DE29724063U1 - drill - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Bohrer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a drill according to the preamble of claim 1.
Bohrer mit unterschiedlich ausgestalteten Bohrmehlabfuhrnuten sind aus verschiedenen Veröffentlichungen bekannt. So ist es beispielsweise bekannt geworden, mittels einer Vergrößerung der Querschittsflache über den Verlauf der Bohrmehlabfuhrnuten die Bohrmehlabfuhr zu verbessern. Eine möglichst große Querschnittsfläche der Bohrmehlabfuhrnut bietet meist eine besonders gute Bohrmehlabfuhr, die allerdings regelmäßig auf Kosten der Seitenführung durch die umlaufende Helix oder Bohrerwendel und die dort bestehenden Stege geht.Drills with differently designed drilling dust removal grooves are known from various publications. For example, it has become known that drilling dust removal can be improved by increasing the cross-sectional area over the course of the drilling dust removal grooves. A drilling dust removal groove that is as large as possible usually offers particularly good drilling dust removal, although this is usually at the expense of the lateral guidance provided by the rotating helix or drill spiral and the webs there.
Ferner sind bei großen Bohrmehlabfuhrnuten die durch den Bohrer erzeugten Schwingungen problematisch, so daß bereits versucht worden ist, die Steigung der Bohrerwendel und damit auch die Ausgestaltung der Bohrmehlabfuhrnut über den Verlauf des Bohrers zu variieren. Für derartige Bohrerwendeln bzw. Bohrmehlabfuhrnuten müssen jedoch spezielle und vergleichsweise teure Werkzeugmaschinen beschafft werden, so daß diese Lösung nicht in allen Fällen geeignet ist.Furthermore, the vibrations generated by the drill are problematic in the case of large drilling dust removal grooves, so attempts have already been made to vary the pitch of the drill helix and thus also the design of the drilling dust removal groove over the course of the drill. However, special and relatively expensive machine tools must be purchased for such drilling helixes or drilling dust removal grooves, so this solution is not suitable in all cases.
Um eine Verdichtung des Bohrmehls und Bohrkleins in der Bohrmehlabfuhrnut auszuschließen, sind unterschiedliche Nutenformen bekannt geworden, wobei es vorgeschlagen worden ist, den Nutengrund schräg verlaufen zu lassen.In order to prevent compaction of the drilling dust and cuttings in the drilling dust removal groove, different groove shapes have become known, whereby it has been suggested that the groove base should be inclined.
Problematisch hierbei ist, daß eine Teilverdichtung des Bohrmehls und Bohrkleins erfolgt, insbesondere wenn ein eine schlagende Bewegung ausführende Bohrer verwendet wird. Der Bohrer neigt dann im gewissen Maße zum Festbacken. Jedenfalls wird regelmäßig die Bohrleistung durch den vermehrten Reibschluß der Bohrerwendel im Bohrloch reduziert, und der BohrerThe problem here is that a partial compaction of the drilling dust and drilling cuttings occurs, especially when a drill with a percussive movement is used. The drill then tends to jam to a certain extent. In any case, the drilling performance is regularly reduced by the increased friction of the drill helix in the borehole, and the drill
wird heiß, was seine Belastbarkteit weiter reduziert.gets hot, which further reduces its resilience.
Bei besonders großen und schweren Hammerbohrmaschinen neigen die verwendeten Bohrer zu einer verminderten Lebensdauer. Versuche ergaben beispielsweise, daß trotz der Verwendung ausgeuchter Hartmetallplatten für die Haupt- und gegebenenfalls Nebenschneiden die Lebensdauer des Bohrers bereits bei 3 0 Metern Bohrstrecke in Beton erschöpft ist, wobei diese Werte sogar noch geringer waren, wenn ungünstige Bohrzustände vorlagen.In particularly large and heavy hammer drilling machines, the drill bits used tend to have a reduced service life. Tests have shown, for example, that despite the use of hard metal plates for the main and, where appropriate, secondary cutting edges, the service life of the drill bit is already exhausted after a drilling distance of 30 metres in concrete, and these values were even lower when unfavourable drilling conditions existed.
Dementsprechend ist versucht worden, durch eine modifizierte Gestaltung des Bohrerkopfes die Lebensdauer zu verbessern. Auch die neuesten bekannt gewordenen Bohrköpfe haben jedoch bei derartigen Hochleistungsmaschinen einen vergleichsweise geringe Lebensdauer, und zwar überraschenderweise nur in geringem Maße in Abhängigkeit von der Kopfform.Accordingly, attempts have been made to improve the service life by modifying the design of the drill head. However, even the most recent drill heads have a comparatively short service life in such high-performance machines, and surprisingly this only depends to a small extent on the shape of the head.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bohrer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, der hinsichtlich der Lebensdauer verbessert ist und dennoch eine preisgünstige Herstellung erlaubt, ohne daß die Bohrleistung aufgrund einer verminderten Bohrleistung reduziert wäre.Therefore, the invention is based on the object of creating a drill according to the preamble of claim 1, which is improved in terms of service life and yet allows inexpensive production without the drilling performance being reduced due to a reduced drilling performance.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .This object is achieved according to the invention by claim 1. Advantageous further developments emerge from the subclaims.
Überraschend führen die erfindungsgemäßen Maßnahmen mit der Kernverstärkung durch den konvex ausgebildeten Nutengrund zu einer wesentlichen Erhöhung der Bohrleistung auf z.B. über Meter, wobei dem erfindungsgemäßen Bohrer zugute kommt, daß durch die Verwendung ziemlich schmaler Stege eine große freie Fläche für die Bohrmehlabfuhr zur Verfügung steht. Offenbar werden die durch axialen Aufprall der Bohrerspitze auf das zu bohrende Gestein erzeugten Longitudinal- und Transversalschwingungen in verbesserter Weise verarbeitet. Durch die Aus-Surprisingly, the measures according to the invention with the core reinforcement by the convex groove base lead to a significant increase in drilling performance, e.g. over meters, whereby the drill according to the invention benefits from the fact that a large free area is available for the removal of drilling dust due to the use of fairly narrow webs. The longitudinal and transverse vibrations generated by the axial impact of the drill tip on the rock to be drilled are obviously processed in an improved manner.
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rundung der Übergänge zwischen Nuten und Stegen werden Steifigkeitssprunge und die hierdurch geförderten hochfrequenten Schwingungen der Stege zumindest reduziert.By rounding the transitions between grooves and webs, stiffness jumps and the resulting high-frequency vibrations of the webs are at least reduced.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine Abstimmung des Bohrers auf die verwendete Bohrmaschine bzw. Schlagfrequenz der Bohrmaschine dergestalt, daß mindestens ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz der Longitudinalschwingungen des Bohrers der Schlagfrequenz entspricht.According to the invention, it is preferred that the drill is adjusted to the drilling machine used or to the impact frequency of the drilling machine in such a way that at least an integer multiple of the fundamental frequency of the longitudinal oscillations of the drill corresponds to the impact frequency.
Erfindungsgemäß sind die Stege ziemlich schmal, wobei die Breite so gewählt ist, daß der Verschleiß über der gesamten Lebensdauer des Bohrers so gering ist, daß Rundlauf und Seitenführung des Bohrers innerhalb der geforderten Toleranzen verbleiben.According to the invention, the webs are quite narrow, the width being selected such that the wear over the entire service life of the drill is so low that the concentricity and lateral guidance of the drill remain within the required tolerances.
Erfindungsgemäß läßt sich ferner der Radius, die Balligkeit und die genaue Ausgestaltung der Kernverstärkung an die Erfordernisse anpassen. Die für die hier beispielhaft dargestellten Abmessungen bevorzugte Ausgestaltung weist einen Radius der Konvexität auf, der etwa dem Nenndurchmesser des Bohrers entspricht, wobei bevorzugt jedenfalls der Radius größer als der Kerndurchmesser ist.According to the invention, the radius, the crowning and the precise design of the core reinforcement can also be adapted to the requirements. The preferred design for the dimensions shown here as an example has a radius of convexity that corresponds approximately to the nominal diameter of the drill, whereby the radius is preferably larger than the core diameter.
Der Nutengrund läuft bevorzugt in einem Innenradius aus, der vergleichsweise groß gewählt ist und beispielsweise der halben Höhe des angrenzenden Stegs entsprechen kann. Der Innenradius erstreckt sich bevorzugt über etwas mehr als einen Viertelkreis und bietet einen stetigen und harmonischen Anschluß an die Konvexität. Wenn die Neigung der Konvexität an ihren Enden beispielsweise 15 Grad zur Bohrerachse beträgt, verläuft der Innenradius bevorzugt über einen Winkel von 105 Grad, um einen Anschluß ohne Unstetigkeitsstellen zu gewährleisten.The groove base preferably ends in an inner radius that is relatively large and can, for example, correspond to half the height of the adjacent web. The inner radius preferably extends over a little more than a quarter circle and offers a continuous and harmonious connection to the convexity. If the inclination of the convexity at its ends is, for example, 15 degrees to the drill axis, the inner radius preferably runs over an angle of 105 degrees to ensure a connection without discontinuities.
Die Ausgestaltung der Stege kann ebenfalls in weiten Bereichen an die Erfordernisse angepaßt werden. Hierbei ist es bevor-The design of the bridges can also be adapted to the requirements in many areas. In this case, it is preferable
zugt, daß die Stege anschließend an den Innenradius gerade nach außen verlaufen, so daß eine im Verhältnis zur Stegbreite vergleichsweise große Anlagefläche für die bessere Rundlaufführung des Bohrers im Bohrloch zur Verfügung steht.It is ensured that the webs run straight outwards after the inner radius, so that a comparatively large contact surface in relation to the web width is available for better concentricity of the drill in the borehole.
Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Bohrers besteht darin, daß eine im Vergleich zur Bohrermasse die eingeleitete Schlagenergie besonders gut übertragende Bohrerwendel zur Verfugung gestellt wird. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Schlagwirkungsgrad des erfindungsgemäßen Bohrers besonders gut, so daß eine vergleichsweise geringe Antriebsleistung für die Schlagbohrmaschine oder den Hammerbohrer erforderlich ist, um den gewünschten Vortrieb zu erzielen.Another particular advantage of the design of the drill according to the invention is that a drill helix is provided which, compared to the drill mass, transfers the introduced impact energy particularly well. Due to the design according to the invention, the impact efficiency of the drill according to the invention is particularly good, so that a comparatively low drive power is required for the impact drill or hammer drill in order to achieve the desired propulsion.
Überraschend ergiebt sich gegenüber Bohrern mit flachem Nutengrund ein deutlich schnellerer Bohrfortschritt. Offenbar ist dieser verbesserte Bohrfortschritt auf die verbesserte Übertragung der Schlagleistung auf den Bohrerkopf zurückzuführen, wobei vergleichshalber ein Bohrerkopf verwendet wurde, der eine Hauptschneidplatte und zwei sich im Winkel von je 90 Grad zu der Hauptschneidplatte erstreckende Nebenschneidplatten aufwies, die sich im äußeren Drittel des Radius des Bohrerkopfes erstreckten, und wobei beidseitig der Nebenschneidplatten je Bohrmehlabfuhrnuten vorgesehen waren.Surprisingly, the drilling progress is significantly faster than with drills with a flat groove base. This improved drilling progress is evidently due to the improved transmission of the impact power to the drill head. For comparison purposes, a drill head was used that had a main cutting plate and two secondary cutting plates, each at an angle of 90 degrees to the main cutting plate, which extended in the outer third of the radius of the drill head, and with drilling dust removal grooves provided on both sides of the secondary cutting plates.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung bezieht sich auf die Herstellung des erfindungsgemäßen Bohrers, der sich besonders günstig unter Zuhilfenahme von allen wirtschaftlichen Herstellverfahren erzeugen läßt. Hierdurch ist eine erheblich schnellere Fertigung möglich.A further particular advantage of the invention relates to the manufacture of the drill according to the invention, which can be produced particularly inexpensively using all economical manufacturing processes. This enables considerably faster production.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.Further details, advantages and features emerge from the following description of an embodiment with reference to the drawing.
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Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine leicht schematische Seitenansicht der Bohrerwendel für einen erfindungsgemäßen Bohrer; undFig. 1 is a slightly schematic side view of the drill helix for a drill according to the invention; and
Fig. 2 einen Schnitt durch den Bohrer gemäß Fig. 1.Fig. 2 shows a section through the drill according to Fig. 1.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bohrers 10 zeigt eine Bohrerwendel 12, die sich spiralig um einen Bohrerkern 14 erstreckt. Die Bohrerwendel 12 ist zweiläufig ausgebildet, so daß an jedem Punkt über den Verlauf der Bohrwendel· eine zur Bohrerachse 18 symmetrische Ausgestaltung vorliegt.The embodiment of a drill 10 according to the invention shown in Fig. 1 shows a drill helix 12 which extends spirally around a drill core 14. The drill helix 12 is designed with two runs, so that at every point along the course of the drill helix there is a symmetrical design with respect to the drill axis 18.
Wie aus Fig. 1, noch besser allerdings aus Fig. 2, ersichtlich ist, weist der Bohrerkern 14 eine Kernverstärkung 20 auf. Er erstreckt sich als ballige Ausgestaltung des Nutengrundes 22, der durch die Bohrerwendel 12 belassen wird. Der Nutengrund 22 ist damit konvex ausgebildet, wobei die Ausgestaltung des Nutengrundes 22 bei der gestrichelten Linie 24 schematisch angedeutet ist.As can be seen from Fig. 1, but even better from Fig. 2, the drill core 14 has a core reinforcement 20. It extends as a spherical configuration of the groove base 22, which is left by the drill helix 12. The groove base 22 is thus convex, the configuration of the groove base 22 being schematically indicated by the dashed line 24.
Die Bohrerwendel 12 besteht in axialer Richtung betrachtet aus aufeinanderfolgenden Stegen 26 und Nuten 28. Die Breite der Stege 26 ist erheblich kleiner als die Breite der Nuten„28, wozu im einzelnen auf die Beschreibung von Fig. 2 Bezug genommen wird. Der Bohrer weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an seinem vorderen Ende einen Bohrerkopf mit einer Hauptschneidplatte und zwei Nebenschneidplatten gemäß der DE-GM 90 02 555.5, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird, auf.The drill helix 12 consists of successive webs 26 and grooves 28 when viewed in the axial direction. The width of the webs 26 is considerably smaller than the width of the grooves 28, for which reference is made in detail to the description of Fig. 2. In the embodiment shown, the drill has at its front end a drill head with a main cutting plate and two secondary cutting plates according to DE-GM 90 02 555.5, to which reference is made in full.
Die genaue Ausgestaltung der Bohrerwendel 12 kann an die Erfordernisse angepaßt werden. So ist es beispielsweise möglich, einen anderen Steigungswinkel der Bohrerwendel 12 -zu verwenden, während hier ein Steigungswinkel von etwa 40 Grad bevor-The exact design of the drill helix 12 can be adapted to the requirements. For example, it is possible to use a different pitch angle of the drill helix 12 - while here a pitch angle of about 40 degrees is preferred.
zugt ist. Die Querschnittsfläche der Bohrmehlabfuhrnut ändert sich über den Verlauf der Bohrerwendel nicht.The cross-sectional area of the drilling dust removal groove does not change over the course of the drill helix.
Ferner ist bevorzugt, daß der Übergang zwischen den Stegen 26 und den Nuten 2 8 konkav über einen Innenradius 3 0 ausgerundet ist. Damit werden Steifigkeitssprünge vermieden.Furthermore, it is preferred that the transition between the webs 26 and the grooves 28 is rounded concavely over an inner radius 30. This avoids jumps in stiffness.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich· ist, weist der konvexe Nutengrund oder die Kernverstärkung 2 0 einen vergleichsweise großen Radius auf. Im dargestellten Falle eines Ausführungsbeispiels eines Bohrers 10 von 40 mm Durchmesser beträgt der Radius der Konvexität 20 35 mm, also etwas weniger als der Nenndurchmesser des Bohrers. Der Innenradius 30 ist ebenfalls vergleichsweise groß mit 3,5 bis 4 mm, während jeder Steg eine Rückenbreite von ebenfalls lediglich etwa 4 mm aufweist. Demgegenüber wesentlich größer ist die Breite der Nuten 28 mit 26 mm. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die größte Tiefe der Nuten mit knapp 9 mm den 4mm breiten Stegen 2 6 benachbart vorgesehen ist, während die Tiefe der Nuten 2 8 zur Mitte der Konvexität 20 hin auf etwas über 7 mm abnimmt. Die durchschnittliche Nutentiefe beträgt also 20 % des Bohrerdurchmessers. Hierdurch ergibt sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Höhe der Konvexität von knapp 22% der Nutentiefe.As can be seen from Fig. 2, the convex groove base or the core reinforcement 20 has a comparatively large radius. In the illustrated case of an embodiment of a drill 10 with a diameter of 40 mm, the radius of the convexity 20 is 35 mm, i.e. somewhat less than the nominal diameter of the drill. The inner radius 30 is also comparatively large at 3.5 to 4 mm, while each web also has a back width of only about 4 mm. In contrast, the width of the grooves 28 is considerably larger at 26 mm. According to the invention, the greatest depth of the grooves, just under 9 mm, is provided adjacent to the 4 mm wide webs 26, while the depth of the grooves 28 decreases to just over 7 mm towards the middle of the convexity 20. The average groove depth is therefore 20% of the drill diameter. In the present embodiment, this results in a convexity height of almost 22% of the groove depth.
Es hat sich gezeigt, daß die Lebensdauer eines derartigen Bohrers gegenüber einem Vergleichsmuster mit einer gleichmäßigen Nutentiefe von knapp 9 mm erheblich verbessert ist. Zudem ist die Bohrleistung etwa 10 Prozent höher.It has been shown that the service life of such a drill is significantly improved compared to a comparison model with a uniform groove depth of just under 9 mm. In addition, the drilling performance is around 10 percent higher.
Es versteht sich, daß die genaue Ausgestaltung der Konvexität nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispxel beschränkt sein soll. Beispielsweise ist es auch möglich, die Mitte der Konvexität, die im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 zwischen zwei benachbarten Stegen 20 zentriert ist, so zu verlagern, daß sie entweder den Bohrerschaft oder dem Bohrerkopf zugewandt ist.It is understood that the precise design of the convexity is not limited to the embodiment shown. For example, it is also possible to shift the center of the convexity, which in the embodiment shown in Figs. 1 and 2 is centered between two adjacent webs 20, so that it faces either the drill shaft or the drill head.
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