EP0516581B1 - Bohr- und Meisselwerkzeug mit Grundkörper und Schneidkörper - Google Patents

Bohr- und Meisselwerkzeug mit Grundkörper und Schneidkörper Download PDF

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EP0516581B1
EP0516581B1 EP92810283A EP92810283A EP0516581B1 EP 0516581 B1 EP0516581 B1 EP 0516581B1 EP 92810283 A EP92810283 A EP 92810283A EP 92810283 A EP92810283 A EP 92810283A EP 0516581 B1 EP0516581 B1 EP 0516581B1
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reliefs
tool according
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Hilti AG
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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 according to the generic term of claim 1.
  • Drilling and chiseling tools of the type mentioned have been around for many Years and have been used accordingly also proven. However, due to the extremely different material properties between the steel used as the base body and that as the cutting body used carbide problems. On the one hand, these problems can during production and on the other hand only during use of the tools arise.
  • FR-A-1.05.105 there are different cross-sectional shapes for Recesses for hard metal inserts and for hard metal inserts in rock drills described.
  • the recesses have an essentially U-shaped axial section Profile on and can expand or to the free front end of the body narrow.
  • the gap between the hard metal insert and the boundary walls the recess in the base body is completely filled with solder.
  • a rock drill is known, the main body of which Has recess for a hard metal insert, the one in axial section has a substantially U-shaped shape.
  • the base of the recess is designed in this way and the hard metal insert is soldered in such a way that the thickness of the solder layer on the Sides of the carbide insert is greater than its thickness between the base of the Carbide insert and the recess.
  • the gap between the carbide insert and the boundary walls of the recess are filled with solder.
  • the solder seeps into the area below the base of the hard metal insert by capillary action. This range is depending on the flow behavior of the solder, gap width and capillary action more or less completely filled with solder.
  • the invention has for its object a drilling and chiseling tool to create, with the resulting stresses in use of the individual parts can be avoided so that this increases the overall service life of the tool.
  • the object is achieved in that additional cutouts are provided, being such Recesses are provided in the area of the longitudinal ends of the side walls of the recess and expediently normal to the main axis and extend parallel to the side walls of the recess and are free of solder.
  • the effect of such cutouts essentially exists in that a certain flexibility of the basic body in the critical areas, ie in the area of the longitudinal ends of the Recess is achieved.
  • the measure according to the invention on a drilling and chiseling tool builds shear stress peaks in the area of the longitudinal ends the recess. This creates about the parallel length extending to the main axis even distribution of the shear stresses in the the connection between Basic body and cutting body creating solder seam. Overuse, those to destroy the solder seam as well as the neighboring one Lead areas of base body and cutting body, are avoided.
  • the variation the thickness of the solder seam is expediently such that that the thickness increases towards both longitudinal ends.
  • the solder seam is thus in those areas where the highest shear stresses occur, formed thicker. As a result, in there is more material available in those areas, so that these areas are able to handle the shear stresses to better balance and thus reduce peaks.
  • the recesses can, for example, as bores be formed, which the base body in the area of the Machining end of the tool facing away from the longitudinal end of the side walls. Through such holes the base body in the bottom area of the recess a certain Compliance. This allows shear stress peaks be dismantled and above all one if necessary in the floor area relieves the existing solder seam in such a way that breaks no longer occur here.
  • the recesses For reducing the shear stress peaks in the area of the machining side
  • the recesses In the end it is suggested the recesses to be designed as open grooves. These preferably run Grooves parallel to the cutting body over the entire front Cross section of the tool.
  • the greater the ratio between thickness of the Cutting body and thickness of the surrounding the cutting body Area of the base body is between the recess and grooves remaining wall thickness of the base body preferably 0.1 to 0.8 times the width of the recess. It is therefore also the one in this area of the recess Reduction of the shear stress peaks serving compliance Basic body 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 has a receptacle for the cutting body 2 Recess 3 on. Between the recess 3 and the cutting body 2 is the solder seam 4.
  • the solder seam 4 along the length parallel to the main axis different thickness so that the thickness at the is greatest at both longitudinal ends.
  • the different The thickness of the solder seam 4 comes in the example shown that the side walls of the recess 3 are light are convexly curved.
  • Fig. 2 is a machining end of a drilling and Chisel tool can be seen that a body 5 with has a recess 7, wherein in the recess 7 Cutting body 6 is arranged. Between cutting body 6 and Recess 7 is a solder seam 8. The base body 5 is penetrated by holes 9, which the function of relief notches comes to.
  • a machining end of another drilling and chiseling tool 3 again shows a base body 10 and a cutting body 11 within a recess 12.
  • a solder seam 13 is between the cutting body 11 and the recess 12 arranged.
  • a recess 14 is provided in the recess 12, which penetrates the base body 10. Because of this recess 14 the solder seam 13 is interrupted at the bottom of the recess 12.
  • the machinable end of FIG. 4 of a The drilling and chiseling tool has a base body 15 Recess 17 and the cutting body 16 arranged therein. There is between the cutting body 16 and the recess 17 an emergency seam 18.
  • the base body 15 points in the area of the machining side End grooves 19 on which the base body 15 enforce and open towards the machining end are.
  • the between the recess 17 and the grooves 19th remaining wall thickness w 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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Description

Die Erfindung betrifft ein Bohr- und Meisselwerkzeug gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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-A-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.
In der FR-A-1.05,105 sind verschiedene Querschnittsformen für Ausnehmungen für Hartmetalleinsätze und für Hartmetalleinsätze bei Gesteinsbohrem beschrieben. Die Ausnehmungen weisen im Axialschnitt ein im wesentlichen U-förmiges Profil auf und können sich zum freien Vorderende des Grundkörpers erweitem oder verengen. Der Spalt zwischen dem Hartmetalleinsatz und den Begrenzungswandungen der Ausnehmung im Grundkörper ist vollständig mit Lot verfüllt. Durch die beschriebene Ausbildung der Ausnehmungen sollen bei diesem bekannten Gesteinsbohrer die Hartmetalleinsätze leichter ausrichtbar und einlötbar sein. Auf das Problem der im Betrieb auftretenden Schubspannungen wird in dieser Druckschrift nicht eingegangen.
Aus der DE-A-28 02 119 ist ein Gesteinsbohrer bekannt, dessen Grundkörper eine Ausnehmung für einen Hartmetalleinsatz aufweist, der im Axialschnitt eine im wesentlichen U-förmige Form aufweist. Die Basis der Ausnehmung ist derart gestaltet und der Hartmetalleinsatz ist derart eingelötet, dass die Dicke der Lötmittelschicht an den Seiten des Hartmetalleinsatzes grösser ist als ihre Dicke zwischen der Basis des Hartmetalleinsatzes und der Ausnehmung. Der Spalt zwischen dem Hartmetalleinsatz und den Begrenzungswandungen der Ausnehmung ist mit Lötmittel verfüllt. Das Lötmittel sickert durch Kapillarwirkung in den Bereich unterhalb der Basis des Hartmetalleinsatzes. Je nach Fliessverhalten des Lötmittels, Spaltweite und Kapillarwirkung ist dieser Bereich mehr oder weniger vollständig mit Lötmittel verfüllt. Bei diesem bekannten Gesteinsbohrer sind die Ausbildung der Lötmittelschicht und die Verfüllung des Spalts zwischen dem Hartmetalleinsatz und den Begrenungswandungen der Ausnehmung nicht vollständig kontrollierbar und unterliegen Schwankungen, die sich auf die Qualität und die Haltbarkeit der Befestigung der Hartmetalleinsätze negativ auswirken kann. Das Problem der im Betrieb auftretenden Schubspannungen ist in dieser Druckschrift nicht angesprochen.
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 zusätzliche Aussparungen vorgesehen sind, wobei solche Aussparungen im Bereich der Längsenden der Seitenwände der Ausnehmung vorgesehen sind und sich zweckmässigerweise normal zur Hauptachse und parallel zu den Seitenwänden der Ausnehmung erstrecken und frei von Lot sind. Die Wirkung solcher Aussparungen besteht im wesentlichen darin, dass eine gewisse Nachgiebigkeit des Grundkörpers in den kritischen Bereichen, dh im Bereich der Längsenden der Ausnehmung erzielt wird.
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.
Die Variation der Dicke der Lotnaht ist zweckmässigerweise derart ausgebildet, dass die Dicke 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 Kombination dieser beiden Massnahmen möglich.
Die Aussparungen können beispielsweise als Bohrungen ausgebildet sein, welche den Grundkörper im Bereich des vom bearbeitungsseitigen Ende des Werkzeuges abgewandten Längsende der Seitenwände 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 Aussparungen derart vorzusehen, dass sie sich an das vom bearbeitungsseitigen Ende des Werkzeuges abgewandten Längsende der Ausnehmung anschliessen. 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 Aussparungen 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.
Das Wesen der Erfindung soll nunmehr anhand der einzelne Merkmale des erfindungsgemäßen Werkzeugs 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 Kombination untereinander Anwendung finden, wobei eine Kombination den Vorteil hat, dass sich die vorteilhaften Wirkungen gegebenenfalls addieren.

Claims (6)

  1. Bohr- und Meisselwerkzeug mit einem Grundkörper (1, 5, 10, 15) aus Stahl, der eine zum bearbeitungsseitigen Ende des Werkzeugs hin offen Ausnehmung (3, 7, 12, 17) aufweist, die sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende und einen normal zur Hauptachse des Grundkörpers gebildeten Querschnitt durchsetzende Seitenwände aufweist, und einem Schneidkörper (2, 6, 11, 16) aus Hartmetall, der mit Hilfe einer Lotnaht (4, 8, 13, 18), die über ihre sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge eine unterschiedliche Dicke besitzt, in der Ausnehmung (3, 7, 12, 17) im Grundkörper (1, 5, 10, 15) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Längsenden der Seitenwände der Ausnehmung (7, 12, 17) für den Schneidkörper (6, 11, 16) im Grundkörper (5, 10, 15) zusätzliche Aussparungen (9, 14, 19) vorgesehen sind, die sich normal zur Hauptachse und parallel zu den Seitenwänden erstrecken und frei von Lot sind.
  2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die sich parallel zur Hauptachse erstreckende Länge die Lotnaht (4) in der Dicke zu den beiden Längsenden hin zunimmt.
  3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen den Grundkörper (5) im Bereich des vom bearbeitungsseitigen Ende abgewandten Längsende der Seitenwände durchsetzende Bohrungen (9) sind.
  4. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (14) an das vom bearbeitungsseitigen Ende abgewandten Längsende der Ausnehmung (12) anschliessen und den Grundkörper (10) durchsetzen.
  5. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen den Grundkörper (15) im Bereich des bearbeitungsseitigen Endes durchsetzende offene Nuten (19) sind.
  6. Werkzeug nach Anspruch 5, 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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DE4114271 1991-05-02

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Publication Number Publication Date
EP0516581A2 EP0516581A2 (de) 1992-12-02
EP0516581A3 EP0516581A3 (en) 1993-07-07
EP0516581B1 true EP0516581B1 (de) 1998-07-15

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