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Die
Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, insbesondere einen Spiralbohrer,
insbesondere zum Bohren von Gestein. Ein derartiges Bohrwerkzeug
ist üblicherweise schaftförmig, wobei die Außenseite
eines Ausgangsschafts zumeist gleichmäßig zylindrisch
ist. Ein Befestigungsende des Bohrwerkzeugs kann auch kegelförmig
sein, um eine besonders genaue axiale Position des Bohrwerkzeugs
relativ zum Bohrantrieb festzulegen.
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Das
Bohrwerkzeug ist üblicherweise mit einem Spanende oder
Bohrkopf versehen, der unter Umständen durch eine Hartmetallplatte
verstärkt ist, die in einem Schlitz am Spanende des Bohrwerkzeugs
eingesetzt und befestigt ist. Der Bohrkopf oder das Spanende kennzeichnen
sich durch einen Hauptschneidewinkel, der bei üblicherweise
zwischen 100° und 150° liegt.
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Beim
Ansetzen des Bohrwerkzeugs greift zunächst das Spanende
in das Werkstück ein, und – beim fortgesetzten
Bohren kommt auch ein zwischen dem Befestigungsende und dem Spanende
liegendes Schneidteil mit dem Werkstück in Eingriff, wodurch
ein zylindrisches Loch in dem Werkstück ausgeräumt
wird.
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Das
den überwiegenden Teil des Bohrwerkzeugs bildende Schneidteil
hat üblicherweise zwei sich längs des Schneidteils
erstreckende Hauptwendelnute, über die bekanntermaßen
Bohrmehl von dem Spanende weg abtransportiert werden soll. Des Weiteren
bildet das bekannte Schneidteil eine sich längs des Schneidteils
erstreckende, von den beiden Hauptwendelnuten begrenzte, teilzylindrische
oder teilkegelförmige Wendelstegaußenfläche,
die sich üblicherweise mit gleicher Steigung parallel und
zwischen zwei Hauptwendelnute erstreckt. Von der teilzylindrischen
Wendelstegaußenfläche ist das Schneidteil am Übergang
zu der jeweiligen Hauptwendelnut mit einem stufenförmigen
Profilsprung geformt, durch den eine sich wendelförmig
erstreckende Kante oder Scheidkante gebildet ist. Den Querschnitt
des Bohrers betrachtend verläuft die Wendelstegaußenfläche
längs des konstanten Außendurchmessers des zylindrischen
Schaftgrundkörpers des Bohrwerkzeugs. Um die Bohreffektivität
des Bohrwerkzeugs zu erhöhen, sind unterschiedlichste Bohrwerkzeugtypen
bekannt. Beispielsweise ist aus
DE 20 2005 016 682 U1 ein Bohrwerkzeug bekannt,
dessen Hauptwendelnut an deren dem Bohrkopf zugewandten Nutflanke
gestuft ist. Die einzelnen Stufen verlaufen mit gleicher Steigung
innerhalb der Hauptwendelnut.
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EP 0 685 629 B1 offenbart
einen Gesteinsbohrer, bei dem zwei zueinander parallele Abfuhrnuten
in dem Bohrschaft eingearbeitet sind. Auf diese Weise sollen zwei
parallel verlaufende Abfuhrnuten mit unterschiedlichen Nutquerschnitten
bereitgestellt sein.
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Aus
DE 297 23 908 U1 ist
ein Gesteinsbohrer mit einer in mehrere parallel verlaufende, separate
Bohrnutabschnitte unterteilte Hauptwendelnut bekannt, wobei die
Bohrnutabschnitte entweder durch ringförmige Erhebungen
oder entsprechende Vertiefungen jeweils gleicher Steigung separiert
sind. Auch
DE 103
42 817 A1 offenbart einen Bohrer mit einer Hauptwendelnut,
in der mehrere wendelförmige, parallel zur Hauptwendelnut
verlaufende Ringvorsprünge eingearbeitet sind, durch die
mehrere Bohrnutabschnitte parallelen Verlaufs gebildet sind.
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Sämtliche
der bekannten, oben genannten Bohrwerkzeugausführungen
leiden an dem Nachteil, dass durch die zusätzliche Profilierung
zur Bildung größerer oder separater, wendelförmiger
Bohrnute die Festigkeit des Bohrwerkzeugs nicht unerheblich beeinträchtigt
ist. Durch die zusätzlichen Wendelnutabschnitte bilden
sich Spannungsspitzen an dem durch die Wendelnutabschnitte und der
damit einhergehenden Materialschwächung geprägten
Schneidteil des Bohrwerkzeugs, welche Spannungsspitzen zu einem
frühzeitigen Versagen des Bohrwerkzeugs führen
können.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik
zu überwinden, insbesondere ein Bohrwerkzeug der gattungsgemäßen
Art derart weiterzubilden, dass die Bohreffektivität erhöht wird,
ohne die Ermüdungsbeständigkeit des Bohrwerkzeugs
zu beeinträchtigen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß sind
in der teilzylindrischen Wendelstegaußenfläche
insbesondere auf einer oder mehreren gedachten Wendelbahnen um das
Schneidteil des Bohrwerkzeugs mehrere Rillenabschnitte eingearbeitet,
die sich quer oder zu einem nicht vernachlässigbaren Winkel
insbesondere von 20° bis 90° zu einer Steigungsrichtung
der Hauptwendelnut erstrecken. Vorzugsweise verlaufen die einzelnen
Rillenabschnitte an der Wendelstegaußenfläche
geradlinig und haben insbesondere eine konstante Rillenradialtiefe
und/oder Rillenbreite und/oder Rillenlänge. Die mehreren
Rillenabschnitte können auf einer geschlossenen Ringbahn
konzen trisch zur Langsachse des Bohrwerkzeugs liegen. Eine Anordnung
der mehreren Rillenabschnitte längs einer oder mehrerer
gedachter Wendelbahnen hat sich insbesondere im Vergleich zur Anordnung
der mehreren Rillenabschnitte auf einer geschlossenen Ringbahn als
vorteilhafter erwiesen, als die Dauerfestigkeit bei der wendelbahnartigen
Anordnung höher ist. Es zeigte sich, dass bei der Anordnung
der Rillenabschnitte auf einer geschlossenen Ringbahn die im Betrieb
induzierten Spannungsspitzen in dem die mehreren Rillenabschnitte
begrenzenden Material höher sind als bei der wendelbahnartigen
Anordnung der mehreren Rillenabschnitte. Versuche zeigten, dass
mit der erfindungsgemäßen Maßnahme die Bohreffektivität
deutlich erhöht werden kann. Die quer zur Hauptwendelnut
liegenden mehreren Rillenabschnitte in der Wendelstegaußenfläche
bewirken eine deutliche Reduzierung der Reibung zwischen dem Werkstück
und dem Bohrwerkzeug, wodurch zum einen weniger Antriebsenergie
in das Bohrwerkzeug eingeleitet werden muss zum anderen überraschenderweise
das Bohrwerkzeug weit weniger thermisch belastet wird. Es zeigte
sich auch, dass durch die erfindungsgemäßen Rillenabschnitte
in der Wendelstegaußenfläche, wo das Bohrwerkzeug
abschnittsweise am stärksten ausgebildet ist, eine Beeinträchtigung
der Dauerfestigkeit des Bohrwerkzeugs nicht bemerkbar ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erstrecken sich
die mehreren Rillenabschnitte mit einer wesentlich größeren
Umfangsrichtungskomponente als Axialrichtungskomponente. Es sei klar,
dass sich die Ringabschnitte auch ausschließlich in Axialrichtung
erstrecken können. Es zeigte sich allerdings, dass eine
dominierende Umfangsrichtungskomponente hinsichtlich der Bohreffektivität vorteilhafter
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die mehreren
Rillenabschnitte parallel zueinander angeordnet. Aufgrund der parallelen
Anordnung und dem damit notwendigerweise einhergehenden Abstand
der mehreren Rillenabschnitte zueinander ist es möglich,
den Bohrmehl-Abtransporteffekt der mehreren Rillen zu steigern,
ohne das Bohrwerkzeug zu stark zu schwächen.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die mehreren Rillenabschnitte jeweils von einem
dem Spanende zugewandten Rand der Hauptwendelnut zu einem dem Befestigungsende
zugewandten Rand der Hauptwendelnut, insbesondere linear umfänglich. Vorzugsweise
erstrecken sie sich von einem zum anderen Rand auf dem kürzesten
Weg längs der Wendelstegaußenfläche.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegen die mehreren
Rillenabschnitte auf wenigstens einer gedachten gemeinsamen Nebenwendelbahn,
deren Steigung kleiner als die Hauptwendelnutsteigung ist. Die Wendelsteigung
definiert sich durch eine axiale Breite (in mm) eines vollumfänglichen
360°-Umlauf der Wendel. Vorzugsweise ist die Steigung der
wenigstens einen Nebenwendelbahn derart kleiner als die Hauptwendelnutsteigung,
dass der wendelförmige Verlauf der Nebenwendelbahn bei einem
Umlauf wenigstens einmal, vorzugsweise mehrere Male, insbesondere
mehr als fünf oder zehn Mal, durch die Hauptwendelnut unterbrochen
ist. Bei der Anordnung der mehreren Rillenabschnitte auf einer einzigen,
sich längs des Bohrwerkzeugs erstreckenden Wendelbahn unterschiedlicher
Steigung zur Hauptwendelnutsteigung wurden optimale Dauerfestigkeitsergebnisse
erzielt, wobei die Bohreffektivität aufgrund eines verbesserten
Bohrmehlabtransports sowie einer Verringerung der thermischen Belastung des
Bohrwerkzeugs erhöht werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Hauptwendelbahnsteigung
um wenigstens das Zweifache, insbesondere Fünffache, vorzugsweise
Zehnfache, insbesondere Zwölf- oder Fünfzehnfache
größer als die Wendelsteigung der gedachten Nebenwendelbahn,
auf der die mehreren ausschließlich in der Wendelstegaußenfläche
eingebrachten Rillenabschnitte positioniert sind.
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Vorzugsweise
bleiben die Wendelsteigung der gedachten Nebenwendelbahn und/oder
die Wendelsteigung der Hauptwendelnut längs der gesamten Axialerstreckung
des Schneidteils konstant. Auf diese Weise kann ein im Wesentlichen
kontinuierlicher und verstopfungsfreier Abtransport von Bohrmehl längs
der Hauptwendelnut und der mehreren Rillenabschnitte erreicht werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist bei einem
Durchmesser des zylindrischen Schaftgrundkörpers des Bohrwerkzeugs,
insbesondere der teilzylindrischen Wendelstegaußenfläche, von
5 mm, 6 mm, 6,5 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm oder 10 mm eine Wendelsteigung
der gedachten Nebenwendelbahn in einem Bereich von 0,5 mm bis 3
mm, vorzugsweise von 1 mm bis 2,5 mm, vorzugsweise von 1,5 mm bis
2,5 mm, ausgewählt. Dabei kann insbesondere die Wendelsteigung
der Hauptwendelnut in einem Bereich von 15 mm bis 40 mm, vorzugsweise
22 mm bis 30 mm, bestimmt sein.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Breite der mehreren Rillenabschnitte
und/oder eine Radialtiefe der mehreren Rillenabschnitte kleiner
als eine Nutbreite der Hauptwendelnut bzw. einer Radialtiefe der
Hauptwendelnut. Die Nutbreite definiert sich aus dem kürzesten
Abstand zweier sich gegenüber liegender Ränder
der Hauptwendelnut auf radialem Niveau der zylindrischen Außenstegfläche
zwischen zwei Hauptwendelnuten. Die Radialtiefe der Hauptwendelnut
definiert sich durch den Radialabstand deren radialen Tiefpunkts
zur teilzylindrischen Außenstegfläche zwischen
zwei benachbarten Hauptwendelnuten.
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Vorzugsweise
ist eine Radialtiefe der mehreren Rillenabschnitte kleiner als 1
mm, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm, insbesondere gleich 0,1 mm.
Eine Breite der mehreren Rillenabschnitte kann kleiner als 1 mm,
insbesondere gleich etwa 0,5 mm, 0,6 mm oder 0,7 mm, sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung liegen die mehreren
Rillenabschnitte unterbrochen von der wenigstens einen Hauptwendelnut
auf einer gedachten (ununterbrochenen) Nebenwendelbahn. Die die
mehreren Rillenabschnitte belegende Nebenwendelbahn windet sich
insbesondere im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge
des Schneidteils.
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Vorzugsweise
mündet die die mehreren Rillenabschnitte belegende Nebenwendelbahn
im Wesentlichen in das Bohrende, wobei entweder einer der Rillenabschnitte
an dem Bohrende mündet oder zumindest in einem sehr nahen
Abstand am Bohrende endet.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung mündet jeder Rillenabschnitt
von einem Hauptwendelnutrand in den dazu benachbarten, gegenüberliegenden
Hauptwendelnutrand.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist die Wendelsteigungsrichtung
der gedachten Nebenwendelbahn entweder entgegengerichtet oder vorzugsweise
gleichgerichtet zur Wendelsteigungsrichtung der Hauptwendelnut.
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Weitere
Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch
die folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs;
und
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2 eine
Querschnittsansicht des Bohrwerkzeugs nach 1 entlang
der Schnittlinie II-II.
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In
den 1 und 2 ist der erfindungsgemäße
Spiralbohrer im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen.
Der Spiralbohrer 1 hat eine im Wesentlichen zylindrische
Schaftgrundform.
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Der
Spiralbohrer 1 bildet ein Befestigungsende 3,
das zylindrisch ausgeführt ist und endseitig Aussparungen 5, 7 aufweist,
um eine definierte Position hinsichtlich des Bohrwerkzeugantriebs
(nicht dargestellt) sicherzustellen. Das zylindrische Befestigungsende 3 erstreckt
sich über im Wesentlichen ein Viertel bis ein Drittel der
Gesamtlänge des Spiralbohrers 1.
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An
dem Befestigungsende 3 schließt in Axialrichtung
X das Schneidteil 11 an, dessen maximaler zylindrischer
Außendurchmesser geringfügig kleiner als der des
Befestigungsendes 3 ist.
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In
dem am Anfang des Fertigungsprozesses des Spiralbohrers idealzylindrischen
Grundkörper des Schneidteils 11 sind zwei parallel
verlaufende, spiralförmige Hauptwendelnute 13, 15 eingearbeitet, die
sich bei konstanter Steigung längs des Schneidteils 11 hin
zu einem Bohrkopf oder Spanende 17 des Spiralbohrers 1 erstrecken,
der wenigstens zwei Hauptschneiden definiert.
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Zwischen
den Hauptwendelnuten 13, 15 verbleiben zwei voneinander
durch eine Hauptwendelnut 13, 15 voneinander beabstandete
und dazu parallel verlaufende, teilzylindrische Wendelstegaußenflächen 21, 23 des
zylindrischen Grundkörpers des Schneidteils bei gleicher
Steigung wie die beiden Hauptwendelnute 13, 15.
Die Breite (kürzester Abstand von zwei sich gegenüberliegenden
Begrenzungsrändern einer Wendelstegaußenfläche 21, 23) einer
jeden Wendelstegaußenfläche 21, 23 entspricht
im Wesentlichen der Breite (kürzester Abstand der sich
gegenüberliegenden, die Hauptwendelnut 13, 15 begrenzenden
Rändern) der Hauptwendelnut 13, 15. Die
Wendelsteigung (axiale Weite bei einem voll umfänglichen
360°-Umlauf der Wendel) der Wendelstegaußenflächen 21, 23 und
der Hauptwendelnuten 13, 15 liegt etwa bei 20
bis 30 mm.
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In
beiden teilzylindrischen Wendelstegaußenflächen 21, 23 ist
eine unterbrochene Nebenwendelbahn erkennbar, die durch mehrere,
gleich lange Rillenabschnitte 27 gebildet ist. Die Rillenabschnitte 27 belegen
die Nebenwendelbahn konstanter Steigung, und bezüglich
des Umlaufs der Nebenwendelbahn sind die mehreren Rillenabschnitte 27 fluchtend zueinander
angedeutet. Die Wendelsteigung der mehreren Rillenabschnitte 27 ist
deutlich kleiner als die der Hauptwendelnute 13, 15 bzw.
der Wendelstegaußenflächen 21, 23.
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Die
konstante Wendelsteigung der unterbrochenen Nebenwendelbahn beträgt
bei einem 360°-Umlauf etwa 1,5 bis 2 mm. Jeder Rillenabschnitt 27 der
Nebenwendelbahn hat eine radiale Tiefe von etwa 0,1 mm und eine
Breite von etwa 0,5 bis 0,7 mm.
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Die
einzelnen Rillenabschnitte 27 liegen parallel zueinander
und haben eine deutlich größere Umfangsrichtungskomponente
als Axialrichtungskomponente. Die Umfangsrichtungskomponente ist geringfügig
kleiner als ein zur Axialrichtung X liegender rechter Winkel.
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Wie
in 1 ersichtlich ist, mündet jeder Rillenabschnitt 27 in
einem Winkel von 30° bis 60° am Übergangsrand
zwischen der Wendelstegaußenfläche 21, 23 und
der jeweiligen Hauptwendelnut 13, 15 in die Hauptwendelnut 13, 15,
was in 2 durch die unsymmetrische Nasenmündung
der Rillenabschnitte 27 angedeutet ist. Wie in 2 ersichtlich
ist, haben beide Hauptwendelnute 13, 15 einen
konvexen Nutboden.
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Die
Nebenwendelbahn ist aufgrund der geringen Wendelsteigung mehrmals
durch die Hauptwendelnut 13, 15 unterbrochen,
wobei jeder Rillenabschnitt 27 der Nebenwendelbahn von
einem Hauptwendelnutrand in den gegenüberliegenden Rand
kontinuierlich knickfrei erstreckend mündet.
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Es
zeigte sich, dass bei der durch die Rillenabschnitte 27 definierten
Nebenwendelbahn mit bezüglich der Hauptwendelnutsteigungsrichtung
gleichen Steigungsrichtung der Abtransport von Bohrmehl verstärkt
sowie die Reibung zwischen der Wendelstegaußenfläche
und dem Werkstück deutlich verringert werden kann. Auch
der Wärmeabtransport von dem Bohrwerkzeug wird durch die
erfindungsgemäße fächerartige Anordnung
der unterbrochenen Rillenabschnitte 27 verbessert, weil
die Rillenabschnitte durch Erzeugen von Luftturbulenzen an der Außenseite
des Spiralbohrers 1 dessen Kühlung bewirken.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung
in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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- 1
- Spiralbohrer
- 3
- Befestigungsende
- 5,
7
- Aussparungen
- 11
- Schneidteil
- 13,
15
- Hauptwendelnute
- 17
- Spanende
- 21,
23
- Wendelstegaußenflächen
- 27
- Rillenabschnitte
- X
- Axialrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 202005016682
U1 [0004]
- - EP 0685629 B1 [0005]
- - DE 29723908 U1 [0006]
- - DE 10342817 A1 [0006]