DE19915303A1

DE19915303A1 - Bohrwerkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19915303A1
Application number: DE19915303A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Peetz
Original assignee: Hawera Probst GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1999-04-03
Publication date: 1999-10-14

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bohrwerkzeugs vorgeschlagen, bei welchem der Bereich des Wendelschaftes ganz oder teilweise aus einem im spanlosen Umformvorgang hergestellten Profilstab besteht, der zur Bildung einer Vorderwendel zumindest teilweise verdrillt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug und insbesondere ein Gesteinsbohrer und Verfahren zu seiner Herstellung nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 15.

Stand der Technik

Bohrwerkzeuge und insbesondere Gesteinsbohrer bestehen im allgemeinen aus einem mit einer Hartmetall-Schneidplatte bestückten Bohrerkopf, einem Wendelschaft mit Förderwendel zum Transport des Bohrmehls bzw. Bohrkleins und aus einem Einspannschaft oder Einspannende, welches je nach Maschinentype der Antriebsmaschine ausgebildet ist. Für Hammerbohrer ist das Einspannende an die Aufnahme einer Hammerbohrmaschine anzupassen, wie dies beispielsweise beim bekannten SDS-Plus-Einspannschaft der Fall ist.

Üblicherweise wird die Förderwendel bei einem Gesteinsbohrer durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt. Dabei wird ein Rundstab als Ausgangsrohling verwendet, in welchem Förderwendel und gegebenenfalls Einspannschaft spanabhebend eingebracht werden. Abschließend wird eine Hartmetall- Schneidplatte zur Bildung des Bohrerkopfes eingelötet.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 69 33 778 oder der europäischen Veröffentlichung EP 0 361 189 A1 sind auch Bohrwerkzeuge bekannt geworden, die aus Profilstäben bestehen, die eine oder mehrere angesetzte Flügel oder Rippen ausweisen. Derartige Profilstäbe können auch spanlos durch Fließpressen oder dergleichen hergestellt werden. Die Bildung der Förderwendel geschieht dann durch Verdrillung eines solchen stangenförmigen oder stabförmigen Rohlings. Dabei wird das Einspannende des Bohrwerkzeugs gemäß der DE 69 33 778 ebenfalls durch den profilierten Rohling gebildet, so daß sich eine formschlüssige Mitnahme beispielsweise in einem Dreibackenfutter einer herkömmlichen Schlagbohrmaschine ergibt. Der Rohling wird demzufolge derart ausgeführt, daß die Flügel oder Rippen am Einspannende zur formschlüssigen Drehmitnahme dienen.

Auch beim Bohrwerkzeug gemäß der EP 0 361 389 A1 wird ein stangenförmiger Rohling mit wenigstens einer seitlichen Rippe bzw. eines seitlich angesetzten Flügels verwendet, der ausschließlich zu einer Förderwendel verdrillt ist. Der erforderliche Einspannschaft ist als Sechskantprofil ausgebildet, welcher in einem gesonderten Arbeitsvorgang nachträglich an die verdrillte Förderwendel einstückig befestigt ist.

Derartige Profilstäbe können demzufolge spanabhebend oder auch spanlos, z. B. durch Fließpressen, Strangpressen oder einem Schmiedeverfahren, hergestellt werden. Hierzu wird beispielsweise auf die Literaturstelle: Technika 7/1976, Jg. 25, Seite 435-438, verwiesen. Die Bildung der Förderwendel geschieht dann durch Verdrillen eines solchen stangenförmigen oder stabförmigen Rohlings. Hierzu wird beispielsweise auf die Literaturstelle: Technika 6/1976, 25. Jg., Seite 327-332, verwiesen.

Das Einspannende des Bohrwerkzeugs gemäß der DE 69 33 778 wird durch den profilierten Rohling gebildet, so daß sich eine formschlüssige Mitnahme, beispielsweise in einem Dreibackenfutter einer herkömmlichen Schlagbohrmaschine, ergibt. Auch beim Bohrwerkzeug gemäß der EP 0 361 389 A1 wird ein stangenförmiger Rohling mit wenigstens einer seitlichen Rippe, eines Stegs bzw. eines seitlich angesetzten Flügels verwendet, der im. Bereich der Förderwendel verdrillt ist. Der Einspannschaft ist als Sechskantprofil ausgebildet und gegebenenfalls nachträglich an die verdrillte Förderwendel befestigt.

Bohrwerkzeuge und insbesondere Gesteinsbohrer für Hammerbohrmaschinen werden in großen Stückzahlen als Massenprodukte hergestellt. Um diese günstig und konkurrenzfähig herzustellen, muß sich das Herstellungsverfahren auf ein Minimum von Verfahrensschritten beschränken. Dabei müssen die Rohlinge bzw. die Halbfabrikate an das optimierte Herstellungsverfahren angepaßt werden. Bei dem genannten Stand der Technik ist dies zwar im Ansatz gegeben, da vorprofilierte Rohlinge als Halbfabrikate zur Herstellung der Förderwendel verwendet werden. Die Herstellung der Profile orientiert sich jedoch im Wesentlichen an die Bedürfnisse der Herstellung einer verdrillten Förderwendel. Die Frage der Ausführungsformen des Bohrerkopfes und/oder des Einspannschaftes treten hierbei in den Hintergrund. Insbesondere sind die Festigkeitsprobleme der verwendeten Profile nicht näher untersucht worden.

Nachteilig am genannten Stand der Technik ist die Tatsache, daß die Ausgangsmaterialien zur Herstellung von verdrillten Bohrwerkzeugen nicht optimal auf den späteren Einsatz abgestimmt sind. Insbesondere gibt es im harten Einsatz derartiger Werkzeuge in Hammerbohrmaschinen Probleme hinsichtlich der Haltbarkeit und Standfestigkeit solcher Werkzeuge.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug und insbesondere einen Gesteinsbohrer zu schaffen, der aus einem verdrillten Profilstab hergestellt ist und dessen Haltbarkeit und Standfestigkeit ohne wesentliche Zusatzkosten erheblich verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstandes des Patentanspruchs 1 angegeben.

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Bohrwerkzeugen den Vorteil, daß zunächst durch Verwendung eines preisgünstigen Ausgangsprodukts, nämlich durch Verwendung eines durch Fließpressen oder Schmieden oder dergleichen hergestellten Halbfabrikats oder Rohlings, ein äußerst preisgünstiges Produkt geschaffen werden kann. Dabei ist jedoch zu beachten, daß der so hergestellte oder zur Verfügung gestellte Profilstab in seinem Querschnitt derart konzipiert ist, daß dieser auch den hohen Belastungen im Betrieb gewachsen ist, was insbesondere für die Belastung des Bohrerkopfes gilt. Durch die Vorgabe einer bestimmten Profilform des Profilstabs werden nämlich in erster Linie die Anforderungen für eine optimale Förderwendel berücksichtigt. Die Bruchfestigkeit des Bohrerkopfes bleibt hierbei oft unberücksichtigt.

Es hat sich z. B. herausgestellt, daß bei den bekannten Profilen der Ansatz des Flügels, des Stegs oder der Rippe an das kreisförmige oder polygonartige Grundprofil stets derart erfolgt, daß in aller Regel ein eckiger Übergang oder ein Knick am Übergang von der Rippe zum übrigen Querschnitt des Profilstabs gegeben ist. Dieser Übergang mag für die Herstellung einer verdrillten Förderwendel sicherlich nicht nachteilig sein. Eine solche Ausbildung im Bereich des Bohrerkopfes erzeugt jedoch dadurch Probleme, daß sich beim Einsetzen einer querliegenden Hartmetall-Schneidplatte eine Verkleinerung des die Hartmetall-Schneidplatte abstützenden Stegbereichs ergibt. Nicht nur daß sich ein unstetiger Verlauf der Außenkontur im Bereich des Bohrerkopfes ergibt, erzeugt ein solcher knickförmiger Übergang eine Querschnittsminderung, die speziell an dieser Stelle zu einem Bruch führen kann.

Die vorliegende Erfindung schlägt insbesondere vor, den Bohrerkopf mit einem Querschnitt zu versehen, der massiver oder verstärkt ausgebildet ist als der Querschnitt der übrigen oder herkömmlichen Förderwendel. Dies kann bei einem einteiligen Profilstab vorzugsweise dadurch erzielt werden, daß der Profilstab im Bereich des Bohrerkopfes aufgestaucht oder sonstwie umformtechnisch verstärkt ausgebildet ist. Hierdurch weist der Profilstab in seinem Bohrerkopfbereich eine verstärkte Querschnittsfläche auf, die es erlaubt, eine Hartmetall-Schneidplatte problemloser und ohne Bruchgefahr einzusetzen. Selbstverständlich kann zusätzlich eine asymmetrische Ausbildung der Stege, Flügel oder Rippen gewählt werden, um eine zusätzliche Verstärkung des Kopfbereiches bei Bedarf zu erhalten. Grundsätzlich soll jedoch die Förderwendel möglichst schlank und massearm, der Bohrerkopf jedoch ausreichend stark im Querschnitt dimensioniert werden, daß trotz Verwendung eines schlanken Profilstabs eine ausreichende Festigkeit von Förderwendel und Bohrerkopf gewährleistet ist.

Die Verstärkung des Bohrerkopfes erfolgt durch spanlose Umformung mittels Stauchen, Schmieden oder sonstiger wärmetechnischer Umformung eines geeigneten Profilstabes, wobei dieser Vorgang mit der Herstellung des Profilstabes oder in einem späteren Arbeitsgang erfolgen kann.

Eine wesentliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge darin, bei Bohrwerkzeugen mit verdrillten Profilstäben eine Optimierung sowohl von Förderwendel als auch von Bohrerkopf zu erzielen. Dabei soll die Förderwendel so massearm wie möglich sein, so daß entsprechend schlanke Profilgebungen des Profilstabs verwendet werden. Um dennoch eine ausreichende Festigkeit des Bohrerkopfes zu erzielen, wird dieser in seinem Querschnitt oder Aufbau verstärkt ausgebildet, was durch umformtechnische Maßnahmen geschieht. Der gleiche Grundgedanke läßt sich auch für den Übergang der Förderwendel zum Einspannschaft übertragen. Auch hier können entsprechende Verstärkungen des Übergangsquerschnitts durch umformtechnische Maßnahmen vorgesehen sein, um eine Verfestigung dieses Querschnittsbereichs zu erhalten, so daß die Bruchgefahr eines derartigen Werkzeugs erheblich vermindert ist.

Verwendet man demzufolge ein kostengünstiges Fließpreßverfahren oder Schmiedeverfahren zur Herstellung des Halbfabrikats bzw. des Ausgangsrohlings so beschränken sich nachfolgende Herstellungsschritte auf äußerst kostengünstige Verfahrensschritte, so daß das Bohrwerkzeug insgesamt in bisher nicht bekanntem Maße kostengünstig herstellbar ist. Dies spielt insbesondere bei Massenfabrikaten eine ganz erhebliche Rolle.

Es versteht sich als Teil der Erfindung, daß der Fließpreßrohling oder der Schmiederohling in verschiedenen Ausgangsprofilen herstellbar ist. Beispielsweise zeigt die EP 0 361 189 unter Fig. 4 eine Reihe solcher Ausgangsprofile, die insgesamt auch für die vorliegende Erfindung prinzipiell verwendbar sind. Es können jedoch auch die Profile der Fig. 2 bis 4, 6 und 7 des Gebrauchsmusters DE 69 33 778 verwendet werden. Die Besonderheit der vorliegenden Erfindung liegt jedoch darin, daß das Fließpreßverfahren bzw. das Schmiedeverfahren die Herstellung des Rohlings sowohl im Wendelschaftbereich als auch im Einspannbereich vorsieht, wobei diese beiden Bereiche in aller Regel unterschiedlich zu gestalten sind. Der Wendelbereich ist im wesentlichen als rippenförmiger Profilstab ausgebildet, während der Einspannbereich vorzugsweise als Einspannende für Hammerbohrmaschinen hergestellt wird. Dabei wird der Bohrerkopf erfindungsgemäß umformtechnisch verstärkt ausgebildet.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus den nachfolgenden anhand der Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1a-1d ein erstes Ausführungsbeispiel für ein Hammerbohrwerkzeug, wobei

Fig. 1a eine Seitenansicht des fertigen Bohrwerkzeugs zeigt,

Fig. 1b eine Draufsicht des Bohrwerkzeugs nach Fig. 1a zeigt,

Fig. 1c den Ausgangsrohling zur Herstellung des Werkzeugs nach Fig. 1a zeigt und

Fig. 1d den Querschnitt des Ausgangsrohlings im Bereich des Förderwendelabschnitts zeigt,

Fig. 2a-2d ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Hammerbohrwerkzeug mit einer analog zu Fig. 1a-1d dargestellten Figurenfolge jedoch geändertem Querschnittsprofil als Flügel- oder Rippenprofil,

Fig. 3a-3d ein weiteres Ausführungsbeispiel mit angegebener Figurenfolge jedoch mit rechteckigem oder quadratischem Grundprofil und

Fig. 4-6 Hammerbohrwerkzeuge mit analogen Ausgangsprofilen zu Fig. 1-3 jedoch zur Herstellung von Hammerbohrer mit im Durchmesser kleineren Förderwendeln,

Fig. 7a ein erfindungsgemäßes Bohrwerkzeug in seitlicher Ansicht zur Erläuterung der Bohrerkopfverstärkung,

Fig. 7b die Einzelheit X in Fig. 7a,

Fig. 8a das Bohrwerkzeug nach Fig. 7a nach Drehung um 90° um seine Längsachse,

Fig. 8b die Einzelheit X in Fig. 8a,

Fig. 9a einen Rohling bzw. ein Halbfabrikat zur Herstellung des Bohrwerkzeugs nach Fig. 7 und 8,

Fig. 9b die Einzelheit X in Fig. 9a,

Fig. 9c einen Schnitt entlang der Schnittlinie X-X in Fig. 9a,

Fig. 10a den Rohling gemäß Darstellung in Fig. 9a nach Drehung um 90° um seine Längsachse,

Fig. 10b die Einzelheit X in Fig. 10a,

Fig. 11a eine Draufsicht auf den Bohrerkopf nach Fig. 7a, 8a in schematischer Darstellung mit schräg eingesetzter HM-Schneidplatte,

Fig. 11b einen Schnitt durch den Bohrerkopfquerschnitt nach Fig. 11a ohne HM-Schneidplatte,

Fig. 12a, 12b eine Variante zu Fig. 10a, 10b, jedoch mit gerader oder symmetrisch eingesetzter HM-Schneidplatte.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in den Fig. 1a bis 6a in Seitenansicht dargestellte Gesteinsbohrer 1 besteht jeweils aus einem Bohrerkopf 2, aus einem Wendelschaft 3 sowie einem Einspannschaft oder Einspannende 4. Der Bohrerkopf 2 weist eine handelsübliche, dachförmige Hartmetall-Schneidplatte 5 auf, die den Nenndurchmesser D des Bohrwerkzeugs bildet. Der Wendelschaft 3 weist einen Durchmesser d1, der Einspannschaft 4 einen Durchmesser d2 auf. Die Wendelsteigung ist mit dem Steigungswinkel α gekennzeichnet. Die Längsmittelachse trägt das Bezugszeichen 6.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1a in Seitenansicht bzw. Fig. 1b in Draufsicht wird durch einen Rohling 7 als Halbfabrikat hergestellt, wie er in Fig. 1c in Seitenansicht sowie in Fig. 1d im Querschnitt dargestellt ist. Die Schnittlinie des Querschnitts nach Fig. 1d ist in Fig. 1c mit Schnittlinie I-I dargestellt.

Bei dem in Fig. 1c dargestellten Rohling 7 handelt es sich um ein Fließpreßteil bzw. ein Schmiedeteil, welches spanlos hergestellt ist. Dabei wird bereits mit diesem Herstellungsverfahren der spätere Wendelschaft 3 als länglicher Profilstab mit dem Querschnitt nach Fig. 1d hergestellt. Gleichermaßen an der Einspannschaft 4 ganz oder teilweise bereits im vorgeschalteten Fließpreßverfahren oder Schmiedeverfahren entsprechend der Darstellung in Fig. 1c vorbereitet werden. Hierfür werden die nach unten hin offenen Mitnehmernuten 13 sowie die hierzu um 90° versetzten Haltenuten 14 hergestellt, um beispielsweise das bekannte SDS-Plus-Einspannende für Hammerbohrmaschinen zu bilden. Das Einspannende 4 mit dem Durchmesser d2 kann demzufolge bereits im vorausgehenden Fließpreßverfahren als erster Herstellungsschritt hergestellt werden. Selbstverständlich können die nach unter hin geschlossenen Haltenuten 14 auch in einem späteren Arbeitsgang eingebracht werden.

Auch das in Fig. 1d dargestellte Kreisprofil 15 mit zwei seitlich gegenüberliegend angesetzten Rippen 16, 16' oder auch Flügel 16, 16' wird im ersten Arbeitsgang zum Beispiel im Fließpreßverfahren hergestellt. Der Durchmesser d1 der Rippen entspricht dem späteren Wendeldurchmesser der Förderwendel. Der Durchmesser d3 des Kreisprofils 15 entspricht dem Kerndurchmesser d3 der Förderwendel des Wendelschaftes 3 (siehe Fig. 1a). Die Breite s1 der Rippen 16 entspricht der späteren Stückbreite der gebildeten Förderwendel 3'.

Ausgehend vom Halbfabrikat nach Fig. 1c mit länglichem Profilstab 17 mit dem Querschnitt nach Fig. 1d wird dieser Profilstab 17 in eine Form verdrillt, wie dies Fig. 1a Seitenansicht zeigt. Hierdurch bilden die Rippen 16, 16' in verdrillter Form die erforderliche Förderwendel 3'.

Nach der Verdrillung des Profilstabs 17 mit entsprechend gewünschter Steigung α muß noch abschließend die Hartmetall- Schneidplatte 5 eingelötet werden. Lediglich hierfür kann eine spanabhebende Bearbeitung zur Herstellung des Einsetzschlitzes erforderlich sein.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a bis 2d wird ein Rohling verwendet, wie er in Fig. 2c in Seitenansicht und in Fig. 2d im Querschnitt entsprechend der Schnittlinie I-I in Fig. 2c dargestellt ist. Anstelle des kreisförmigen Flügelprofils nach Fig. 1d wird beim Profil nach Fig. 2d eine Art Sechseckprofil 20 gewählt, an welchem wiederum seitlich flügelförmige Ansätze 16, 16' angesetzt sind. Ein solcher Profilstab 18 kann wiederum durch ein Fließpreßverfahren oder Schmiedeverfahren hergestellt werden analog zur Beschreibung nach Fig. 1c. Die Verdrillung eines solchen Profilstabs 18 führt zum Bohrwerkzeug nach Fig. 2a mit dem verdrillten Wendelschaft 3. Auch hier wird wiederum in einem spanabhebenden Verfahren die Aussparung für die Hartmetall- Schneidplatte eingebracht und diese entsprechend eingelötet.

Beim weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 3a bis 3d, wird als Halbfabrikat ein Profilstab 19 im spanlosen Umformverfahren hergestellt, dessen Querschnitt in Fig. 3d dargestellt ist. Innerhalb eines Kreisquerschnitts mit dem späteren Wendeldurchmesser d1 wird ein im Querschnitt weitestgehend rechteckförmiges Profil 21 gebildet, dessen Eckbereiche 22 durch den Umkreis 23 abgeschnitten sind. Das Rechteck wird gebildet durch die längere Seitenkante a und die kürzere Seitenkante b, wobei auch ein quadratförmiger Querschnitt a ≈ b verwendbar wäre.

Die längere Seitenflanke 24 bzw. gegenüberliegende Flanke 24' des Profilstabs 19 ist konkave Ausgebildet. Die hierzu rechtwinklig angeordneten Seitenflanken 25 bzw. 25' sind eben oder ebenfalls konkave ausgebildet.

Verdrillt man einen solchen Profilstab 19 gemäß Darstellung in Fig. 3c, Fig. 3d, so ergibt sich das in Fig. 3a in Seitenansicht dargestellte Bohrwerkzeug. Die längeren, konkave vorgeformten Seitenflanken 24, 24' ergeben die Förderwendel 3', die kürzeren Seitenflanken 25, 25' führen zu den zusätzlichen Förderwendeln 3".

Bei den Ausführungsbeispielen Fig. 1c bis 3c ist der Durchmesser d1 des verdrillten Wendelschaftes 3 größer ausgebildet, als der Durchmesser d2 des Einspannschaftes 4. Dies kann beim Herstellungsprozeß der Halbwerkzeuge gemäß den Darstellungen nach Fig. 1c bis 3c problemlos berücksichtigt werden.

Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 4a bis 6a unterschieden sich von den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1a bis 3a dadurch, daß der Durchmesser d1 des jeweiligen Wendelschaftes 3 gleich groß oder kleiner ist als der Durchmesser d2 des jeweiligen Einspannschafts 4. Im übrigen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wie im Ausführungsbeispiel Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Die Halbfabrikate zur Herstellung der Bohrwerkzeuge noch Fig. 4a bis 6a sind wiederum in Fig. 4c bis 6c in Seitenansicht dargestellt. Die als Halbfabrikat im Strangpreßverfahren oder Schmiedeverfahren hergestellten Rohlinge 10 bis 12 weisen einen Profilstab 17' bis 19' auf, wie er in Draufsicht in den Fig. 4d bis 6d entlang der Schnittlinie I-I in den Fig. 4c bis 6c dargestellt ist. Die Profile der Profilstäbe 17' bis 19' sind gleich ausgebildet wie die Profilstäbe 17 bis 19, die zu Fig. 1d bis 3d beschrieben sind. In den Fig. 4c bis 6c sind jedoch die Durchmesser d1 bzw. der Abstand a der Fig. 6c, 6d kleiner ausgebildet als der Durchmesser d2 des Einspannschaftes 4.

Bezüglich der Beschreibung des Kreisprofils 15 in Fig. 4d sowie des Sechseckprofils 20 in Fig. 5d sowie des Rechteckprofils 21 in Fig. 6d wird auf die entsprechende Beschreibung in den Fig. 1d bis 3d verwiesen.

In den Fig. 4c bis 6c sind die Mitnehmernuten 13 und Haltenuten 14 der Darstellung nach den Fig. 1 bis 3 nicht vorgenommen. Gleichwohl können diese selbstverständlich bereits mit dem Herstellungsprozeß des Halbfabrikats vorgenommen werden, wie dies zu den Fig. 1 bis 3 beschrieben ist. Im übrigen entsprechen die Ausführungsbeispiele nach Fig. 4 bis 6 prinzipiell den zu Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispielen, jedoch mit umgekehrten Durchmesserverhältnissen der Durchmesser d1, d2.

Wie aus den Fig. 1b bis 3b und sinngemäß aus den Fig. 4b bis 6b hervorgeht, wird in dem Bohrerkopf 2 eine vorzugsweise dachförmige Hartmetall-Schneidplatte 5 eingesetzt bzw. eingelötet. Dabei stützt sich die jeweilige Hartmetallschneidplatte 5 durch eine asymetrische Anordnung unter Berücksichtigung ihres Drehsinns in ihrem Außenbereich an den jeweiligen Rippen 16, 16' des Profilstabs 15, 20 ab. Der Drehsinn ist mit Bezugszeichen 26 bezeichnet. Gegenüber der Quersymetrieebene 27 wird hierdurch ein Verdrehwinkel ß1 ≈ 15 bis 30° und insbesondere ß1 ≈ 20° gebildet.

Das Gleiche gilt für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3b mit einer entsprechend eingesetzten dachförmigen Schneidplatte, die sich durch ihre diagonale Anordnung ebenfalls im Kopfquerschnitt abstützt. Gegenüber der Quersymetrieebene 27 ist der Winkel β2 ≈ 30° als Verdrehwinkel eingezeichnet.

Selbstverständlich kann der Bohrerkopf auch eine andere Ausgestaltung erfahren. Beispielsweise können auch Mehrschneide-Bohrköpfe mit Haupt- und Nebenschneiden und/oder mit zusätzlichen Stiften oder anderen Schneidelementen vorgesehen sein.

Nachfolgend ist die Beschreibung der Ausführungsbeispiele nach den Fig. 7 bis 12 näher erläutert:
Der in den Fig. 7a, 8a dargestellte Gesteinsbohrer 101 besteht aus einem Bohrerkopf 102, aus einem hiermit einteiligen verbundenen Wendelschaft oder Förderwendel 103 sowie einem Einspannschaft oder Einspannende 104. Entsprechend der Darstellung der Einzelheit X-X ist der Bohrerkopf 102 in den Fig. 7b, 8b mit seinem Übergang zur Förderwendel vergrößert dargestellt. Er trägt eine dachförmige Hartmetall-Schneidplatte 105, die den Nenndurchmesser D des Bohrwerkzeugs bildet. Der Wendelschaft 103 weist einen Durchmesser d₁, der Einspannschaft 104 einen Durchmesser d₂ auf. Der Kerndurchmesser der Förderwendel ist mit d₃ bezeichnet. Die Wendelsteigung ist mit dem Steigungswinkel α gekennzeichnet. Die Längsmittelachse trägt das Bezugszeichen 106.

Das Bohrwerkzeug nach den Fig. 7a, 8a wird durch einen Rohling 107 als Halbfabrikat hergestellt, wie er in den Fig. 9a, 10a jeweils in Seitenansicht dargestellt ist. Der Bereich des Bohrerkopfes 102 dieses Halbfabrikates 107 ist in den zugehörigen Fig. 9b, 10b dargestellt.

Bei dem in den Fig. 9a, 10a dargestellten Rohling 107 handelt es sich um Fließpressteil bzw. ein Schmiedeteil, welches spanlos hergestellt ist. Dabei wird bereits mit diesem Herstellungsverfahren der spätere Wendelschaft 103 als länglicher Profilstab 108 mit einem Querschnitt erzeugt, wie er in Fig. 9c gemäß der Schnittlinie X-X mit innerer schraffierter Fläche 109 dargestellt ist. Gleichermaßen kann der Einspannschaft 104 ganz oder teilweise bereits im vorgeschalteten Fließpressverfahren oder Schmiedeverfahren entsprechend der Darstellung in Fig. 7a, 8a vorbereitet werden. Hierfür können die zum Bohrerschaftende hin offenen Mitnehmernuten 110 sowie die zum Ende hin geschlossenen Haltenuten 111 spanlos oder spanabhebend eingebracht werden, um beispielsweise das bekannte SDS-PLUS-Einspannende für Hammerbohrmaschinen zu bilden.

Das in Fig. 9c dargestellte Profil des Profilstabs 108 kann im Fließpressverfahren, Schmiedeverfahren oder Strangpreßverfahren hergestellt sein, wobei der Außendurchmesser d₁ der seitlich herausragenden Rippen 112, 113 des Profilstabs 108 dem späteren Wendeldurchmesser der verdrillten Förderwendel 103 entspricht. Der Durchmesser d₃ des inneren Kreisprofils 114 entspricht dem Kerndurchmesser d₃ des Wendelschaftes 103. Die äußere Stegbreite s₁ der Rippen 111, 112 entspricht der Stegbreite s₁ des verdrillten Förderwendelsteges 115.

In den Fig. 9a, 10a sind die Nuten 110, 111 nicht eingezeichnet. Sie können herstellungstechnisch im Umformprozeß oder nachträglich spanabhebend hergestellt werden.

Ausgehend von einem solchen Halbfabrikat gemäß den Fig. 9a, 10a wird der Profilstab 108 in eine Form verdrillt, wie dies in Fig. 7a, 8a jeweils in Seitenansicht dargestellt ist. Die hierdurch gebildete Förderwendel 103 wird als zweigängige Förderwendel mit den Förderwendelnuten 116, 116' ausgebildet.

Gemäß der Darstellung der Ausführungsbeispiele kann der Bohrerkopf 102 bereits während des Umformprozesses, d. h. im Fließpressverfahren oder Schmiedeverfahren derart ausgebildet sein, daß er einen verstärkten Querschnitt aufweist. Dies ist aus der Darstellung der Einzelheiten X in den Fig. 9a, 10a deutlich ersichtlich. Über einen Höhen- oder Längenabschnittsbereich mit Bezugszeichen 117 und der dargestellten Höhe h₁ wird der in Fig. 9c mit Bezugszeichen 109 dargestellte Querschnitt mit dem Durchmesser d₁ (Außenabstand der Rippen 112, 113) und dem Durchmesser d₄ (Querdurchmesser des Querschnittsprofils 109) geändert zu einem verstärkten Profil, wie es die umrandete Querschnittsfläche 118, 118' in Fig. 9c zeigt. Hierdurch wird die Querschnittsfläche 109 verändert, zu einer verstärkten Querschnittsfläche 119, die sich aus der gestrichelten Querschnittsfläche 109 plus der umrandeten Querschnittsfläche 118, 118' zusammensetzt. Der Durchmesser d₁ wird zum Durchmesser d₁', der Durchmesser d₄ wird zum Durchmesser d₄'. Aus der Darstellung nach Fig. 9b, 10b ist erkennbar, daß eine solche z. B. Aufstauchung oder Anformung eines verbreiterten Querschnittsbereichs zu einem Bohrerkopf führt, der eine verstärkte Querschnittsfläche 119 aufweist. Diese verstärkte Querschnittsfläche 119 ist in Fig. 9c mit der entsprechenden Umrandung 120 dargestellt. Die Verbreiterung des Querschnitts vom Durchmesser d₁ auf d₁' sowie d₄ auf d₄' erfolgt über den Höhenabschnitt h₁ mit Bezugszeichen 117, welcher etwa 1/4 bis 1/5 des Durchmessers d₁ entspricht.

Die Verstärkung des Querschnitts des Bohrerkopfes 102 kann in jeglicher Art umformtechnisch mit oder ohne Wärmebehandlung erfolgen. In den Fig. 7b, 8b ist ein solcher verstärkter Bohrerkopfquerschnitt dargestellt, in welchem die entsprechende, dachförmige Hartmetall-Schneidplatte 105 in an sich bekannter Weise eingesetzt ist. Hierdurch wird die Haltbarkeit des Bohrerkopfes wesentlich verstärkt, da entsprechend mehr Material zur Abstützung der Hartmetall- Schneidplatte 105 vorgesehen ist.

Der so verstärkt ausgebildete Bohrerkopf 102 weist etwa eine Höhe h₂ ungefähr gleich d₁ auf, d. h. über einen derartigen Höhenabschnitt wird eine entsprechende Querschnittsverstärkung des Bohrerkopfes 102 durchgeführt.

Aus der Fig. 9c ist weiterhin ersichtlich, daß die Verstärkung des Kopfquerschnitts in Richtung der Rippenlängsrichtung entsprechend der Querschnittlängsachse 121 geringer ausgeführt ist als in einer Querrichtung hierzu, dargestellt durch die Querschnitts-Querachse 122. Dies liegt daran, daß die radiale Aufweitung mit dem Durchmesser d₁' gegenüber dem ursprünglichen Durchmesser d₁ möglichst gering ausfallen soll, um den Wendeldurchmesser d₁ der Förderwendel 103 nahezu an die Kopfgeometrie anzupassen. Als Maß hierfür wird etwa gewählt d₁' ≧ (1,0-1,1) d₁.

Die Verstärkung des Kopfbereiches des Bohrers kann durch eine Vergrößerung der Querschnittsfläche 109 entsprechend der dargestellten umrandeten Querschnittsfläche 118, 119 geschehen, oder auch durch eine Massenverschiebung in die Kopfbereiche, die zur Abstützung einer Hartmetallschneidplatte erforderlich sind. Diese Abstützflächen liegen vorzugsweise im radial äußeren Bereich der Flügel und hinter der jeweiligen Hartmetall-Schneide als entsprechende Abstützfläche.

Die sich verkleinernde umrandete Querschnittsfläche 118 im radial außen liegenden Bereich der Flügel 112, 113 ist mit Bezugszeichen 118' versehen. Diese Fläche wird möglichst klein angeführt.

Die Fig. 11a zeigt eine Draufsicht auf ein Bohrwerkzeug entsprechend den Fig. 7a, 8a. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie bisher beschrieben versehen. Einen Schnitt durch einen derartigen Bohrerkopf ohne eingezeichnete Hartmetall-Schneidplatte zeigt Fig. 11b.

Gemäß der Darstellung in Fig. 11a ist die Hartmetall- Schneidplatte 105 bezüglich dem Drehsinn 123 auf ihrer Rückseite 124 derart in den verstärkten Bohrerkopf eingebettet, daß sich gegenüber dem zum Beispiel gestrichelt dargestellten Querschnitt 125 der Förderwendel 103 eine verstärkte Abstützfläche 126 bildet. Diese Abstützfläche 126 weist eine Außenkontur 127 auf, die eine zur Querschnitts- Querachse 122 hin zunehmenden bzw. von radial außen nach innen hin zunehmenden oder gleichbleibenden Flächeninhalt aufweist. Zumindest wird ein gemäß der gestrichelten Darstellung abnehmender Flächeninhalt 128 einer herkömmlichen Querschnittsform im Bohrerkopf vermieden. Anstelle der Außenkontur 127 kann auch eine Außenkontur 127' mit einer parallel zur Rückseite 124 der Hartmetall-Schneidplatte 105 ausgerichteten Flanke verwendet werden.

Die Querschnittsform des Bohrerkopfes nach Fig. 11b zeigt auf, daß die umformtechnische Veränderung des Bohrerkopfes eine stärkere Abstützung einer Hartmetall-Schneidplatte 105 in den Bereichen bildet, die zur Abstützung der Hartmetall- Schneidplatte insbesondere in ihren radial äußeren Bereichen erforderlich ist. Insbesondere zeigt die Darstellung nach Fig. 11a, 11b das ein an sich herkömmliches Flügelprofil 125 für die Förderwendel 103 verwendet werden kann, wobei der Kopfbereich umformtechnisch den höheren Anforderungen an die Festigkeit Rechnung trägt.

Die Darstellungen nach Fig. 12a, 12b unterscheiden sich von derjenigen nach Fig. 11a, 11b lediglich dadurch, daß die Hartmetall-Schneidplatte 105 symmetrisch in den Kopfbereich des Bohrerkopfes eingebettet ist, das heißt die Rippenlängsrichtung bzw. Querschnittslängsachse 121 fällt mit der Längsachse 129 der Hartmetall-Schneidplatte zusammen. Die Querausrichtung der Hartmetall-Schneidplatte 105 kann demzufolge in einem Winkel β ≅ 0 bis 20° und insbesondere β ≅ 10° betragen.

Der Bohrerkopf kann auch mit einer derartigen Querschnittsverstärkung ausgebildet sein, daß mehrere Hartmetall-Schneidelemente oder ein mehrflügeliges Hartmetall-Schneidelement einsetzbar ist.

In besonderer Weiterbildung ist vorgesehen, daß die Förderwendel eine variable Steigung α aufweist. Dies kann durch eine Kernverstärkung oder Kernschwächung der Förderwendel erfolgen, was umformtechnisch bereits im Fließpressverfahren, im Schmiedeverfahren oder auch im Strangpreßverfahren herstellbar ist.

Es ist auch möglich, daß sich der Querschnitt des Profilstabs über seine axiale Länge ändert, wobei diese Änderung vorzugsweise quer zur Rippenlängsrichtung 121, d. h. in Richtung Querachse 122 ausgerichtet ist, da der Außendurchmesser d₁' möglichst gleich dem Förderwendeldurchmesser d₁ ausfallen soll.

Es sei noch erwähnt, daß die verstärkte Querschnittsform im Bohrerkopf bei zumindest gleichbleibender Querschnittsfläche auch dadurch gebildet sein kann, daß entweder eine Materialverschiebung aus der Profilmitte nach außen zu den Flügeln hin und/oder auch durch ein Aufstauchen in Bohrerlängsrichtung erfolgen kann. Maßgeblich ist die Verstärkung der Festigkeit des Bohrerkopfes gegenüber der schwächeren Querschnittsform der Förderwendel. Hierdurch findet eine Optimierung zwischen schlanker und massearmer Wendel und verstärktem Bohrerkopf statt. Selbstverständlich muß ein Übergang der Bohrmehlnuten vom Bohrerkopf zur Förderwendel jeweils gewährleistet sein.

Alle Bohrerköpfe mit eingesetzter Hartmetall-Schneidplatte können zusätzlich Nebenschneidplatten in an sich bekannter Anordnung aufweisen.

Maßgeblich für die erfindungsgemäße Anordnung ist die Ausbildung des Bohrerkopfes als verstärktes Element, um einen zierlichen und baulich leichten Aufbau der Förderwendel 103 zu gewährleisten, ohne daß hierdurch eine entscheidende Beeinträchtigung der Bruchfestigkeit des Bohrerkopfes gegeben ist. Hierdurch wird eine optimale Abstimmung von verdrillter Förderwendel mit bruchfestem Bohrerkopf erzielt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Verbesserungen im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.

Bezugszeichenliste

1

Gesteinsbohrer

2

Bohrerkopf

3

Wendelschaft

3

'Förderwendel

4

Einspannschaft/Einspannende

5

Hartmetall-Schneidplatte

6

Längsmittelachse

7

Rohling

8

Rohling

9

Rohling

10

Rohling

11

Rohling

12

Rohling

13

Mitnehmernuten

14

Haltenuten

15

Kreisprofil

16

Rippen, Flügel

17

Profilstab

18

Profilstab

19

Profilstab

20

Sechseckprofil

21

Rechteckprofil

22

Eckbereiche

23

Umkreis

24

Seitenflanke

25

Seitenflanke

26

Drehsinn

27

Quersymmetrieebene

101

Gesteinsbohrer

102

Bohrerkopf

103

Wendelschaft/Förderwendel

104

Einspannschaft/Einspannende

105

Hartmetall-Schneidplatte

106

Längsmittelachse

107

Rohling

108

Profilstab

109

Querschnittsfläche

110

Mitnehmernut

111

Haltenut

112

Rippe

113

Rippe

114

Innenkreis

115

Förderwendelsteg

116

,

116

'Förderwendelnut

117

Höhen-Längenabschnittsbereich

118

umrandete Querschnittsfläche

119

gesamte Querschnittsfläche

120

Umrandung

121

Rippenlängsrichtung

122

Querachse

123

Drehsinn

124

Schneiden-Rückseite

125

Förderwendel-Querschnitt

126

Abstützfläche

127

Außenkontur

128

Flächeninhalt

129

Längsachse
d₁

Wendelschaftsdurchmesser
d₂

Einspannschaftsdurchmesser
d₃

Kerndurchmesser von Wendel
d₄

Wendelschaftsdurchmesser
h₁

Höhen-Längenabschnittsbereich
h₂

Bohrerkopfhöhe

Claims

1. Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer mit einem Bohrerkopf (102) mit Hartmetall-Schneidelement (105, 124), einem Einspannende (104) und einem dazwischen liegenden Wendelschaft (103), wobei ein flügel-, steg- oder rippenförmiger oder ein polygonförmiger Profilstab (108) wenigstens im Bereich des Wendelschaftes (103) zu einer Förderwendel verdrillt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (108) im Bereich des Bohrerkopfes (102) eine gegenüber dem Querschnitt (109) im Förderwendelbereich (103) umformtechnisch hergestellte verstärkte Querschnittsform (119) aufweist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (108) als Fließpressrohling, Schmiederohling oder im Strangpressverfahren hergestellter Rohling oder dergleichen ausgebildet ist.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Fließpressverfahren, Schmiedeverfahren oder Strangpreßverfahren oder dergleichen hergestellter Profilstab (108) eine im Bohrerkopfbereich (h₂) umgeformte Querschnittsform und/oder Querschnittsfläche (119) aufweist.

4. Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilstab (108) im Bereich des Bohrerkopfes (102) eine gegenüber dem Querschnitt der Förderwendel verstärkte Querschnittsform (119) zur Aufnahme einer Hartmetall-Schneidplatte aufweist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte Querschnittsform (119) des Bohrerkopfes im Bereich der Abstützung eines Hartmetall-Schneidelements vorzugsweise bezüglich der Drehrichtung des Bohrers hinter dem HM-Schneidelement ausgebildet ist.

6. Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch Aufstauchen des Profilstabs (108) verstärkte Querschnittsfläche (119) des Bohrerkopfes (102) vorgesehen ist.

7. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkte Querschnittsform (118, 119) im Bohrerkopf (102) bei zumindest gleichbleibender Querschnittsfläche (119) dadurch gebildet wird, daß entweder eine Materialverschiebung aus der Profilmittel nach außen zu den Flügeln (112, 113) hin und/oder durch ein Aufstauchen in Bohrerlängsrichtung oder einen sonstigen Umformvorgang erfolgt.

8. Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverstärkung (119) bevorzugt quer zur Rippenlängsrichtung (Querschnittslängsachse 121) erfolgt, wobei die Verbreiterung der Rippenstärke oder Rippenbreite von s₁ auf s₁' ca. s₁' ≅ (1,2 bis 2,5) × s₁ beträgt.

9. Bohrwerkzeug nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverstärkung (119) im Bohrerkopf (102) in Rippenlängsrichtung gleich bleibt oder sich nur minimal ändert, wobei d₁' < 1,1 d₁.

10. Bohrwerkzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetall-Schneidplatte (105) in Rippenlängsrichtung (121) oder in einem Winkel β angeordnet ist, wobei der Verdrehwinkel β etwa β ≅ 0 bis 20° und insbesondere β ≅ 10° beträgt.

11. Bohrwerkzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerkopf (102) derart querschnittsverstärkt ausgebildet ist, daß mehrere Hartmetall-Schneidelemente oder ein mehrflügeliges Hartmetall-Schneidelement einsetzbar ist.

12. Bohrer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrerförderwendel (103) eine variable Steigung α aufweist.

13. Bohrwerkzeug nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt des Profilstabes (108) über seine axiale Länge ändert, wobei vorzugsweise eine Querschnittsänderung quer zur Rippenlängsachse (121) und insbesondere eine Kernverstärkung erfolgt.

14. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen im Bereich des Bohrerkopfes zur Verfestigung des Bohrerkopfes im Übergangsbereich zwischen Einspannende und Förderwendel durchgeführt sind.

15. Verfahren zur Herstellung eines Bohrwerkzeugs, insbesondere Gesteinsbohrers nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bestehend aus einem Bohrerkopf (2) einem Einspannschaft (4) und einem dazwischen liegendem Wendelschaft (3), dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines spanlosen Umformvorgangs wie Fließpressen, Schmieden oder dergleichen ein einteiliges Halbfabrikat oder Rohling (7 bis 12) hergestellt wird, welcher im Bereich des Wendelschaftes (3) ganz oder teilweise aus einem Profilstab (17 bis 19) besteht und im Bereich des Einspannschaftes (4) zylindrisch oder als Aufnahme für das Bohrfutter einer Hammerbohrmaschine ausgebildet ist und daß in einem nachfolgenden Arbeitsgang der Profilstab (17) bis (19) des Wendelschaftes (3) zur Bildung einer Förderwendel (3', 3") zumindest teilweise verdrillt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der einteilige Fließpreßrohling oder Schmiederohling (7 bis 12) im Bereich des spangen- oder stabförmigen Profilstabs (17 bis 19) aus einem im Querschnitt kreisförmigen (15) oder polygonförmigen (20) Mehrkantprofil mit einem oder mehreren angeformten Rippen (16, 16') besteht, welches zur einer Förderwende (3') verdrillt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Fließpreßrohling (7 bis 12) oder Schmiedrohling (7 bis 12) im Bereich des stangen- oder stabförmigen Profilstabs (17 bis 19) aus einem im Querschnitt rechteckförmigen oder quadratischen Mehrkantprofil (21) besteht, dessen Eckbereiche (22) angerundet auf dem Wendelschaftumkreis (23) liegen, wobei vorzugsweise wenigstens zwei gegenüberliegende Seitenflächen (24, 24') zur Bildung von Bohrmehlnuten konkave ausgebildet sind.

18. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrerkopf eine vorzugsweise dachförmige Hartmetall-Schneidplatte (5) eingesetzt bzw. eingelötet wird, wobei sich die Hartmetall-Schneidplatte (5) unter Berücksichtigung ihres Drehsinns (26) in ihrem Durchmesser-Außenbereich an den Rippen (16, 16') des Profilstabs (15, 20) abstützt.

19. Verfahren nach Anspruch 15 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bohrerkopf eine vorzugsweise dachförmige Hartmetall-Schneidplatte (5) eingesetzt wird, wobei die Hartmetall-Schneidplatte ein im Querschnitt recheckförmiges (21) oder quadratisches Mehrkantprofil (21) diagonal im Sinne einer Abstützung des Außenbereichs der Hartmetall-Schneidplatte (5) durchsetzt.

20. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der spanlose Umformvorgang der Rohlinge (7 bis 12) im Fließpreßverfahren oder im Schmiedeverfahren die ganze oder teilweise Herstellung des Einspannschaftes (4) als SDS-Plus- Einsteckende umfaßt, wobei die zum Ende hin offenen Mitnahmenuten (13) und/oder die zum Ende hin geschlossenen Haltenuten (14) in das Rundprofil des Einspannendes eingeformt sind.