WO2012159947A2

WO2012159947A2 - Gesteinsbohrer mit freistichen

Info

Publication number: WO2012159947A2
Application number: PCT/EP2012/059091
Authority: WO
Inventors: Rainer Widmann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2012-11-29
Also published as: WO2012159947A3

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Gesteinsbohrer (20, 30) mit Schaft (23, 33), Bohrerkopf (21, 31) und Bohrwendel (22, 32), dessen Drehbewegung beim Bohren um eine Bohrerachse (2)ausführbar ist und der auf seiner in Vorschubrichtung (4) weisenden Stirnseite zumindest einen Schneidkörper (1) aufweist, mit wenigstens einer an der Stirnseite des Schneidkörpers vorgesehenen Schneidkante (5) und mit einer Spanfläche (6) mit zugehörigem negativem Spanflächenwinkel (α) und in Drehrichtung (D) hinter der stirnseitigen Schneidkante liegenden Freifläche (7) mit zugehörigem Freiflächenwinkel (β), wobei die Freifläche eine konvex gewölbte Kontur aufweist und wobei der Spanflächenwinkel (α) der Spanfläche grösser ist als der Freiflächenwinkel (β₁) der an die Schneidkante angrenzenden der Freifläche konvex gewölbter Kontur. Um den Eindringwiderstand ohne Verlust der Plattenstabilität verringern zu können, weist die Freifläche wenigstens einen Freistich (8, 9) auf, welcher die Freifläche wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, durchsetzt.

Description

Beschreibung

Titel

Gesteinsbohrer mit Freistichen Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs

1 und nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Stand der Technik Aus dem Stand der Technik sind herkömmliche Gesteinsbohrer mit einem

Schneidkörper bekannt. Zum einen existieren Gesteinsbohrer aus

Vollhartmetallköpfen, zum anderen können Gesteinsbohrer auch auf ihrer in Vorschubrichtung weisenden Stirnseite eine oder mehrere Schneidplatten aufweisen. Die Schneidplatte bzw. der Bohrerkopf umfassen wenigstens eine an der Stirnseite angeordnete Schneidkante mit einer Spanfläche und einer in

Drehrichtung des Gesteinsbohrers hinter der stirnseitigen Schneidkante angeordneten Freifläche. Grundsätzlich kann eine Schneidplatte bzw. der gesamte Bohrkopf so weit in das zu bohrende Material eindringen, bis der Widerstand zu groß wird und der Bohrer wieder entgegen der Vorschubrichtung zurückgeworfen wird oder stehen bleibt.

Aus der EP 0 937 191 B1 ist ein Gesteinsbohrer bekannt, der aus einzelnen Abschnitten bestehende Freiflächen bzw. konvexe Freiflächen umfasst. Aufgabe der Erfindung ist es, den Eindringwiderstand bei Gesteinsbohrern verringern zu können, ohne Plattenstabilität zu verlieren.

Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Gesteinsbohrer der eingangs genannten Art, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 3 gelöst.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Der erfindungsgemäße Bohrer hat aufgrund seiner Freiflächen den Vorteil, dass ein deutlich besseres Eindringen in den Beton durch weniger "stumpfe"

Schneiden bewirkt wird. Hierdurch ergibt sich unmittelbar ein schnellerer

Bohrfortschritt. Die auf das Bohrwerkzeug einwirkende Schlagleistung wird nicht auf eine herkömmlich stumpfe Hartmetall (HM)-Schneidplatte übertragen, sondern durch eine deutlich schlankere Ausführungsform des Bohrerkopfes. Insgesamt wird die Schlagleistung noch effektiver in Bohrleistung umgesetzt. Hierdurch können auch kleinere Werkzeugabmessungen in größeren

Bohrhämmern eingesetzt werden, ohne dass diese beschädigt werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Stirnfläche des Hartmetall- Schneidbesatzes erfolgt auch eine geringere Belastung auf die Hartmetall- Schneidplatte selbst. Dieses verbesserte Eindringen wird durch die Maßnahme ermöglicht, die auf der Rückseite der jeweiligen Spanfläche angeordnete

Freifläche der HM-Schneidplatte zu modifizieren, ohne dass eine Gefahr eines Schneidkantenbruches hiermit verbunden ist. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass jede Freifläche in wenigstens zwei Freiflächenabschnitte untergliedert ist, die z. B. etwa gleiche Breiten aufweisen können, wobei der zur Seitenwandung der Hartmetall-Schneidplatte hinweisende Freiflächenabschnitt z.

B. einen etwa doppelt so großen Freiflächenwinkel aufweisen kann, wie der zur Schneidkante hinweisende erste Freiflächenabschnitt. Hierdurch wird die

Freifläche spitz zulaufend ausgeführt, so dass die Hartmetall-Schneidplatte in Seitenansicht auf ihre Schmalseite ebenfalls spitz zulaufend ausgebildet ist. Hierdurch dringt die Hartmetall-Schneidplatte in einem zusätzlich insgesamt spitzer geformten Werkzeug widerstandsarm in das Bohrgut ein, so dass die Schlagleistung zu einem schnelleren Bohrfortschritt führt.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird z. B. ein herkömmliches

Hartmetall-Schneidelement an seiner jeweiligen Freifläche mit einem zweiten

Freiflächenabschnitt versehen, wobei die Freiflächenabschnitte in ihrer nach oben gerichteten Projektionslänge z. B. etwa halbiert werden. Die

Freiflächenabschnitte können jedoch in ihren Projektionslängen sowie ihren Freiflächenwinkeln unterschiedlich ausgebildet sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Spanfläche gegenüber einer herkömmlichen Ausführungsform mit einem vergrößerten Spanflächenwinkel von > 60° und insbesondere ca. 70° ausgebildet ist. Dabei kann je nach Optimierung des Bohrwerkzeugs die Spanfläche eben oder konkav oder konvex ausgebildet sein. Hierbei spielt der tangentiale oder fluchtende Übergang zur Abstützfläche für die HM-Schneidplatte eine Rolle. War man bisher der Ansicht, dass eine weitere Vergrößerung des Spanflächenwinkels und damit eine noch spitzere Ausbildung der HM-Schneidplatte zu einer erhöhten Bruchgefahr der Spitze der HM-Schneidplatte führt, so haben umfangreiche Versuche gezeigt, dass der verbesserte Bohrmehlabfluss einer solchen Schneide die Belastungsfähigkeit erhöht.

In diesem Zusammenhang ist auch die Verbreiterung der Spanfläche in Richtung Bohrermittelachse zu sehen, da hierdurch eine Reduzierung der Breite der Querschneide erfolgt.

Der mit einem zweiten Freiflächenwinkel ausgebildete Hartmetall-Schneidkörper kann als Schneidplatte ausgebildet und in einem Bohrerkopf integriert werden, dessen seitlicher Abstützkörper für die Hartmetall-Schneidplatte sehr schlank und ebenfalls spitz zulaufend ausgebildet ist. Gegenüber einem herkömmlichen Bohrwerkzeug mit stirnseitigen voluminösen Abstützflächen werden demzufolge die seitlichen Abstützflächen als möglichst spitz zulaufende, in ihrer Außenkontur z. B. konkave bzw. gewölbte oder auch ebene seitliche Flächen ausgebildet, was zu einer sehr spitz zulaufenden, pfeilförmigen Seitenansicht des Bohrerkopfes mit Hartmetall-Schneidplatte führt. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Außenkontur eben, konvex oder konkav ausgebildet ist, wobei die Abstützflächen für den HM-Scheidkörper und damit die Außenkontur des Bohrerkopfes nahezu oder vollständig tangential oder asymptotisch in die Spanfläche bzw. in die Freifläche des Hartmetall-Schneidelements übergeht. Hierdurch ergibt sich in Ansicht auf die Schmalseite des Hartmetall-Schneidelements eine ebene oder eine nach innen gewölbte Fläche, die in ihrem oberen Bereich zu mindestens teilweise spitz zulaufend in die Spanfläche bzw. in die Freifläche bzw. in die Seitenwandung des Hartmetall-Schneidelements einläuft. Dadurch werden stirnseitige Stauflächen vermieden. Diese Maßnahme am Bohrerkopf kann auch mit einer herkömmlich ausgeführten Schneidplatte zu dem gewünschten Effekt führen.

Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Gesteinsbohrer dadurch aus, dass die Freifläche wenigstens teilweise von wenigstens einem Freistich durchsetzt wird. Vorzugsweise beginnt der Freistich in Drehrichtung im Bereich der Schneidkante, insbesondere hinter der Schneidkante. Grundsätzlich kann der Gesteinsbohrer dabei so ausgebildet sein, dass er eine Schneidplatte aufweist, die eine entsprechende Schneidkante sowie eine Spanfläche und eine Freifläche umfasst. Die Schneidplatte kann beispielsweise bei der Herstellung des

Schneidkörpers eingesetzt werden. Es kann sich aber auch um einen

Schneidkörper ohne eine entsprechende Schneidplatte handeln, der also z.B. aus einem Stück gefertigt ist und selbst eine Schneidkante mit einer Span- und einer Freifläche aufweist.

Durch einen Freistich ist eine gedachte Fläche, hier also ein Teil der Freifläche, in wenigstens einem Flächenabschnitt entgegen einer Vorschubrichtung des Gesteinsbohrers teilweise zurückversetzt.

Bei einem entsprechenden, erfindungsgemäßen Bohrerkopf kann durch die Freistiche der Eindringwiderstand verringert werden. Gleichzeitig kann der erfindungsgemäße Gesteinsbohrer genügend Stabilität aufweisen, um den Belastungen während des Bohrens standhalten zu können. Unter anderem kann die Stabilität deshalb erhalten bleiben, weil die eigentliche Schneidkante grundsätzlich nicht verändert werden muss. Ferner ermöglicht ein derartiger Gesteinsbohrer ein schnelleres Eindringen in das Material, da der gesamte Bohrkopf pro Hammerschlag tiefer in das Material eindringen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Gesteinsbohrer kann die Freifläche in wenigstens zwei Freiflächenabschnitte unterteilt sein. Selbstverständlich können statt zwei Freiflächenabschnitte gegebenenfalls auch mehrere Freiflächenabschnitte eingesetzt werden, die eine Art Polygonzug ergeben. Grundsätzlich ist jeder Freiflächenabschnitt bei einem Polygonzug für sich genommen eben ausgebildet. Je größer die Anzahl der Polygonabschnitte ist, desto kleiner werden deren Längen bei konstanter Länge der Freifläche. Im Grenzfall, in dem die Anzahl der Polygonabschnitte gegen Unendlich geht, besteht der "Grenzpolygonzug" aus der glatten, gekrümmten Kurve. Auf diese Weise kann die Außenkontur der Freifläche im Sinne eines "Grenzpolygonzugs" auch konvex gewölbt sein.

Zudem können die entsprechenden Freiflächenabschnitte gegenüber der Drehachse unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen.

Der Freistich ist zum Beispiel tangential zu einem gedachten Kreis ausgerichtet, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse liegt, bzw. verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Schneidkante. Andere Winkelausrichtungen sind jedoch ebenfalls denkbar. Darüber hinaus kann der Freistich in seinem Verlauf entlang des gedachten Kreises um die Dreh- / Bohrerachse kreisbogenförmig verlaufen.

Um einen möglichst geringen Einfluss auf die Stabilität der gesamten Platte bzw. des Bohrkopfes auszuüben, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung der

Freistich in Drehrichtung schmäler werdend ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, den Freistich keilförmig auszubilden. In Projektion auf die Stirnseite kann der Freistich also dreieckig ausgebildet sein. Bewegt man sich von der Drehachse des Bohrkopfs bzw. der Schneidplatte radial nach außen, so ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung denkbar, die Freistiche nebeneinander anzuordnen. Insbesondere ist es denkbar, in Draufsicht auf die Stirnseite gesehen, die Freistiche um den Drehpunkt punktsymmetrisch anzuordnen.

Drehpunkt ist in diesem Sinne der Punkt, an dem die Drehachse in Projektion in Draufsicht auf die Stirnseite die Stirnseite durchstößt. Vorteilhaft ist es für viele Anwendungen, den Schneidkörper aus Hartmetall auszubilden. Der Schneidkörper kann als Schneidplatte ausgebildet sein, die in den Bohrkopf eingesetzt ist (vgl. Figur 8). Der Bohrkopf kann aber auch aus einem Vollmaterial bestehen und den Schneidkörper umfassen (vgl. Figur 9). Entsprechend kann der Bohrkopf beispielsweise als Vollhartmetallkopf (ohne separate, eingesetzte Schneidplatte) ausgebildet sein. Wird eine Schneidplatte eingesetzt, kann diese entsprechend auch aus Hartmetall gefertigt sein.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Freistiche konkav ausgebildet, d. h., die Freistiche sind nach innen in Bezug auf den Schneidkörper gewölbt bzw. gebogen oder sind zumindest aus wenigstens zwei Flächen gebildet, die in Bezug auf den Schneidkörper nach innen geknickt sind. Eine entsprechende Wölbung kann entlang mindestens einer Achse ausgebildet sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Freistich als Rinne ausgebildet ist. Eine Rinne verläuft entlang einer Achse und ist bezüglich dieser Achse nicht gekrümmt, sondern nur senkrecht zu dieser Achse. Beispielsweise kann der

Freistich allerdings auch wie eine Wanne ausgebildet sein, also in Bezug auf verschiedene Achsen gekrümmt sein. Denkbar ist z. B., dass der Freistil so ausgebildet ist, als wäre in den Schneidkörper eine Kugel maximal bis zur Hälfte eingedrückt worden. Der Vorteil an der Rinne kann insbesondere darin liegen, dass die Rinne tangential zur Bahnkurve des entsprechenden Punktes auf dem

Schneidkörper, an dem sich die Rinne befindet angeordnet ist. Somit besitzt die Rinne in Bezug auf die Drehbewegung des Gesteinsbohrers einen möglichst geringen Widerstand und ermöglicht zudem, dass das Bohrmehl in vorteilhafter Weise durch die Rinne durchlaufen kann, während der Bohrer die

Drehbewegung ausführt.

Der Freistich kann durchgängig bis zur in Drehrichtung gesehen hinteren Kante der Freifläche verlaufen. Der (z.B. als Wanne ausgebildete) Freistich muss nicht zwingend vor der Kante enden, sondern kann gewissermaßen die Kante unterbrechen bzw. in ihrer Kontur entgegen der Vorschubrichtung absenken. Der

Freistich kann somit etwa die Form einer "offenen Wanne" besitzen.

Auch der Freistich kann bei einer Ausführungsform der Erfindung aus mehreren Bereichen bestehen. Beispielsweise kann der Freistich einen äußeren Bereich bzw. Freistichabschnitt aufweisen, der den inneren Freistichabschnitt von der

Freifläche trennt. Der äußere Abschnitt kann einen anderen Neigungswinkel aufweisen als der innere Freistichabschnitt bzw. der Übergang vom äußeren zum inneren Bereich kann einen "Knick" aufweisen. Der äußere Freistichabschnitt kann verschieden ausgebildet sein, z.B. wulstartig.

Zur verbesserten Anpassung an das Bohrloch kann der Schneidkörper bzw. die Schneidplatte eine Kantenverrundung an ihrem in radialer Richtung gesehen äußeren, am weitesten von der Drehachse beabstandeten Ende aufweisen. Durch diese Maßnahme kann die Belastung des Gesteinsbohrers verringert werden, da der Außenbereich des Schneidkörpers an die Mantelfläche des zu bohrenden Bohrlochs angepasst wird. Ohne eine solche Kantenverrundung würden sonst die Kanten des Schneidkörpers bzw. der Schneidplatte beim Bohren unmittelbar mit ihrer Kantenspitze an der Mantelfläche des Bohrlochs reiben und folglich besonders stark beansprucht werden.

Der Schneidkörper / Die Schneidplatte kann zudem dachförmig ausgebildet sein, wobei die Schneidkante zu beiden Seiten der Bohrachse in radialer Richtung nach außen hin abfällt, vorzugsweise in einem Winkel von ca. 22,5° (Grad) gegenüber einer senkrecht zur Bohrerachse liegenden Ebene (Die Dachflächen oder Dachkanten schließen dann (schaftseitig, nicht stirnseitig) einen Winkel von ca. 135° ein). Der Schneidkörper / Die Schneidplatte kann eine zusätzliche Zentrierspitze aufweisen. Zudem kann auch jede/r dachförmige Schneidkörper / Schneidplatte an der giebelförmigen Spitze zur Zentrierung verwendet werden. Ein Übergang von Schneidkörper bzw. Schneidplatte zur Zentrierspitze kann fließend erfolgen.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Freifläche wenigstens ein inselartiger Schneidpunkt ausgebildet. Inselartig bedeutet im Sinne der Erfindung, dass sich um jeden Schneidpunkt herum ein Teilgebiet des Freistichs befindet. Der inselartige Schneidpunkt selbst kann kegelförmig ausgebildet sein, er kann aber auch die Form einer Halbkugel, pyramidenförmig oder dergleichen geformt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Schneidpunkte durch direkte Formgebung, also durch Pressen erzeugt werden. Gegebenenfalls können die Schneidpunkte

grundsätzlich auch als Schweißpunkte aufgesetzt werden, denkbar ist aber auch, dass diese aus kleinen Körpers wie Metallkugeln, Splittern usw. bestehen, welche innerhalb des Freistiches aufgeschweißt werden. Diese Schneidpunkte ermöglichen beispielsweise, dass diese sich ähnlich wie Klauen in das Material zusätzlich einschneiden und ein weiteres Abräumen von Material ermöglichen.

Denkbar ist grundsätzlich, dass diese inselartigen Schneidpunkte unregelmäßig innerhalb eines Freistichs angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist jedoch, bei einer Ausführungsform der Erfindung die Schneidpunkte in Reihe hintereinander in der Freifläche anzuordnen. Die Reihe von Schneidpunkten kann so

angeordnet sein, dass diese auf der Bahnkurve der Drehbewegung liegen oder tangential zur Bahnkurve oder gegebenenfalls auch senkrecht zu einer gedachten Bahnkurve, d. h. radial zur Drehachse hin. Hierdurch kann auch ermöglicht werden, dass zusätzlich Kerben in das Material eingeschnitten werden und entweder die Wirkung durch hintereinander geschaltete

Schneidpunkte vergrößert wird bzw. der Abrieb der einzelnen Schneidpunkte auf mehrere verteilt wird oder aber, dass mehrere Schneidpunkte nebeneinander zur Wirkung kommen.

Die Schneidpunkte werden durch Pressen, also durch direkte Formgebung erzeugt. Wie bereits erwähnt, können diese grundsätzlich auch durch Setzen von Schweißpunkten gebildet werden. Denkbar ist auch, dass ein Partikel aus einem bestimmten Material aufgeschweißt oder gelötet wird. Dadurch kann je nach Anwendung in vorteilhafter Weise eine besonders stabile Verbindung erzeugt werden. Ferner können als Partikel solche Materialien eingesetzt werden, die eine besonders gute Führung bei der Drehbewegung ermöglichen oder zum Beispiel einen besonders guten Abtrag.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist am radial äußeren Ende des Schneidkörpers bzw. der Schneiplatte eine Abfasung vorgesehen. Gerade in diesem äußeren Bereich wird der Bohrer besonders beansprucht. Im Falle einer ausgeprägten, nicht abgerundeten oder abgefasten Kante kann der Bohrer leicht beschädigt werden, es kann zu Rissen bzw.

Brüchen kommen; auch kann der Bohrer gegebenenfalls leichter verkanten, was durch eine Abfasung vermieden werden kann. Die Fase ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie gegenüber der Schneidkante um noch einmal ca. 20° stärker (entgegen der Vorschubrichtung) abfällt.

Ausführungsbeispiel:

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert.

Im Einzelnen zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht einer Schneidplatte gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine Draufsicht auf die Schneidplatte gem. der Erfindung,

Figur 3 eine Seitenansicht der Schneidplatte gem. der Erfindung,

Figur 4 eine Detailansicht eines Bereichs aus Figur 2,

Figur 5 eine Detailansicht eines Bereichs aus Figur 1 ,

Figuren 6 und 7 eine schematische Schnittdarstellung jeweils entlang der

Schnittlinien B-B und C-C aus Figur 1 ,

Figuren 8 und 9 schematische Darstellungen des allgemeinen Aufbaus von Gesteinsbohrern mit Schneidplatte und mit Vollmetall

Bohrkopf.

Figur 1 zeigt eine Schneidplatte 1 . Die Schneidplatte 1 ist Teil eines Bohrers und bildet einen Teil des Bohrkopfes, in dem sie eingesetzt ist. Figur 8 zeigt, wie eine derartige Schneidplatte in einem Gesteinsbohrer 20 angeordnet sein kann.

Die Bohrerachse 2 verläuft mittig durch die Schneidplatte 1 . Die Bohrer- bzw. Drehachse 2 verläuft darüber hinaus mittig durch die Zentrierspitze 3. Zusätzlich ist ein Pfeil 4 eingezeichnet, der die Vorschubrichtung des Gesteinsbohrers darstellt. Im vorderen Bereich (gesehen in Vorschubrichtung 4), dem stirnseitigen Bereich des Bohrers 2, befindet sich die Schneidkante 5. In Drehrichtung D gesehen liegt vor der Schneidkante die Spanfläche 6, in Drehrichtung D hinter der Schneidkante befindet sich die Freifläche 7. Die Freifläche 7 ist als konvex gekrümmte Freifläche ausgebildet. In zwei Teilbereichen ist die Freifläche 7 in Vorschubrichtung 4 gesehen nach hinten versetzt. Es handelt sich dabei um die Freistiche 8 und 9. Die Freistiche 8 und 9 sind konkav gewölbt und bilden eine wannenartige Struktur. Ferner untergliedern sich die Freistiche 8 und 9 jeweils in zwei Bereiche, nämlich die inneren Bereiche 8' bzw. 9' und einen äußeren Ring 8" bzw. 9". Der äußere Bereich 8" bzw. 9" trennt den inneren Bereich 8' bzw. 9' vom übrigen Bereich der Freifläche 7 ab. Die Bereiche 8" und 9" können leicht wulstartig ausgebildet sein. Der innere Bereich 8' und 9' ist jeweils konkav ausgebildet. Die Freistiche 8 und 9 beginnen in der Nähe der Schneidkante 5 und verbreitern sich bis zur in Drehrichtung gesehen hinteren Kante 10 der

Freifläche 7. Die Wannen 8 und 9 sind gewissermaßen zur hinteren Seite offen ausgebildet, das heißt die Kante 10 ist im Bereich der Freistiche 8 und 9 in Vorschubrichtung 4 gesehen nach hinten versetzt. Die Spanfläche 6 weist üblicherweise einen Spanflächenwinkel α von ca. 68 ° auf, wobei der Spanflächenwinkel sich auf eine senkrecht zur Bohrerachse verlaufende Ebene bezieht. Wie aus der Seitenansicht der Schneidplatte 1 in Figur 1 zu sehen ist, verläuft die Schneidkante 5 von der Bohrerachse 2 aus gesehen nach außen hin abfallend, das heißt entgegen der Vorschubrichtung 4. Die beiden Schneidkanten sind gegenüber einer Ebene, die senkrecht zur

Bohrerachse 2 verläuft um ca. 22,5° nach unten entgegen der Vorschubrichtung 4 geneigt, das heißt die Schneidkanten 5 schließen einen stumpfen Winkel γ von etwa 135° ein. Da die Freifläche 7 konvex gewölbt ist, liegt dort gewissermaßen an jeder einzelnen Stelle ein anderer Neigungswinkel vor.

In den Figuren ist eine Freifläche 7 mit konvexer, glatter Kontur dargestellt. Alternativ dazu kann eine Freifläche so ausgestaltet sein, dass anstelle einer konvex verlaufenden, glatten Kontur wenigstens zwei Freiflächenabschnitte, also ein Polygonzug vorgesehen ist. Wird die Freifläche, was in den Figuren nicht dargestellt ist, in zwei Freiflächenabschnitte untergliedert, kann beispielsweise ein erster Freiflächenwinkel für die Freifläche, die als nächstes an der

Schneidkante liegt, ein Winkel ß1 von 20° bis 40°, vorzugsweise von 20° bis 30° gewählt werden. Der zweite Freiflächenwinkel für die in Drehrichtung nach hinten gesetzten Freiflächenabschnitt kann ein größerer Freiflächenwinkel ß2 gewählt werden, der beispielsweise 40° bis 70°, vorzugsweise 60° beträgt. Durch die

Unterteilung der bekannten Freifläche in zwei Freiflächenabschnitte kann die Schneidplatte deutlich spitzer ausgeführt werden, das heißt die sonst vergleichsweise flach verlaufende Freifläche wird durch die zusätzliche

Abschrägung des zweiten Freiflächenabschnitts wesentlich spitzer ausgeführt. Sowohl bei einer polygonformigen Kontur als auch bei einer glatten, gekrümmten Kontur (Grenzpolygonzug) kann die Stirnfläche der Hartmetallschneidplatte schlanker ausgebildet sein.

Die Zentrierspitze 3 ist so ausgebildet, dass diese einen glatten Übergang zur Schneidkante 5 bzw. zur Spanfläche 6 bzw. zur Freifläche 7 aufweist.

In Figur 1 sind zwei Schnitte B-B und C-C gelegt, welche durch die Freistiche 8 und 9 verlaufen.

Die in Vorschubrichtung 4 gesehen äußere Kante der Schneiplatte 1 ist mit dem Bezugszeichen B gekennzeichnet, wobei der dargestellte Bereich in Figur 5 vergrößerst dargestellt ist.

Figur 2 zeigt eine Draufsicht der Schneidplatte 1 . Die Schneidkante 5 verläuft bis auf die Zentrierspitze 3, wobei jedoch um die Bohrerachse 2 herum ein Bereich 1 1 ausgebildet ist, der den Verlauf der Schneidkante 5 unterbricht. Dieser Bereich 1 1 wiederum verläuft fast senkrecht zur Schneidkante 5. In der

Projektion der Figur 2 nehmen die Freiflächen 7 einen größeren Raum ein als die Spanflächen 6. Dementsprechend verläuft die Schneidkante 5, die zwischen den Flächen 6 und 7 angeordnet ist, in einem leicht gebogenen Verlauf. Im zentralen Bereich der Schneidplatte 1 verläuft die Schneidkante im Wesentlichen auf die Drehachse 2 zu. Der äußere Bereich der Schneidplatte A ist in Figur 4 vergrößert dargestellt.

Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der Schneidplatte 1. Mittig hindurch verläuft die Drehachse 2. Die Schneidplatte 1 besitzt eine Zentrierspitze 3, deren seitlicher Verlauf dargestellt ist. Zu sehen ist ebenfalls die Spanfläche 6, die Freifläche 7 sowie die Freistriche 8 und 9.

Figur 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereichs A aus Figur 2. Der in Figur 4 dargestellte Bereich zeigt noch einen Teil der Spanfläche 6, der

Freifläche 7, dem wulstartigen Außenbereich 9" des Freistichs 9 sowie die Schneidkante 5. Am von der Drehachse D gesehen äußeren Bereich befindet sich eine Abschrägung bzw. Abfasung 12 entgegen der Vorschubrichtung 4 (Bereich 12). Die Scheidkante 5 endet an der Fase 12. Dadurch wird eine Kante im Außenbereich der Schneidplatte 1 vermieden, die beim Bohren zu einer wesentlich stärkeren Belastung des Bohrers führen könnte. Um die Drehachse 2 herum ist zusätzlich der äußere Bereich der Schneidplatte 1 im Bereich 13 abgerundet. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist die Abrundung so gewählt, dass der Bereich 13 nochmal um ca. 8° gegenüber einer senkrecht zur Bohrerachse verlaufenden Linie geneigt ist.

Figur 5 zeigt den Bereich B aus Figur 1 vergrößert dargestellt wobei im vorderen Bereich der Figur 5 noch ein Teil der Freifläche 7 zu sehen ist, der im oberen Bereich in die Schneidkante 5 mündet. Im äußeren Bereich, gesehen von der

Drehachse aus, befindet sich die Abrundung 13. Die Fase 12 besitzt die einen steileren negativen Neigungswinkel als die Schneidkante 5. Aus Figur 5 wird ersichtlich, dass der Bereich 12 gegenüber der Schneidkante 5 noch einmal um 20° stärker geneigt ist.

Die Figuren 6 und 7 zeigen die entsprechenden Schnittdarstellungen B-B und C- C jeweils. Die Schnitte sind so gelegt, dass diese jeweils durch den Freistich 9 (vgl. Figur 6, Schnitt B-B) und den Freistich 8 (vgl. Figur 7, Schnitt C-C) verlaufen. Dargestellt sind ebenfalls die Schneidkante 5 und die Spanfläche 6. Die Spanfläche 6 verläuft in einem Neigungswinkel von 90° - 22° = 68°.

Die Figuren 8 und 9 zeigen jeweils schematische Darstellungen von Bohrern, nämlich: Figur 8: ein Gesteinsbohrer 20 mit einer Schneidplatte 21 , einer Bohrwendel 22 und einem Schaft 23 sowie

Figur 9: einem Gesteinsbohrer 30 mit einem als Vollkörper ausgebildeten Bohrkopf 31 , einer Wendel 32 und einem Schaft 33.

Generell ist bei der Hartmetall-Herstellung das Herstellen spitzer Winkel problematisch. Es kann zum einen eine ungenügende Verdichtung des Rohlings die Ursache für Frühausfälle sein. Zum andern ist bei spitzen Winkeln auch die Belastung für die Form zum Verpressen und Sintern sehr hoch, so dass hier ein erhöhtes Bruchrisiko bei der Herstellung entsteht. Die Entwicklung neuer Hartmetall-Sorten, die härter und damit verschleißfester aber ähnlich zäh wie frühere Sorten sind, hat allerdings zu einem reduzierten Verschleißverhalten geführt; das Bruchrisiko wurde bislang aber immer noch als sehr hoch eingeschätzt.

Überraschenderweise haben jedoch Versuche gezeigt, dass selbst mit bisherigen Hartmetall-Sorten der Verschleiß und das Bruchrisiko trotz

Vergrößerung des Spanwinkels nicht zunehmen, wenn die Schlagenergie im Gestein optimal umgesetzt und die Verlustleistung am Bohrerkopf reduziert werden. Eine solche Konstellation stellt sich umso eher ein, als dass der Abtransport des Bohrmehls von der Bohrerspitze weg dann optimal verläuft, wenn keine, den Bohrmehltransport störende Stauflächen dem Bohrmehlabfluss entgegentreten. Bettet man demzufolge die Hartmetall-Schneide derart in den Bohrerkopf ein, dass sich insgesamt ein sehr spitz zulaufendes Bohrwerkzeug ergibt, so wird der Bohrmehltransport von der Hartmetall-Schneide in die Bohrmehlnuten begünstigt, sodass es zu keiner zusätzlichen Reibung im Bereich des Bohrerkopfes bzw. im Bereich der Hartmetall-Schneidplatte kommt. Auch die Ausbildung eines zweiten oder größeren Freiwinkels wirkt sich positiv in diesem Sinne aus.

Ein weiteres Problem liegt in der Entwicklung und Bauweise moderner

Bohrmaschinen bzw. Bohrhämmer, die in ihrer Schlagleistung enorm gesteigert wurden. Während ein Bohrhammer älterer Bauart beim Schlag das Gestein nur zertrümmert, vermag das Werkzeug beim Einsatz in einem neuartigen

Bohrhammer durchaus etwas in das Gestein einzudringen. Auch hierbei ist es besonders günstig, wenn die auftreffende Fläche möglichst klein gehalten wird und die Bohrerspitze insgesamt möglichst schlank ist.

Aufgrund der dachförmig ausgebildeten Schneidplatte 1 sowie der außermittig der Mittelebene angeordneten Spanflächen bzw. Freiflächenabschnitten ergibt sich im Bereich der mittigen Bohrerspitze 3 eine so genannte Querschneide (vgl. Bereich 1 1 ), wie dies insbesondere in der Draufsicht aus Fig. 2 ersichtlich ist. Diese Querschneide besitzt aufgrund ihrer mittigen Anordnung im Bereich der Bohrerspitze praktisch keine Umfangsgeschwindigkeit und wirkt daher ähnlich wie ein Spitzmeißel. Es ist deshalb eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung, dass die Querschneide in ihrer Länge möglichst klein gehalten wird, damit diese möglichst als Spitze wirkt.

Claims

Ansprüche

Gesteinsbohrer (20, 30) mit Schaft (23, 33), Bohrerkopf (21 , 31 ) und Bohrwendel (22, 32), dessen Drehbewegung beim Bohren um eine Bohrerachse (2) ausführbar ist und der auf seiner in Vorschubrichtung (4) weisenden Stirnseite zumindest einen Schneidkörper (1 ) aufweist, mit wenigstens einer an der Stirnseite des Schneidkörpers vorgesehenen Schneidkante (5) und mit einer Spanfläche (6) mit zugehörigem negativem Spanflächenwinkel (a) und in Drehrichtung (D) hinter der stirnseitigen Schneidkante liegenden Freifläche (7) mit zugehörigem Freiflächenwinkel (ß), wobei die Freifläche in wenigstens zwei Freiflächenabschnitte unterteilt ist und wobei eine der Spanflächenwinkel (a) der Spanfläche schon an der Schneidkante größer ist als der Freiflächenwinkel (ßi) des ersten, an die Schneidkante angrenzenden Freiflächenabschnittes, dadurch gekennzeichnet, dass die Freifläche wenigstens einen Freistich (8, 9) aufweist, welcher die Freifläche wenigstens teilweise durchsetzt.

Gesteinsbohrer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Freiflächenabschnitt einen Freiflächenwinkel ß1 « 20 bis 40° und vorzugsweise ß1 = 20° bis 30° und ein zweiter Freiflächenabschnitt einen Freiflächenwinkel ß2 « 41 ° bis 60° und vorzugsweise ß2 = 60° aufweist und der Spanflächenwinkel α und die Freiflächenwinkel ß1 , ß2 gegenüber einer senkrecht zur Bohrerachse liegenden Ebene bestimmt werden.

Gesteinsbohrer (20, 30) mit Schaft (23, 33), Bohrerkopf (21 , 31 ) und Bohrwendel (22, 32), dessen Drehbewegung beim Bohren um eine Bohrerachse

(2)ausführbar ist und der auf seiner in Vorschubrichtung (4) weisenden Stirnseite zumindest einen Schneidkörper (1 ) aufweist, mit wenigstens einer an der Stirnseite des Schneidkörpers vorgesehenen Schneidkante (5) und mit einer Spanfläche (6) mit zugehörigem negativem Spanflächenwinkel (a) und in Drehrichtung (D) hinter der stirnseitigen Schneidkante liegenden Freifläche (7) mit zugehörigem Freiflächenwinkel (ß), wobei die Freifläche eine konvex gewölbte Kontur aufweist und wobei der Spanflächenwinkel (a) der Spanfläche größer ist als der Freiflächenwinkel (ßi) der an die Schneidkante angrenzenden der Freifläche konvex gewölbter Kontur, dadurch gekennzeichnet, dass die Freifläche wenigstens einen Freistich (8, 9) aufweist, welcher die Freifläche wenigstens teilweise durchsetzt.

4. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der wenigstens einer der Freistiche tangential zu einem gedachten Kreis ausgerichtet ist, dessen Mittelpunkt auf der Bohrerachse liegt, und/oder dass der Freistich senkrecht zur Schneidkante verläuft.

5. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Freistich in Drehrichtung schmäler werdend ausgebildet ist.

6. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Freistich keilförmig ausgebildet ist.

7. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Freistiche in radialer Richtung von der Bohrerachse nach außen hin nebeneinander angeordnet sind.

8. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Freistiche in Draufsicht auf die Stirnseite um den Drehpunkt punktsymmetrisch angeordnet sind.

9. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Schneidkörper aus Hartmetall gefertigt und/oder der Bohrerkopf als Vollhartmetallkörper ausgebildet ist.

10. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Freistiche in Bezug auf wenigstens eine den Freistich durchquerenden Achsen konkav ausgebildet ist.

1 1 . Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Freistich als Rinne und/oder als Wanne ausgebildet ist.

12. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Freistich bis zur Kante des von der Schneidkante aus gesehen in Drehrichtung letzten Freiflächenabschnitts sich erstreckt und die Kante im Bereich des Freistichs absenkt.

13. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Freistich in wenigstens einen äußeren und einen inneren Freistichabschnitt unterteilt ist, wobei der äußere Freistichabschnitt den inneren Freistichabschnitt von der Freifläche und/oder von dem jeweiligen Freiflächenabschnitt trennt.

14. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der äußere Freistichabschnitt eine wulstartige Wölbung (8", 9") aufweist.

15. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Schneidkörper an den in Bezug auf die Bohrerachse äußeren Enden mit einer Kantenverrundung (13) um die Bohrerachse versehen ist.

16. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Schneidkante zu beiden Seiten der Bohrerachse in radialer Richtung nach außen hin entgegen der Vorschubrichtung abfällt, insbesondere in einen Winkel von 15° - 40°, vorzugsweise 22,5° gegenüber einer senkrecht zur Bohrerachse liegenden Ebene.

17. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass eine Zentrierspitze zur Zentrierung des Bohrers in Bezug auf ein zu bohrendes Bohrloch vorhanden ist.

18. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abschnitt der Schneidkante wenigstens teilweise auf der Zentrierspitze liegt.

19. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Freistich ein inselartiger

Schneidpunkt ausgebildet ist.

20. Gesteinsbohrer nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Schneidkörper radial von der Drehachse aus gesehen am äußeren Ende eine Abfasung (12) aufweist, wobei insbesondere deren negativer Winkel um 15° bis 25°, vorzugsweise um 20° stärker abfällt als die Schneidkante.