EP0595214B1 - Gesteinsbohrer - Google Patents

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EP0595214B1
EP0595214B1 EP93117125A EP93117125A EP0595214B1 EP 0595214 B1 EP0595214 B1 EP 0595214B1 EP 93117125 A EP93117125 A EP 93117125A EP 93117125 A EP93117125 A EP 93117125A EP 0595214 B1 EP0595214 B1 EP 0595214B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill
drilling tool
tool according
shank
drill head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP93117125A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0595214A3 (de
EP0595214A2 (de
Inventor
Bernhard Moser
August Haussmann
Hans Ulrich Mütschele
Harald Schindler
Hans-Peter Dr. Meyen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Robert Bosch Power Tools GmbH
Original Assignee
Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Robert Bosch GmbH
Hawera Probst GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG, Robert Bosch GmbH, Hawera Probst GmbH filed Critical Hawera Probst Hartmetall Werk Zeugfabrik Ravensburgh KG
Publication of EP0595214A2 publication Critical patent/EP0595214A2/de
Publication of EP0595214A3 publication Critical patent/EP0595214A3/de
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Publication of EP0595214B1 publication Critical patent/EP0595214B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/46—Drill bits characterised by wear resisting parts, e.g. diamond inserts
    • E21B10/56—Button-type inserts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/44—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts
    • E21B10/445—Bits with helical conveying portion, e.g. screw type bits; Augers with leading portion or with detachable parts percussion type, e.g. for masonry
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00—Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
    • Y10T408/89—Tool or Tool with support
    • Y10T408/905—Having stepped cutting edges
    • Y10T408/906—Axially spaced
    • Y10T408/9065—Axially spaced with central lead
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T408/00—Cutting by use of rotating axially moving tool
    • Y10T408/89—Tool or Tool with support
    • Y10T408/909—Having peripherally spaced cutting edges

Definitions

  • the invention relates to a rock drill according to the Preamble of claim 1.
  • the known drilling tools especially for manufacturing of breakthroughs in concrete or masonry, which are also called Breakthrough drills are called, the principle lies based on the fact that the rock material by the impact a heavy rotary hammer is smashed, the Tungsten carbide cutting similar to a pointed chisel Cause explosive effects in the brittle material. If only the radially outer, axially protruding edge region of the Drilling tool according to DE-27 56 990 C2 (Krupp) or the DE-28 56 205 A1 (HILTI) acts, the stone material Pot-shaped removed, with the radially inner area also breaks away due to the brittleness of the material.
  • the axially protruding wall areas lead to a increased pointed chisel effect and thus to an increased Removal.
  • the axially recessed, inner area of the Cutting blade is also in the known drilling tools studded with hard metal pins. However, these do not serve in primarily for material removal, but for shredding of the material that has already broken away.
  • a cup-shaped design of the drill bit with axial protruding edges has the advantage of an increased Surface pressure and thus an increased drilling capacity, because the axially recessed recesses not or only make an insignificant contribution to the removal of the rock.
  • the fact that the axially protruding Drillings removed and partially crushed comes to rest on the face of the cutting wing before it by the provided between the cutting blades Discharge openings in the Bohrmehlnuten or in the Funding spiral is discharged. This can result in the Drilling tools in these largely flat end faces Areas of the cutting blades quasi on a drilling dust pad sits, which leads to a certain damping of the impact and thus leads to a reduction in drilling progress. This is especially true for a larger face set back area, as mentioned in the introduction Literature is shown.
  • the known tools usually have a drill head to which no one is connected in one piece Conveying spiral connects. Rather, according to the Representation in EP 0 347 601 A1 (Hawera) additional attachable to the smooth drill shaft Conveying coils used for the transport of drilling dust. This additional conveying spirals, in particular made of plastic are subject to increased wear and can in particular do not contribute to the solidification of the drilling tool as a whole.
  • a drilling tool has become known from the Westa company, whose drill head has four cross-shaped, radial has cutting blades that run with hard metal plates are occupied.
  • This core bit is in one piece with a connected double-start spiral, whose Drill head ends in an axially parallel surface of the two opposite cutting blades run out, see above that these two cutting blades are very globular, while the two others are arranged at right angles to it Cutting blades strong due to the respective conveyor helix are undercut.
  • the rock drill according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that a drilling tool is created, which compared to the known drilling tools optimized in several ways and was improved. In particular, one for one one piece tool despite acceptable light weight one-piece construction achieved, as well as a robust tool with easy handling. Due to the special shape of the Drill head in connection with one piece herewith Continuous production helices are both high drilling performance in new and used condition and therefore a long one Lifetime reached.
  • the invention has for its object the advantageous Properties of a drilling tool of the introductory Type, i.e. a drill bit such as that shown in DE-28 56 205 A1 of DE 27 56 990 C2 or DE-U 90 02 460 shown is to improve that increased drilling performance can be achieved.
  • the invention is based on one Tool from, in which the spiral conveyor in one piece with the Drill head is connected. This will wear the Drill helix reduced and thus the service life considerably improved.
  • a drill head with an integral part Funding spiral has the disadvantage that due to the A very global run-out of the feed spiral in the drill head Tool is formed in the area of the drill head. Is the Training of the individual cutting blades based on this one-piece construction very different, i.e.
  • Drill head such as that DE-OS-28 56 205 (Hilti) or DE 36 14 010 A1 (Krupp) show is connected with the drill head in one piece Funding spiral not known.
  • the invention begins in that a Drilling tool is created with a drill head, in which the drill head despite a one-piece connection with a Conveying spiral as symmetrical and bell-shaped as possible Maintains outer contour, as is principally stated in the above State of the art (HILTI), but without a helix is shown.
  • HILTI State of the art
  • This can be done in one piece integrated conveyor spiral can be achieved in that the Run-out area at the end of the feed helix on the drill head side and especially the following wall section on Drill head is shaped so that not only one cylindrical outer contour with helix outer diameter in this drill head section, but a harmonious transition is achieved by the helix in the drill head.
  • the aim of the drilling tool is therefore one, if possible symmetrical and in particular bell-shaped drill head create, in which the transition from the conveyor spiral in the drill head is designed such that an approximately Bell-shaped outer contour of the drill head largely preserved remains. This is ensured by appropriate waist or concave formations of the spiral feed outlet subsequent drilling head area achieved. Through this Measures a drilling tool is created, the highest Strains are sufficient without voltage peaks and thus there is a risk of breakage in the drill head. Equally wears the spiral conveyor with its guidance to high drilling performance and long service life.
  • the transition from the spiral conveyor in the Shaft area in turn harmoniously without essential Cross-sectional jumps are made by an arcuate transition the outlet of the feed spiral is provided in the drill shaft is. Due to large radii at the transition of the drill shank in the entry area of the conveyor spiral becomes voltage peaks avoided in these areas if possible.
  • the entire drill shaft as little as possible Cross-sectional jumps that lead to voltage peaks.
  • Drill diameters of, for example, 65 or 80 mm
  • This Diameter transition is in the tool according to the invention executed by conical shaft areas, whereby according to the invention cylindrical between the conical areas Areas are provided where the drill shank is for Processing can be easily clamped in a jaw chuck can.
  • This allows a long drill shaft, the length of which Can have 300 mm and more, by means of a Friction welding process or the like with the conveyor spiral get connected.
  • the alignment of the shaft can be done by the Clamping the partly conical shaft to the cylindrical shaft sections are made.
  • the formation of the rock drill is particularly advantageous in that the drill head four of breakthroughs or Grooves has broken ring segments like this in principle from DE 28 56 205 with three ring segments is known.
  • the ring segments are, however, according to the invention in their frontal area roof-shaped or V-shaped, so that the slanted in relation to the longitudinal axis of the drill Cutting pin trim on the two flanks of the roof-shaped Training can be put on. This ensures an optimal Frontal application of force to the rock.
  • the outside diameter of the drill head is expedient chosen larger than the outer diameter of the conveyor helix in order to avoid tilting of the tool, but still a optimal longitudinal guidance is retained.
  • the spiral conveyor is expediently only as long manufactured as this is absolutely necessary for the removal of Drilling powder is required.
  • the length is expedient the conveyor spiral is at least twice as large as that Drill head diameter chosen to be adequate To achieve drill head support and drilling dust removal.
  • the pot-shaped drill head has a cutting blade base, the cross section between the radially outer Edge segment and the centrally arranged centering tip is arched or circular. This has the Advantage that there is no high surface pressure at any point flat surfaces are available.
  • the arcuate or circular bottom of the cutting blades also has a known Cutting tool trimmings on, but the one immediately next to a radial groove, the other in the middle on one Cutting blade is arranged. Due to the radial offset this cutting pins and the arrangement on the in Cross-section circular bottom results in an optimal Drill bit discharge from this recessed arcuate Part of the cutting wing.
  • the between the ring segments Existing recesses or grooves protrude as far as possible far into the center of the drill head, to the extent possible simply collect the drilling dust there into the drilling dust grooves to remove the helix. In the area of the outlet the spiral is the groove for this arranged in the radially outer conveyor spiral there respectively.
  • Fig. 1, 1a in two side views and in Fig. 1b in Drilling tool 1 shown in plan view consists of a Drill shank 2 and a drill head 3, which also in the following "Cross boring head” is called. Between the drill head 3 and Drill shaft 2 is in one piece with this connected conveyor helix 4, the double helix or two-start helix with the helices 4 ', 4' 'is formed.
  • the drilling head 3 of the drilling tool has a central one Drill head tip 5 with a roof-shaped Carbide cutting element 6 is equipped.
  • the rock drill 1 Formation of a drill bit 4 extending radially Cutting blades 7 to 10, which are cut out or Grooves 11, 11 'or 12, 12' separated or interrupted are.
  • FIG. 1a results from the Side view of Fig. 1 and 1b from the viewing direction of Arrow 13 in Fig. 1b.
  • FIGS. 2b and 2c show a longitudinal section through the wings 7, 9 with the material support of the conveyor helix 4 ', 4''in the subsequent area 14, the concave constriction 15 leading to a material cross section 38 which is approximately equally thick in its wall thickness s 1 like the wall thickness s 2 of the cross-section 39 of the two vanes 8, 10, which lie above the respective spiral feed groove 4 ', 4'', ie are not material-supported.
  • the cutouts 11, 11 'in the area of the outlet 17 of the respective conveyor helix 4', 4 '' lie on a larger drill core diameter d 1 , since this area is considerably larger than the core diameter d 2 in the area of the cutouts 12, 12 '. Accordingly, the recesses 11, 11 'must be guided in an approximately 45 ° bevel 16 into the outlet of the respective conveyor helix 4', 4 '' (outlet edge 17). In contrast, the recesses 12, 12 'can be guided almost vertically in the respective lower sections of the conveyor helix 4', 4 ''. The associated outlet slope 18 can therefore be kept very steep (see Fig. 1b).
  • each cutting blade 7 to 10 each has a ring segment 19, which is formed in its front area a roof-shaped configuration with a first outwardly facing slope 21 and a second inwardly facing slope 22.
  • each ring segment 19 has at least one cutting element 23, 23 'or 24, 24', at least on its outer bevel 21.
  • the two ring segments 19 of the cutting blades 7, 9 have a further cutting element 25, 25 'on the inward slope 22.
  • the two cutting blades 7, 9 each have on their roof-shaped bevels 20 two cutting elements 24, 25 and 24 ', 25', respectively, which are arranged asymmetrically with the angle indications ⁇ shown in FIG. 1b, the angle ⁇ at 0 designated lower position in Fig. 1b begins.
  • the cutting blades 8, 10 each have a cutting element 23, 23 'only on their outer bevels 21, which are arranged symmetrically on the respective cutting blade.
  • the cup-shaped design of the drill head 3 to the side of the drill head tip 5 each has an arcuate or semicircular course, which is referred to as a circumferential, arcuate base 28.
  • the circumferential bottom 28 of the cutting blades is therefore strongly arched, so that this always results in an axial thrust on the drilling dust collected therein in order to feed it into the recesses 11, 12.
  • the arcuate bottom 28 has, for example in the cutting blade 7 or 10, a further cutting element 26, which at an angle ⁇ 2 ⁇ 30 ° with respect to an axis-parallel vertical 40 inwards towards the drill axis 30 is inclined.
  • the central axis 29 of the cutting element 26 forms the surface normal to the arcuate surface 28.
  • the arrangement of the cutting element 26 is at the same angular distance ⁇ 6 as the arrangement of the cutting element 23 'on the slope 21.
  • the arcuate base 28 has a further cutting element 27, which is also inclined outward by an angle ⁇ 3 ⁇ 30 ° with respect to an axis parallel 40. According to the additional illustration in FIG. 1 b, this cutting element 27 is arranged radially further inwards than the cutting element 26.
  • the central axis 29 in turn forms the surface normal to the arcuate base surface 28 of the drill head.
  • the two cutting elements 24, 24 'with the central axis 29 and the two cutting elements 25, 25' with the central axis 29 ' are also inclined at an angle ⁇ 1 ⁇ 30 ° to a vertical 40.
  • the arcuate base 28 can be trough-shaped in the lower section in drilling tools with larger drilling diameter D 1 , ie the centers 41, 41 'of the radii R 1 are laterally apart by an amount S 3 , so that there is a corresponding flat floor area 42 with the same width S 3 .
  • Fig. 1a the angle ⁇ ⁇ 120 to 130 ° for the roof-shaped slope of the hard metal cutting element 6 is additionally shown.
  • the diameter D 2 of the drill head tip 5 is D 2 ⁇ 12 mm with a drilling tool of D 1 ⁇ 65 mm.
  • the length l 1 of the conveyor helix 4 is dimensioned such that it is at least twice as large as the diameter D 1 , ie l 1 ⁇ 2 x D 1 .
  • FIG. 3a again shows the view of the drilling tool according to FIG. 1
  • FIG. 3b shows the lower inlet area 36, 36 'of the respective conveyor helix 4', 4 ''.
  • This transition or inlet area of the feed helix 4, 4 'from the drill shaft 2 into the helical area is designed such that the radially outer end 43, 43' leads tangentially to the outer diameter D 4 of the drill shaft 2 via an arcuate curve 37, 37 '.
  • This arcuate or spiral inlet of the respective conveyor helix is shown in FIG. 3b with the arrows 44.
  • the curve 45, 45 ' which is also shown in FIG. 3b, results from the rounded transition of the respective adjacent conveyor helix 4', 4 ''.
  • the area lying between the curves 37, 45 and 37 ', 45' runs with the large radius of curvature R 2 into the drill shank 2 (FIG. 3a), so that stress peaks are avoided.
  • the greatly rounded outlet 37, 37 'of the respective feed helix 4', 4 '' in the drill shaft 2 further prevents jamming of the feed helix ends in a bore wall.
  • Fig. 4 shows the complete drilling tool with attached Drill shank 2, which is shown again in isolation in Fig. 4a is.
  • the drill shaft 2 has a total length l 3 , which is generally more than 300 mm.
  • the drill shank 2 is generally connected to the cylindrical end 46 below the feed helix 4 via a friction weld connection 31.
  • the diameter D 4 at this interface 31 is larger than the diameter D 5 of the lower clamping part 33, so that the drill shaft tapers over its length l 3 .
  • this taper can be achieved by a one-piece conical component or by cylindrical Paragraphs with cross-sectional jumps are made.
  • Cylindrical shoulders for tapering the diameter of the Drill shafts have a conical version Disadvantage that voltage peaks at every jump in diameter due to the impact of the drilling tool can arise that lead to an increased burden on the Guide drilling tool.
  • shock impulses shock wave reflections which adversely affect the tool and especially the Impact the strength of the tool.
  • due to the cross-sectional jumps the vibration behavior of a such tool adversely affected. Meet these criteria reinforced on a drilling tool with a one-piece conveyor spiral because the weight and the vibration behavior of the Conveying helix also on the following drill shaft affects.
  • a disadvantage of a conical Execution of the drill shank is however the most unfavorable Possibility of holding and clamping during friction welding and during Straightening the drill shank. In particular arise at very different lengths of the drill shank different cone angles, the special jaws or special collets for clamping such a conical Require shaft.
  • the invention provides that the drill shank 2 is designed in steps from the lower insertion end or clamping part 33 to the upper drill head connection, the transitions of the steps each being conical.
  • This design achieves the advantage of increased performance, ie better passage of the impact impulses and the avoidance of reflections on the heels.
  • the batch-wise cylindrical design also enables problem-free picking up and clamping of the drill shaft both in the production of the friction weld connection 31 and in the straightening of such a tool. With different lengths of the drill shank, the respective areas can be optimally designed. Measurements have shown that significant improvements in performance can be achieved through these measures. In the exemplary embodiment of such a drill shaft according to FIG.
  • the drill shaft 2 is connected to the feed helix 4 via the friction weld connection 31, at least the uppermost part 32 with the length l 4 being designed as a cylindrical shaft part 32 and with this cylindrical shaft part 32 and the lower one Clamping part 33 for the drive machine, in particular two conical shaft sections 34, 35 with a length l 5 and l 7 are provided.
  • the drill shaft 2 accordingly consists in sections of an upper cylindrical section 32 with the length l 4 , a subsequent conical section 34 with the length l 5 , a further cylindrical shaft section 47 with the length l 6 and a further conical shaft section 35 with the length l 7 , which is followed by the clamping part 33 with the length l 8 .
  • the lengths l 4 , l 6 of the cylindrical shaft sections 32, 47 have an axial length which preferably corresponds to two to four times the upper shaft diameter D 4 in order to obtain a sufficient length for clamping this shaft part.
  • the drill shaft can on its cylindrical parts easily into a normal one Chuck or jaw chuck or in other usual Clamps are used.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Gesteinsbohrer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik:
Bohrwerkzeuge zur Herstellung von Durchbrüchen sind aus der EP-0 347 601 A1 (Hawera) mit dort weiterhin angegebenen Literaturstellen bekannt geworden.
Insbesondere aus der DE-27 56 990 C2 (Krupp) sowie der DE-28 56 205 A1 (HILTI) sind Bohrwerkzeuge für die Gesteinsbearbeitung bekannt geworden, bei welchen die radial angeordneten Schneidflügel sich axial erstreckende äußere Schneidflügelränder aufweisen, die mit Hartmetallstiften bestückt sind, wobei zwischen den radial außenliegenden Schneidflügelrändern und der zentrischen Zentrierspitze ebene Vertiefungen vorgesehen sind, die ebenfalls mit Hartmetallstiften bestückt sind. Demgegenüber sind die Bohrwerkzeuge gemäß der eingangs erwähnten EP 0 347 601 A1 sowie dem deutschen Gebrauchsmuster GM-81 04 116 (Bosch, Fig. 5) oder der DE 36 14 010 A1 (Krupp) an ihrer Stirnseite mit weitgehend ebenen Schneidflügeln ausgebildet.
Den bekannten Bohrwerkzeugen, insbesondere zur Herstellungen von Durchbrüchen in Beton oder Mauerwerk, die auch als Durchbruchbohrer bezeichnet werden, liegt das Prinzip zugrunde, daß das Gesteinsmaterial durch die Schlagwirkung eines schweren Bohrhammers zertrümmert wird, wobei die Hartmetallschneiden ähnlich wie Spitzmeißel eine Sprengwirkung im spröden Material bewirken. Sofern nur der radial äußere, axial hervorstehende Randbereich des Bohrwerkzeugs gemäß der DE-27 56 990 C2 (Krupp) oder der DE-28 56 205 A1 (HILTI) wirkt, wird das Steinmaterial topfförmig abgetragen, wobei der radial innenliegende Bereich aufgrund der Sprödigkeit des Materials ebenfalls wegbricht. Die axial hervorstehenden Wandbereiche führen zu einer erhöhten Spitzmeißelwirkung und damit zu einem erhöhten Abtrag. Der axial zurückgesetzte, innenliegende Bereich der Schneidflügel ist bei den bekannten Bohrwerkzeugen ebenfalls mit Hartmetallstiften besetzt. Diese dienen jedoch nicht in erster Linie zum Materialabtrag, sondern zur Zerkleinerung des bereits weggebrochenen Materials.
Eine topfförmige Ausbildung der Bohrkrone mit axial vorstehenden Rändern hat zwar den Vorteil einer erhöhten Flächenpressung und damit einer erhöhten Bohrleistung, da die axial zurückversetzten Vertiefungen nicht oder nur unwesentlich zum Abtrag des Gesteins beitragen. Hierbei tritt jedoch der Umstand ein, daß das von den axial vorstehenden Ringsegmenten abgetragene und zum Teil zerkleinerte Bohrmehl auf der Stirnfläche der Schneidflügel zu liegen kommt, bevor es durch die zwischen den Schneidflügeln vorgesehenen Austragsöffnungen in die Bohrmehlnuten bzw. in die Förderwendel abgeführt wird. Dies kann dazu führen, daß das Bohrwerkzeug in diesen weitestgehend ebenen stirnseitigen Bereichen der Schneidflügel quasi auf einem Bohrmehlpolster aufsitzt, was zu einer gewissen Dämpfung der Schlagwirkung und damit zu einer Reduzierung des Bohrfortschritts führt. Dies gilt insbesondere für eine größere stirnseitige zurückversetzte Fläche, wie dies in der eingangs erwähnten Literatur gezeigt ist.
Die bekannten Werkzeuge weisen in aller Regel einen Bohrkopf auf, dem sich keine hiermit einstückig verbundene Förderwendel anschließt. Vielmehr werden gemäß der Darstellung in der EP 0 347 601 A1 (Hawera) auf den glatten Bohrschaft aufsetzbare zusätzliche Förderwendeln für den Bohrmehltransport verwendet. Diese zusätzlichen Förderwendeln insbesondere aus Kunststoff unterliegen einem erhöhten Verschleiß und können insbesondere nicht zur Verfestigung des Bohrwerkzeugs insgesamt beitragen.
Von der Firma Westa ist ein Bohrwerkzeug bekannt geworden, dessen Bohrkopf vier kreuzförmig angeordnete, radial verlaufende Schneidflügel aufweist, die mit Hartmetallplatten besetzt sind. Diese Bohrkrone ist einstückig mit einer doppelgängigen Förderwendel verbunden, deren bohrerkopfseitigen Enden in einer achsparallelen Fläche der beiden sich gegenüberliegenden Schneidflügel auslaufen, so daß diese beiden Schneidflügel sehr globig ausgebildet sind, während die beiden rechtwinklig hierzu angeordneten weiteren Schneidflügel durch die jeweilige Förderwendel stark unterschnitten sind.
Aus den Druckschriften DE 35 40 355 A1 (DUSS) sowie DE 39 19 264 A1 (DUSS) sind Durchbruchbohrer bekannt geworden, die im Kopfbereich Einschnürungen oder Ausnehmungen mit halbkreisförmigem Querschnitt aufweisen, die zur Massenverringerung des Bohrerkopfes dienen.
Weiterhin ist aus der den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildenden DE-U 90 02 460 (Fa. Drebo) ein "Kronenbohrer" bekannt geworden, der einen Bohrkopf mit zwei Schneidflügeln mit dazwischenliegenden Bohrmehlausläufen zu einer hiermit einstückig verbundenen Doppel-Förderwendel aufweist. Dabei endet der jeweilige Förderwendelauslauf in der gesamten radialen Breite des jeweiligen Schneidflügels, so daß der Bohrkopf sehr unsymmetrisch und klobig aufgebaut ist und die Schneidflügel eine sehr unterschiedliche Materialunterstützung durch die Förderwendel aufweisen.
Vorteile der Erfindung:
Der erfindungsgemäße Gesteinsbohrer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Bohrwerkzeug geschaffen wird, welches gegenüber den bekannten Bohrwerkzeugen in mehrfacher Hinsicht optimiert und verbessert wurde. Dabei wird insbesondere ein für ein einstückiges Werkzeug akzeptables geringes Gewicht trotz einteiliger Bauweise erzielt, sowie ein robustes Werkzeug mit einfacher Handhabung. Durch die besondere Formgebung des Bohrkopfes in Verbindung mit einer einstückig hiermit fortlaufenden Förderwendel werden hohe Bohrleistungen sowohl im Neu- als auch im Gebrauchtzustand und damit eine lange Lebensdauer erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorteilhaften Eigenschaften eines Bohrwerkzeugs der einleitend bezeichneten Art, d.h. einer Bohrkrone wie sie beispielsweise in der DE-28 56 205 A1 der DE 27 56 990 C2 oder der DE-U 90 02 460 gezeigt ist, dahingehend zu verbessern, daß eine erhöhte Bohrleistung erzielt werden kann. Dabei geht die Erfindung von einem Werkzeug aus, bei welchem die Förderwendel einteilig mit dem Bohrkopf verbunden ist. Hierdurch wird der Verschleiß der Bohrerwendel reduziert und damit die Standzeiten erheblich verbessert. Ein Bohrkopf mit einstückig hiermit verbundener Förderwendel hat zwar den Nachteil, daß aufgrund des Auslaufes der Förderwendel in den Bohrkopf ein sehr globiges Werkzeug im Bereich des Bohrkopfes gebildet wird. Ist die Ausbildung der einzelnen Schneidflügel aufgrund dieser einstückigen Bauweise sehr unterschiedlich, d.h. sehr asymmetrisch, so entstehen in den einzelnen Schneidflügeln sehr unterschiedliche Spannungsverhältnisse, die häufig zu einem vorzeitigen Bruch der Schneidflügel führen. Beispielsweise verhält sich ein durch eine Förderwendel unterstützter Schneidflügel in seinem Schwingungsverhalten völlig anders, als ein frei über einer Förderwendelnut auskragender Schneidflügel. Eine symmetrische Anordnung des Bohrkopfes wie es beispielsweise die DE-OS-28 56 205 (Hilti) oder die DE 36 14 010 A1 (Krupp) zeigen, ist mit einer einstückig mit dem Bohrkopf verbundenen Förderwendel nicht bekannt.
Hier setzt die Erfindung dahingehend ein, daß ein Bohrwerkzeug mit einem Bohrkopf geschaffen wird, bei welcher der Bohrkopf trotz einstückiger Verbindung mit einer Förderwendel eine möglichst symmetrische und glockenförmige Außenkontur beibehält, wie dies prinzipiell in dem genannten Stand der Technik (HILTI), jedoch dort ohne Förderwendel gezeigt ist. Dies kann im Zusammenhang mit einer einstückig integrierten Förderwendel dadurch erreicht werden, daß der Auslaufbereich am bohrerkopfseitigen Ende der Förderwendel und speziell der daran folgende Wandungsabschnitt am Bohrerkopf derart geformt ist, daß nicht nur eine zylindrische Außenkontur mit Förderwendelaußendurchmesser in diesem Bohrerkopfabschnitt, sondern ein harmonischer Übergang von der Förderwendel in den Bohrkopf erzielt wird. Dies wird durch eine konkave Einschnürung des sich dem Auslauf der Förderwendel anschließenden Bereichs des Bohrkopfes erreicht. Der Bohrkopf ist demnach in seiner äußeren Kontur oder Mantelfläche weitgehend symmetrisch abgerundet und insbesondere glockenförmig aufgebaut, wobei der Auslauf der Förderwendel in diese Bereiche integriert ist.
Hierdurch ergibt sich ein äußerst symmetrischer Aufbau des Bohrkopfes mit seinen Flügeln, was zu einem nahezu gleichen Schwingungsverhalten jedes einzelnen Flügels führt. Versuche haben ergeben, daß die Standzeiten eines solchen Bohrwerkzeugs auch bei erhöhter Belastung wesentlich größer sind als bei einem Bohrerkopf, dessen Flügel aufgrund des Auslaufes einer Bohrerwendel sehr unterschiedlich materialunterstützt sind. Das Schwingungsverhalten des gesamten Bohrwerkzeugs wird daher entscheidend verbessert, was die Verschleißanfälligkeit mindert. Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug hat demnach zum Ziel, einen möglichst symmetrischen und insbesondere glockenförmigen Bohrkopf zu schaffen, bei welchem der Übergang von der Förderwendel in dem Bohrkopf derart ausgeführt ist, daß eine etwa glockenförmige Außenkontur des Bohrkopfes weitgehend erhalten bleibt. Dies wird durch entsprechende Taillierung bzw. konkaven Ausbildungen des dem Förderwendelauslaufs nachfolgenden Bohrkopfbereiches erzielt. Durch diese Maßnahmen wird ein Bohrwerkzeug geschaffen, welches höchste Beanspruchungen genügt, ohne daß Spannungsspitzen und damit eine Bruchgefahr im Bohrkopf auftreten. Gleichermaßen trägt die Förderwendel mit ihrer Führung zu hohen Bohrleistungen und hohen Standzeiten bei.
Das Ziel eines möglichst symmetrischen Aufbaus des Bohrkopfes mit einem harmonischen Übergang der Doppelförderwendel hat beim erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug zur Folge, daß optimale Schwingungsverhältnisse im Bohrwerkzeug geschaffen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß auch der Übergang von der Förderwendel in den Schaftbereich wiederum harmonisch ohne wesentliche Querschnittssprünge erfolgt, indem ein bogenförmiger Übergang des Auslaufs der Förderwendel in den Bohrerschaft vorgesehen ist. Durch große Radien beim Übergang des Bohrerschaftes in den Einlaufbereich der Förderwendel werden Spannungsspitzen in diesen Bereichen möglichst vermieden.
In konsequenter Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß auch der gesamte Bohrerschaft möglichst wenig Querschnittssprünge aufweist, die zu Spannungsspitzen führen. Insbesondere bei größeren Bohrwerkzeugen mit Bohrerdurchmessern von beispielsweise 65 oder 80 mm ist der Bohrerschaft im Bereich des Wendeleinlaufs wesentlich stärker, als an seinem Einspannende. Dieser Durchmesserübergang wird beim erfindungsgemäßen Werkzeug durch konische Schaftbereiche ausgeführt, wobei erfindungsgemäß zwischen den konischen Bereichen zylindrische Bereiche vorgesehen sind, an welchen der Bohrerschaft zwecks Bearbeitung leicht in ein Backenfutter eingespannt werden kann. Hierdurch kann ein langer Bohrerschaft, dessen Länge 300 mm und mehr aufweisen kann, mittels eines Reibschweißverfahrens oder dergleichen mit der Förderwendel verbunden werden. Das Ausrichten des Schaftes kann durch die Einspannung des zum Teil konischen Schaftes an den zylindrischen Schaftabschnitten erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
Besonders vorteilhaft ist die Ausbildung des Gesteinsbohrers dahingehend, daß der Bohrkopf vier von Durchbrüchen oder Auskehlungen unterbrochene Ringsegmente aufweist, wie dies prinzipiell aus der DE 28 56 205 mit drei Ringsegmenten bekannt ist.
Die Ringsegmente werden jedoch erfindungsgemäß in ihrem stirnseitigen Bereich dachförmig oder V-förmig ausgebildet, so daß der gegenüber der Bohrerlängsachse schräg angesetzte Schneidstiftbesatz auf den beiden Flanken der dachförmigen Ausbildung aufsetzbar sind. Hierdurch erfolgt eine optimale stirnseitige Krafteinleitung auf das Gesteinsgut.
Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch die im Bereich des Förderwendelauslaufes taillierte Ausbildung des Bohrkopfes auch Gewicht eingespart wird, wodurch die Bruchsicherheit aufgrund der Vermeidung von Spannungsspitzen erhöht wird.
Der Außendurchmesser des Bohrkopfes wird zweckmäßigerweise größer gewählt als der Außendurchmesser der Förderwendel, um ein Verkanten des Werkzeugs zu vermeiden, wobei dennoch eine optimale Längsführung erhalten bleibt.
Die Förderwendel wird zweckmäßigerweise nur so lang hergestellt, wie dies unbedingt für den Abtransport von Bohrmehl erforderlich ist. Zweckmäßigerweise wird die Länge der Förderwendel wenigstens doppelt so groß wie der Bohrkopfdurchmesser gewählt, um eine ausreichende Bohrkopfabstützung und Bohrmehlabtransport zu erzielen.
Der topfförmige Bohrkopf weist einen Schneidflügelboden auf, der im Querschnitt jeweils zwischen dem radial außenliegenden Randsegment und der zentrisch angeordneten Zentrierspitze bogenförmig oder kreisförmig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, daß an keiner Stelle eine hohe Flächenpressung auf ebene Flächen vorhanden ist.
Der bogenförmige oder kreisförmige Boden der Schneidflügel weist darüberhinaus einen an sich bekannten Schneidstiftbesatz auf, der jedoch zum einen unmittelbar neben einer radialen Auskehlung, zum anderen mittig auf einem Schneidflügel angeordnet ist. Durch den radialen Versatz dieser Schneidstifte sowie der Anordnung auf dem im Querschnitt kreisförmigen Boden ergibt sich ein optimaler Bohrmehlaustrag aus diesem zurückversetzten bogenförmigen Teil der Schneidflügel. Die zwischen den Ringsegmenten vorhandenen Aussparungen oder Auskehlungen ragen möglichst weit in das Zentrum des Bohrkopfes hinein, um möglichst einfach das dort sich sammelnde Bohrmehl in die Bohrmehlnuten der Förderwendel abzutransportieren. Im Bereich des Auslaufes der Förderwendel ist hierfür die Auskehlung schräg angeordnet, um in die dort radial außenliegende Förderwendel zu führen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung unter Angabe weiterer Vorteile näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1
eine Seitenansicht des Bohrwerkzeugs mit einteiliger Doppelförderwendel,
Fig. 1a
eine Seitenansicht (Drehung um 90°) des Bohrwerkzeugs nach Fig. 1 mit einem Teilschnitt durch den Bohrkopf,
Fig. 1b
eine Draufsicht auf das Bohrwerkzeug gemäß Fig. 1
Fig. 2a bis 2c
eine vergrößerte Darstellung des Bohrkopfes mit Teilschnitten,
Fig. 3a, 3b
eine Ansicht des Bohrwerkzeuges nach Fig. 1 (Fig. 3a) mit einer Ansicht des Förderwendeleinlaufes (Fig. 3b),
Fig. 4
ein Bohrwerkzeug mit konisch/zylindrischem Schaft und
Fig. 4a
eine nähere Darstellung des Schaftes nach Fig. 4.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:
Der prinzipielle Aufbau eines Bohrwerkzeugs der gattungsgemäßen Art, d.h. einer Bohrkrone zur Herstellung von Durchbrüchen in Beton oder Mauerwerk, ist in den eingangs bezeichneten Literaturstellen näher erläutert. Hierzu wird insbesondere auf den Inhalt der DE 28 56 205 (HILTI) verwiesen.
Das in Fig. 1, 1a in zwei Seitenansichten sowie in Fig. 1b in Draufsicht dargestellte Bohrwerkzeug 1 besteht aus einem Bohrerschaft 2 und einem Bohrkopf 3, der im weiteren auch "Kreuzbohrkopf" genannt wird. Zwischen dem Bohrkopf 3 und dem Bohrerschaft 2 befindet sich eine einteilig mit diesem verbundene Förderwendel 4, die als Doppelwendel oder zweigängige Wendel mit den Wendeln 4', 4'' ausgebildet ist.
Der Bohrkopf 3 des Bohrwerkzeugs weist eine zentrische Bohrkopf spitze 5 auf, die mit einem dachförmigen Hartmetallschneidelement 6 bestückt ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 1b, weist der Gesteinsbohrer 1 zur Bildung einer Bohrkrone 4 sich radial erstreckende Schneidflügel 7 bis 10 auf, die durch Aussparungen oder Auskehlungen 11, 11' bzw. 12, 12' getrennt oder unterbrochen sind.
Die Darstellung nach Fig. 1a ergibt sich aus der Seitenansicht der Fig. 1 bzw. 1b aus der Blickrichtung des Pfeils 13 in Fig. 1b.
In der Darstellung nach Fig. 1, 1b endet die erste Förderwendel 4' einer Doppelförderwendel 4', 4'' im Bereich der Aussparung 11 entlang der Kante 17, wobei der, der Förderwendel 4' nachfolgende Bereich 14 den darüberliegenden Schneidflügel 9 materialmäßig unterstützt, wodurch dieser in gewissem Umfang materialverstärkt ist. Demgegenüber ist der in Fig. 1, 1b dargestellte linke Schneidflügel 10 aufgrund der darunterliegenden Förderwendel 4' materialmäßig nicht unterstützt, so daß der Bohrkopf in diesem Bereich mit seiner Außenkontur V-förmig oder glockenförmig ausgebildet ist. Den in seinem Längsquerschnitt schlanken Flügel 10 würde demzufolge ein sehr materialstarker Schneidflügel 9 folgen. Die gleichen Verhältnisse liegen bei den beiden übrigen Schneidflügeln 7, 8 vor.
Um nun dem Bohrkopf insgesamt einen symmetrischen und gleichmäßigen Aufbau und damit den einzelnen Schneidflügeln 7 bis 10 einen möglichst gleichmäßigen Längsquerschnitt mit möglichst gleichen Wandstärken zu verleihen, wird der dem jeweiligen Bohrerwendelauslauf nachfolgende Schneidflügel 9 bzw. 7 einer spanabhebenden Zusatzbehandlung dahingehend unterzogen, daß der dem Wendelauslauf (Kante 17) nachfolgende Bereich 14 eine konkave Einschnürung oder Taillierung 15 erhält, die sich über die gesamte Außenmantelfläche des jeweiligen Schneidflügels 9, 7 erstreckt. Hierdurch erhält der zunächst materialstarke Bereich 14 einen Materialabtrag, der die Außenkontur des Bohrkopfes glockenförmig abgerundet gestaltet, wie dies prinzipiell bei dem Bohrwerkzeug gemäß der DE 28 56 205 (HILTI) jedoch ohne Förderwendel gezeigt ist. Durch diese Taillierung des der jeweiligen Förderwendel nachfolgenden Bereichs wird ein harmonischer abgerundeter Übergang zum jeweils nächstfolgenden Flügel bzw. nächstfolgenden Aussparung zwischen den Flügeln erreicht. Hierdurch kann der Bohrerkopf auch bei großen Werkzeugen schmal und zierlich gestaltet werden.
In den Figuren 2b und 2c sind diese charakteristischen Querschnittsverhältnisse der einzelnen Flügel nochmals gezeigt. Die Fig. 2b zeigt einen Längsschnitt durch die Flügel 7, 9 mit der Materialunterstützung der Förderwendel 4', 4'' im nachfolgenden Bereich 14, wobei die konkave Einschnürung 15 zu einem Materialquerschnitt 38 führt, der in seiner Wandstärke s1 etwa gleich stark ist wie die Wandstärke s2 des Querschnitts 39 der beiden Flügel 8, 10, die oberhalb der jeweiligen Förderwendelnut 4', 4'' liegen, d.h. nicht materialunterstützt sind. Hierdurch ergibt sich, daß alle Schneidflügel 7 bis 10 etwa den gleichen Querschnittsaufbau aufweisen, und damit insgesamt den symmetrischen Aufbau des Bohrkopfes bewirken.
Die Aussparungen 11, 11' im Bereich des Auslaufes 17 der jeweiligen Förderwendel 4', 4'' liegen auf einem größeren Bohrerkerndurchmesser d1, da dieser Bereich wesentlich stärker ist als der Kerndurchmesser d2 im Bereich der Aussparungen 12, 12'. Demzufolge müssen die Aussparungen 11, 11' in einer ca. 45°-Schräge 16 in den Auslauf der jeweiligen Förderwendel 4', 4'' (Auslaufkante 17) geführt werden. Demgegenüber können die Aussparungen 12, 12' nahezu senkrecht in den jeweiligen darunterliegenden Abschnitten der Förderwendel 4', 4'' geführt werden. Die zugehörige Auslauf schräge 18 kann deshalb sehr steil gehalten werden (siehe Fig. 1b).
Aus der Fig. 1a, 1b und insbesondere aus der Fig. 2a ist der genaue Aufbau des erfindungsgemäßen Bohrkopfes 3 im Hinblick auf den Schneidbesatz zu entnehmen. Zunächst weist jeder Schneidflügel 7 bis 10 jeweils ein Ringsegment 19 auf, welches in seinem stirnseitigen Bereich eine dachförmige Ausbildung mit einer ersten nach außen weisenden Schräge 21 und einer zweiten nach innen weisenden Schräge 22 ausgebildet ist. Wie aus Fig. 1b ersichtlich, weist jedes Ringsegment 19 zumindest auf seiner Außenschräge 21 wenigstens ein Schneidelement 23, 23' bzw. 24, 24' auf. Zusätzlich weisen die beiden Ringsegmente 19 der Schneidflügel 7, 9 auf der nach innen gerichteten Schräge 22 ein weiteres Schneidelement 25, 25' auf. Demzufolge weisen die beiden Schneidflügel 7, 9 auf ihren dachförmigen Schrägen 20 jeweils zwei Schneidelemente 24, 25 bzw. 24', 25' auf, die asymmetrisch mit den in Fig. 1b dargestellten Winkelangaben β angeordnet sind, wobei der Winkel β bei der mit 0 bezeichneten unteren Stellung in Fig. 1b beginnt. Gleichermaßen weisen die Schneidflügel 8, 10 nur auf ihre Außenschräge 21 jeweils ein Schneidelement 23, 23' auf, die symmetrisch auf dem jeweiligen Schneidflügel angordnet sind. Die angegebenen Winkel β1 bis β6 für die Anordnung der jeweiligen Schneidelemente folgen in den Schritten β1 = 35° für das Schneidelement 25, β2 = 55° für das Schneidelement 24, β3 = 135° (Schneidelement 23), β4 = 215° (Schneidelement 25'), β5 = 235° (Schneidelement 24'), β6 = 315° (Schneidelement 23').
Wie in Fig. 2a dargestellt, weist die topfförmige Ausbildung des Bohrkopfes 3 seitlich der Bohrkopfspitze 5 jeweils einen bogenförmigen oder halbkreisförmigen Verlauf auf, der als umlaufender, bogenförmiger Boden 28 bezeichnet ist. Dieser Boden weist einen Krümmungsradius R1 auf, der bei einem Bohrwerkzeug mit einem Bohrerkopfdurchmesser D1 = 65 mm in der Größenordnung von R1 ≈ 8 bis 10 mm liegt. Im Gegensatz zu den bekannten Bohrkronen ist demnach der umlaufende Boden 28 der Schneidflügel stark gewölbt ausgebildet, so daß sich hierdurch stets ein axialer Schub auf das darin gesammelte Bohrmehl ergibt, um dieses in die Aussparungen 11, 12 hineinzuführen.
Wie aus Fig. 1b in Verbindung mit Fig. 2a ersichtlich, weist der bogenförmige Boden 28 beispielsweise im Schneidflügel 7 oder 10 ein weiteres Schneidelement 26 auf, welches unter einem Winkel α2 ≈ 30° gegenüber einer achsparallelen Vertikalen 40 nach innen zur Bohrerachse 30 hin geneigt ist. Dabei bildet die Mittelachse 29 des Schneidelements 26 die Flächennormale auf die bogenförmige Fläche 28. Die Anordnung des Schneidelements 26 liegt im gleichen Winkelabstand β6 wie die Anordnung des Schneidelements 23' auf der Schräge 21.
Neben dem Schneidelement 26 weist der bogenförmige Boden 28 ein weiteres Schneidelement 27 auf, welches ebenfalls um einen Winkel α3 ≈ 30° gegenüber einer Achsparallelen 40 nach außen hin geneigt ist. Gemäß der zusätzlichen Darstellung in Fig. 1b ist dieses Schneidelement 27 radial weiter innen angeordnet als das Schneidelement 26.
Es befindet sich vorzugsweise hinter der Aussparung 12, in einem Winkelabstand β7 = 90°. Die Mittelachse 29 bildet wiederum die Flächennormale auf die bogenförmige Grundfläche 28 des Bohrkopfes.
Die beiden Schneidelemente 24, 24' mit der Mittelachse 29 sowie die beiden Schneidelemente 25, 25' mit der Mittelachse 29' sind ebenso unter einem Winkel α1 ≈ 30° gegenüber einer Vertikalen 40 geneigt angeordnet. Gleichermaßen bilden diese Mittelachsen 29, 29' die Flächennormalen auf die Flächen 21, 22 der dachförmigen Schräge 20.
Aus der Fig. 2a ist weiterhin ersichtlich, daß der bogenförmige Boden 28 bei Bohrwerkzeugen mit größeren Bohrdurchmesser D1 im unteren Abschnitt wannenförmig ausgebildet sein kann, d.h. die Mittelpunkte 41, 41' der Radien R1 liegen um einen Betrag S3 seitlich auseinander, so daß sich ein entsprechender ebener Bodenbereich 42 mit der gleichen Breite S3 ergibt.
In Fig. 1a ist ergänzend der Winkel δ ≈ 120 bis 130° für die dachförmige Schräge des Hartmetall-Schneidelements 6 dargestellt. Der Durchmesser D2 der Bohrkopfspitze 5 beträgt bei einem Bohrwerkzeug von D1 ≈ 65 mm D2 ≈ 12 mm.
Die Länge l1 der Förderwendel 4 ist derart bemessen, daß sie mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser D1, d.h. l1 ≥ 2 x D1.
Fig. 3a zeigt nochmals die Ansicht des Bohrwerkzeugs gemäß Fig. 1, Fig. 3b die Darstellung des unteren Einlaufbereiches 36, 36' der jeweiligen Förderwendel 4', 4''. Dieser Übergang oder Einlaufbereich der Förderwendel 4, 4' von dem Bohrerschaft 2 in den Wendelbereich ist derart ausgebildet, daß das radial außen liegende Ende 43, 43' über eine bogenförmige Kurve 37, 37' tangential zum Außendurchmesser D4 des Bohrerschaftes 2 führt. Dieser bogenförmige oder spiralförmige Einlauf der jeweiligen Förderwendel ist in Fig. 3b mit den Pfeilen 44 dargestellt. Der weiterhin in Fig. 3b dargestellte Kurvenverlauf 45, 45' ergibt sich aus dem abgerundeten Übergang der jeweiligen benachbarten Förderwendel 4', 4''. Der zwischen den Kurven 37, 45 bzw. 37', 45' liegende Flächenbereich verläuft mit dem großen Krümmungsradius R2 in den Bohrerschaft 2 ein (Fig. 3a), so daß Spannungsspitzen vermieden werden. Durch den stark abgerundeten Auslauf 37, 37' der jeweiligen Förderwendel 4', 4'' in den Bohrerschaft 2 wird weiterhin ein Klemmen der Förderwendelenden in einer Bohrungswandung vermieden.
Die Fig. 4 zeigt das komplette Bohrwerkzeug mit angesetztem Bohrerschaft 2, der in Fig. 4a nochmals isoliert dargestellt ist.
Der Bohrerschaft 2 weist eine Gesamtlänge l3 auf, die im allgemeinen mehr als 300 mm beträgt. Der Bohrerschaft 2 wird im allgemeinen über eine Reibschweißverbindung 31 mit dem zylindrischen Ende 46 unterhalb der Förderwendel 4 zusammengefügt. Der Durchmesser D4 an dieser Schnittstelle 31 ist größer als der Durchmesser D5 des unteren Einspannteils 33, so daß der Bohrerschaft sich über seine Länge l3 verjüngt.
Bei bekanntem Bohrwerkzeugen kann diese Verjüngung durch ein einstückiges konisches Bauteil oder durch zylindrische Absätze mit Querschnittssprüngen vorgenommen werden. Zylindrische Absätze zur Verjüngung des Durchmessers des Bohrerschaftes haben gegenüber einer konischen Ausführung den Nachteil, daß an jedem Durchmessersprung Spannungsspitzen aufgrund der schlagenden Beanspruchung des Bohrwerkzeugs entstehen können, die zu einer erhöhten Belastung des Bohrwerkzeuges führen. An den einzelnen Absätzen entstehen weiterhin aufgrund der Schlagimpulse Stoßwellenreflektionen, die sich nachteilig auf das Werkzeug und insbesondere die Festigkeit des Werkzeugs auswirken. Weiterhin wird aufgrund der Querschnittssprünge das Schwingungsverhalten eines solchen Werkzeugs negativ beeinflußt. Diese Kriterien treffen verstärkt auf ein Bohrwerkzeug mit einstückiger Förderwendel zu, da sich das Gewicht sowie das Schwingungverhalen der Förderwendel auch auf den nachfolgenden Bohrerschaft auswirkt.
Bei einer konischen Ausführung des Bohrerschaftes 2 sind diese Nachteile nicht in diesem Maße vorhanden. Ein solcher Bohrerschaft kann demzufolge höhere Bohrleistungen der Werkzeuge übertragen. Nachteilig an einer konischen Ausführung des Bohrerschaftes ist jedoch die ungünstige Aufnahme- und Spannmöglichkeit beim Reibschweißen und beim Richten des Bohrerschaftes. Insbesondere ergeben sich bei unterschiedlichen Längen des Bohrerschaftes sehr unterschiedliche Kegelwinkel, die Spezialspannbacken oder spezielle Spannzangen zum Einspannen eines solchen konischen Schaftes erfordern.
Demzufolge sieht die Erfindung vor, daß der Bohrerschaft 2 vom unteren Einsteckende bzw. Einspannteil 33 bis zum oberen Bohrkopfanschluß stufenweise gestaltet ist, wobei die Übergänge der Stufen jeweils konisch ausgeführt sind. Durch diese Ausführung wird der Vorteil der Leistungssteigerung, d.h. des besseren Durchgangs der Schlagimpulse und der Vermeidung von Reflektionen an den Absätzen erreicht. Die absatzweise zylindrische Ausführung ermöglicht darüberhinaus ein problemloses Aufnehmen und Einspannen des Bohrerschaftes sowohl bei der Herstellung der Reibschweißverbindung 31 als auch beim Richten eines solchen Werkzeugs. Bei unterschiedlichen Längen des Bohrerschaftes lassen sich die jeweiligen Bereiche jeweils optimal gestalten. Messungen haben ergeben, daß durch diese Maßnahmen erhebliche Leistungssteigerungen erreicht werden können. Im Ausführungsbeispiel eines solchen Bohrerschaftes nach Fig. 4 ist der Bohrerschaft 2 mit der Förderwendel 4 über die Reibschweißverbindung 31 verbunden, wobei wenigstens der oberste Teil 32 mit der Länge l4 als zylindrisches Schaftteil 32 ausgebildet ist und wobei zwischen diesem zylindrischen Schaftteil 32 und dem unteren Einspannteil 33 für die Antriebsmaschine insbesondere zwei konische Schaftteilabschnitte 34, 35 mit einer Länge l5 und l7 vorgesehen sind.
Der Bohrerschaft 2 besteht demnach abschnittsweise aus einem oberen zylindrischen Abschnitt 32 mit der Länge l4, eine nachfolgenden konischen Abschnitt 34 mit der Länge l5, einem weiteren zylindrischen Schaftabschnitt 47 mit der Länge l6 und einem weiteren konischen Schaftabschnitt 35 mit der Länge l7, dem sich das Einspannteil 33 mit der Länge l8 anschließt. Die Längen l4, l6 der zylindrischen Schaftabschnitte 32, 47 weisen eine axiale Länge auf, die vorzugsweise zwei- bis viermal dem oberen Schaftdurchmesser D4 entsprechen, um eine ausreichende Länge zum Einspannen dieses Schaftteils zu erhalten.
Durch diese Maßnahmen kann eine Steigerung der Bohrleistung durch eine bessere Übertragung der Schlagenergie vom Einsteckende 33 zum Bohrkopf hin erzielt werden, da insbesondere keine Reflektionen des Schlagimpulses an Durchmessersprüngen entstehen. Dennoch kann der Bohrerschaft an seinen zylindrischen Teilen problemlos in ein übliches Spannfutter oder Backenfutter oder in sonst üblichen Spannvorrichtungen eingesetzt werden.

Claims (16)

  1. Bohrwerkzeug, insbesondere Gesteinsbohrer zur Herstellung von Durchbrüchen in Beton oder Mauerwerk oder dgl., mit einem Bohrerschaft sowie mit einem mit Hartmetall bestückten, einen weitestgehenden symmetrischen Aufbau aufweisenenden Bohrkopf, welcher sich radial erstreckende, einen weitestgehend gleichen Längsquerschnitt aufweisende Schneidflügel umfaßt, wobei dem Bohrkopf eine einstückig mit diesem verbundene Förderwendel zugeordnet ist und wenigstens eine Aussparung im Bohrkopf als Bohrmehlauslauf in der zugehörigen Förderwendel mündet, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen Bohrkopf (3) und Förderwendel (4) eine umlaufende konkave Einschnürung (15) derart aufweist, daß der Bohrkopf (3) mit Förderwendelauslauf einen in Seitenansicht glockenförmigen, symmetrischen Aufbau erhält.
  2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier von Aussparungen (11, 11', 12, 12') unterbrochene Schneidflügel (7 - 10) mit radial außenliegenden, sich axial erstreckenden Ringsegmenten (19) zwei gegenüberliegende Aussparungen (11, 11') oder Auskehlungen zugeordnet sind, die jeweils einen zur Bohrlängsachse (30) hin gerichteten schrägen Auslauf (16) von ca. 45° gegenüber einer Achsparallelen zur Bohrerlängsachse (30) aufweisen, die in den Auslauf (17) der jeweiligen Bohrmehlnut einer doppelgängigen Förderwendel (4', 4'') münden, und daß zwei weitere Aussparungen (12, 12') einen weitestgehend achsparallelen Auslauf mit einer steilen Schräge (18) zu den darunterliegenden Förderwendeln (4', 4'') aufweisen.
  3. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D1) des Bohrkopfes um etwa 10 % größer ist als der Außendurchmesser (D3) der Förderwendel (4).
  4. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (l1) der Förderwendel (4) wenigstens doppelt so groß ist wie der Außendurchmesser (D1) des Bohrkopfes (3).
  5. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkopf (3) topfförmig ausgebildet ist und einen zu einer Zentrierspitze hin halbkreisförmig gewölbten, umlaufenden Boden (28) aufweist.
  6. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite der Schneidflügel (7 bis 10) Ringsegmente (19) mit einem dachförmigen oder V-förmigen Querschnitt (20) aufweist, und daß wenigstens die radial außen liegenden Schrägen (21) der dachförmigen Fläche (20) Hartmetall-Schneidstifte (23, 23'; 24, 24') aufweisen.
  7. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innenliegende schräge Fläche (22) der dachförmigen Stirnfläche (20) jedes Ringsegments (19) wenigstens bei zwei gegenüberliegenden Schneidflügeln (7, 9) Hartmetall-Schneidstifte (25, 25') aufweist.
  8. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Hartmetall-Schneidstifte (24, 24', 25, 25') auf der dachförmigen Stirnfläche (20) der Schneidflügel (8, 10) asymmetrisch angeordnet sind.
  9. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bogenförmiger Boden (28) in einem topfförmigen Bohrkopf (3) vorgesehen ist, der wenigstens zwei, asymmetrisch und in unterschiedlichen radialen Abständen zur Bohrerlängsachse (30) angeordnete Schneidstifte (26, 27) aufweist.
  10. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radial außenliegende Hartmetall-Schneidstift (26) im bogenförmigen Boden (28) in dem nach dem Auslauf (17) der Förderwendel (4, 4') vorhandenen Wandungsabschnitt (14) angeordnet ist.
  11. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen (19, 29') aller Hartmetallstifte einen Winkel α1 = α 2 etwa = 30° gegenüber einer achsparallelen Vertikalen (40) einschließen und daß die Mittelachsen (29, 29') jeweils die Flächennormalen auf die Einsatzflächen (20, 28) der Hartmetallstifte bilden.
  12. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein radial innenliegenden Schneidelement (27) im bogenförmigen Boden (28) im Bereich des schrägen Auslaufs (11, 12) angeordnet ist.
  13. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderwendelrücken (49) der Förderwendel (4', 4'') im Bereich des Förderwendeleinlaufs (48) am Bohrerschaft (2) ausgehend vom Außendurchmesser (D3) sich bogenförmig oder spiralförmig an den Schaftdurchmesser (2) annähert und tangential übergeht, wobei der Förderwendeleinlauf (48) weitestgehend an der Bohrerschaftmantelfläche beginnt.
  14. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, der Bohrerschaft (2) über eine Reibschweißverbindung (31) verlängert ist, wobei wenigstens der der Förderwendel (4) zugewandte Teil (32) als zylindrisches Schaftteil (32) ausgebildet ist und daß zwischen diesem zylindrischen Schaftteil (32) und einem zylindrischen Einspannteil (33) für die Antriebsmaschine wenigstens ein oder zwei konische Schaftteilabschnitte (34, 35) vorgesehen sind.
  15. Bohrwerkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerschaft (2) abschnittsweise aus einem oberen zylindrischen Schaftabschnitt (32), einem nachfolgenden konischen Schaftabschnitt (34), einem weiteren zylindrischen Schaftabschnitt (47) und einem weiteren konischen Schaftabschnitt (35) ausgebildet ist, dem sich der zylindrische Einspannteil (33) anschließt.
  16. Bohrwerkzeug nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Schaftabschnitte (32, 47) eine axiale Länge (l4, l6) aufweisen, die wenigstens das zwei- bis vierfache des oberen Schaftdurchmessers (D4) entspricht.
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