EP4415910A1 - Bohrkrone mit verbesserter entfernung des bohrkerns - Google Patents

Bohrkrone mit verbesserter entfernung des bohrkerns

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Publication number
EP4415910A1
EP4415910A1 EP22800105.3A EP22800105A EP4415910A1 EP 4415910 A1 EP4415910 A1 EP 4415910A1 EP 22800105 A EP22800105 A EP 22800105A EP 4415910 A1 EP4415910 A1 EP 4415910A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill
segment
minimum value
lateral surface
drill bit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22800105.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcel Sonderegger
József SZABÓ
Alexander Grether
Andreas Oliver Schlag
Cliff Toldo
Matthaeus Hoop
Jens Stracke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP4415910A1 publication Critical patent/EP4415910A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/04—Drills for trepanning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/04—Drills for trepanning
    • B23B51/0467—Details of the tubular body sidewall
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/04—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs
    • B28D1/041—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs with cylinder saws, e.g. trepanning; saw cylinders, e.g. having their cutting rim equipped with abrasive particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2265/00—Details of general geometric configurations
    • B23B2265/08—Conical

Definitions

  • the present invention relates to a drill bit according to the preamble of claim 1.
  • Segmented drill bits include a drill shank with a shank and a cutting section with multiple drill segments.
  • the drill bits are attached via the shank in the tool holder of a core drilling device and are driven during drilling by the core drilling device about an axis of rotation which runs coaxially to the longitudinal axis of the drill shaft.
  • the drill stem has a cylinder with a cylinder axis that defines the longitudinal axis of the drill stem.
  • the drill segments have an outer lateral surface and an inner lateral surface, with the inner lateral surface being designed as a section of a cylinder and having a constant inner distance from the longitudinal axis in a plane perpendicular to the longitudinal axis.
  • a drill core is created inside the drill bit, which has to be removed from the drill bit after drilling, which can lead to problems and the drill core gets stuck inside.
  • Particular problems are caused by fragments that break out of the drill core and can get stuck between the drill bit and the drill core.
  • Segmented drill bits are divided into drill bits with a replaceable cutting section that is detachably connected to the drill shaft and drill bits with a fixed cutting section.
  • Replaceable cutting bits have easier core removal than fixed cutting bits because the cutting portion can be detached to remove the core.
  • the object of the present invention is to develop a drill bit with three or more drill segments in which the risk of jammed drill cores is reduced even for small drill bit diameters.
  • the removal of a stuck drill core should be simplified.
  • the drill bit is characterized in that the first inner distance varies between a first maximum value and a first minimum value and has exactly a first absolute minimum value over the circumference of the first drilling segment, the second inner distance over the circumference of the second drilling segment is greater than or equal to the first absolute minimum value and the third interior distance about the circumference of the third drilling segment is greater than or equal to the first absolute minimum value.
  • the drill bit according to the invention comprises a first drill segment with a first inner lateral surface, which has a first inner distance to the longitudinal axis, a second drill segment, which has a second inner distance to the longitudinal axis, and a third drill segment, which has a third inner distance to the longitudinal axis, the first inner distance varies between a first maximum and minimum value and the second and third inner distances over the circumference of the second and third drilling segment are greater than or equal to the first absolute minimum value. Due to the fact that the first drill segment has exactly a first absolute minimum value over the circumference, the contact surface between the first drill segment and the drill core is limited to the area of the first absolute minimum value.
  • the first inner distance has two first maximum values over the circumference of the first drilling segment, with the first absolute minimum value being arranged between the first maximum values in the circumferential direction.
  • the distribution of the first maximum values and the first absolute minimum value over the circumference of the first drill segment makes it possible to produce a first drill segment with a small contact area with the drill core.
  • the first drill segment can only be in contact with the drill core in the area of the first absolute minimum value; all other areas of the first inner lateral surface have a gap to the drill core.
  • the first inner distance preferably describes a first mathematical function over the circumference of the first drilling segment, which is in the range of the first absolute minimum value is strictly monotonous. Due to the strictly monotonous progression of the first inner distance in the area of the first absolute minimum value, the contact surface to the drill core and thus the areas in which the drill core can jam are reduced.
  • the first absolute minimum determines the diameter of the drill core, which is twice the first absolute minimum.
  • the second inner distance varies between a second maximum value and a second minimum value and has exactly a second absolute minimum value over the circumference of the second drilling segment. Due to the fact that the second drilling segment has exactly a second absolute minimum value over the circumference, the contact area between the second drilling segment and the drill core is limited to the area of the second absolute minimum value. The second drill segment only has a contact surface with the drill core if the first absolute minimum value and the second absolute minimum value match.
  • the second inner distance has two second maximum values over the circumference of the second drilling segment, with the second absolute minimum value being arranged between the second maximum values in the circumferential direction.
  • the distribution of the second maximum values and the second absolute minimum value over the circumference of the second drill segment makes it possible to produce a second drill segment with a small contact area with the drill core.
  • the second drilling segment can only be in contact with the drill core in the area of the second absolute minimum value; all other areas of the second inner lateral surface have a gap to the drill core.
  • the second inner distance preferably describes a second mathematical function over the circumference of the second drilling segment, which is strictly monotonic in the area of the second absolute minimum value. Due to the strictly monotonous progression of the second inner distance in the area of the second absolute minimum value, the contact area with the drill core and thus the areas in which the drill core can jam are reduced.
  • the third inner distance varies between a third maximum value and a third minimum value and has exactly a third absolute minimum value over the circumference of the third drilling segment. Due to the fact that the third drill segment has exactly a third absolute minimum value over the circumference, the contact area between the third drill segment and the drill core is limited to the area of the third absolute minimum value.
  • the third drilling segment only has a contact surface with the drill core if the first absolute minimum value and the third absolute minimum value match.
  • the third inner distance has two third maximum values over the circumference of the third drilling segment, with the third absolute minimum value being arranged between the third maximum values in the circumferential direction.
  • the distribution of the third maximum values and the third absolute minimum value over the circumference of the third drill segment makes it possible to produce a third drill segment with a small contact area with the drill core.
  • the third drilling segment can only be in contact with the drill core in the area of the third absolute minimum value; all other areas of the second inner lateral surface have a gap to the drill core.
  • the third inner distance describes a third mathematical function over the circumference of the third drilling segment, which is strictly monotonous in the range of the third absolute minimum value. Due to the strictly monotonous progression of the third inner distance in the area of the third absolute minimum value, the contact surface to the drill core and thus the areas in which the drill core can jam are reduced.
  • the first inner lateral surface is designed as a section of a first cylinder, the second inner lateral surface as a section of a second cylinder and the third inner lateral surface as a section of a third cylinder.
  • the formation of the first, second and third inner lateral surface as a section of a first, second or third cylinder has the advantage that the removal properties of the first, second and third drill segment are constant over the height.
  • the first cylinder has a first base area that is different from a circular shape and/or the second cylinder has a second base area that is different from a circular shape and/or the third cylinder has a third base area that is different from a circular shape a circular shape is different.
  • the formation of the inner lateral surface as a section of a cylinder with a non-circular base has the advantage that the contact surface between the drilling segment and the drilling core can be reduced.
  • the first inner lateral surface is designed as a section of a first inner cone, which tapers in the direction of a first top side opposite the underside of the first drilling segment
  • the second inner lateral surface is designed as a section of a second cylinder
  • the third inner lateral surface is designed as a section of a third cylinder .
  • the first inner cone preferably has a first base area that is different from a circular shape, and/or the second cylinder has a second base area that is different from a circular shape, and/or the third cylinder has a third base area that is a circular shape is different.
  • the formation of the inner lateral surfaces as a section of an inner cone or a cylinder with a non-circular base has the advantage that the contact surface between the drill segments and the drill core can be reduced.
  • the first base has a first elliptical shape and/or the second base has a second elliptical shape and/or the third base has a third elliptical shape; the elliptical shape is particularly suitable as a non-circular base.
  • the first inner lateral surface is a section of a first inner cone, which tapers in the direction of a first upper side opposite the underside of the first drilling segment
  • the second inner lateral surface is a section of a second inner cone, which tapers in the direction of an underside of the second drilling segment opposite second top tapers
  • the third inner lateral surface formed as a portion of a third cylinder.
  • the first inner cone preferably has a first base area that is different from a circular shape, and/or the second inner cone has a second base area that is different from a circular shape, and/or the third cylinder has a third base area that is a circular shape is different.
  • the formation of the inner lateral surfaces as a section of an inner cone or a cylinder with a non-circular base has the advantage that the contact surface between the drill segments and the drill core can be reduced.
  • the first base has a first elliptical shape and/or the second base has a second elliptical shape and/or the third base has a third elliptical shape; the elliptical shape is particularly suitable as a non-circular base.
  • the first inner lateral surface is a section of a first inner cone, which tapers in the direction of a first upper side opposite the underside of the first drilling segment
  • the second inner lateral surface is a section of a second inner cone, which tapers in the direction of an underside of the second drilling segment opposite second top tapers
  • the third inner lateral surface as a portion of a third inner cone, which extends towards one of the underside of the third Bohrsegmentes opposite third top tapers formed.
  • the first inner cone has a first base that is different from a circular shape and/or the second inner cone has a second base that is different from a circular shape and/or the third inner cone has a third base that is a circular shape is different.
  • the formation of the first and/or second and/or third inner lateral surface as a section of an inner cone with a non-circular base has the advantage that the contact surface between the drill segment and the drill core can be reduced.
  • the first base has a first elliptical shape and/or the second base has a second elliptical shape and/or the third base has a third elliptical shape; the elliptical shape is particularly suitable as a non-circular base.
  • the first drilling segment, the second drilling segment and the third drilling segment are preferably of identical design. Particularly preferably, the first drilling segment, second drilling segment and third drilling segment are arranged so as to be evenly distributed in the circumferential direction.
  • a drill bit with three drill segments that are identical within the framework of manufacturing accuracy has uniform removal properties.
  • the first absolute minimum value, second absolute minimum value and third absolute minimum value are arranged with an offset of approximately 120° in the circumferential direction and lead to a mirror-symmetrical structure of the drill bit. Due to the mirror-symmetrical design, vibrations of the drill bit during drilling can be reduced and the smooth running of the drill bit can be improved.
  • FIG. 1 a drill bit with a drill shank and three drill segments that are attached to the drill shank;
  • FIGN. 2A, B a first embodiment of a drill bit according to the invention with a drill shaft and three drill segments in a three-dimensional view (FIG. 2A) and in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis of the drill shaft (FIG. 2B);
  • FIGN. 3A,B the drill bit of FIG. 2A in a view of the upper side of the drill segments (FIG. 3A) and the drill segments in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis of the drill shaft (FIG. 3B);
  • FIGN. 4A, B a second embodiment of a drill bit according to the invention with a drill shaft and three drill segments in a three-dimensional view (FIG. 4A) and in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis of the drill shaft (FIG. 4B);
  • FIGN. 5A,B the drill bit of FIG. 4A in a view of the upper side of the drill segments (FIG. 5A) and the drill segments in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis of the drill shaft (FIG. 5B);
  • FIG. 6 shows a third embodiment of a drill bit according to the invention with a drill shaft and three drill segments in a view of the upper side of the drill segments.
  • FIG. 1 shows a drill bit 10 which has a drill shaft 11 with a shank 12 and a cutting section 13 with a first drill segment 14-1, a second drill segment 14-2 and a third drill segment 14-3.
  • the drill bit 10 is attached via the shank 12 in the tool holder of a core drill and in drilling operation driven by the core drill about an axis of rotation which runs coaxially to the longitudinal axis 15 of the drill shaft 11 .
  • FIGN. 2A, B show a first embodiment of a drill bit 20 according to the invention, which has a drill shaft 21 and a cutting section 22 with a first drill segment 23-1, a second drill segment 23-2 and a third drill segment 23-3.
  • FIG. 2A the drill bit 20 in a three-dimensional view
  • FIG. 2B the drill bit 20 in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis 24 of the drill shaft 21.
  • the drill shank 21 comprises a cylinder 25 which has an outside diameter dA, an inside diameter di and a shank width b in a plane 26 perpendicular to the cylinder axis which defines the longitudinal axis 24 of the drill shank 21 .
  • the inside diameter di, the outside diameter dA and the shank width b are constant both in a circumferential direction p and in a height direction h.
  • the inner diameter, the outer diameter and/or the shank width can vary in the circumferential direction ⁇ p and/or the height direction h.
  • the first drilling segment 23-1 comprises a first inner lateral surface 28-1, a first outer lateral surface 29-1, a first underside 31-1 and a first upper side 32-2
  • the second drilling segment 23-2 comprises a second inner lateral surface 28- 2, a second outer lateral surface 29-2, a second underside 31-2 and a second upper side 32-2
  • the third drilling segment 23-3 comprises a third inner lateral surface 28-3, a third outer lateral surface 29-3, a third underside 31-3 and a third top 32-3.
  • the first underside 31 - 1 of the first drill segment 23 - 1 , the second underside 31 - 2 of the second drill segment 23 - 2 and the third underside 31 - 3 of the third drill segment 23 - 3 are attached to an end face of the drill shaft 21 .
  • the first inner lateral surface 31-1 of the first drilling segment 23-1 is designed as a section of a first cylinder 34-1, the second inner lateral surface 31-2 of the second drilling segment 23-2 as a section of a second cylinder 34-2 and the third inner lateral surface 31-3 of the third drilling segment 23-3 as a section of a third cylinder 34-3.
  • the formation of the inner lateral surfaces 28-1, 28-2, 28-3 as a section of a cylinder 34-1, 34-2, 34-3 has the advantage that the removal properties of the first, second and third drilling segment 23-1, 23 -2, 23-3 are constant over altitude.
  • FIGN. 3A, B show the inventive drill bit 20 of FIG. 2A in a view of the top of the drill segments 23-1, 23-2, 23-3 (FIG. 3A) and the drill segments 23-1, 23-2 in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis 24 of the drill shaft 21 (FIG. 3B)
  • the first inner lateral surface 28 - 1 has a first inner distance Bi (p, h) to the longitudinal axis 24 in the plane 26 perpendicular to the longitudinal axis 24 .
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p, h) defines a first mathematical function that describes the course of the first inner distance over the circumference and the height of the first drilling segment 23-1.
  • the first interior distance Bi ( ⁇ p,h) varies over the circumference of the first drilling segment 23-1 between a first minimum value B min ,i and a first maximum value B max ,i; in the height direction h, the first interior distance Bi( ⁇ p, h) is constant.
  • the first inner distance Bi( ⁇ p,h) has a further first maximum value B max ,i , the first absolute minimum value Bmin.i being arranged in the circumferential direction cp between the two first maximum values.
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) runs strictly monotonically in the plane 26 perpendicular to the longitudinal axis 24 in the area of the first absolute minimum value Bmin.i.
  • the distribution of the first maximum values B max ,i and the first absolute minimum value Bmin.i over the circumference of the first drilling segment 23-1 and the strictly monotonic course of the first inner distance Bi( ⁇ p,h) in the area of the first absolute minimum value Bmin. i enable the production of a first drilling segment 23-1 with a small contact surface to the drilling core 35.
  • the first drilling segment 23-1 can only be in contact with the drilling core 35 in the area of the first absolute minimum value Bmin.i, all other areas of the first inner lateral surface 28-1 have a gap to the drill core 35.
  • the second inner lateral surface 28 - 2 has a second inner distance 62 ( , ) to the longitudinal axis 24 in the plane 26 perpendicular to the longitudinal axis 24 .
  • the second inner distance B 2 (q>, h) defines a second mathematical function that describes the course of the second inner distance over the circumference and the height of the second drilling segment 23-2.
  • the second inner distance B 2 ( ⁇ p,h) varies over the circumference of the second drilling segment 23-2 between a second minimum value B m in,2 and a second maximum value B max,2; in the height direction h, the second interior distance B 2 ( ⁇ p, h) is constant.
  • the second inner distance B 2 ((p, h) has a further second maximum value B max,2, the second absolute minimum value Bmin,2 being arranged in the circumferential direction cp between the two second maximum values B m ax,2.
  • the second Inside distance B 2 ( ⁇ p,h) runs strictly monotonically in the plane 26 perpendicular to the longitudinal axis 24 in the area of the second absolute minimum value B m in.2 .
  • the distribution of the second maximum values B max ,2 and the second absolute minimum value Bmin,2 over the circumference of the second drilling segment 23-2 and the strictly monotonic course of the second inner distance B 2 ( ⁇ p, h) in the area of the second absolute minimum value B m in.2 allow the production of a second drill segment 23-2 with a low Contact surface to drill core 35.
  • the second drill segment 23-2 can only be in contact with the drill core 35 in the area of the second absolute minimum value B m in.2;
  • the third inner lateral surface 28 - 3 has a third inner distance Bs(cp, h) from the longitudinal axis 24 in the plane 26 perpendicular to the longitudinal axis 24 .
  • the third inner distance Bs(q), h) defines a third mathematical function that describes the course of the third inner distance over the circumference and the height of the third drilling segment 23-3.
  • the third interior distance Bs(q), h) varies over the circumference of the third drilling segment 23-3 between a third minimum value B m in.3 and a third maximum value B max.s; in the height direction h, the third interior distance Bs(q), h) is constant.
  • the third inner distance Bs(q), h) has a further third maximum value B max,3 , with the third absolute minimum value Bmin,3 being arranged in the circumferential direction cp between the two third maximum values B max,3 .
  • the third inner distance Bs(q), h) runs strictly monotonically in the plane 26 perpendicular to the longitudinal axis 24 in the region of the third absolute minimum value B m in.3 .
  • the distribution of the third maximum values B max ,2 and the third absolute minimum value B min ,3 over the circumference of the third drilling segment 23-3 and the strictly monotonic course of the third inner distance B 3 ( ⁇ p) in the area of the third absolute minimum value B m in.3 allow the production of a third drilling segment 23-3 with a small contact surface to the drilling core 35.
  • the third drilling segment 23-3 can only be in contact with the drilling core 35 in the region of the third absolute minimum value B m in.3, all others Areas of the third inner lateral surface 28 - 3 have a gap to the drill core 35 .
  • the first drilling segment 23-1, the second drilling segment 23-2 and the third drilling segment 23-3 are of identical design within the scope of manufacturing accuracy and are offset from one another by approximately 120° in the circumferential direction cp.
  • the first absolute minimum value Bmin.i, the second absolute minimum value Bmin.2 and the third absolute minimum value Bmin.3 are evenly distributed in the circumferential direction cp and lead to a mirror-symmetrical structure of the drill bit 20 Due to the mirror-symmetrical construction, vibrations of the drill bit 20 during drilling operation can be reduced and the smooth running of the drill bit 20 can be improved.
  • the first cylinder 34-1 has a first base area other than a circular shape
  • the second cylinder 34-2 has a second base area other than a circular shape
  • the third cylinder 34-3 has a third base area on, which is different from a circular shape.
  • FIGN. 4A, B show a second embodiment of a drill bit 40 according to the invention, which has a drill shaft 41 and a cutting section 42 with a first drill segment 43-1, a second drill segment 43-2 and a third drill segment 43-3.
  • FIG. 4A the drill bit 40 in a three-dimensional view
  • FIG. 4B shows the drill bit 40 in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis 44 of the drill shaft 41.
  • the drill shank 41 comprises a cylinder 45 which has an outer diameter dA, an inner diameter di and a shank width b in a plane 46 perpendicular to the cylinder axis which defines the longitudinal axis 44 of the drill shank 41 .
  • the inside diameter di, the outside diameter dA and the shank width b are constant both in a circumferential direction cp and in a height direction h.
  • the inner diameter, the outer diameter and/or the shank width can vary in the circumferential direction cp and/or the height direction h.
  • the first drilling segment 43-1 comprises a first inner lateral surface 48-1, a first outer lateral surface 49-1, a first underside 51-1 and a first upper side 52-1
  • the second drilling segment 43-2 comprises a second inner lateral surface 48- 2, a second outer lateral surface 49-2, a second underside 51-2 and a second upper side 52-2
  • the third drilling segment 43-3 comprises a third inner lateral surface 48-3, a third outer lateral surface 49-3, a third underside 51-3 and a third top 52-3.
  • the first underside 51 - 1 of the first drill segment 43 - 1 , the second underside 51 - 2 of the second drill segment 43 - 2 and the third underside 51 - 3 of the third drill segment 43 - 3 are attached to an end face of the drill shank 41 .
  • the first inner lateral surface 48-1 is a section of a first inner cone 54-1, which tapers in the direction of the first upper side 52-1 of the first drilling segment 43-1
  • the second inner lateral surface 48-2 is a section of a second inner cone 54-2 , which tapers in the direction of the second upper side 52-2 of the second drilling segment 43-2
  • the third inner lateral surface 48-3 as a section of a third inner cone 54-3, which tapers in the direction of the third upper side 52-2 of the second drilling segment 43 -2 tapered, trained.
  • FIGN. 5A, B show the inventive drill bit 40 of FIG. 4A in a view of the upper side of the drill segments 43-1, 43-2, 43-3 (FIG. 5A) and the drill segments 43-1, 43-2 in a longitudinal section parallel to the longitudinal axis 44 of the drill shaft 41 (FIG. 5B) .
  • the first inner lateral surface 48 - 1 has a first inner distance Bi (p, h) to the longitudinal axis 44 in the plane 46 perpendicular to the longitudinal axis 44 .
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p, h) defines a first mathematical function that describes the course of the first inner distance over the circumference and the height of the first drilling segment 43-1.
  • the first interior distance Bi ( ⁇ p,h) varies over the circumference of the first drilling segment 43-1 between a first minimum value B min ,i and a first maximum value B max ,i; the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) varies in the height direction h and decreases in the direction of the first upper side 52-1 of the first drilling segment 43-1.
  • the first inner distance Bi( ⁇ p,h) has a further first maximum value B max ,i , the first absolute minimum value Bmin.i being arranged in the circumferential direction cp between the two first maximum values.
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) runs strictly monotonically in the plane 46 perpendicular to the longitudinal axis 44 in the area of the first absolute minimum value Bmin.i.
  • the distribution of the first maximum values B max ,i and the first absolute minimum value Bmin.i over the circumference of the first drilling segment 43-1, the strictly monotonic course of the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) in the area of the first absolute minimum value Bmin. i and the variation of the first inner distance Bi ( ⁇ p, h) in the height direction h enable the production of a first drilling segment 43-1 with a small contact surface to the drilling core 55.
  • the first drilling segment 43-1 can only be drilled in the area of the first absolute minimum value Bmin .i are in contact with the drill core 55, all other areas of the first inner lateral surface 48-1 have a gap to the drill core 55.
  • the second inner lateral surface 48 - 2 has a second inner distance 62 ( , h) to the longitudinal axis 44 in the plane 46 perpendicular to the longitudinal axis 44 .
  • the second inner distance B 2 (q>, h) defines a second mathematical function that describes the course of the second inner distance over the circumference and the height of the second drilling segment 43-2.
  • the second interior distance B 2 ( ⁇ p,h) varies over the circumference of the second drilling segment 43-2 between a second minimum value B m in,2 and a second maximum value B max,2; the second inner distance B 2 ( ⁇ p,h) varies in the height direction h and decreases in the direction of the second upper side 52-2 of the second drilling segment 43-2.
  • the second inner distance B 2 ( ⁇ p,h) has a further second maximum value B max,2 , the second absolute minimum value B m in,2 being arranged in the circumferential direction cp between the two second maximum values.
  • the second inner distance B 2 ( ⁇ p,h) runs strictly monotonously in the plane 46 perpendicular to the longitudinal axis 44 in the area of the second absolute minimum value B m in.2 .
  • the distribution of the second maximum values B max ,2 and the second absolute minimum value Bmin,2 over the circumference of the second drilling segment 43-2, the strictly monotonic course of the second inner distance B 2 ( ⁇ p, h) in the area of the second absolute minimum value B m in.2 and the variation of the second inner distance B 2 ( ⁇ p, h) in the height direction h enable the production of a second drill segment 43-2 with a small contact surface to the drill core 55.
  • the second drill segment 43-2 can only be drilled in the area of the second absolute Minimum value B m in.2 are in contact with the drill core 55, all other areas of the second inner lateral surface 48-2 have a gap to the drill core 55.
  • the third inner lateral surface 48 - 3 has a third inner distance Bs(cp, h) from the longitudinal axis 44 in the plane 46 perpendicular to the longitudinal axis 44 .
  • the third inner distance Bs(q), h) defines a third mathematical function that describes the course of the third inner distance over the circumference and the height of the third drilling segment 43-3.
  • the third interior distance Bs(q), h) varies over the circumference of the third drilling segment 43-3 between a third minimum value B m in.3 and a third maximum value B max.s; in the height direction h, the third inner distance Bs(q), h) varies and decreases towards the third upper side 52-3 of the third drilling segment 43-3.
  • the third inner distance Bs(q),h) has a further third maximum value B max,3 , the third absolute minimum value B m in,3 being arranged in the circumferential direction cp between the two third maximum values B max,3 .
  • the third inner distance Bs(q), h) runs strictly monotonically in the plane 46 perpendicular to the longitudinal axis 44 in the region of the third absolute minimum value B m in.3 .
  • the distribution of the third maximum values B max ,2 and the third absolute minimum value B min ,3 over the circumference of the third drilling segment 43-3, the strictly monotonic course of the third inner distance B 3 ( ⁇ p) in the area of the third absolute minimum value B m in.3 and the variation of the third inner distance Bs(q), h) in the height direction h enable the production of a third drilling segment 43-3 with a small contact surface to the drilling core 55.
  • the third drilling segment 43-3 can only be drilled in the area of the third absolute minimum value B m in.3 are in contact with the drill core 55, all other areas of the third inner lateral surface 48-3 have a gap to the drill core 55.
  • the first drilling segment 43-1, the second drilling segment 43-2 and the third drilling segment 43-3 are of identical design within the scope of manufacturing accuracy and are offset from one another by approximately 120° in the circumferential direction cp.
  • the first absolute minimum value Bmin.i, the second absolute minimum value Bmin.2 and the third absolute minimum value Bmin.3 are evenly distributed in the circumferential direction cp and lead to a mirror-symmetrical structure of the drill bit 40 Due to the mirror-symmetrical construction, vibrations of the drill bit 40 during drilling operation can be reduced and the smooth running of the drill bit 40 can be improved.
  • the first inner cone 54-1 has a first base that is different from a circular shape and can be designed as a first elliptical shape
  • the second inner cone 54-2 has a second base that is different from a circular shape and can be designed as a second elliptical shape can
  • the third inner cone 54-3 has a third Base area, which is different from a circular shape and can be designed as a third elliptical shape.
  • the drill bit 20 of FIG. 2A comprises three drilling segments 23-1, 23-2, 23-3 with inner lateral surfaces 28-1, 28-2, 28-3, which as a section of a first cylinder 34-1, second cylinder 34-2 and third cylinder 34 -3 are formed
  • the drill bit 40 of FIG. 4A comprises three drilling segments 43-1, 43-2, 43-3 with inner lateral surfaces 48-1, 48-2, 48-3, which are defined as a section of a first inner cone 54-1, second inner cone 54-2 and third inner cone 54 -3 are trained.
  • drill bits according to the invention can have a drill segment with a conical inner lateral surface and two drill segments with cylindrical inner lateral surfaces or two drill segments with conical inner lateral surfaces and one drill segment with a cylindrical inner lateral surface.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of a drill bit 60 according to the invention, which has a drill shank 61 and a cutting section with a first drill segment 63-1, a second drill segment 63-2 and a third drill segment 63-3, in a view of the upper side of the drill segments 63- 1, 63-2, 63-3.
  • Drill bit 60 differs from drill bit 20 of FIG. 2A and drill bit 40 of FIG. 4A in that the second and third drilling segment 63-2, 63-3 differ from the first drilling segment 63-1.
  • the drill shank 61 is constructed analogously to the drill shank 21 of the drill bit 20 and to the drill shank 41 of the drill bit 40 .
  • the drill stem 61 includes a cylinder 65 having a cylinder axis that defines a longitudinal axis 64 of the drill stem 61 .
  • the first drilling segment 63-1 comprises a first inner lateral surface 68-1, a first outer lateral surface 69-1, a first underside and a first upper side
  • the second drilling segment 63-2 comprises a second inner lateral surface 68-2, a second outer lateral surface 69-2, a second underside and a second upper side
  • the third drill segment 63-3 comprises a third inner lateral surface 68-3, a third outer lateral surface 69-3, a third lower side and a third upper side.
  • the first underside of the first drill segment 63 - 1 , the second underside of the second drill segment 63 - 2 and the third underside of the third drill segment 63 - 3 are fastened to the drill shank 61 .
  • the first inner lateral surface 68 - 1 has a first inner distance Bi (p, h) to the longitudinal axis 64 perpendicular to the longitudinal axis 64 of the drill shaft 61 .
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) defines a first mathematical function that describes the course of the first inner distance over the circumference and the height of the first drilling segment 63-1.
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) varies over the circumference of the first drilling segment 63-1 between a first minimum value B min,i and a first maximum value B max ,i.
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) has a further first maximum value B max ,i, the first absolute minimum value Bmin.i being arranged in the circumferential direction cp between the two first maximum values.
  • the first inner distance Bi ( ⁇ p,h) runs strictly monotonously in the plane perpendicular to the longitudinal axis 64 in the area of the first absolute minimum value Bmin.i.
  • the first inner lateral surface 68-1 can be designed as a section of a first cylinder or, like the first inner lateral surface 48-1, as a section of a first inner cone that tapers in the direction of the first upper side of the first drilling segment .
  • the second inner lateral surface 68 - 2 has a second inner distance 62 ( , h) to the longitudinal axis 64 perpendicularly to the longitudinal axis 64 of the drill shaft 61 .
  • the second inner distance B 2 (q>, h) defines a second mathematical function that describes the course of the second inner distance over the circumference and the height of the second drilling segment 63-2.
  • the second inner distance B 2 ( ⁇ p,h) varies over the circumference of the second drilling segment 63-2 between a second minimum value B min ,2 and a second maximum value B max ,2 .
  • the second inner distance B 2 ( ⁇ p,h) has a further second maximum value B max,2 , the second absolute minimum value B m in,2 being arranged in the circumferential direction cp between the two second maximum values.
  • the second inner distance B 2 ( ⁇ p,h) runs strictly monotonically in the plane perpendicular to the longitudinal axis 64 in the area of the second absolute minimum value B m in.2 .
  • the second inner lateral surface 68-2 can be designed as a section of a second cylinder or, like the second inner lateral surface 48-2, as a section of a second inner cone that tapers in the direction of the second upper side of the second drilling segment .
  • the third inner lateral surface 68 - 3 has a third inner distance Bs(cp, h) from the longitudinal axis 64 perpendicularly to the longitudinal axis 64 of the drill shaft 61 .
  • the third inner distance Bs(q), h) defines a third mathematical function that describes the course of the third inner distance over the circumference and the height of the third drilling segment 63-3.
  • the third inner distance Bs(q), h) varies over the circumference of the third drilling segment 63-3 between a third minimum value B min.3 and a third maximum value B max.3 .
  • the third inner distance Bs(q), h) has a further third maximum value B max,3 , the third absolute minimum value B max ,3 in the circumferential direction q> between the two third Maximum values is arranged.
  • the third inner distance Bs(q), h) runs strictly monotonically in the plane perpendicular to the longitudinal axis 64 in the region of the third absolute minimum value B m in.3 .
  • the third inner lateral surface 68-3 can be designed as a section of a third cylinder or, like the third inner lateral surface 48-3, as a section of a third inner cone that tapers in the direction of the third upper side of the third drilling segment .
  • the second and third drilling segment 63-2, 63-3 are identical and differ from the first drilling segment 63-1 in that the first absolute minimum value Bmin.i is smaller than the second and third absolute minimum value B m in,2, Bmin .3 is.
  • the result of this is that the second and third drill segments 63 - 2 , 63 - 3 have no contact surface with the drill core 75 .
  • the contact area between the drill segments 63-1, 63-2, 63-3 and the drill core 75 is limited to the area of the first absolute minimum value Bmin,1.

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Abstract

Bohrkrone (20) aufweisend einen Bohrschaft und einen Schneidabschnitt mit einem ersten Bohrsegment (23-1), einem zweiten Bohrsegment (23-2) und einem dritten Bohrsegment (23-3). Das erste Bohrsegment (23-1) weist eine erste innere Mantelfläche (28-1) mit einem ersten Innenabstand (B1(φ, h)), das zweite Bohrsegment (23-2) eine zweite innere Mantelfläche (28-2) mit einem zweiten Innenabstand (B2(φ, h)) und das dritte Bohrsegment (23-3) eine dritte innere Mantelfläche (28-3) mit einem dritten Innenabstand (B3(φ, h)) zur Längsachse (24) des Bohrschaftes auf. Der erste Innenabstand (B1(φ, h)) variiert über den Umfang des ersten Bohrsegmentes (23-1) zwischen einem ersten Maximalwert (Bmax,1) und einem ersten Minimalwert (Bmin,1) und weist genau einen ersten absoluten Minimalwert (Bmin,1) auf. Der zweite Innenabstand (B2(φ, h)) ist über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes (23-2) grösser gleich dem ersten absoluten Minimalwert (Bmin,1) und der dritte Innenabstand (B3(φ, h)) ist über den Umfang des dritten Bohrsegmentes (23-3) grösser gleich dem ersten absoluten Minimalwert (Bmin,1).

Description

Hilti Aktiengesellschaft in Schaan
Fürstentum Liechtenstein
Bohrkrone mit verbesserter Entfernung des Bohrkerns
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrkrone gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Bei Diamantwerkzeugen, die als Bohrkronen zum Kernbohren ausgebildet sind, wird zwischen Ringbohrkronen mit einem geschlossenen Ringsegment und segmentierten Bohrkronen mit mehreren Bohrsegmenten unterschieden.
Segmentierte Bohrkronen umfassen einen Bohrschaft mit einem Einsteckende und einen Schneidabschnitt mit mehreren Bohrsegmenten. Die Bohrkronen werden über das Einsteckende in der Werkzeugaufnahme eines Kernbohrgerätes befestigt und im Bohrbetrieb vom Kernbohrgerät um eine Drehachse angetrieben, die koaxial zur Längsachse des Bohrschaftes verläuft. Der Bohrschaft weist einen Zylinder mit einer Zylinderachse auf, die die Längsachse des Bohrschaftes definiert. Die Bohrsegmente weisen eine äußere Mantelfläche und eine innere Mantelfläche auf, wobei die innere Mantelfläche als Abschnitt eines Zylinders ausgebildet ist und in einer Ebene senkrecht zur Längsachse einen konstanten Innenabstand zur Längsachse aufweist.
Beim Bohren eines Untergrundes, z.B. einer Mauer, einer Betonwand oder einer Betondecke, entsteht im Inneren der Bohrkrone ein Bohrkern, der nach dem Bohren aus der Bohrkrone entfernt werden muss, wobei es zu Problemen kommen kann und der Bohrkern sich im Inneren verklemmt. Besondere Probleme bereiten Bruchstücke, die aus dem Bohrkern herausbrechen und sich zwischen Bohrkrone und Bohrkern verklemmen können.
Segmentierte Bohrkronen werden unterschieden in Bohrkronen mit einem austauschbaren Schneidabschnitt, der lösbar mit dem Bohrschaft verbunden ist, und Bohrkronen mit festem Schneidabschnitt. Bohrkronen mit austauschbarem Schneidabschnitt weisen eine einfachere Entfernung des Bohrkerns auf als Bohrkronen mit festem Schneidabschnitt, da der Schneidabschnitt zum Entfernen des Bohrkerns abgenommen werden kann. Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bohrkrone mit drei oder mehr Bohrsegmenten zu entwickeln, bei der das Risiko von klemmenden Bohrkernen auch für kleine Bohrkronendurchmesser reduziert ist. Zusätzlich soll das Entfernen eines klemmenden Bohrkerns vereinfacht werden.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Bohrkrone erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist die Bohrkrone dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenabstand zwischen einem ersten Maximalwert und einem ersten Minimalwert variiert und über den Umfang des ersten Bohrsegmentes genau einen ersten absoluten Minimalwert aufweist, der zweite Innenabstand über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes grösser gleich dem ersten absoluten Minimalwert ist und der dritte Innenabstand über den Umfang des dritten Bohrsegmentes grösser gleich dem ersten absoluten Minimalwert ist.
Die erfindungsgemäße Bohrkrone umfasst ein erstes Bohrsegment mit einer ersten inneren Mantelfläche, die einen ersten Innenabstand zur Längsachse aufweist, ein zweites Bohrsegment, das einen zweiten Innenabstand zur Längsachse aufweist, und ein drittes Bohrsegment, das einen dritten Innenabstand zur Längsachse aufweist, wobei der erste Innenabstand zwischen einem ersten Maximal- und Minimalwert variiert und der zweite und dritte Innenabstand über den Umfang des zweiten bzw. dritten Bohrsegmentes grösser gleich dem ersten absoluten Minimalwert ist. Dadurch, dass das erste Bohrsegment über den Umfang genau einen ersten absoluten Minimalwert aufweist, ist die Kontaktfläche zwischen dem ersten Bohrsegment und dem Bohrkern auf den Bereich des ersten absoluten Minimalwertes beschränkt.
Bevorzugt weist der erste Innenabstand über den Umfang des ersten Bohrsegmentes zwei erste Maximalwerte auf, wobei der erste absolute Minimalwert in der Umfangsrichtung zwischen den ersten Maximalwerten angeordnet ist. Die Verteilung der ersten Maximalwerte und des ersten absoluten Minimalwertes über den Umfang des ersten Bohrsegmentes ermöglicht die Herstellung eines ersten Bohrsegmentes mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern. Das erste Bohrsegment kann lediglich im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes in Kontakt mit dem Bohrkern stehen, alle übrigen Bereiche der ersten inneren Mantelfläche weisen einen Spalt zum Bohrkern auf.
Bevorzugt beschreibt der erste Innenabstand über den Umfang des ersten Bohrsegmentes eine erste mathematische Funktion beschreibt, die im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes streng monoton verlaufend ist. Durch den streng monotonen Verlauf des ersten Innenabstandes im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes werden die Kontaktfläche zum Bohrkern und damit die Bereiche, in denen der Bohrkern klemmen kann, verringert. Der erste absolute Minimalwert bestimmt den Durchmesser des Bohrkerns, der dem doppelten des ersten absoluten Minimalwertes entspricht.
In einer Weiterentwicklung der Bohrkrone variiert der zweite Innenabstand zwischen einem zweiten Maximalwert und einem zweiten Minimalwert und weist über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes genau einen zweiten absoluten Minimalwert auf. Dadurch, dass das zweite Bohrsegment über den Umfang genau einen zweiten absoluten Minimalwert aufweist, ist die Kontaktfläche zwischen dem zweiten Bohrsegment und dem Bohrkern auf den Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes beschränkt. Das zweite Bohrsegment weist nur dann eine Kontaktfläche zum Bohrkern auf, wenn der erste absolute Minimalwert und zweite absolute Minimalwert übereinstimmen.
Bevorzugt weist der zweite Innenabstand über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes zwei zweite Maximalwerte auf, wobei der zweite absolute Minimalwert in der Umfangsrichtung zwischen den zweiten Maximalwerten angeordnet ist. Die Verteilung der zweiten Maximalwerte und des zweiten absoluten Minimalwertes über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes ermöglicht die Herstellung eines zweiten Bohrsegmentes mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern. Das zweite Bohrsegment kann lediglich im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes in Kontakt mit dem Bohrkern stehen, alle übrigen Bereiche der zweiten inneren Mantelfläche weisen einen Spalt zum Bohrkern auf.
Bevorzugt beschreibt der zweite Innenabstand über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes eine zweite mathematische Funktion, die im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes streng monoton verlaufend ist. Durch den streng monotonen Verlauf des zweiten Innenabstandes im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes werden die Kontaktfläche zum Bohrkern und damit die Bereiche, in denen der Bohrkern klemmen kann, verringert.
In einer Weiterentwicklung der Bohrkrone variiert der dritte Innenabstand zwischen einem dritten Maximalwert und einem dritten Minimalwert und weist über den Umfang des dritten Bohrsegmentes genau einen dritten absoluten Minimalwert auf. Dadurch, dass das dritte Bohrsegment über den Umfang genau einen dritten absoluten Minimalwert aufweist, ist die Kontaktfläche zwischen dem dritten Bohrsegment und dem Bohrkern auf den Bereich des dritten absoluten Minimalwertes beschränkt. Das dritte Bohrsegment weist nur dann eine Kontaktfläche zum Bohrkern auf, wenn der erste absolute Minimalwert und dritte absolute Minimalwert übereinstimmen. Bevorzugt weist der dritte Innenabstand über den Umfang des dritten Bohrsegmentes zwei dritte Maximalwerte auf, wobei der dritte absolute Minimalwert in der Umfangsrichtung zwischen den dritten Maximalwerten angeordnet ist. Die Verteilung der dritten Maximalwerte und des dritten absoluten Minimalwertes über den Umfang des dritten Bohrsegmentes ermöglicht die Herstellung eines dritten Bohrsegmentes mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern. Das dritte Bohrsegment kann lediglich im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes in Kontakt mit dem Bohrkern stehen, alle übrigen Bereiche der zweiten inneren Mantelfläche weisen einen Spalt zum Bohrkern auf.
Bevorzugt beschreibt der dritte Innenabstand über den Umfang des dritten Bohrsegmentes eine dritte mathematische Funktion, die im Bereich des dritten absoluten Minimalwertwertes streng monoton verlaufend ist. Durch den streng monotonen Verlauf des dritten Innenabstandes im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes werden die Kontaktfläche zum Bohrkern und damit die Bereiche, in denen der Bohrkern klemmen kann, verringert.
In einer ersten Variante sind die erste innere Mantelfläche als Abschnitt eines ersten Zylinders, die zweite innere Mantelfläche als Abschnitt eines zweiten Zylinders und die dritte innere Mantelfläche als Abschnitt eines dritten Zylinders ausgebildet. Die Ausbildung der ersten, zweiten und dritten inneren Mantelfläche als Abschnitt eines ersten, zweiten bzw. dritten Zylinders hat den Vorteil, dass die Abtrageigenschaften des ersten, zweiten und dritten Bohrsegmentes über die Höhe konstant sind.
Bevorzugt weist der erste Zylinder eine erste Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Zylinder weist eine zweite Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Zylinder weist eine dritte Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist. Die Ausbildung der inneren Mantelfläche als Abschnitt eines Zylinders mit einer nicht-kreisförmigen Grundfläche hat den Vorteil, dass die Kontaktfläche zwischen Bohrsegment und Bohrkern reduziert werden kann.
In einer zweiten Variante sind die erste innere Mantelfläche als Abschnitt eines ersten Innenkonus, der sich in Richtung einer der Unterseite des ersten Bohrsegmentes gegenüberliegenden ersten Oberseite verjüngt, die zweite innere Mantelfläche als Abschnitt eines zweiten Zylinders und die dritte innere Mantelfläche als Abschnitt eines dritten Zylinders ausgebildet. Die Kombination eines ersten Bohrsegmentes mit einer konusförmigen ersten inneren Mantelfläche und eines zweiten und dritten Bohrsegmentes mit einer zylinderförmigen inneren Mantelfläche hat den Vorteil, dass die Abtrageigenschaften des zweiten und dritten Bohrsegmentes über die Höhe konstant sind und beim ersten Bohrsegment die Kontaktfläche zum Bohrkern reduziert ist. Bevorzugt weist der erste Innenkonus eine erste Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Zylinder weist eine zweite Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Zylinder weist eine dritte Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist. Die Ausbildung der inneren Mantelflächen als Abschnitt eines Innenkonus bzw. eines Zylinders mit einer nicht-kreisförmigen Grundfläche hat den Vorteil, dass die Kontaktfläche zwischen den Bohrsegmenten und dem Bohrkern reduziert werden kann. Besonders bevorzugt weist die erste Grundfläche eine erste Ellipsenform und/oder die zweite Grundfläche eine zweite Ellipsenform und/oder die dritte Grundfläche eine dritte Ellipsenform auf; die Ellipsenform eignet sich besonders als nicht-kreisförmige Grundfläche.
In einer dritten Variante sind die erste innere Mantelfläche als Abschnitt eines ersten Innenkonus, der sich in Richtung einer der Unterseite des ersten Bohrsegmentes gegenüberliegenden ersten Oberseite verjüngt, die zweite innere Mantelfläche als Abschnitt eines zweiten Innenkonus, der sich in Richtung einer der Unterseite des zweiten Bohrsegmentes gegenüberliegenden zweiten Oberseite verjüngt, und die dritte innere Mantelfläche als Abschnitt eines dritten Zylinders ausgebildet. Durch die Kombination eines ersten und zweiten Bohrsegmentes mit konusförmigen inneren Mantelflächen und eines dritten Bohrsegmentes mit einer zylinderförmigen inneren Mantelfläche ergibt sich eine Bohrkrone, bei der die Abtrageigenschaften des dritten Bohrsegmentes über die Höhe konstant sind und beim ersten und zweiten Bohrsegment die Kontaktfläche zum Bohrkern reduziert ist.
Bevorzugt weist der erste Innenkonus eine erste Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Innenkonus weist eine zweite Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Zylinder weist eine dritte Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist. Die Ausbildung der inneren Mantelflächen als Abschnitt eines Innenkonus bzw. eines Zylinders mit einer nicht-kreisförmigen Grundfläche hat den Vorteil, dass die Kontaktfläche zwischen den Bohrsegmenten und dem Bohrkern reduziert werden kann. Besonders bevorzugt weist die erste Grundfläche eine erste Ellipsenform und/oder die zweite Grundfläche eine zweite Ellipsenform und/oder die dritte Grundfläche eine dritte Ellipsenform auf; die Ellipsenform eignet sich besonders als nicht-kreisförmige Grundfläche.
In einer vierten Variante sind die erste innere Mantelfläche als Abschnitt eines ersten Innenkonus, der sich in Richtung einer der Unterseite des ersten Bohrsegmentes gegenüberliegenden ersten Oberseite verjüngt, die zweite innere Mantelfläche als Abschnitt eines zweiten Innenkonus, der sich in Richtung einer der Unterseite des zweiten Bohrsegmentes gegenüberliegenden zweiten Oberseite verjüngt, und die dritte innere Mantelfläche als Abschnitt eines dritten Innenkonus, der sich in Richtung einer der Unterseite des dritten Bohrsegmentes gegenüberliegenden dritten Oberseite verjüngt, ausgebildet. Die Ausbildung der ersten, zweiten und dritten inneren Mantelfläche als Abschnitt eines Innenkonus hat den Vorteil, dass die Kontaktfläche der Bohrsegmente zum Bohrkern auf ein Minimum reduziert werden kann. Dadurch, dass sich die Innenkonusse in Richtung der Oberseiten der Bohrsegmente verjüngen, kann das Entfernen eines klemmenden Bohrkerns erleichtert werden. Das Risiko, dass der Bohrkern in der Bohrkrone klemmt, ist im Bereich des kleinsten Innenabstandes, d.h. an der Oberseite der Bohrsegmente, am größten. Da die Oberseite der Bohrsegmente für den Bediener zugänglich ist, kann der Bediener den klemmenden Bohrkern entfernen.
Bevorzugt weist der erste Innenkonus eine erste Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Innenkonus weist eine zweite Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Innenkonus weist eine dritte Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist. Die Ausbildung der ersten und/oder zweiten und/oder dritten inneren Mantelfläche als Abschnitt eines Innenkonus mit einer nicht-kreisförmigen Grundfläche hat den Vorteil, dass die Kontaktfläche zwischen dem Bohrsegment und dem Bohrkern reduziert werden kann. Besonders bevorzugt weist die erste Grundfläche eine erste Ellipsenform und/oder die zweite Grundfläche eine zweite Ellipsenform und/oder die dritte Grundfläche eine dritte Ellipsenform auf; die Ellipsenform eignet sich besonders als nicht-kreisförmige Grundfläche.
Bevorzugt sind das erste Bohrsegment, das zweite Bohrsegment und das dritte Bohrsegment identisch ausgebildet. Besonders bevorzugt sind das erste Bohrsegment, zweite Bohrsegment und dritte Bohrsegment in der Umfangsrichtung gleichverteilt angeordnet. Eine Bohrkrone mit drei im Rahmen der Fertigungsgenauigkeiten identischen Bohrsegmenten besitzt gleichmäßige Abtrageigenschaften. Der erste absolute Minimalwert, zweite absolute Minimalwert und dritte absolute Minimalwert sind in der Umfangsrichtung mit einem Versatz von ca. 120° angeordnet und führen zu einem spiegelsymmetrischen Aufbau der Bohrkrone. Durch den spiegelsymmetrischen Aufbau können Vibrationen der Bohrkrone im Bohrbetrieb reduziert und die Laufruhe der Bohrkrone verbessert werden.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematischer und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei gegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
Es zeigen:
FIG. 1 eine Bohrkrone mit einem Bohrschaft und drei Bohrsegmenten, die am Bohr- schäft befestigt sind;
FIGN. 2A, B eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrkrone mit einem Bohrschaft und drei Bohrsegmenten in einer dreidimensionalen Ansicht (FIG. 2A) und in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse des Bohrschaftes (FIG. 2B);
FIGN. 3A, B die Bohrkrone der FIG. 2A in einer Ansicht auf die Oberseite der Bohrsegmente (FIG. 3A) und die Bohrsegmente in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse des Bohrschaftes (FIG. 3B);
FIGN. 4A, B eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrkrone mit einem Bohrschaft und drei Bohrsegmenten in einer dreidimensionalen Ansicht (FIG. 4A) und in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse des Bohrschaftes (FIG. 4B);
FIGN. 5A, B die Bohrkrone der FIG. 4A in einer Ansicht auf die Oberseite der Bohrsegmente (FIG. 5A) und die Bohrsegmente in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse des Bohrschaftes (FIG. 5B); und
FIG. 6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrkrone mit einem Bohrschaft und drei Bohrsegmenten in einer Ansicht auf die Oberseite der Bohrsegmente.
FIG. 1 zeigt eine Bohrkrone 10, die einen Bohrschaft 11 mit einem Einsteckende 12 und einen Schneidabschnitt 13 mit einem ersten Bohrsegment 14-1 , einem zweiten Bohrsegment 14-2 und einem dritten Bohrsegment 14-3 aufweist. Die Bohrkrone 10 wird über das Einsteckende 12 in der Werkzeugaufnahme eines Kernbohrgerätes befestigt und im Bohrbetrieb vom Kernbohrgerät um eine Drehachse angetrieben, die koaxial zur Längsachse 15 des Bohrschaftes 11 verläuft.
FIGN. 2A, B zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrkrone 20, die einen Bohrschaft 21 und einen Schneidabschnitt 22 mit einem ersten Bohrsegment 23-1 , einem zweiten Bohrsegment 23-2 und einem dritten Bohrsegment 23-3 aufweist. Dabei zeigt FIG. 2A die Bohrkrone 20 in einer dreidimensionalen Ansicht und FIG. 2B die Bohrkrone 20 in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse 24 des Bohrschaftes 21.
Der Bohrschaft 21 umfasst einen Zylinder 25, der in einer Ebene 26 senkrecht zur Zylinderachse, die die Längsachse 24 des Bohrschaftes 21 definiert, einen Außendurchmesser dA, einen Innendurchmesser di und eine Schaftbreite b aufweist. Im Ausführungsbeispiel sind der Innendurchmesser di, der Außendurchmesser dA und die Schaftbreite b sowohl in einer Umfangsrichtung p als auch in einer Höhenrichtung h konstant. Alternativ können der Innendurchmesser, der Außendurchmesser und/oder die Schaftbreite in der Umfangsrichtung <p und/oder der Höhenrichtung h variieren.
Das erste Bohrsegment 23-1 umfasst eine erste innere Mantelfläche 28-1 , eine erste äußere Mantelfläche 29-1 , eine erste Unterseite 31-1 und eine erste Oberseite 32-2, das zweite Bohrsegment 23-2 umfasst eine zweite innere Mantelfläche 28-2, eine zweite äußere Mantelfläche 29-2, eine zweite Unterseite 31-2 und eine zweite Oberseite 32-2 und das dritte Bohrsegment 23-3 umfasst eine dritte innere Mantelfläche 28-3, eine dritte äußere Mantelfläche 29-3, eine dritte Unterseite 31-3 und eine dritte Oberseite 32-3. Dabei werden die erste Unterseite 31-1 des ersten Bohrsegmentes 23-1 , die zweite Unterseite 31-2 des zweiten Bohrsegmentes 23-2 und die dritte Unterseite 31-3 des dritten Bohrsegmentes 23-3 an einer Stirnfläche des Bohrschaftes 21 befestigt.
Die erste innere Mantelfläche 31-1 des ersten Bohrsegmentes 23-1 ist als Abschnitt eines ersten Zylinders 34-1 ausgebildet, die zweite innere Mantelfläche 31-2 des zweiten Bohrsegmentes 23-2 als Abschnitt eines zweiten Zylinders 34-2 und die dritte innere Mantelfläche 31-3 des dritten Bohrsegmentes 23-3 als Abschnitt eines dritten Zylinders 34-3. Die Ausbildung der inneren Mantelflächen 28-1 , 28-2, 28-3 als Abschnitt eines Zylinders 34-1 , 34-2, 34-3 hat den Vorteil, dass die Abtrageigenschaften des ersten, zweiten und dritten Bohrsegmentes 23-1 , 23-2, 23-3 über die Höhe konstant sind.
FIGN. 3A, B zeigen die erfindungsgemäße Bohrkrone 20 der FIG. 2A in einer Ansicht auf die Oberseite der Bohrsegmente 23-1 , 23-2, 23-3 (FIG. 3A) und die Bohrsegmente 23-1 , 23-2 in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse 24 des Bohrschaftes 21 (FIG. 3B) Die erste innere Mantelfläche 28-1 weist in der Ebene 26 senkrecht zur Längsachse 24 einen ersten Innenabstand Bi( p, h) zur Längsachse 24 auf. Dabei definiert der erste Innenabstand Bi (<p, h) eine erste mathematische Funktion, die den Verlauf des ersten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des ersten Bohrsegmentes 23-1 beschreibt.
Der erste Innenabstand Bi (<p, h) variiert über den Umfang des ersten Bohrsegmentes 23-1 zwischen einem ersten Minimalwert Bmin,i und einem ersten Maximalwert Bmax,i; in der Höhenrichtung h ist der erste Innenabstand Bi(<p, h) konstant. Der erste Innenabstand Bi(<p, h) weist einen weiteren ersten Maximalwert Bmax,i auf, wobei der erste absolute Minimalwert Bmin.i in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden ersten Maximalwerten angeordnet ist. Der erste Innenabstand Bi (<p, h) ist in der Ebene 26 senkrecht zur Längsachse 24 im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i streng monoton verlaufend.
Die Verteilung der ersten Maximalwerte Bmax,i und des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i über den Umfang des ersten Bohrsegmentes 23-1 und der streng monotone Verlauf des ersten Innenabstandes Bi(<p, h) im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i ermöglichen die Herstellung eines ersten Bohrsegmentes 23-1 mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern 35. Das erste Bohrsegment 23-1 kann lediglich im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i in Kontakt mit dem Bohrkern 35 stehen, alle übrigen Bereiche der ersten inneren Mantelfläche 28-1 weisen einen Spalt zum Bohrkern 35 auf.
Die zweite innere Mantelfläche 28-2 weist in der Ebene 26 senkrecht zur Längsachse 24 einen zweiten Innenabstand 62( , ) zur Längsachse 24 auf. Dabei definiert der zweite Innenabstand B2(q>, h) eine zweite mathematische Funktion, die den Verlauf des zweiten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des zweiten Bohrsegmentes 23-2 beschreibt.
Der zweite Innenabstand B2(<p, h) variiert über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes 23-2 zwischen einem zweiten Minimalwert Bmin,2 und einem zweiten Maximalwert Bmax,2; in der Höhenrichtung h ist der zweite Innenabstand B2(<p, h) konstant. Der zweite Innenabstand B2((p, h) weist einen weiteren zweiten Maximalwert Bmax,2 auf, wobei der zweite absolute Minimalwert Bmin,2 in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden zweiten Maximalwerten Bmax,2 angeordnet ist. Der zweite Innenabstand B2(<p, h) ist in der Ebene 26 senkrecht zur Längsachse 24 im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 streng monoton verlaufend.
Die Verteilung der zweiten Maximalwerte Bmax,2 und des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes 23-2 und der streng monotone Verlauf des zweiten Innenabstandes B2(<p, h) im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 ermöglichen die Herstellung eines zweiten Bohrsegmentes 23-2 mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern 35. Das zweite Bohrsegment 23-2 kann lediglich im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 in Kontakt mit dem Bohrkern 35 stehen, alle übrigen Bereiche der zweiten inneren Mantelfläche 28-2 weisen einen Spalt zum Bohrkern 35 auf.
Die dritte innere Mantelfläche 28-3 weist in der Ebene 26 senkrecht zur Längsachse 24 einen dritten Innenabstand Bs(cp, h) zur Längsachse 24 auf. Dabei definiert der dritte Innenabstand Bs(q), h) eine dritte mathematische Funktion, die den Verlauf des dritten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des dritten Bohrsegmentes 23-3 beschreibt.
Der dritte Innenabstand Bs(q), h) variiert über den Umfang des dritten Bohrsegmentes 23-3 zwischen einem dritten Minimalwert Bmin,3 und einem dritten Maximalwert Bmax.s; in der Höhenrichtung h ist der dritte Innenabstand Bs(q), h) konstant. Der dritte Innenabstand Bs(q), h) weist einen weiteren dritten Maximalwert Bmax,3 auf, wobei der dritte absolute Minimalwert Bmin,3 in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden dritten Maximalwerten Bmax,3 angeordnet ist. Der dritte Innenabstand Bs(q), h) ist in der Ebene 26 senkrecht zur Längsachse 24 im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 streng monoton verlaufend.
Die Verteilung der dritten Maximalwerte Bmax,2 und des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 über den Umfang des dritten Bohrsegmentes 23-3 und der streng monotone Verlauf des dritten Innenabstandes B3(<p) im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 ermöglichen die Herstellung eines dritten Bohrsegmentes 23-3 mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern 35. Das dritte Bohrsegment 23-3 kann lediglich im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 in Kontakt mit dem Bohrkern 35 stehen, alle übrigen Bereiche der dritten inneren Mantelfläche 28-3 weisen einen Spalt zum Bohrkern 35 auf.
Im Ausführungsbeispiel sind das erste Bohrsegment 23-1 , das zweite Bohrsegment 23-2 und dritte Bohrsegment 23-3 im Rahmen von Fertigungsgenauigkeiten identisch ausgebildet und in der Umfangsrichtung cp um ca. 120° zueinander versetzt. Bei einem Versatz von ca. 120° sind der erste absolute Minimalwert Bmin.i , der zweite absolute Minimalwert Bmin,2 und der dritte absolute Minimalwert Bmin,3 in der Umfangsrichtung cp gleichverteilt und führen zu einem spiegelsymmetrischen Aufbau der Bohrkrone 20. Durch den spiegelsymmetrischen Aufbau können Vibrationen der Bohrkrone 20 im Bohrbetrieb reduziert und die Laufruhe der Bohrkrone 20 verbessert werden.
Der erste Zylinder 34-1 weist eine erste Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und der zweite Zylinder 34-2 weist eine zweite Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist, und der dritte Zylinder 34-3 weist eine dritte Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist. FIGN. 4A, B zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrkrone 40, die einen Bohrschaft 41 und einen Schneidabschnitt 42 mit einem ersten Bohrsegment 43-1, einem zweiten Bohrsegment 43-2 und einem dritten Bohrsegment 43-3 aufweist. Dabei zeigt FIG. 4A die Bohrkrone 40 in einer dreidimensionalen Ansicht und FIG. 4B die Bohrkrone 40 in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse 44 des Bohrschaftes 41.
Der Bohrschaft 41 umfasst einen Zylinder 45, der in einer Ebene 46 senkrecht zur Zylinderachse, die die Längsachse 44 des Bohrschaftes 41 definiert, einen Außendurchmesser dA, einen Innendurchmesser di und eine Schaftbreite b aufweist. Im Ausführungsbeispiel sind der Innendurchmesser di, der Außendurchmesser dA und die Schaftbreite b sowohl in einer Umfangsrichtung cp als auch in einer Höhenrichtung h konstant. Alternativ können der Innendurchmesser, der Außendurchmesser und/oder die Schaftbreite in der Umfangsrichtung cp und/oder der Höhenrichtung h variieren.
Das erste Bohrsegment 43-1 umfasst eine erste innere Mantelfläche 48-1 , eine erste äußere Mantelfläche 49-1 , eine erste Unterseite 51-1 und eine erste Oberseite 52-1 , das zweite Bohrsegment 43-2 umfasst eine zweite innere Mantelfläche 48-2, eine zweite äußere Mantelfläche 49-2, eine zweite Unterseite 51-2 und eine zweite Oberseite 52-2 und das dritte Bohrsegment 43-3 umfasst eine dritte innere Mantelfläche 48-3, eine dritte äußere Mantelfläche 49-3, eine dritte Unterseite 51-3 und eine dritte Oberseite 52-3. Dabei werden die erste Unterseite 51-1 des ersten Bohrsegmentes 43-1 , die zweite Unterseite 51-2 des zweiten Bohrsegmentes 43-2 und die dritte Unterseite 51-3 des dritten Bohrsegmentes 43-3 an einer Stirnfläche des Bohrschaftes 41 befestigt.
Die erste innere Mantelfläche 48-1 ist als Abschnitt eines ersten Innenkonus 54-1 , der sich in Richtung der ersten Oberseite 52-1 des ersten Bohrsegmentes 43-1 verjüngt, die zweite innere Mantelfläche 48-2 als Abschnitt eines zweiten Innenkonus 54-2, der sich in Richtung der zweiten Oberseite 52-2 des zweiten Bohrsegmentes 43-2 verjüngt, und die dritte innere Mantelfläche 48-3 als Abschnitt eines dritten Innenkonus 54-3, der sich in Richtung der dritten Oberseite 52-2 des zweiten Bohrsegmentes 43-2 verjüngt, ausgebildet.
FIGN. 5A, B zeigen die erfindungsgemäße Bohrkrone 40 der FIG. 4A in einer Ansicht auf die Oberseite der Bohrsegmente 43-1 , 43-2, 43-3 (FIG. 5A) und die Bohrsegmente 43-1 , 43-2 in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse 44 des Bohrschaftes 41 (FIG. 5B).
Die erste innere Mantelfläche 48-1 weist in der Ebene 46 senkrecht zur Längsachse 44 einen ersten Innenabstand Bi( p, h) zur Längsachse 44 auf. Dabei definiert der erste Innenabstand Bi (<p, h) eine erste mathematische Funktion, die den Verlauf des ersten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des ersten Bohrsegmentes 43-1 beschreibt. Der erste Innenabstand Bi (<p, h) variiert über den Umfang des ersten Bohrsegmentes 43-1 zwischen einem ersten Minimalwert Bmin,i und einem ersten Maximalwert Bmax,i; in der Höhenrichtung h variiert der erste Innenabstand Bi (<p, h) und nimmt in Richtung der ersten Oberseite 52-1 des ersten Bohrsegmentes 43-1 ab. Der erste Innenabstand Bi(<p, h) weist einen weiteren ersten Maximalwert Bmax,i auf, wobei der erste absolute Minimalwert Bmin.i in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden ersten Maximalwerten angeordnet ist. Der erste Innenabstand Bi (<p, h) ist in der Ebene 46 senkrecht zur Längsachse 44 im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i streng monoton verlaufend.
Die Verteilung der ersten Maximalwerte Bmax,i und des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i über den Umfang des ersten Bohrsegmentes 43-1 , der streng monotone Verlauf des ersten Innenabstandes Bi (<p, h) im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i und die Variation des ersten Innenabstandes Bi (<p, h) in der Höhenrichtung h ermöglichen die Herstellung eines ersten Bohrsegmentes 43-1 mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern 55. Das erste Bohrsegment 43-1 kann lediglich im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i in Kontakt mit dem Bohrkern 55 stehen, alle übrigen Bereiche der ersten inneren Mantelfläche 48-1 weisen einen Spalt zum Bohrkern 55 auf.
Die zweite innere Mantelfläche 48-2 weist in der Ebene 46 senkrecht zur Längsachse 44 einen zweiten Innenabstand 62( , h) zur Längsachse 44 auf. Dabei definiert der zweite Innenabstand B2(q>, h) eine zweite mathematische Funktion, die den Verlauf des zweiten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des zweiten Bohrsegmentes 43-2 beschreibt.
Der zweite Innenabstand B2(<p, h) variiert über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes 43-2 zwischen einem zweiten Minimalwert Bmin,2 und einem zweiten Maximalwert Bmax,2; in der Höhenrichtung h variiert der zweite Innenabstand B2(<p, h) und nimmt in Richtung der zweiten Oberseite 52-2 des zweiten Bohrsegmentes 43-2 ab. Der zweite Innenabstand B2(<p, h) weist einen weiteren zweiten Maximalwert Bmax,2 auf, wobei der zweite absolute Minimalwert Bmin,2 in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden zweiten Maximalwerten angeordnet ist. Der zweite Innenabstand B2(<p, h) ist in der Ebene 46 senkrecht zur Längsachse 44 im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 streng monoton verlaufend.
Die Verteilung der zweiten Maximalwerte Bmax,2 und des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes 43-2, der streng monotone Verlauf des zweiten Innenabstandes B2(<p, h) im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 und die Variation des zweiten Innenabstandes B2(<p, h) in der Höhenrichtung h ermöglichen die Herstellung eines zweiten Bohrsegmentes 43-2 mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern 55. Das zweite Bohrsegment 43-2 kann lediglich im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 in Kontakt mit dem Bohrkern 55 stehen, alle übrigen Bereiche der zweiten inneren Mantelfläche 48-2 weisen einen Spalt zum Bohrkern 55 auf.
Die dritte innere Mantelfläche 48-3 weist in der Ebene 46 senkrecht zur Längsachse 44 einen dritten Innenabstand Bs(cp, h) zur Längsachse 44 auf. Dabei definiert der dritte Innenabstand Bs(q), h) eine dritte mathematische Funktion, die den Verlauf des dritten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des dritten Bohrsegmentes 43-3 beschreibt.
Der dritte Innenabstand Bs(q), h) variiert über den Umfang des dritten Bohrsegmentes 43-3 zwischen einem dritten Minimalwert Bmin,3 und einem dritten Maximalwert Bmax.s; in der Höhenrichtung h variiert der dritte Innenabstand Bs(q), h) und nimmt in Richtung der dritten Oberseite 52-3 des dritten Bohrsegmentes 43-3 ab. Der dritte Innenabstand Bs(q), h) weist einen weiteren dritten Maximalwert Bmax,3 auf, wobei der dritte absolute Minimalwert Bmin,3 in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden dritten Maximalwerten Bmax,3 angeordnet ist.
Der dritte Innenabstand Bs(q), h) ist in der Ebene 46 senkrecht zur Längsachse 44 im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 streng monoton verlaufend.
Die Verteilung der dritten Maximalwerte Bmax,2 und des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 über den Umfang des dritten Bohrsegmentes 43-3, der streng monotone Verlauf des dritten Innenabstandes B3(<p) im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 und die Variation des dritten Innenabstandes Bs(q), h) in der Höhenrichtung h ermöglichen die Herstellung eines dritten Bohrsegmentes 43-3 mit einer geringen Kontaktfläche zum Bohrkern 55. Das dritte Bohrsegment 43-3 kann lediglich im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 in Kontakt mit dem Bohrkern 55 stehen, alle übrigen Bereiche der dritten inneren Mantelfläche 48-3 weisen einen Spalt zum Bohrkern 55 auf.
Im Ausführungsbeispiel sind das erste Bohrsegment 43-1 , das zweite Bohrsegment 43-2 und dritte Bohrsegment 43-3 im Rahmen von Fertigungsgenauigkeiten identisch ausgebildet und in der Umfangsrichtung cp um ca. 120° zueinander versetzt. Bei einem Versatz von ca. 120° sind der erste absolute Minimalwert Bmin.i , der zweite absolute Minimalwert Bmin,2 und der dritte absolute Minimalwert Bmin,3 in der Umfangsrichtung cp gleichverteilt und führen zu einem spiegelsymmetrischen Aufbau der Bohrkrone 40. Durch den spiegelsymmetrischen Aufbau können Vibrationen der Bohrkrone 40 im Bohrbetrieb reduziert und die Laufruhe der Bohrkrone 40 verbessert werden.
Der erste Innenkonus 54-1 weist eine erste Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist und als erste Ellipsenform ausgebildet sein kann, der zweite Innenkonus 54-2 weist eine zweite Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist und als zweite Ellipsenform ausgebildet sein kann, und der dritte Innenkonus 54-3 weist eine dritte Grundfläche auf, die von einer Kreisform verschieden ist und als dritte Ellipsenform ausgebildet sein kann.
Die Bohrkrone 20 der FIG. 2A umfasst drei Bohrsegmente 23-1 , 23-2, 23-3 mit inneren Mantelflächen 28-1 , 28-2, 28-3, die als Abschnitt eines ersten Zylinders 34-1 , zweiten Zylinders 34-2 bzw. dritten Zylinders 34-3 ausgebildet sind, und die Bohrkrone 40 der FIG. 4A umfasst drei Bohrsegments 43-1 , 43-2, 43-3 mit inneren Mantelflächen 48-1 , 48-2, 48-3, die als Abschnitt eines ersten Innenkonus 54-1 , zweiten Innenkonus 54-2 bzw. dritten Innenkonus 54-3 ausgebildet sind. Alternativ können erfindungsgemäße Bohrkronen ein Bohrsegment mit einer konusförmigen inneren Mantelfläche und zwei Bohrsegmente mit zylinderförmigen inneren Mantelflächen oder zwei Bohrsegmente mit konusförmigen inneren Mantelflächen und ein Bohrsegment mit einer zylinderförmigen inneren Mantelfläche aufweisen.
FIG. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bohrkrone 60, die einen Bohrschaft 61 und einen Schneidabschnitt mit einem ersten Bohrsegment 63-1 , einem zweiten Bohrsegment 63-2 und einem dritten Bohrsegment 63-3 aufweist, in einer Ansicht auf die Oberseite der Bohrsegmente 63-1 , 63-2, 63-3.
Die Bohrkrone 60 unterscheidet sich von der Bohrkrone 20 der FIG. 2A und der Bohrkrone 40 der FIG. 4A dadurch, dass sich das zweite und dritte Bohrsegment 63-2, 63-3 vom ersten Bohrsegment 63-1 unterscheiden. Der Bohrschaft 61 ist analog zum Bohrschaft 21 der Bohrkrone 20 und zum Bohrschaft 41 der Bohrkrone 40 aufgebaut. Der Bohrschaft 61 umfasst einen Zylinder 65 mit einer Zylinderachse, die eine Längsachse 64 des Bohrschaftes 61 definiert.
Das erste Bohrsegment 63-1 umfasst eine erste innere Mantelfläche 68-1 , eine erste äußere Mantelfläche 69-1 , eine erste Unterseite und eine erste Oberseite, das zweite Bohrsegment 63-2 umfasst eine zweite innere Mantelfläche 68-2, eine zweite äußere Mantelfläche 69-2, eine zweite Unterseite und eine zweite Oberseite und das dritte Bohrsegment 63-3 umfasst eine dritte innere Mantelfläche 68-3, eine dritte äußere Mantelfläche 69-3, eine dritte Unterseite und eine dritte Oberseite. Dabei werden die erste Unterseite des ersten Bohrsegmentes 63-1 , die zweite Unterseite des zweiten Bohrsegmentes 63-2 und die dritte Unterseite des dritten Bohrsegmentes 63-3 am Bohrschaft 61 befestigt.
Die erste innere Mantelfläche 68-1 weist senkrecht zur Längsachse 64 des Bohrschaftes 61 einen ersten Innenabstand Bi( p, h) zur Längsachse 64 auf. Dabei definiert der erste Innenabstand Bi (<p, h) eine erste mathematische Funktion, die den Verlauf des ersten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des ersten Bohrsegmentes 63-1 beschreibt. Der erste Innenabstand Bi (<p, h) variiert über den Umfang des ersten Bohrsegmentes 63-1 zwischen einem ersten Minimalwert Bmin,i und einem ersten Maximalwert Bmax,i. Der erste Innenabstand Bi (<p, h) weist einen weiteren ersten Maximalwert Bmax,i auf, wobei der erste absolute Minimalwert Bmin.i in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden ersten Maximalwerten angeordnet ist. Der erste Innenabstand Bi (<p, h) ist in der Ebene senkrecht zur Längsachse 64 im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin.i streng monoton verlaufend.
Die erste innere Mantelfläche 68-1 kann wie die erste innere Mantelfläche 28-1 als Abschnitt eines ersten Zylinders oder wie die erste innere Mantelfläche 48-1 als Abschnitt eines ersten Innenkonus, der sich in Richtung der ersten Oberseite des ersten Bohrsegmentes verjüngt, ausgebildet sein.
Die zweite innere Mantelfläche 68-2 weist senkrecht zur Längsachse 64 des Bohrschaftes 61 einen zweiten Innenabstand 62( , h) zur Längsachse 64 auf. Dabei definiert der zweite Innenabstand B2(q>, h) eine zweite mathematische Funktion, die den Verlauf des zweiten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des zweiten Bohrsegmentes 63-2 beschreibt.
Der zweite Innenabstand B2(<p, h) variiert über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes 63-2 zwischen einem zweiten Minimalwert Bmin,2 und einem zweiten Maximalwert Bmax,2. Der zweite Innenabstand B2(<p, h) weist einen weiteren zweiten Maximalwert Bmax,2 auf, wobei der zweite absolute Minimalwert Bmin,2 in der Umfangsrichtung cp zwischen den beiden zweiten Maximalwerten angeordnet ist. Der zweite Innenabstand B2(<p, h) ist in der Ebene senkrecht zur Längsachse 64 im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes Bmin,2 streng monoton verlaufend.
Die zweite innere Mantelfläche 68-2 kann wie die zweite innere Mantelfläche 28-2 als Abschnitt eines zweiten Zylinders oder wie die zweite innere Mantelfläche 48-2 als Abschnitt eines zweiten Innenkonus, der sich in Richtung der zweiten Oberseite des zweiten Bohrsegmentes verjüngt, ausgebildet sein.
Die dritte innere Mantelfläche 68-3 weist senkrecht zur Längsachse 64 des Bohrschaftes 61 einen dritten Innenabstand Bs(cp, h) zur Längsachse 64 auf. Dabei definiert der dritte Innenabstand Bs(q), h) eine dritte mathematische Funktion, die den Verlauf des dritten Innenabstandes über den Umfang und die Höhe des dritten Bohrsegmentes 63-3 beschreibt.
Der dritte Innenabstand Bs(q), h) variiert über den Umfang des dritten Bohrsegmentes 63-3 zwischen einem dritten Minimalwert Bmin,3 und einem dritten Maximalwert Bmax,3. Der dritte Innenabstand Bs(q), h) weist einen weiteren dritten Maximalwert Bmax,3 auf, wobei der dritte absolute Minimalwert Bmin,3 in der Umfangsrichtung q> zwischen den beiden dritten Maximalwerten angeordnet ist. Der dritte Innenabstand Bs(q), h) ist in der Ebene senkrecht zur Längsachse 64 im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes Bmin,3 streng monoton verlaufend.
Die dritte innere Mantelfläche 68-3 kann wie die dritte innere Mantelfläche 28-3 als Abschnitt eines dritten Zylinders oder wie die dritte innere Mantelfläche 48-3 als Abschnitt eines dritten Innenkonus, der sich in Richtung der dritten Oberseite des dritten Bohrsegmentes verjüngt, ausgebildet sein.
Im Ausführungsbeispiel der FIG. 6 sind das zweite und dritte Bohrsegment 63-2, 63-3 identisch ausgebildet und unterscheiden sich vom ersten Bohrsegment 63-1 dadurch, dass der erste absolute Minimalwert Bmin.i kleiner als der zweite und dritte absolute Minimalwert Bmin,2, Bmin,3 ist. Dies führt dazu, dass das zweite und dritte Bohrsegment 63-2, 63-3 keine Kontaktfläche zum Bohrkern 75 aufweisen. Die Kontaktfläche zwischen den Bohrsegmenten 63-1 , 63-2, 63-3 und dem Bohrkern 75 ist auf den Bereich des ersten absoluten Minimalwertes Bmin,1 beschränkt.

Claims

Patentansprüche
1. Bohrkrone (20; 40; 60), aufweisend:
■ einen Bohrschaft (21 ; 41 ; 61), der einen Zylinder (25; 45; 65) mit einer Längsachse (24; 44; 64) aufweist, wobei der Zylinder (25; 45; 65) in einer Ebene (26; 46) senkrecht zur Längsachse (24; 44; 64) einen Außendurchmesser (dA), einen Innendurchmesser (di) und eine Schaftbreite (b) aufweist, und
■ mehrere Bohrsegmente (23-1 , 23-2, 23-3; 43-1 , 43-2, 43-3; 63-1 , 63-2, 63-3), die in einer Umfangsrichtung (cp) voneinander beabstandet und mit einer Unterseite (31-1 , 31-2, 31-3; 51-1 , 51-2, 51-3) am Bohrschaft (21 ; 41 ; 61) befestigt sind, wobei die Bohrsegmente (23-1 , 23-2, 23-3; 43-1 , 43-2, 43-3; 63-1 , 63-2, 63-3) ein erstes Bohrsegment (23-1 ; 43-1 ; 63-1) mit einer ersten inneren Mantelfläche (28-1 ; 48-1 ; 68- 1), die senkrecht zur Längsachse (24; 44; 64) einen ersten Innenabstand (Bi(<p, h)) zur Längsachse (24; 44; 64) aufweist, ein zweites Bohrsegment (23-2; 43-2; 63-2) mit einer zweiten inneren Mantelfläche (28-2; 48-2; 68-2), die senkrecht zur Längsachse (24; 44; 64) einen zweiten Innenabstand (62(g), h)) zur Längsachse (24; 44; 64) aufweist, und ein drittes Bohrsegment (23-3; 43-3; 63-3) mit einer dritten inneren Mantelfläche (28-3; 48-3; 68-3), die senkrecht zur Längsachse (24; 44; 64) einen dritten Innenabstand (63(g), h)) zur Längsachse (24; 44; 64) aufweist, umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenabstand (Bi (<p, h)) zwischen einem ersten Maximalwert (Bmax,i) und einem ersten Minimalwert (Bmin,i) variiert und über den Umfang des ersten Bohrsegmentes (23-1 ; 43-1 ; 63-1) genau einen ersten absoluten Minimalwert aufweist, der zweite Innenabstand (62(g), h)) über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes (23-2; 43-2; 63-2) grösser gleich dem ersten absoluten Minimalwert (Bmin,i) ist und der dritte Innenabstand (63(g), h)) über den Umfang des dritten Bohrsegmentes (23-3; 43-3; 63-3) grösser gleich dem ersten absoluten Minimalwert (Bmin.i) ist.
2. Bohrkrone nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenabstand (Bi(g), h)) über den Umfang des ersten Bohrsegmentes (23-1 ; 43-1 ; 63-1) zwei erste Maximalwerte (Bmax ) aufweist, wobei der erste absolute Minimalwert (Bmin.i) in der Umfangsrichtung (g)) zwischen den ersten Maximalwerten (Bmax ) angeordnet ist.
3. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenabstand (Bi(g), h)) über den Umfang des ersten Bohrsegmentes (23-1 ; 43-1 ; 63-1) eine erste mathematische Funktion beschreibt, die im Bereich des ersten absoluten Minimalwertes (Bmin.i) streng monoton verlaufend ist.
4. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenabstand (62(g), h)) zwischen einem zweiten Maximalwert (Bmax,2) und einem zweiten Minimalwert (Bmin,2) variiert und über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes (23-2; 43- 2; 63-2) genau einen zweites absoluten Minimalwert (Bmin,2) aufweist.
5. Bohrkrone nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenabstand (62(g), h)) über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes (23-2; 43-2; 63-2) zwei zweite Maximalwerte (Bmax,2) aufweist, wobei der zweite absolute Minimalwert in der Umfangsrichtung (<p) zwischen den zweiten Maximalwerten (Bmax,2) angeordnet ist.
6. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Innenabstand (62(g), h)) über den Umfang des zweiten Bohrsegmentes (23-2; 43-2; 63-2) eine zweite mathematische Funktion beschreibt, die im Bereich des zweiten absoluten Minimalwertes (Bmin,2) streng monoton verlaufend ist.
7. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Innenabstand (63(g), h)) zwischen einem dritten Maximalwert (Bmax.s) und einem dritten Minimalwert (Bmin.s) variiert und über den Umfang des dritten Bohrsegmentes (23-3; 43-3; 63-3) genau einen dritten absoluten Minimalwert (Bmin.s) aufweist.
8. Bohrkrone nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Innenabstand (63(g), h)) über den Umfang des dritten Bohrsegmentes (23-3; 43-3; 63-3) zwei dritte Maximalwerte (Bmax.s) aufweist, wobei der dritte absolute Minimalwert in der Umfangsrichtung (<p) zwischen den dritten Maximalwerten (Bmax.s) angeordnet ist.
9. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Innenabstand (63(g), h)) über den Umfang des dritten Bohrsegmentes (23-3; 43-3; 63-3) eine dritte mathematische Funktion beschreibt, die im Bereich des dritten absoluten Minimalwertes (Bmin.s) streng monoton verlaufend ist.
10. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Mantelfläche (28-1) als Abschnitt eines ersten Zylinders (34-1), die zweite innere Mantelfläche (28-2) als Abschnitt eines zweiten Zylinders (34-2) und die dritte innere Mantelfläche (28-3) als Abschnitt eines dritten Zylinders (34-3) ausgebildet ist.
11 . Bohrkrone nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Zylinder (34-1 ) eine erste Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Zylinder (34-2) eine zweite Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Zylinder (34-3) eine dritte Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist.
12. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Mantelfläche (48-1) als Abschnitt eines ersten Innenkonus (54-1), der sich in Richtung einer der Unterseite (51-1) des ersten Bohrsegmentes (43-1) gegenüberliegenden ersten Oberseite (52-1) verjüngt, die zweite innere Mantelfläche (28-2) als Abschnitt eines zweiten Zylinders (34-2) und die dritte innere Mantelfläche (28-3) als Abschnitt eines dritten Zylinders (34-3) ausgebildet ist.
13. Bohrkrone nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenkonus (54- 1) eine erste Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Zylinder (34-2) eine zweite Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Zylinder (34-3) eine dritte Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist.
14. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Mantelfläche (48-1) als Abschnitt eines ersten Innenkonus (54-1), der sich in Richtung einer der Unterseite (51-1) des ersten Bohrsegmentes (43-1) gegenüberliegenden ersten Oberseite (52-1) verjüngt, die zweite innere Mantelfläche (48-2) als Abschnitt eines zweiten Innenkonus (54-2), der sich in Richtung einer der Unterseite (51-2) des zweiten Bohrsegmentes (43-2) gegenüberliegenden zweiten Oberseite (52-2) verjüngt, und die dritte innere Mantelfläche (28-3) als Abschnitt eines dritten Zylinders (34-3) ausgebildet ist.
15. Bohrkrone nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenkonus (54- 1) eine erste Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Innenkonus (54-2) eine zweite Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Zylinder (34-3) eine dritte Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist.
16. Bohrkrone nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste innere Mantelfläche (48-1) als Abschnitt eines ersten Innenkonus (54-1), der sich in Richtung einer der Unterseite (51-1) des ersten Bohrsegmentes (43-1) gegenüberliegenden ersten Oberseite (52-1) verjüngt, die zweite innere Mantelfläche (48-2) als Abschnitt eines zweiten Innenkonus (54-2), der sich in Richtung einer der Unterseite (51-2) des zweiten Bohrsegmentes (43-2) gegenüberliegenden zweiten Oberseite (52-2) verjüngt, und die dritte innere Mantelfläche (48-3) als Abschnitt eines dritten Innenkonus (54-3), der sich in Richtung einer der Unterseite (51-3) des dritten Bohrsegmentes (43-3) gegenüberliegenden dritten Oberseite (52-3) verjüngt, ausgebildet ist. Bohrkrone nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Innenkonus (54-
1) eine erste Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der zweite Innenkonus (54-2) eine zweite Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist, und/oder der dritte Innenkonus (54-3) eine dritte Grundfläche aufweist, die von einer Kreisform verschieden ist. Bohrkrone einem der Ansprüche 10-11 und 16-17, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bohrsegment (23-1; 43-1 ; 63-1), zweite Bohrsegment (23-2; 43-2; 63-2) und dritte Bohrsegment (23-3; 43-3; 63-3) identisch ausgebildet sind.
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