EP1015727B1

EP1015727B1 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: EP1015727B1
Application number: EP98933556A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Peetz
Original assignee: Hawera Probst GmbH
Current assignee: Robert Bosch Power Tools GmbH
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2002-06-05
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: US6213232B1; DE59804344D1; DK1015727T3; CN1257562A; CN1094168C; WO1998054435A1; EP1015727A1; DE19722519A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, insbesondere einen Gesteinsbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik:

Bohrwerkzeuge und insbesondere Gesteinsbohrer bestehen im allgemeinen aus einem mit einer Hartmetall-Schneidplatte bestückten Bohrkopf, aus einem Wendelschaft mit spiralförmiger Förderwendel für Bohrmehl bzw. Bohrklein und aus einem Einspannschaft zum Einsetzen des Bohrwerkzeugs in eine Antriebsmaschine.

Die spiralförmige Förderwendel eines Gesteinsbohrers wird im allgemeinen spanabhebend, gegebenenfalls auch spanlos (z. B. rollwalzen) hergestellt, um die Förderwendelnuten in das im allgemeinen zylindrische Ausgangsmaterial einzubringen. Dabei hat die Förderwendel bei Gesteinsbohrern die Hauptaufgabe, das durch die Hartmetallschneide gelöste Material, d. h. das Bohrmehl oder auch Bohrklein, aus dem Bohrloch herauszufördern. Derartige zylindrische Ausgangsmaterialien stehen in vielfältigen Abmessungen zur Verfügung, so daß eine enge Abstufung von Bohrdurchmessern herstellbar sind.

Bei den bekannten Bohrwerkzeugen geht man grundsätzlich davon aus, daß der Wendelschaft einen zylindrischen Ausgangsquerschnitt aufweist, da durch die Einbringung einer oder mehrerer Förderwendelnuten hierdurch ununterbrochene, auf einer Zylindermantelfläche liegende Rückenstege der Förderwendelnut entstehen. Hierdurch soll ein ruhiger bzw. vibrationsarmer Bohrungsverlauf mit einer guten Führung der Förderwendel längs der Förderwendelrückenstege gewährleistet sein.

Aufgabe der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug und insbesondere ein Gesteinsbohrer zu schaffen, der gegenüber herkömmlichen Bohrwerkzeugen verbesserte Handhabungseigenschaften aufweist bei einer zumindest mit diesen Bohrwerkzeugen ebenbürtigen Bohrleistung.

Lösung der Aufgabe und Vorteile der Erfindung:

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Gesteinsbohrer der einleitend bezeichnenden Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Bohrwerkzeugs möglich.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine erhöhte Bohrleistung durch eine Verringerung der Reibungsverluste sowie eine Erhöhung der Förderleistung dadurch erzielt werden kann, daß der Querschnitt des Ausgangsmaterials für die Förderwendel nicht kreisförmig, sondern durch ein vorzugsweise symmetrisches Polygonprofil ersetzt wird. Schneidet man in ein solches Mehrkantprofil eine Förderwendel ein, so setzen sich die verbleibenden Rückenstege zusammen aus aneinandergereihten Flächenabschnitten, die ihrerseits zusätzliche Taschen für den Bohrmehltransport bilden. Hierdurch stellt sich eine deutlich reduzierte Wandreibung ein, da der Rückensteg der Förderwendel keine Flächenberührung, sondern allenfalls eine Linienberührung aufweist. Weiterhin stellt sich durch die abwechselnd folgenden Längskanten der Flächenabschnitte an den Rückenstegen der Förderwendel eine Art Schabereffekt ein, der ebenfalls zu einem positiven Bohrergebnis führt. Es stellt sich weiterhin eine verbesserte Förderleistung für das Bohrmehl ein, da die Längskanten an den Rückenstegen als zusätzliche Förderkante oder Schiebekante wirkt, welche das Bohrmehl auch in die tieferen Nuten hineinschiebt, so daß ein Verklemmen im Bereich der Rückenstege vermieden wird. Die Abflachung der Flächenabschnitte an den Rückenstegen erhöht auch das Fördervolumen beim Bohrvorgang.

In besonders vorteilhafter Ausführung der Erfindung wird auch der Einspannschaft als polygonzugartiges Mehrkantprofil ausgebildet, d. h. das komplette Bohrwerkzeug besteht aus dem gleichen Mehrkantprofil, in welchem Förderwendelnuten spanabhebend eingebracht sind. Durch den Mehrkant-Einspannschaft wird insbesondere bei Aufnahme in ein handelsübliches Dreibackenfutter einer Schlagbohrmaschine oder dergleichen eine formschlüssige Mitnahme bewerkstelligt, so daß ein Durchdrehen des Bohrwerkzeugs, insbesondere auch bei Backenfuttern mit geringerer Spannkraft, z. B. durch Verschleiß o. dgl., nahezu ausgeschlossen ist.

Es können demnach eine Vielzahl von Bohrergrößen durch handelsübliche Mehrkantprofilstäbe in verschiedenen Abmessungen hergestellt werden, indem lediglich Förderwendelnuten eingebracht werden, wobei der Einspannschaft den Vorteil der formschlüssigen Mitnahme im Mehrbackenfutter bietet. Hierfür muß der Mehrkantprofilstab zumindest im Bereich des Einspannschaftes um 120° versetzt angeordnete Spannflächen aufweisen.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann der Einspannschaft auch einen zylindrischen Querschnitt aufweisen, um den Einspannschaft an die Bohreraufnahme z. B. in Hammerbohrmaschinen anzupassen. Hierfür werden vorzugsweise Fließpreßrohlinge verwendet, die im Bereich der Förderwendel als Mehrkantprofil und im Bereich des Einspannschafts mit zylindrischem Profil ausgestattet sind. Der Einspannschaft kann dann an die jeweiligen Bedingungen zum Einsatz z. B. in Hammerbohrmaschinen angepaßt werden, während der Wendelschaft mit der beschriebenen Förderwendel spanabhebend hergestellt wird.

In besonderer Ausbildung kann eine solche Ausführungsform als Fließpreßrohling oder Schmiederrohling derart hergestellt werden, indem die Ausgangsformgebungen mit einem Mehrkantprofil im Bereich des Wendelschaftes und einem z. B. zylindrischen Profil im Bereich des Einspannschaftes in beliebigen Durchmesservarianten und Querschnittsformen berücksichtigt werden.

Wendelschaft und Einspannschaft können jedoch auch in ihrer jeweiligen Formgebung durch ein geeignetes Schweißverfahren (z. B. Reibschweißverfahren, Widerstandsschweißverfahren u. ä.) miteinander verbunden werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Gesteinsbohrers mit 6-Kant-Querschnitt,
Fig. 2: eine Seitenansicht des Gesteinsbohrers nach Fig. 1,
Fig. 2a: eine Draufsicht des Gesteinsbohrers nach Fig. 2,
Fig. 2b: eine vergrößerte Darstellung der Fig. 2a,
Fig. 2c: die Ansicht auf das untere Ende des Gesteinsbohrers nach Fig. 2,
Fig. 3: den Gesteinsbohrer nach Fig. 2 um 90° gedreht, d. h. seine Seitenansicht,
Fig. 4: eine weitere Variante eines Gesteinsbohrers in perspektivischer Ansicht,
Fig. 5: eine Seitenansicht des Gesteinsbohrers nach Fig. 4,
Fig. 5a: eine Draufsicht des Gesteinsbohrers nach Fig. 5,
Fig. 5b: eine vergrößerte Darstellung nach Fig. 5a,
Fig. 6: eine Seitenansicht des Gesteinsbohrers nach Fig. 5,
Fig. 7: ein Ausgangsrohling in Seitenansicht zur Herstellung des Werkzeugs nach Fig. 5 bis 6,
Fig. 7a: eine Draufsicht auf den Rohling nach Fig. 7 und
Fig. 8: eine Seitenansicht des Rohlings nach Fig. 7.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele:

Das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte erste Ausführungsbeispiel zeigt einen Gesteinsbohrer 1 mit einem Bohrerkopf 2, einem Wendelschaft 3 sowie einem Einspannschaft 4. Der Bohrerkopf 2 weist eine handelsübliche, dachförmige Hartmetall-Schneidplatte 5 auf, die mit ihrem Außendurchmesser D den Bohrernenndurchmesser bildet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 wird als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Gesteinsbohrers 1 ein handelsüblicher 6-Kant-Stahl verwendet, wie er beispielsweise in DIN 176, DIN 1015 oder DIN 59110 in den verschiedensten Abmessungen zur Verfügung steht. Dabei dient die Schlüsselweite s zur Bestimmung der jeweiligen Abmaße.

Die durch die jeweiligen Eckpunkte 7 des 6-Kant-Profils 6 gelegte Diagonale 8 weist eine Länge von d₁ auf, die dem Durchmesser des Umkreises 9 durch die Eckpunkte 7 entspricht.

In ein solches, sich über den Einspannschaft und den Wendelschaft erstreckendes 6-Kant-Profil 6 wird erfindungsgemäß eine Förderwendelnut 10 spanabhebend eingebracht, wobei das Mehrkantprofil im Bereich der Rückenstege 11 in vollem Umfang erhalten bleibt. Die Rückenstege setzen sich demzufolge aus ebenen Flächenabschnitten 12 bis 17 zusammen, die üblicherweise die Schlüsselflächen des 6-Kant-Profils 6 bilden. Diese Flächenabschnitte 12 bis 17 werden durch senkrechte Längskanten 7' unterbrochen, die durch die Eckpunkte 7 des 6-Kant-Querschnittes verlaufen. Hierdurch entstehen zusätzlich zu den Förderwendelnuten 10 kreissegmentförmige Spantaschen 18, die zwischen den Flächenabschnitten 12 bis 17 und dem Umkreis 9 angeordnet sind (s. Fig. 2b) und zusätzliches Fördervolumen bilden. Selbstverständlich wird das Gesamtfördervolumen durch den Zwischenraum zwischen dem Umkreis 19 mit dem Nenndurchmesser D und den entsprechenden Flächenabschnitten 12 bis 17 sowie den Förderwendelnuten 10 gebildet.

In der Draufsicht nach Fig. 2b ist beispielhaft ein Einlaufbereich 20 in die darunterliegende Förderwendelnut 10 gezeigt, d. h. die Kopfabstützung 21 für die Hartmetallschneidplatte 5 stützt diese in Draufsicht jeweils etwa V-förmig ab. Dabei ist die Drehrichtung mit Pfeil 22 gekennzeichnet.

Wie aus Fig. 2b weiterhin ersichtlich, ist die Hartmetall-Schneidplatte 5 derart in den Bohrerkopf 2 eingesetzt, daß zwei gegenüber liegende Eckpunkte 7 die Schneidplatte 5 etwa beidseitig begrenzen.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Bohrwerkzeug verlaufen demzufolge die Flächenabschnitte 12 bis 17 als Schlüsselflächen über das gesamte Bohrwerkzeug und bilden damit die charakteristische Förderwendel mit abgeflachten vertikalen Flächenabschnitten, die durch die jeweilige Förderwendelnut 10 unterbrochen sind. Weiterhin besitzt der Einspannschaft ein formschlüssiges Mehrkantprofil, welches sich insbesondere zum verdrehsicheren Einsatz in einer Schlagbohrmaschine, beispielsweise mit Dreibackenfutter, eignet.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 4 bis 6 dargestellt. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie zu Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Der in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Gesteinsbohrer 1' weist demzufolge wiederum einen Bohrerkopf 2, einen Wendelschaft 3 und einen Einspannschaft 4 auf. Die Ausbildung des Wendelschaftes 3 mit Bohrerkopf 2 ist identisch zum Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3. Lediglich der Einspannschaft 4 wird beispielsweise als zylindrisches Einspannende 4' ausgebildet.

Als Ausgangsmaterial zur Herstellung eines Bohrwerkzeugs gemäß den Fig. 4 bis 6 kann ein Profilstab dienen, wie er in den Fig. 7 und 8 näher dargestellt ist. Ein solches Profil kann in einem Fließpreßverfahren oder einem Schmiedeverfahren gemeinsam mit einem zylindrischen Einspannschaft 4 hergestellt werden, wobei der zylindrische Einspannschaft 4 z. B. einen Durchmesser d₃ aufweist, wie er zur Herstellung eines SDS-Plus-Einspannendes einer Hammerbohrmaschine benötigt wird. Das 6-Kant-Profil 6 wird wiederum durch seine Schlüsselweite s charakterisiert und in einem gemeinsamen Fließpreßverfahren oder Schmiedeverfahren zusammen mit dem Einspannschaft hergestellt.

In einem spanabhebenden Arbeitsverfahren werden dann im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 wiederum die Förderwendelnuten 10 eingebracht. Weiterhin wird das Einspannende je nach Bedarf an das Bohrerfutter einer Hammerbohrmaschine angepaßt. Dies kann insbesondere ein SDS-Plus-Einspannende sein.

In alternativer Ausführungsform können der Wendelschaft 3 und der zylindrische Einspannschaft 4' der Ausführung beispielsweise nach Fig. 4 bis 6 auch in einem geeigneten Schweißverfahren miteinander verbunden werden.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

Bezugszeichenliste:

1: Gesteinsbohrer
2: Bohrerkopf
3: Wendelschaft
4: Einspannschaft
5: Hartmetall-Schneidplatte
6: Sechskantprofil
7, 7': Eckpunkte/ Längskante
8: Diagonale
9: Umkreis
10: Förderwendelnut
11: Rückenstege
12: Flächenabschnitt
13: Flächenabschnitt
14: Flächenabschnitt
15: Flächenabschnitt
16: Flächenabschnitt
17: Flächenabschnitt
18: Spantaschen
19: Umkreis
20: Einlaufbereich
21: Ropfabstützung
22: Pfeil

Claims

Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer, mit einem Bohrerkopf, einem Einspannschaft und einem dazwischen liegenden Wendelschaft, in welchem eine Bohrmehlnut eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das Ausgangsmaterial für den Wendelschaft (3) aus einem im Querschnitt vorzugsweise symmetrischen Polygon-Profilstab (6) gebildet ist, in welchen die Förderwendelnut (10) zusätzlich vorzugsweise spanabhebend eingebracht ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannschaft (4) aus dem gleichen Polygon-Profilstab (6) gebildet ist wie der Wendelschaft (3).
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (6) zur Bildung des Einspannschafts (4) und/oder des Wendelschafts (3) aus einem symmetrischen Mehrkantprofil (6) besteht, mit wenigstens drei in ein handelsübliches Dreibackenfutter einspannbaren Spannflächen, die in einem Drehwinkel β ≈ 120° versetzt angeordnet sind.
Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (6) aus einem handelsüblichen Mehrkantprofilstab, wie 6-Kant-Profilstab oder 4-Kant-Profilstab oder 3-Kant-Profilstab oder dergleichen gebildet ist.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerkopf (2) mit einer vorzugsweise im Querschnitt des Profilstabs (6) symmetrisch angeordneten, in Seitenansicht vorzugsweise dachförmig ausgebildeten Hartmetall-Schneidplatte (5) versehen ist.
Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial für das Bohrwerkzeug (1, 1') aus einem Fließpreßrohling oder Schmiederrohling oder ähnlichem besteht, mit einem im Querschnitt polygonartigen Mehrkantprofil (6) zumindest im Bereich des Wendelschaftes (3) und einem vorzugsweise zylindrischen oder profilierten Einspannschaft (4, 4').
Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannschaft (4, 4') mit dem Wendelschaft (3) über eine Schweißverbindung verbunden ist.
Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspannschaft (4') als Hammerbohrer-Einspannschaft ausgebildet ist.