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Hinterschnitt-Bohrwerkzeug
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Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug zur Erzeugung von Hinterschnitten
in Vorbohrungen in Mauerwerk, Beton, Gestein u.dgl. mit einem in die mit dem Hinterschnitt
zu versehende Vorbohrung einführbaren, drehantreibbaren Werkzeugschaft, in dessen
Endbereich wenigstens ein Schnöidwexkzeug so angeordnet ist, daß seine Schneidkante
nach dem Einführen des Schafts in die Vorbohrung allmählich radial nach außen in
die Wandung der Vorbohrung verschiebbar ist, nach Patent0.....0...0.....
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(patentanmeldung P 25 35 066.7).
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Bohrwerkzeuge zum Einarbeiten von Hinterschnitten in Vorbohrungen,
beispielsweise zum Einstechen von Nuten für Sicherungsringe zur Festlegung von Lagern
in zylindrischen Bohrungen oder zum Hinterstechen ton 8ckbohrungen in metallischen
Werkstücken, in die anschließend ein Gewinde eingebohrt werden soll, ind bekannt
(z.B. DL-PS 12 057g DL-PS 40 756; DT-PS 910 376).
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Für die Verwendung in Mauerwerk, Gestein, Beton o.dgl. sind die bekannten
Bohrwerkzeuge wegen der hohen Härte und der teilweise zu beobaohtenden Inhomogenität
solcher Materialien ungeeignet, zumal der entstehende Bohrstaub zwischen die Führungs-
und Lagerflächen der relativ zueinander verschieblichen, eng gepaßten Bauteile der
bekannten Werkzeuge eindringen würde, wodurch das Bohrwerkzeug sehr schnell funktionsunfähig
wUrde. Wegen dieser Schwierigkeiten wurden Befestigungen in Wänden oder Bauteilen
aus den erwähnten Materialien bisher auch überwiegend mit kraftschlüssig an zylindrische,
d.h. nicht hinterschnittene Bohrungswände angepreßten Dübeln bewirkt.
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Da der zur sicheren kraftschlüssigen Festlegung eines Dübels in zylindrischen
Bohrungen erforderliche Lochleibungsdruck, d.h. die Flächenpressung, mit welcher
die aufspreizbare Außenfläche des DUbels an die Bohrungswandung angepreßt wird,
zumindest bei Anordnung der Befestigungsbohrung für Dübel in der Nähe der seitlichen
Begrenzung des zugehörigen Werkstücks zu einer Sprengung des Werkstücks führen kann,
ist immer wieder vorgeschlagen worden, eine DUbelbefestigung zu entwickeln, bei
weicher der Dübel in einer im Innern des Werkstücks mit Abstand von dessen Außenseite
erweiterten, d.h. hinterschnittenen Bohrung festgelegt werden kann. Dabei könnte
nämlich auf die radiale Vorspannung zur Erzeugung eines Lochleibungidrucke verzichtet
werden, wodurch die Festigkeit des Sohafts der Befestigungsschraube ausschließlich
für die tbertragung der Haltekraft für die vorzunehmende Befestigung genutzt werden
könnte und die Gefahr einer Sprengung des Werkstücke durch den radialen Spreizdruck
wesentlich verringert wäre. Die Beanspruchbarkeit eines solchen
formschlüssig
gesetzten Dübel gegen Herausziehen aus der Bohrung könnte durch entsprechende Wahl
der Tiefe der Erweiterung der Bohrung so vorgegeben werden daß in Jedem Falle sichergestellt
ist, daß das vor dem Hinterschnitt liegende Material nicht ausgerissen wird, sondern
eher der im Dübel verankerte, aus Metall bestehende Schaft der Befestigungsschraube
bzw. des Befestigungsankers zu Bruch geht. Da die Festigkeit von metallischen Werkstoffen
aber mit hinreichender Genauigkeit vorherberechnet werden kann, könnte auch die
Beanspruchbarkeit von Befestigungsanordnungen mit formschlüssig gesetzten Dübeln
genau berechnet werden.
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Obwohl die in der Hauptanmeldung offenbarten Bohrwerkzeuge prinzipiell
geeignet sind, um auch in harten Materialien, wie Beton oder Gestein Hinterschnitte
zu ist ersichtlich erzeugen daß diese Werkzeuge noch relativ kompliziert aufgebaut
und daher auch teuer in der Herstellung sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes,
preiswert herstellbares Werkzeug hinreichender Wirksamkeit und Lebensdauer zur Verfügung
zu stellen, mit dem die erforderlichen hinterschnittenen Befestigungsbohrungen auch
in harten Materialien, wie Beton oder anderem Gestein, erzeugt werden können, so
daß Befestigungsanordnungen nunmehr auch in der Praxis mit Hilfe von Dübeln oder
Befestigungselementen vorgenommen werden können, die nicht kraftschlüssig durch
Anpressung an der Bohrungswand (Lochleibungsdruck), sondern foraschlüssig in einem
hinterschnittenen Teil einer Befestigungabohrung gesetzt werden können.
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Ausgehend von einem Bohrwerkzeug der eingangs erwähnten Art wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schneidwerkzeug als in einer längsverlaufenden
schlitzartigen Ausnehmung am bohrung inneren Ende des Werkzeugschafts verschwenkbar
gelagerter zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, an dessen bohrungsinnerem ausschwenkbarem
Hebelende die Schneidkante gebildet ist, während sein anderes Hebelende durch eine
Feder in eine in die Ausnehmung zurückgeschwenkte Stellung vorgespannt ist, und
daß in einer Längsbohrung im Werkzeugschaft ein Zustellelement drehfest, aber in
Schaftlängsrichtung verschiebbar angeordnet ist, das durch Ausübung eines Drucks
in Schaftlängsrichtung auf das Bohrwerkzeug mit einer schiefen Ebene am zurückgeschwenkten
Schneidwerkzeug anlegbar ist, wobei das Schneidwerkzeug bei fortgesetzte Druckausübung
auf das Bohrwerkzeug durch die schiefe Ebene in die radial ausgeschwenkte Stellung
überführbar ist. Bei dieser Konstruktion wird eine in Axialrichtung auf das Bohrwerkzeug
ausgeübte Druckkraft über die schiefe Ebene des Zustellelement, in eine im wesentlichen
radial auswärts gerichtete Schwenkkraft des die Schneidkante tragenden Hebelarms
des Schneidwerkzeugs umgesetzt, wodurch komplizierte Kulissenführungen oder Übertragungs-Gelenkhebel
vermieden werden. Wenn die schiefe Ebene am Zustellelement und die Gegenfläche am
Schneidwerkzeug beispielsweise durch Oberflächenhärtung hinreichend verschleißfest
ausgebildet werden, kann mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug sogar schlagend
gebohrt werden, wenn dies bei besonders harten Materialien im Einzelfall erforderlich
oder erwünscht sein sollte.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Zustellelement
am bohrungsinneren Ende vor dem Schneidwerkzeug in den Werkzeugschaft eingesetzt
und aus dem Vorderende des Werkzeugschafts herausgeführt, und an dem aus dem Werkzeugschaft
herausgeführten Ende des Zustellelements ist ein am Grund der Vorbohrung aufsetzbares
Druckstück vorgesehen. Die das Zustellelement beaufschlagende Druckkraft ist dann
die Reaktionskraft, die beim Abstützen des Druckstücks auf dem als Wiederlager dienenden
Grund der Vorbohrung beim Andrücken des mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug bestückten
motorischen Bohrgeräts entsteht.
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Alternativ kann das Bohrwe rk zeug auch so ausgebildet werden, daß
das Zustellelement in dem dem Bohrungsgrund abgewandten Teil des Werkzeugschafts
am inneren Ende eines aus dem Werk zeugs chaft nach außen herausgeführten Zustellschafts
angeordnet ist, der seinerseits in der erwähnten Weise längsverschieblich, Jedoch
undrehbar in einer Längsbohrung im Werkzeugschaft geführt ist.
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Die Einspannung des Bohrwerkzeugs im motorischen Bohrgerät erfolgt
dann an dem aus dem Werkzeugschaft vorstehenden Zustellschaft, und das am inneren
Ende dieses Zustellschafts vorgesehene Zustellelement drUckt mit der schiefen Ebene
auf das Ende des durch die Vorspannfeder beaufschlagten, zur Bohuungsmündung weisenden
Hebelarms des Schneidwerkzeugs.
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Die axiale Druckkraft auf das Zustellelement kann wieder durch Abstützung
des Werkzeugs auf dem Bohrungsgrund erzeugt werden, indem das bohrungsinnere Ende
des Werkzeugschafts als auf dem Grund der Vorbohrung aufsetzbarer Abstützkopf ausgebildet
ist.
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Alternativ kann die Abstützung auch auf der Oberfläche des mit der
hinterschnittenen Bohrung zu versehenden Werkstücks oder Untergrundes erfolgen,
wobei die Ausgestaltung dann so getroffen ist, daß an dem aus der Vorbohrung vorstehenden
riickwärtigen Endbereich des Werkzeugschafts eine radial vom Werkzeugschaft vorstehende,
auf der Oberfläche der mit der hinterschnittenen Bohrung zu versehenden Unterlage
aufsetzbare Abstützscheibe angeordnet ist, welche auch die Einführtiefe des Werkzeugschafts
in die Vorbohrung bestimmt. Diese Abstützung hat den Vorteil, daß der Hinterschnitt
in einem genau definierten Abstand zur Werkstück- oder Untergrundoberfläche erzeugt
wird, auch wenn die Vorbohrung versehentlich tiefer gebohrt ist, als an sich erforderlich
ist.
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um 8U verhindern, daß die sich bei einer starren Befestigung sm Werkzeugschaft
unter Druck auf der Oberfläche mitdrehende Scheibe an ihrer Anlagefläche abgenutzt
oder umgekehrt die Werkstückoberfläche im Anlagebereich durch die sich drehende
Scheibe beschädigt wird, empfiehlt es sich, die Abstützscheibe drehbar, in Längsrichtung
Jedoch unversohiebbar am Werkzeugschaft anzuordnen.
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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigts Fig. 1 eine teilweise
geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Bohrwerkzeugs, bei dem die Vorschubkraft für die ausschwenkbare Schneide des Schneidwerkzeugs
mittels eines am Bohrungsgrund abgestüzten und längsver schieblich im Werkzeugschaft
angeordneten Zustellelements erzeugt wird;
Fig. 2 eine teilweise
geschnittene Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Bohrwerkzeugs, bei dem die Vorschubkraft für die radiale Ausschwenkung der Schneidkante
des Schneidwerkzeugs durch ein an dem zur Bohrungsmündung weisenden Hebelarm angreifendes
und über einen längsverschieblich, jedoch drehfest im brerkzeugschaft angeordneten
Zustellschaft verschiebliches Zustellelement erzeugt wird; und Fig. 3 eine teilweise
geschnittene Seitenansicht des oberen Endes eines im übrigen dem Bohrwerkzeug gemäß
Fig. 2 entsprechenden abgewandelten Bohrwerkseug, bei dem der Werkzeugschaft über
eine Scheibe auf der Oberfläche des Werkstücks abgestützt ist.
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In Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnetes erfindungsgemäßea
Bohrwerkzeug zum Aufbohren eines Hinterschnitts in einer zuvor auf übliche Weise
erzeugten Vorbohrung in einem Untergrund aus Stein, Beton, Mauerwerk o.dgl. gezeigt.
Das Bohrwerkzeug 10 weist einen Werkzeugschaft 12 auf, in dessen in die Vorbohrung
einzuführendem unteren Endbereich eine an einer Seite offene, längsverlaufende schlitzartige
Ausnehmung 14 vorgesehen ist. In dieser Ausnehmung ist auf einem Bolzen 16 ein Schneidwerkzeug
18 in Form eines flachen, langgestreckten, in der Breite in die Ausnehmung eingepaßten
Doppelhebels verschwenkbar gelagert, an dessen zum Bohrungsinnern weisenden, in
der Zeichnung unten liegendem HebLarm 18a die zur offenen Seite der Ausnehmung 14
weisende Schneidkante 20 gebildet ist, mit welcher der Hinterschnitt in die Wandung
einer Vorbohrung eingearbeitet wird. Am anderent zur Bohrungsmündung weisenden Hebelarm
18b des Schneidwerkzeugs 18 greift eine am Grund der Ausnehmung
abgestützte
Druckfeder 22 an, welche das Schneidwerkzeug in die in der Zeichnungsfigur dargestellte
zurückgeschwenkte Stellung vorspannt. In dieser Stellung ist der Werkzeugschaft
in die mit dem Hinterschnitt zu versehende Vorbohrung einführbar, ohne daß die Schneidkante
über den Durchmesser des Werkzeugschafts 12 vorsteht.
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Der Werkzeugschaft 12 ist in seinem unterhalb der'Ausnehmung 14 für
das Schneidwerkzeug 18 gelegenen Bereich mit einer mittigen, axial verlaufenden
und zum Bohrungsgrund hin offenen Bohrung 24 versehen, in der ein komplementär bolzenförmiges
Zustellelement 26 längsverschieblich angeordnet ist. Das Zustellelement 26 ist an
seinem oberen oder zur Bohrungsmündung weisenden Ende unter einem Winkel von etwa
4#O abgeschrägt, so daß seine Stirnseite eine schiefe Ebene 28 bildet. Diese schiefe
Ebene greift so am abgerundeten unteren Ende des Hebelarms 18a des Schneid~ werkzeugs
18 an, daß dieser Hebelarm und damit auch die Schneidkante 20 bei einer Aufwärtsbewegung
des Zustellelements 26 unter Zusammendrückung der Druckfeder 22 radial aus der Ausnehmung
14 herausgeschwenkt wird. Ein in eine querverlaufende Durchgangsbohrung 30 im Werkzeugschaft
12 eingepreßter und ein längsgerichtetes Langloch 32 im Zustellelement 26 durchsetzende
Bolzen 34 haltert das Zustellelement 26 drehfest, im Rahmen des durch die Länge
des Langlochs vorgegebenen Maßes jedoch längsverschieblich in der Bohrung 24. Am
unteren, zum Bohrungsgrund weisenden Ende des Zustellelements 26 ist in einigem
Abstand vor der Stirnfläche des Werkzeugschafts 12 ein Druckstück am Zustellelement
angesetzt, dessen zum Bohrungsgrund
gerichtetes Vorderende entsprechend
der Form des inneren Endes der mit dem Vorbohrer erzeugten Vorbohrung stumpfkegelig
ausgebildet ist. Mit diesem stumpfkegeligen Ende kann das in die Vorbohrung eingeführte
Bohrwerkzeug 10 auf den Grund der Vorbohrung aufgesetzt werden. Wenn dann ein Druck
in Richtung auf das bohrungsinnere Ende auf das angetriebene Bohrwerkzeug 10 ausgeübt
wird, drängt das Druckstück 36 das Zustellelement 26 nach innen und dessen schiefe
Ebene 28 verschwenkt den unteren Hebelarm 18a und damit die Schneidkante 20 radial
nach außen, wodurch die Schneid~ kante 20 einen Hinterschnitt in die Wandung der
Vorbohrung einarbeitet. Wenn der einwärts gerichtete Druck aufhört, drängt die Druckfeder
22 die Schneidkante 20 des Schneidwerkzeugs 18 wieder zurück, wobei das Zustellelement
26 wieder zurückgeschoben wird.
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Die in der Zeichnung oberhalb der Ausnehmung 14 und von dieser bis
zum äußeren Ende des Werkzeugschafts 12 durchlaufende Bohrung 38 kann zum Absaugen
des beim Arbeiten mit dem Werkzeug 10 entstehenden Bohrmehls dienen.
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Das in Fig. 2 gezeigte Bohrwerkzeug 40 entspricht dem Bohrwerkzeug
10 weitgehend, und da für gleiche Teile in der Zeichnung gleiche Bezugszeichen verwendet
sind, genügt es, bezüglich der Anordnung des Schneidwerkzeugs 18 in der Ausnehmung
14 im Werkzeugschaft 12 auf die Beschreibung zu Fig. 1 zu verweisen.
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Abweichend vom Bohrwerkzeug 10 erfolgt die Zustellung der Schneidkante
20 des Schneidwerkzeugs 18 jedoch an dem oberen, zur Bohrungsmündung weisenden Hebelarm
18b
des Schneidwerkzeugs 18, wofür das langgestreckte schaftförmige
Zustellelement 42 in eine der Bohrungen 38 beim Bohrwerkzeug 10 entsprechende Bohrung
44 längsverschieblich aber drehfest eingesetzt ist.
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Das dem Schneidwerkzeug 18 zugewandte Ende des Zustellelements 42
ist wieder mit einer schiefene Ebene 46 versehen, die am abgerundeten Ende des Hebelarms
18b angreift und deren Neigungsrichtung so gelegt ist, daß bei Ausübung eines axial
ins Bohrungsinnere gerichteten Drucks auf das Zuabilelement 42 die Schneidkante
20 des Schneidwerkzeugs 18 ausgeschwenkt wird. Der bei der Zustellung auf das Zustellelement
ausgeübte Druck wird von dem an seinem inneren Ende geschlossenen und als Abstützkopf
48 ausgebildeten Ende des Werkzeugschafts 12 auf dem Bohrungsgrund abgestützt.
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Zur längsverschieblichen und drehfesten Lagerung des Zustellelements
42 im Werkseugrohaft 12 weist der Werkzeugschaft am rückwärtigen Ende eine zylindrische
Aufbohrung 50 der Bohrung 44 auf, in der ein im Durchmesser entsprechend vergrößerter,
am rückwärtigen Ende des Zustellelements angesetzter Führungsabichnitt 52 angeordnet
ist. Ein Bohrungen 54 im Werkzeugschaft 12 und ein Langloch 56 im Führungsabschnitt
52 durchsetzender Stift 58 verbindet den Führungsabsohnitt und damit das Zustellelement
in der gewünschten Weise längsverschieblich aber drehfest mit dem Werkzeugschaft
12. Der Führungsabsohnitt 52 ist rückwärts so weit aus dem Werkzeugschaft 12 herausgeführt,
daß er im Spannfutter eines motorisch antreibbar<en Bohrgeräts eingespannt werden
kann. Im Unterschied hierzu wird bei dem
in Verbindung mit Fig.
1 beschriebenen Bohrwerkzeug 10 das#rückwärtige Ende des Werkzeugschafts 12 in das
Bohrgerät eingespannt.
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Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß bei den beschriebenen
Bohrwerkzeugen 10 und 40 die Rückstellkraft für das Schneidwerkzeug 18 und das Zustellelement
26 bzw. 42 ausschließlich von der Druckfeder 22 erzeugt wird. In manchen Fällen
kann es zweckmäßig sein, die Rückführung des Zustellelements durch eine eigene (nicht
gezeigte) Feder zu unterstützen. Beim Bohrwerkzeug 10 könnte diese Feder beispielsweise
zwischen der Rückseite des Druckstücks 36 und der Stirnfläche des Werkzeugschafts
12 und beim Bohrwerkzeug 40 zwischen dem Grund der Ausbohrung 50 und der vorderen
Ringfläche des Führungsabschnitts 52 angeordnet sein.
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Von dem in Fig. 3 gezeigten Bohrwerkzeug 60 ist lediglich der rückwärtige
Endteil dargestellt, während das Werkzeug im übrigen dem Bohrwerkzeug 40 entsprechen
möge.
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Im Unterschied zu den beschriebenen Werkzeugen 10 und 40 wird die
zum Zustellen der Schneidkante 20 auf das Bohrwerkzeug 60 ausgeübte Druckkraft nicht
am Bohrungsgrund, sondern auf der Oberfläche der mit der hinterschnittenen Bohrung
zu versehenden Unterlage abgestützt.
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Hierfür ist am äußeren Ende des Werkzeugschafts 12 eine #bstützscheibe
62 vorgesehen, deren Rückseite an einem Bund 64 des Werkzeugschafts 12 anliegt,
und die gegen Verschiebung zum Werkzeugvorderende hin durch einen Sicherungsring
66 gehalten ist. Die Abstützecheibe 62 ist relativ zum Werkzeugschaft 12 drehbar,
d.h. sie dreht sich beim Arbeiten mit dem Bohrwerkzeug 60 nicht
mit.
Falls erforderlich oder gewünscht, kann die Abstützscheibe 62 auch mit Wälzlagern
auf dem Werkseugschaft 12 drehbar gelagert sein.