EP0516581A2 - Bohr- und Meisselwerkzeug mit Grundkörper und Schneidkörper - Google Patents

Bohr- und Meisselwerkzeug mit Grundkörper und Schneidkörper Download PDF

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EP0516581A2
EP0516581A2 EP92810283A EP92810283A EP0516581A2 EP 0516581 A2 EP0516581 A2 EP 0516581A2 EP 92810283 A EP92810283 A EP 92810283A EP 92810283 A EP92810283 A EP 92810283A EP 0516581 A2 EP0516581 A2 EP 0516581A2
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EP
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recess
base body
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tool according
tool
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Maximilian Stöck
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • 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
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
    • Y10T408/89—Tool or Tool with support
    • Y10T408/909—Having peripherally spaced cutting edges

Definitions

  • the invention relates to a drilling and chiseling tool with a base body made of steel and a cutting body made of hard metal in a recess of the base body, the recess being open towards the machining end of the tool and extending parallel to the main axis of the tool and passing through the cross section formed normal to the main axis Has side walls.
  • Drilling and chisel tools of the type mentioned have been widespread for many years and have accordingly proven themselves in use.
  • problems arise due to the extremely different material properties between the steel used as the base body and the hard metal used as the cutting body. These problems can arise on the one hand during production and on the other hand only when using the tools.
  • the problems that arise during production include, for example, the thermal stresses which are caused by the different thermal expansion coefficients of the materials used.
  • the invention has for its object to provide a drilling and chiseling tool, in which overstressing of the individual parts occurring in use is avoided, so that the service life of the tool is increased overall.
  • the object is achieved in that a solder seam is provided for connecting the cutting body to the base body in the region of the side walls, which has a substantially uniform distribution of the shear stress over the length extending parallel to the main axis.
  • the measure according to the invention on a drilling and chiseling tool reduces shear stress peaks in the region of the longitudinal ends of the recess. This results in a uniform distribution of the shear stresses in the solder seam creating the connection between the base body and the cutting body over the length extending parallel to the main axis. Overloads, which lead to the destruction of the solder seam and the adjacent areas of the base body and the cutting body, are avoided in this way.
  • the solder seam is preferably of different thickness over the length extending parallel to the main axis.
  • the variation of the thickness is expediently designed such that it increases towards both longitudinal ends.
  • the solder seam is therefore thicker in those areas where the highest shear stresses occur. As a result, in there is more material available for solder in those areas, so that these areas are able to better balance the shear stresses and thus reduce peaks.
  • solder seam with different thicknesses can be achieved in various ways. On the one hand, this can be done by a corresponding shape of the cutting body, so that its longitudinal extension is slightly convex. On the other hand, in an analogous manner, the recess can have a corresponding shape, which leads to a slightly convex design of the side walls in the longitudinal direction. A combination of these two measures is of course also possible.
  • the relief notches can be designed, for example, as bores which penetrate the base body in the region of the longitudinal end of the recess facing away from the machining end of the tool. Such bores impart a certain flexibility to the base body in the bottom region of the recess. Shear stress peaks can thus be reduced and, above all, any solder seam that may be present in the bottom region of the recess is relieved in such a way that breaks no longer occur here.
  • the relief notches As open grooves. These grooves preferably run parallel to the cutting body over the entire front cross-section of the tool. Applying the knowledge that the more shear stress peaks are reduced, the greater the ratio between the thickness of the cutting body and the thickness of the area surrounding the cutting body of the base body, the wall thickness of the base body remaining between the recess and the grooves is preferably 0.1 to 0 , 8 times the width of the recess. In this area of the recess, too, a resilience of the base body which serves to reduce the shear stress peaks is achieved.
  • Fig. 1 shows the machining end of a drilling and Chisel tool with base body 1 and cutting body 2.
  • the base body 1 For receiving the cutting body 2, the base body 1 has a recess 3.
  • the solder seam 4 is located between the recess 3 and the cutting body 2.
  • the solder seam 4 has a different thickness along the length running parallel to the main axis in such a way that the thickness is greatest at the two longitudinal ends.
  • the different thickness of the solder seam 4 comes about in the example shown in that the side walls of the recess 3 are slightly convex.
  • FIG. 2 shows a machining end of a drilling and chiseling tool which has a base body 5 with a recess 7, a cutting body 6 being arranged in the recess 7. There is a solder seam 8 between the cutting body 6 and the recess 7.
  • the base body 5 is penetrated by bores 9, which have the function of relief notches.
  • FIG. 3 again shows a machining end of another drilling and chiseling tool with a base body 10 and a cutting body 11 within a recess 12.
  • a solder seam 13 is arranged between the cutting body 11 and the recess 12.
  • a cutout 14, which penetrates the base body 10 is provided next to the recess 12 opposite the machining end. Because of this recess 14, the solder seam 13 is interrupted at the base of the recess 12.
  • the machining end of a drilling and chiseling tool that can be seen in FIG. 4 has a base body 15 with a recess 17 and a cutting body 16 arranged therein. There is an emergency seam 18 between the cutting body 16 and the recess 17.
  • the base body 15 has grooves 19 in the region of the machining end, which pass through the basic body 15 and are open towards the machining end are.
  • the wall thickness w remaining between the recess 17 and the grooves 19 is less than the width b of the recess 17, ie the wall thickness w is 0.1 to 0.8 times the width b of the recess 17.

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Abstract

Ein Bohr- und Meisselwerkzeug mit einem Grundkörper (1) aus Stahl enthält innerhalb einer Ausnehmung (3) einen Schneidkörper (2) aus Hartmetall. Zur Befestigung des Schneidkörpers (2) innerhalb der Ausnehmung (3) ist eine Lotnaht (4) vorgesehen. Die Verbindung des Schneidkörpers (2) mit dem Grundkörper (1) ist derart ausgebildet, dass Schubspannungsspitzen in den Endbereichen der Ausnehmung (3) unterbleiben. Diesem Zwecke dient nebst der Anordnung von Entlastungskerben eine zu den Enden hin eine zunehmende Dicke aufweisende Lotnaht (4). <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bohr- und Meisselwerkzeug mit einem Grundkörper aus Stahl und einem Schneidkörper aus Hartmetall in einer Ausnehmung des Grundkörpers, wobei die Ausnehmung zum bearbeitungsseitigen Ende des Werkzeuges hin offen ist und parallel zur Hauptachse des Werkzeuges verlaufende, den normal zur Hauptachse gebildeten querschnitt durchsetzende Seitenwände aufweist.
  • Bohr- und Meisselwerkzeuge der genannten Art sind seit vielen Jahren verbreitet und haben sich dementsprechend im Einsatz auch bewährt. Allerdings entstehen aufgrund der äusserst unterschiedlichen Materialeigenschaften zwischen dem als Grundkörper verwendeten Stahl und dem als Schneidkörper verwendeten Hartmetall Probleme. Diese Probleme können einerseits bei der Fertigung und andererseits erst beim Einsatz der Werkzeuge entstehen.
  • Zu den bei der Fertigung entstehenden Probleme zählen beispielsweise die Wärmespannungen, welche durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien hervorgerufen werden. Um diesem Problem entgegenzutreten, wird beispielsweise entsprechend DE-OS 34 26 977 vorgeschlagen, der Ausnehmung im Grundkörper eine im Vergleich zum Schneidkörper grössere Längserstreckung zu verleihen.
  • Mit dieser bekannten Lösung können die im Einsatz der Werkzeuge entstehenden wesentlich einschneidenderen Probleme keineswegs gelöst werden. Diese Probleme im Einsatz der Werkzeuge bestehen vor allem darin, dass durch die sehr unterschiedlichen Elastizitätsmodule der verwendeten Materialien Ueberbeanspruchungen auftreten, welche zu Beschädigungen führen, die die Lebensdauer der Werkzeuge beeinträchtigen. Die Ursache dieser Ueberbeanspruchungen liegt vor allem in den entlang der Hauptachse der Werkzeuge sehr unterschiedlichen Schubspannungen, welche ihre Spitzenwerte an den beiden Längsenden der Ausnehmung aufweisen. Dadurch entstehen im Bereich dieser Längsenden sowohl Beschädigungen der Lotnaht als auch Beschädigungen des Grundkörpers sowie des Schneidkörpers.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohr- und Meisselwerkzeug zu schaffen, bei dem im Einsatz entstehende Ueberbeanspruchungen der einzelnen Teile vermieden werden, so dass dadurch die Lebensdauer des Werkzeuges insgesamt erhöht wird.
  • Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Verbindung des Schneidkörpers mit dem Grundkörper im Bereich der Seitenwände eine Lotnaht vorgesehen ist, die im wesentlichen eine gleichmässige Verteilung der Schubspannung über die sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge aufweist.
  • Die erfindungsgemässe Massnahme an einem Bohr- und Meisselwerkzeug baut Schubspannungsspitzen im Bereich der Längsenden der Ausnehmung ab. Dadurch entsteht über die sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge eine gleichmässige Verteilung der Schubspannungen in der die Verbindung zwischen Grundkörper und Schneidkörper schaffenden Lotnaht. Ueberbeanspruchungen, die zur Zerstörung der Lotnaht sowie der benachbarten Bereiche von Grundkörper und Schneidkörper führen, werden dadurch vermieden.
  • In bevorzugter Weise ist zur gleichmässigen Verteilung der Schubspannung die Lotnaht über die sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge unterschiedlich dick. Die Variation der Dicke ist dabei zweckmässigerweise derart ausgebildet, dass sie zu beiden Längsenden hin zunimmt. Die Lotnaht ist damit in jenen Bereichen, wo die höchsten Schubspannungen auftreten, dicker ausgebildet. Dies hat zur Folge, dass in jenen Bereichen mehr Material an Lot zur Verfügung steht, so dass diese Bereiche in der Lage sind, die Schubspannungen besser auszugleichen und somit Spitzen abzubauen.
  • Die Erzielung einer solchen Lotnaht mit unterschiedlicher Dicke kann in verschiedenartiger Weise erfolgen. Zum einen kann dies durch eine entsprechende Form des Schneidkörpers geschehen, so dass dieser in seiner Längserstreckung leicht konvex ausgebildet ist. Zum anderen kann in analoger Weise die Ausnehmung eine entsprechende Formgebung aufweisen, was zu einer leicht konvexen Ausbildung der Seitenwände in Längserstreckung führt. Darüber hinaus ist selbstverständlich auch eine Rombination dieser beiden Massnahmen möglich.
  • Separat oder in Ergänzung zu den vorgenannten Massnahmen können entsprechende Vorkehrungen im Grundkörper getroffen werden. Diese Vorkehrungen im Grundkörper bestehen vorzugsweise in der Anordnung von Entlastungskerben, wobei solche Entlastungskerben im Bereich der Ausnehmung vorzusehen sind und sich zweckmässigerweise normal zur Hauptachse und parallel zu den Seitenwänden der Ausnehmung erstrecken. Die Wirkung solcher Entlastungskerben besteht im wesentlichen darin, dass eine gewisse Nachgiebigkeit des Grundkörpers in den kritischen Bereichen, dh im Bereich der Längsenden der Ausnehmung erzielt wird.
  • Die Entlastungskerben können beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sein, welche den Grundkörper im Bereich des vom bearbeitungsseitigen Ende des Werkzeuges abgewandten Längsende der Ausnehmung durchsetzen. Durch solche Bohrungen wird dem Grundkörper im Bodenbereich der Ausnehmung eine gewisse Nachgiebigkeit verliehen. Damit können Schubspannungsspitzen abgebaut werden und vor allem wird eine gegebenenfalls im Bodenbereich der Ausnehmung vorhandene Lotnaht derart entlastet, dass Brüche hier nicht mehr auftreten.
  • Den vorgenannten Gedanken noch konsequenter weiterverfolgend, wird gemäss einer weiteren Ausführungsform vorgeschlagen, die Entlastungskerben von einer Aussparung zu bilden, die sich an das vom bearbeitungsseitigen Ende des Werkzeuges abgewandten Längsende der Ausnehmung anschliesst. Dadurch wird eine gewisse Nachgiebigkeit des Grundkörpers erreicht, was zu einer Vermeidung von Spannungsspitzen führt.
  • Zum Abbau der Schubspannungsspitzen im Bereich des bearbeitungsseitigen Endes wird vorgeschlagen, die Entlastungskerben als offene nuten auszubilden. Bevorzugt verlaufen diese nuten parallel zum Schneidkörper über den gesamten stirnseitigen querschnitt des Werkzeuges. Unter Anwendung der Erkenntnis, dass, je mehr Schubspannungsspitzen abgebaut werden, desto grösser das Verhältnis zwischen Dicke des Schneidkörpers und Dicke des die Schneidkörper umstehenden Bereiches vom Grundkörper ist, beträgt die zwischen Ausnehmung und nuten verbleibende Wandstärke des Grundkörpers vorzugsweise das 0,1- bis 0,8-fache der Breite der Ausnehmung. Es wird damit auch in diesem Bereich der Ausnehmung eine dem Abbau der Schubspannungsspitzen dienende Nachgiebigkeit des Grundkörpers erzielt.
  • Die Erfindung soll nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1 das bearbeitungsseitige Ende eines Werkzeuges mit unterschiedlich dicker Lotnaht;
    • Fig. 2 das bearbeitungsseitige Ende eines Werkzeuges mit Bohrungen;
    • Fig. 3 das bearbeitungsseitige Ende eines Werkzeuges mit Aussparung;
    • Fig. 4 das bearbeitungsseitige Ende eines Werkzeuges mit Nuten.
  • Fig. 1 zeigt das bearbeitungsseitige Ende eines Bohr- und Meisselwerkzeuges mit Grundkörper 1 und Schneidkörper 2. Zur Aufnahme des Schneidkörpers 2 weist der Grundkörper 1 eine Ausnehmung 3 auf. Zwischen der Ausnehmung 3 und dem Schneidkörper 2 befindet sich die Lotnaht 4.
  • Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist die Lotnaht 4 entlang der parallel zur Hauptachse verlaufenden Länge eine unterschiedliche Dicke derart auf, dass die Dicke an den beiden Längsenden am grössten ist. Die unterschiedliche Dicke der Lotnaht 4 kommt im gezeigten Beispiel dadurch zustande, dass die Seitenwände der Ausnehmung 3 leicht konvex gewölbt ausgebildet sind.
  • Aus Fig. 2 ist ein bearbeitungsseitiges Ende eines Bohr- und Meisselwerkzeuges ersichtlich, das einen Grundkörper 5 mit einer Ausnehmung 7 aufweist, wobei in der Ausnehmung 7 ein Schneidkörper 6 angeordnet ist. Zwischen Schneidkörper 6 und Ausnehmung 7 besteht eine Lotnaht 8. Der Grundkörper 5 wird von Bohrungen 9 durchsetzt, welchen die Funktion von Entlastungskerben zukommt.
  • Ein bearbeitungsseitiges Ende eines weiteren Bohr- und Meisselwerkzeuges zeigt Fig. 3 wiederum mit einem Grundkörper 10 und einem Schneidkörper 11 innerhalb einer Ausnehmung 12. Eine Lotnaht 13 ist zwischen Schneidkörper 11 und Ausnehmung 12 angeordnet. Zur Erzielung der Wirkung von Entlastungskerben ist entgegen dem bearbeitungsseitigen Ende anschliessend an die Ausnehmung 12 eine Aussparung 14 vorgesehen, welche den Grundkörper 10 durchsetzt. Aufgrund dieser Aussparung 14 ist am Grund der Ausnehmung 12 die Lotnaht 13 unterbrochen.
  • Das aus Fig. 4 entnehmbare bearbeitungsseitige Ende eines Bohr- und Meisselwerkzeuges weist einen Grundkörper 15 mit Ausnehmung 17 sowie darin angeordnetem Schneidkörper 16 auf. Zwischen dem Schneidkörper 16 und der Ausnehmung 17 besteht eine Notnaht 18. Der Grundkörper 15 weist im Bereich des bearbeitungsseitigen Endes Nuten 19 auf, welche den Grundkörper 15 durchsetzen und zum bearbeitungsseitigen Ende hin offen sind. Die zwischen der Ausnehmung 17 und den Nuten 19 verbleibende Wandstärke w ist geringer als die Breite b der Ausnehmung 17, dh die Wandstärke w beträgt das 0,1- bis 0,8-fache der Breite b der Ausnehmung 17.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zeigen alle Beispiele, welche der Lösung der Aufgabe zur vorliegenden Erfindung dienen. Die Beispiele können an einem Bohr- und Meisselwerkzeug einzeln oder in geeigneter Rombination untereinander Anwendung finden, wobei eine Rombination den Vorteil hat, dass sich die vorteilhaften Wirkungen gegebenenfalls addieren.

Claims (8)

  1. Bohr- und Meisselwerkzeug mit einem Grundkörper (1, 5, 10, 15) aus Stahl und einem Schneidkörper (2, 6, 11, 16) aus Hartmetall in einer Ausnehmung (3, 7, 12, 17) des Grundkörpers (1, 5, 10, 15), wobei die Ausnehmung (3, 7, 12, 17) zum bearbeitungsseitigen Ende des Werkzeuges hin offen ist und parallel zur Hauptachse verlaufende, den normal zur Hauptachse gebildeten Querschnitt durchsetzende Seitenwände aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung des Schneidkörpers (2, 6, 11, 16) mit dem Grundkörper (1, 5, 10, 15) im Bereich der Seitenwände eine Lotnaht (4, 8, 13, 18) vorgesehen ist, die im wesentlichen eine gleichmässige Verteilung der Schubspannung über die sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge aufweist.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lotnaht (4) über die sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge eine unterschiedliche Dicke aufweist.
  3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass über die sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge die Lotnaht (4) in der Dicke zu den beiden Längsenden hin zunimmt.
  4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der parallel zur Hauptachse liegenden Längsenden der Ausnehmung (7, 12, 17) im Grundkörper (5, 10, 15) Entlastungskerben vorgesehen sind, die sich normal zur Hauptachse und parallel zu den Seitenwänden der Ausnehmung (7, 12, 17) erstrecken.
  5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungskerben den Grundkörper (5) im Bereich des vom bearbeitungsseitigen Ende abgewandten Längsende der Ausnehmung (7) durchsetzende Bohrungen (9) sind.
  6. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungskerben von einer sich an das vom bearbeitungsseitigen Ende abgewandten Längsende der Ausnehmung (12) anschliessenden, den Grundkörper (10) durchsetzenden Aussparung (14) gebildet sind.
  7. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungskerben den Grundkörper (15) im Bereich des bearbeitungsseitigen Endes durchsetzende offene Nuten (19) sind.
  8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Ausnehmung (17) und Nuten (19) verbleibende Wandstärke (w) des Grundkörpers (15) das 0,1- bis 0,8-fache der Breite (b) der Ausnehmung (17) beträgt.
EP92810283A 1991-05-02 1992-04-16 Bohr- und Meisselwerkzeug mit Grundkörper und Schneidkörper Expired - Lifetime EP0516581B1 (de)

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