EP0187971A2 - Bohrwerkzeuge - Google Patents

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EP0187971A2
EP0187971A2 EP85115973A EP85115973A EP0187971A2 EP 0187971 A2 EP0187971 A2 EP 0187971A2 EP 85115973 A EP85115973 A EP 85115973A EP 85115973 A EP85115973 A EP 85115973A EP 0187971 A2 EP0187971 A2 EP 0187971A2
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metal cutting
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groove
drilling tool
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August Haussmann
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Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Robert Bosch Power Tools GmbH
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Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Hawera Probst GmbH
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/58—Chisel-type inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • E21B10/445—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts percussion type, e.g. for masonry
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T407/1908—Face or end mill
    • Y10T407/1924—Specified tool shape
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T408/89—Tool or Tool with support
    • Y10T408/909—Having peripherally spaced cutting edges
    • Y10T408/9095—Having peripherally spaced cutting edges with axially extending relief channel
    • Y10T408/9097—Spiral channel

Definitions

  • the invention relates to a drilling tool for hammer drilling machines, preferably with a double-start spiral gear at the tip of which a hard metal cutting plate with preferably two cutting surfaces is inserted transversely to the axial longitudinal direction of the drilling tool.
  • Drilling tools for use in hammer drills are equipped with a hard metal insert on the drill head.
  • this hard metal cutting insert is used parallel to the slot outlet, for example of a double-start spiral gear (see FIG. 1 a).
  • a transverse groove is made in the spiral body, into which the hard metal insert is soldered.
  • the slot outlet on the drill head has been designed asymmetrically with respect to the insert, so that the insert holder was made thicker in the region of greater stresses (see FIGS. 1b and 1c).
  • the known drilling tools are used both in hammer drilling machines in the higher weight class (e.g. 4 kg) and in hammer drilling machines in the light weight class (e.g. 2 kg).
  • the lower ram mass compared to the heavy class is compensated for by the firing pin being opened at a higher speed the drilling tool acts. The necessary energy is therefore achieved with increased firing pin speed.
  • the invention has for its object to provide a drilling tool which has increased stability or durability when used in hammer drills with high ram speed.
  • the main idea of the present invention lies in a fundamental redesign of the drill head of conventional drilling tools, in particular to increase the section modulus of the supporting or supporting surface.
  • conventional drilling tools the hard metal cutting edge is always used parallel to the slot outlet in the drill head (see Fig. La). As a result, only a small web remains as lateral support for the cutting insert.
  • the hard metal cutting insert is inserted into the drill head rotated by 90 ° compared to the arrangement in conventional drilling tools (see FIG. 2).
  • the drilling tool according to the invention also has the advantage that the end regions of the hard metal cutting plate protrude directly into the groove outlet surface.
  • the drilling dust produced by the hard metal cutting insert is introduced directly into the groove outlet area of the drilling dust grooves in the area of origin without the need for a deflection as in conventional drilling tools.
  • the removal of the drilling dust is therefore guaranteed to the full extent even with the modified construction of the drill head.
  • the measures listed in the subclaims enable advantageous further development and improvement of the drilling tool in accordance with the main claim.
  • the hard metal cutting plate is arranged perpendicular to the groove outlet surface in order to produce a symmetrical drill head.
  • the further embodiment according to subclaim 3 provides that the lateral area of the receptacle for the hard metal cutting plate is ground, but the cross section of the drill material in the groove base of the hard metal cutting plate receptacle is not weakened. The highest shear forces occur in this area when the drill head is loaded.
  • the hard metal cutting plate 11 is introduced into the spiral passage of a two-start drilling tool in such a way that it is arranged parallel to the two groove run-out surfaces 12, 13.
  • the webs 15, 16 arranged on both sides of the groove 14 for receiving the hard metal cutting plate 11 are kept very narrow in their effective shear surface.
  • these are wedge-shaped in accordance with FIGS. 1b and 1c (15 ', 15' ', 16', 16 '').
  • the measures according to FIGS. 1b and 1c are not sufficient to prevent the drill head from shearing off in the region of the groove base of the groove 14.
  • the hard metal cutting plate 11 - as shown in FIG. 2 - is therefore arranged transversely to the groove outlet surface 12, 13. As a result, the entire remaining circular cross section is present on the side of the hard metal cutting plate, formed by the webs 17, 18.
  • FIG. 3 shows the different resistance moments according to the embodiment according to FIG. 1 (prior art) and FIG. 2 (invention).
  • the web width on the side of the hard metal cutting plate 11 (here h and h 2 ) is entered as a quadratic value in the formula for the section modulus.
  • the hard metal cutting plate 11 is arranged transversely to the slot outlet of the spiral passage.
  • FIG. 4b A schematic representation of the invention is also shown in FIG. 4.
  • the drilling tool 10 according to the invention has a drill head 19, in which the hard metal cutting plate 11 is arranged transversely or perpendicularly to the groove outlet surfaces 12, 13 of the groove outlet surfaces of the spiral passages 20, 21.
  • the full remaining material thickness h 2 of the drill material is present at the base 22 of the puncture groove 14, so that there is a high section modulus against shear or vibration fracture in this area.
  • FIG. 4a shows a side view of the representation acc. Fig. 4b. 4c, the drilling head 19 is shown in a top view, the drilling dust grooves 12, 13 formed by the groove outlet surfaces of the spiral passages 20, 21 being shown. Furthermore, the two cutting edges 23, 24 of the hard metal cutting plate 11 are shown (see also FIG. 4a).
  • the lateral areas 17, 18 for supporting the hard metal cutting plate 11 are ground.
  • the bevel angle 0 (1 with respect to the longitudinal axis 25 of the drill is approximately 20 to 40 °, in particular 30 °.
  • the full material thickness of the spiral diameter is present on the side of the hard metal cutting plate. The drilling dust is transported via the groove outlet surfaces of the spiral passages 20, 21.
  • the invention does not extend to the exemplary embodiment. Rather, it encompasses all professional developments and embodiments which result from the teaching of the invention without further ado and without inventive step.

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Abstract

Es wird ein Bohrwerkzeug für Hammerbohrmaschinen vorgeschlagen, welches eine erhöhte Standfestigkeit bzw. Dauerfestigkeit beim Einsatz in Hammerbohrmaschinen mit hoher Stößelgeschwindigkeit aufweist. Hierfür ist die Hartmetallschneidplatte (11) quer zum Nutenauslauf (12, 13) angeordnet, so daß die wirksame Widerstandsmomentenfläche im Bereich des Nutengrunds (22) der Einstichnut (14) nicht durch Nutenauslaufflächen geschwächt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug für Hammerbohrmaschinen, vorzugsweise mit einem zweigängigen Spiralgang an dessen Spitze eine Hartmetallschneidplatte mit vorzugsweise zwei Schneidflächen quer zur axialen Längsrichtung des Bohrwerkzeugs eingesetzt ist.
  • Bohrwerkzeuge zum Einsatz in Hammerbohrmaschinen werden am Bohrkopf mit einer Hartmetallschneidplatte ausgerüstet. Bei bekannten Bohrwerkzeugen wird diese Hartmetallschneidplatte parallel zum Nutenauslauf beispielsweise eines zweigängigen Spiralgangs eingesetzt (s. Fig. la). Hierfür ist in den Spiralkörper eine Quernut eingebracht, in die die Hartmetallschneidplatte eingelötet wird.
  • Um die Festigkeit gegen Ausbrechen der Schneidplatte zu erhöhen, hat man den Nutenauslauf am Bohrerkopf gegenüber der Schneidplatte unsymmetrisch gestaltet, so daß im Bereich größerer Spannungen die Schneidplattenaufnahme dicker ausgeführt war (s. Fig. lb und lc).
  • Die bekannten Bohrwerkzeuge werden sowohl in Hammerbohrmaschinen der höheren Gewichtsklasse (z. B. 4 kg) als auch in Hammerbohrmaschinen der leichten Gewichtsklasse (z. B. 2 kg) eingesetzt. Bei den Hammerbohrmaschinen der leichten Klasse wird die gegenüber der schweren Klasse geringere Stößelmasse dadurch ausgeglichen, daß der Schlagbolzen mit höherer Geschwindigkeit auf das Bohrwerkzeug einwirkt. Die notwendige Energie wird deshalb mit erhöhter Geschwindigkeit des Schlagbolzens erreicht.
  • Beim Einsatz der bekannten Bohrwerkzeuge in Hammerbohrmaschinen der leichten Klasse hat es sich gezeigt, daß die Bohrwerkzeuge geringere Standzeiten aufweisen als bei gleicher Belastung in Hammerbohrmaschinen der schweren Klasse. Diese geringere Dauerfestigkeit rührt von höheren Spannungsspitzen im Bohrerkopf her, hervorgerufen durch die hohe Anstoßgeschwindigkeit bei Hammerbohrmaschinen der leichteren Klasse.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug zu schaffen, welches eine erhöhte Standfestigkeit bzw. Dauerfestigkeit beim Einsatz in Hammerbohrmaschinen mit hoher Stößelgeschwindigkeit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Bohrwerkzeug der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt in einer prinzipiellen Umgestaltung des Bohrerkopfs von herkömmlichen Bohrwerkzeugen insbesondere zur Erhöhung des Widerstandsmoments der tragenden bzw. abstützenden Fläche. Bei herkömmlichen Bohrwerkzeugen wird die Hartmetallschneide grundsätzlich parallel zum Nutenauslauf im Bohrerkopf eingesetzt (s. Fig. la). Hierdurch bleibt nur ein geringer Steg als seitliche Abstützung der Schneidplatte übrig.
  • Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung die Hartmetallschneidplatte gegenüber der Anordnung bei herkömmlichen Bohrwerkzeugen um 90° verdreht in den Bohrerkopf eingesetzt (s. Fig. 2).
  • Hierdurch wird das Widerstandsmoment der seitlichen Abstützfläche erheblich erhöht, was zu höheren Standzeiten bzw. zu einer erhöhten Dauerfestigkeit des Bohrwerkzeugs führt.
  • Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug hat weiterhin den Vorteil, daß die Endbereiche der Hartmetallschneidplatte direkt in die Nutenauslauffläche hineinragen. Das von der Hartmetallschneidplatte erzeugte Bohrmehl wird unmittelbar im Entstehungsbereich in die Nutenauslauffläche der Bohrmehlnuten eingeleitet, ohne daß es einer Umlenkung wie bei herkömmlichen Bohrwerkzeugen bedarf. Die Abfuhr des Bohrmehls ist deshalb auch bei der geänderten Konstruktion des Bohrerkopfs im vollen Umfang gewährleistet.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des Bohrwerkzeugs gemäß dem Hauptanspruch möglich. Gemäß der Ausbildung nach Unteranspruch 2 wird bei einem zweigängigen Spiralbohrer die Hartmetallschneidplatte senkrecht zur Nutenauslauffläche angeordnet, um einen symmetrischen Bohrerkopf herzustellen.
  • Die weitere Ausgestaltung nach Unteranspruch 3 sieht vor, daß der seitliche Bereich der Aufnahme für die Hartmetallschneidplatte angeschliffen wird wobei jedoch der Querschnitt des Bohrermaterials im Nutengrund der Hartmetallschneidplatten-Aufnahme nicht geschwächt ist. In diesem Bereich treten die höchsten Scherkräfte bei Beanspruchung des Bohrerkopfes auf.
  • Die Erfindung wird anhand den Figuren sowie in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. la bis c die Ausgestaltung von Bohrwerkzeugen nach dem Stande der Technik,
    • Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs,
    • Fig. 3 eine Darstellung der Widerstandsmomente bei verschiedenen Konstruktionen,
    • Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in prinzipieller Darstellung,
    • Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit angeschliffenem Bohrerkopf.
  • Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Stand der Technik ist die Hartmetallschneidplatte 11 in den Spiralgang eines zweigängigen Bohrwerkzeugs derart eingebracht, daß sie parallel zu den beiden Nutenauslaufflächen 12, 13 angeordnet ist. Die beidseitig der Einstichnut 14 zur Aufnahme der Hartmetallschneidplatte 11 angeordneten Stege 15, 16 sind in ihrer wirksamen Scherfläche sehr schmal gehalten. Zur Erhöhung des Widerstandsmoments der Stegflächen 15, 16 sind diese gemäß den Figuren 1b und lc keilförmig ausgebildet (15', 15'', 16', 16''). Die Maßnahmen gemäß den Figuren 1b und lc reichen jedoch nicht aus, um ein Abscheren des Bohrerkopfes im Bereich des Nutgrundes der Einstichnut 14 zu vermeiden.
  • Gemäß der Erfindung wird deshalb die Hartmetallschneidplatte 11 - wie in Fig. 2 dargestellt - quer zur Nutenauslauffläche 12, 13 angeordnet. Hierdurch ist seitlich der Hartmetallschneidplatte der gesamte restliche Kreisquerschnitt vorhanden, gebildet durch die Stege 17, 18.
  • In der Darstellung gem. Fig. 3 werden die unterschiedlichen Widerstandesmomente gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 (Stand . der Technik) und Fig. 2 (Erfindung) gegenübergestellt. Gemäß der Darstellung nach Fig. la ergibt sich als wirksame Fläche zur Berechnung des Widerstandesmoments die Fläche h1 x b1 mit einem Widerstandsmoment von
    W l = 1/6 x (b1 x h1 2).
  • Das Widerstandsmoment gemäß der Darstellung nach Fig. 2 ergibt sich aus der Fläche h2 x b2 und daraus das Widerstandsmoment W2 = 1/6 (b2 x h 2 2).
  • Hieraus ist ersichtlich, daß die Stegbreite seitlich der Hartmetallschneidplatte 11 (hier h und h2) als quadratischer Wert in die Formel für das Widerstandsmoment eingeht. Zur Vermeidung des Abscherens der Stege 17, 18 müssen diese deshalb möglichst breit ausgeführt werden, was erfindungsgemäß dadurch erzielt wird, daß die Hartmetallschneidplatte 11 quer zum Nutenauslauf des Spiralgangs angeordnet ist.
  • Eine schematische Darstellung der Erfindung ist weiterhin in der Fig. 4 dargestellt. Wie aus der Fig. 4b ersichtlich, weist das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug 10 einen Bohrerkopf 19 auf, bei welchem die Hartmetallschneidplatte 11 quer bzw. senkrecht zu den Nutenauslaufflächen 12, 13 der Nutenauslaufflächen der Spiralgänge 20, 21 angeordnet ist. Hierdurch ist am Grund 22 der Einstichnut 14 die volle restliche Materialstärke h2 des Bohrermaterials vorhanden, so daß sich ein hohes Widerstandsmoment gegen Abscherung bzw. gegen Erschütterungsbruch in diesem Bereich ergibt.
  • Die Fig. 4a zeigt eine Seitenansicht der Darstellung gem. Fig. 4b. In der Fig. 4c ist der Bohrkopf 19 in Draufsicht dargestellt, wobei die Bohrmehlnuten 12, 13 gebildet durch die Nutenauslaufflächen der Spiralgänge 20, 21 dargestellt sind. Weiterhin sind die beiden Schneiden 23, 24 der Hartmetallschneidplatte 11 dargestellt (s. auch Fig. 4a).
  • Im Ausführungsbeispiel gem. Fig. 5 sind die seitlichen Bereiche 17, 18 zur Abstützung der Hartmetallschneidplatte 11 angeschliffen ausgeführt. Der Anschliffwinkel 0(1 gegenüber der Bohrerlängsachse 25 beträgt ca. 20 bis 40°, insbesondere 30°. Die so angeschliffenen Flächen 26, 27 verlaufen weiterhin gegenüber der Längsebene 28 der Hartmetallschneidplatte 11 und einem spitzen Winkel α2 ≈ 15 bis 30°, insbesondere α2 = 20°. In der Höhe des Nutengrundes 22 der Einstichnut 14 ist jedoch die volle Materialstärke des Spiraldurchmessers seitlich an der Hartmetallschneidplatte vorhanden. Der Bohrmehltransport geschieht über die Nutenauslaufflächen der Spiralgänge 20, 21.
  • Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel erstreckt. Sie umfaßt vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Ausführungsformen die sich ohne weiteres und ohne erfinderisches Zutun aus der Lehre der Erfindung ergeben.

Claims (4)

1. Bohrwerkzeug für Hammerbohrmaschinen, vorzugsweise mit einem zweigängigen Spiralgang an dessen Spitze eine Hartmetallschneidplatte mit vorzugsweise zwei Schneidflächen quer zur axialen Längsrichtung des Bohrwerkzeugs eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallschneidplatte (11) quer zum Nutenauslauf (12, 13) des Spiralgangs (20, 21) angeordnet ist.
2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem zweigängigen Bohrwerkzeug die Hartmetallschneidplatte (11) senkrecht zur Nutenauslauffläche (12, 13) verläuft, zur Bildung eines symmetrischen Bohrerkopfs (19), wobei die seitlichen Enden (29, 30) der Hartmetallschneidplatte (11) in den Nutenauslauf (12, 13) hineinragen.
3. Bohrwerkzeug nach-Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich der Hartmetallschneidplatte angeordneten Stege (17, 18) in einem Winkel von α1 ≈ 20 bis 40°, insbesondere α1 = 30° zur Bohrerlängsachse (25) und diese Fläche (26, 27) gegenüber der Längsebene (28) der Hartmetallschneidplatte (11) um einen Winkel von α2 ≈ 15 bis 30°, insbesondere α2 = 20° angeschliffen sind.
4. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Widerstandsmomentenfläche b2 x h2 im Bereich des Nutengrunds (22) der Einstichnut (14) zur Aufnahme der Hartmetallschneidplatte (11) nicht durch Nutenauslaufflächen geschwächt ist.
EP85115973A 1985-01-05 1985-12-14 Bohrwerkzeuge Expired - Lifetime EP0187971B1 (de)

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DE19853500202 DE3500202A1 (de) 1985-01-05 1985-01-05 Bohrwerkzeuge

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EP0187971A3 EP0187971A3 (en) 1987-08-19
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