bereich, der sich vor einem äußeren Bereich erstreckt, der
ausgebildet ist, um während
des Schlagbohrens als ein Meißel
zu wirken, und wobei der äußere Bereich
ausgebildet ist, ein Werkstück
zu schneiden, wenn sich die Bohrmaschine dreht.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie beim Bohren
in einer Vielzahl von Materialien, insbesondere in Stahlbeton, eine
verbesserte Leistungsfähigkeit
zur Verfügung
stellt und die Lebensdauer und Haltbarkeit eines Steinbohrers erhöht.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Bohrer zur Verfügung gestellt mit einem Schaft
und einer Spitze für
den Eingriff mit einem Werkstück,
die an jeder Seite einer Mittelachse des Bohrers mit mehreren gestuften
Bereichen ausgebildet ist, die so geformt sind, dass sie bei Drehung
des Bohrers um die Achse ein Werkstück schneiden, wobei zwischen den
inneren gestuften Bereichen eine zentrale Meißelkante vorgesehen ist und
jeder gestufte Bereich an gegenüberliegenden
Seiten der Spitze zwei symmetrische Schneidkanten aufweist und die
Schneidkanten nach hinten bezüglich
einer senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt sind, dadurch
gekennzeichnet, dass die zentrale Meißelkante von zwei Paaren von
Flanken gebildet wird, die von der zentralen Meißelkante weg geneigt sind.
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Durch
ein solches Einbeziehen einer Flanke an den Vorderkanten der zentralen
Meißelkante
so, dass die zentrale Meißelkante
negative Vorderkanten hat, wird das Auftreten einer Beschädigung der
Bohrerspitze weniger wahrscheinlich.
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Vorzugsweise
sind die Flanken jedes Paares unter unterschiedlichen Winkeln geneigt.
Bevorzugter ist eine Flanke jedes Paares unter einem Winkel zwischen
30° und
40°, idealerweise
unter etwa 35°, zu
einer senkrecht zur Achse des Schafts liegenden Ebene geneigt, und
die andere Flanke jedes Paares ist zwischen 50° und 60°, idealerweise unter etwa 55°, zu derselben
Ebene geneigt. Die vordere Flanke jedes Paares ist die Flanke, die
vorzugsweise unter etwa 55° geneigt
ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann die Spitze aus Wolframkarbid oder einem anderen gleichwertigen
Material bestehen.
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Wenn
die Spitze aus Stahl besteht, ist sie vorzugsweise einstückig mit
dem Schaft des Bohrers ausgebildet. Natürlich kann die Spitze aus einem
anderen Material als der Schaft hergestellt sein, wenn das geeigneter
ist.
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Vorzugsweise
weist jeder gestufte Bereich an gegenüberliegenden Seiten der Spitze
zwei symmetrische Schneidkanten auf. Ferner sind die Schneidkanten
in Bezug auf den zentralen Meißelbereich
vorzugsweise nach hinten geneigt. Bevorzugter ist zwischen den beiden
Schneidkanten in einer Ebene, welche die Achse aufnimmt, ein Winkel
zwischen 90° und
130° gebildet.
Dadurch kann eine sauberere Kante für das Bohrloch erreicht werden.
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Vorzugsweise
ist jede Schneidkante durch eine Abflachung gebildet, die sich von
der Schneidkante unter einem Winkel zwischen 35° und 40° bezüglich einer senkrecht zur Schaftachse
liegenden Ebene nach hinten erstreckt.
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Der
Schaft weist, wie die meisten normalen Steinbohrer, vorzugsweise
zur Unterstützung
des Entfernens von Bohrmehl während
des Bohrens einen wendelförmigen
Kern auf.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun lediglich in Form eines Beispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, die zeigen in
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1 eine Perspektivansicht
einer Bohrerspitze für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
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2 eine Seitenansicht der
Bohrerspitze von 1,
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3 eine Ansicht der Bohrerspitze
von 1 von oben,
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4 eine erste Endansicht
der Bohrerspitze von 1,
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5 eine zweite Endansicht
der Bohrerspitze von 1,
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6 eine Perspektivansicht
einer zweiten Ausführung
einer Bohrerspitze für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung, und
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7 eine Vorderansicht eines
Steinbohrers.
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Bezug
auf die Zeichnungen nehmend kann ein Steinbohrer gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Schaft 3 (von dem ein Ende 2 in
gestrichelten Linien in 2 bis 5 dargestellt ist) und eine
Bohrerspitze 1 aufweisen. Der Schaft 3 weist einen
Einspannschaft 7 zum Einsetzen in ein Spannfutter oder einen
Werkzeughalter einer Bohrmaschine oder eines Bohrhammers und einen
wendelförmigen
Stahlkern 9 auf, der sich in eine Vorwärtsrichtung von dem Einspannschaft
(7) erstreckt. Der Kern
kann je nach Wahl für
die erforderliche Anwendung mit Nuten versehen oder gerade sein.
Das Ende des Kerns ist mit einem Schlitz versehen, um die Bohrerspitze 1 aufzunehmen.
Die Bohrerspitze 1 kann aus Wolframkarbidhartmetall bestehen
und durch Hartlöten
an dem Kern befestigt sein. Alternativ kann die Spitze 1 durch
Schweißen
oder durch eine andere geeignete mechanische Befestigungsausführung befestigt
sein.
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Nun
auf die 1 bis 5 Bezug nehmend hat die Bohrerspitze 1 einen
Durchmesser D und weist einen Mittelbereich 11 und einen äußeren Bereich 13 auf.
Der Mittelbereich 11 hat eine Breite B zwischen etwa 0,25D
und 0,75D. Die jeweilige relative Breite des Mittelbereichs wird
durch den effektiven aktiven Durchmesser des Bohrers bestimmt. Wenn
zum Beispiel der aktive Durchmesser klein ist, wie zum Beispiel
4 mm, ist die relative Breite des Mittelbereichs vorzugsweise groß, wie zum
Beispiel 0,75D. Wenn der aktive Durchmesser groß ist, wie zum Beispiel 20 mm,
ist die relative Breite des Mittelbereichs kleiner, wie zum Beispiel
0,33D. Das ist so, weil dann, wenn die relative Breite des Mittelbereichs
für einen
Bohrer mit einem großen
aktiven Durchmesser groß ist,
die Kante des durch den Bohrer erzeugten Lochs zerhackt oder beim
Bohren in anderer Weise beschädigt werden
kann.
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Der
Mittelbereich 11 ist ausgebildet, um als ein Meißel zu wirken,
wenn der Bohrer mit einer Schlagbohrmaschine oder mit einem Bohrhammer verwendet
wird. Bei einer solchen Verwendung wird der Mittelbereich eines
Loches, das gebohrt wird, mit dem Mittelbereich des Bohrer geschlagen
oder gemeißelt,
wodurch das Werkstück
Risse erhält
und in diesem Gebiet zerkleinert wird. Der äußere Bereich des Bohrers formt
den äußeren Bereich
des Lochs in einer noch zu beschreibenden Art und Weise.
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Der
Mittelbereich 11 der Bohrerspitze weist eine Meißelkante 15 auf,
die durch zwei Sätze
von Flanken 17a, 17b, 19a, 19b gebildet
wird. Bei Verwendung dreht sich der Bohrer in Richtung des Pfeils A
in 3. Dadurch wird die
Vorderkante des Mittelbereichs 11 durch die Flanken 17a, 19a gebildet.
Die Vorderkanten 17a, 19a sind normalerweise unter
einem Winkel zwischen etwa 50° und
etwa 70° zu
einer senkrecht zu der Bohrerachse liegenden Ebene geneigt. Vorzugsweise
beträgt
der Winkel 60° zu
der senkrecht zu der Bohrerachse liegenden Ebene. Die Hinterflanken 17b, 19b sind
nicht so steil. Sie sind normalerweise unter einem Winkel von etwa
30° zu der
senkrecht zu der Bohrerachse liegenden Ebene geneigt.
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Die
Meißelkante 15 kann
dort, wo die Flanken zusammentreffen, als eine scharfe Kante gebildet
sein. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine sehr geringfügige Krümmung hilft,
eine Beschädigung
der Spitze während
der Verwendung zu vermeiden, wobei eine solche Beschädigung bewirkt,
dass die Bohrerspitze instabil wird.
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Der äußere Bereich
der Bohrerspitze 1 weist auf jeder Seite des Mittelbereichs
Schneidkanten 21 auf, die zwischen den vorderen und hinteren
Flächen 23 der
Spitze zusammen mit einer Folge von geneigten Abflachungen 25 ausgebildet
sind, die sich von den Schneidkanten 21 nach hinten erstrecken.
Die Abflachungen erstrecken sich von den Schneidkanten 21 unter
einem Winkel zwischen 35° und
40° bezüglich einer
senkrecht zur Schaftachse liegenden Ebene nach hinten. Die Schneidkanten
sind mit Stufen gebildet. Die Stufen stellen eine Anzahl von nach unten
gerichteten Teilen dar, die jede der Abflachungen 25 in
der Folge verbinden. Die Schneidkanten 21 sind wiederum
mit einer geringfügigen
Krümmung versehen,
wodurch starke Beschädigungen
der Schneidkante 21 während
der Verwendung vermieden werden.
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Jede
der vorderen und hinteren Flächen 23 bildet
eine in Drehrichtung des Bohrers (Richtung A in 3) voreilende Fläche, wobei jede der Schneidkanten 21 von
solchen voreilenden Flächen 23 zurückgesetzt
ist (5). Das ist in 4 und 5 deutlich zu erkennen, wobei die Schneidkante 21 zwischen
den Folgen der geneigten Abflachungen 25, die sich von
den Schneidkanten 21 nach hinten erstrecken, und einer
nach vorn geneigten Fläche
gebildet sind, die sich von der Schneidkante 21 nach vorn
und im wesentlichen koplanar mit den Flanken 19a bzw. 17a (4) erstreckt.
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Die
Anzahl der Stufen ist von dem Durchmesser des Bohrers abhängig. Ein
größerer Bohrer (wie
in der Ausführung
der 1 bis 5) weist normalerweise eine
größere Anzahl
von Stufen auf, als ein Bohrer mit kleinerem Durchmesser (wie in
der Ausführung
von 6). Der Winkel zwischen
dem äußeren Teil
der Schneidkanten 21 kann zwischen etwa 90° und 130° in der Schaftebene
betragen. Die Anzahl der Stufen ist weiterhin von der Strecke abhängig, um
die sich der Bohrer während
eines Hammer-Zyklus bewegt. Vorzugsweise beträgt die Höhe jedes gestuften Bereichs
in Richtung der Bohrachse mindestens das Dreifache der Strecke,
um die sich der Bohrer während
eines Hammerzyklus bewegt.
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Die
Außenseiten 27 der
Bohrerspitze können sich
von den Schneidkanten 21 nach innen verjüngen. Diese
Anordnung verhindert ein Verschmutzen des Bohrers und erlaubt es
der Bohrerspitze, ein genaues und glattes Loch in das Werkstück zu schneiden.
Gleichermaßen
können
sich der Mittelbereich und jede der Stufen nach innen von den vorderen Flächen 17a, 19a weg
verjüngen.
Normalerweise kann der Grad der Verjüngung zwischen 8° und 12° betragen und
er beträgt
vorzugsweise 8°,
wie es in 3 dargestellt
ist.
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Bei
Gebrauch dient nach dem Beginn der Lochbearbeitung, wie vorher beschrieben,
der äußere Bereich
der Bohrerspitze dazu, das Loch zu schneiden. Die Stufen im äußeren Bereich
der Bohrerspitze bewirken, dass der äußere Bereich in einem beschränkten Ausmaß als ein
Meißel
entlang der Gesamtheit der Schneidkanten 21 wirken kann.
Dieser Bohrvorgang mit Doppelwirkung erzeugt ein sauberes und genaues
Loch in einem Werkstück.
Weiterhin führt
die Änderung
der Richtung der Schneidkanten durch die Stufenbildung, d. h. die
Unterbrechung der Schneidkanten, zu verringerten Schneidkräften. Ferner
bilden sich beim Schneiden von Stabmetall (in Stahlbeton) infolge
der unterbrochenen Schneidkanten kleine anstatt lange Späne, die
vom Bohrbereich einfach entlang dem wendelförmigen Stahlkern transportiert
werden können.
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Die
gestufte Ausgestaltung der Schneidkante dient der Verbesserung der
Schneidleistung der Bohrerspitze, wenn sie auf einen Stab im Stahlbeton trifft,
da im Vergleich zu einer Standard-Steinbohrerspitze ein kleinerer Bereich
der Spitze (eine Stufe) den Stab berührt und bei Kontakt mit dem
Stab eine größere Kraft
pro Flächeneinheit
der Schneidkante erzeugt. Das erlaubt es, den Stab schneller zu schneiden.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Bohrerspitze gemäß der Erfindung
ist in 6 dargestellt.
Dieses Ausführungsbeispiel
ist für
einen Bohrer mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser
des vorherigen Ausführungsbeispiels
geeignet. Wie zu erkennen ist, sind hier weniger gestufte Bereiche
als im vorherigen Ausführungsbeispiel
vorhanden.
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Der äußere Bereich
der Bohrerspitze 101 weist auf jeder Seite des Mittelbereichs
Schneidkanten 121 auf, die zusammen mit einer Folge von
geneigten Abflachungen 125 zwischen der vorderen und hinteren
Fläche 123 der
Spitze gebildet sind, die sich von den Schneidkanten 121 nach
hinten erstrecken. Die Abflachungen er strecken sich unter einem Winkel
zwischen 35° und
40° bezüglich einer
senkrecht zur Schaftachse liegenden Ebene von den Schneidkanten 121 nach
hinten. Die Schneidkanten sind mit Stufen ausgebildet. Die Stufen
stellen eine Anzahl von nach unten gerichteten Teilen dar, die jede
der Abflachungen 125 in der Folge verbinden.
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Zwischen
den am weitesten innen liegenden Stufen befindet sich eine zentrale
Meißelkante 115, die
von zwei Flankenpaaren gebildet wird (117a, 119b dargestellt; 117b, 119a nicht
dargestellt), die von der zentralen Meißelkante weg geneigt sind. Eine
Flanke 117b, 119b jedes Paars ist unter einem Winkel
zwischen 30° und
40° zu einer
senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt. Eine Flanke 117a, 119a jedes
Paars ist unter einem Winkel zwischen 50° und 60° zu einer senkrecht zur Achse
des Bohrers liegenden Ebene geneigt.