GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrkopf insbesondere einen Bohrkopf für eine bohrmeißelnde Bearbeitung von Gestein oder mineralischen Bauwerkstoffe.

EP 1604793 A1 beschreibt einen Bohrkopf mit zwei identischen Hauptschneiden und zwei identische Nebenschneiden, welche unter 90 Grad zueinander angeordnet sind. Die meißelnde Wirkung des Bohrkopfs wird hauptsächlich durch die Hauptschneiden und die durch die Hauptschneiden ausgebildete Spitze erreicht. Die Nebenschneiden erleichtern die Bearbeitung von Armierungseisen. Bohrköpfen mit großem Durchmesser, insbesondere Bohrköpfen mit vier und insbesondere mehr als vier Schneiden, können zu einer Taumelbewegung neigen, welche ein unrundes Bohrloch erzeugen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Der erfindungsgemäße Bohrkopf hat eine Spitze, eine durch die Spitze verlaufende Hochachse und wenigstens vier Schneiden, die jeweils eine Meißelkante aufweisen. Die Meißelkanten von wenigstens drei der Schneiden sind paarweise verschieden. Die Meißelkanten sind nicht notwendigerweise alle verschieden, jedoch sind wenigstens drei Meißelkanten unterschiedlich ausgebildet. Die in Bezug auf die Meißelkanten asymmetrische Gestalt des Bohrkopfs wirkt der Taumelbewegung entgegen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Höhenprofile entlang der Meißelkanten der wenigstens drei Schneiden paarweise verschieden sind. Die Meißelkanten dringen unterschiedlich in den Untergrund ein. Eine erste Meißelkante kann in Schlagrichtung durchgehend höher oder abschnittsweise höher als eine zweite Meißelkante sein.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, die Schneiden in äquidistanten Winkeln um die Hochachse angeordnet sind. Der Grundkörper des Bohrkopfs ist symmetrisch ausgebildet. Dies begünstigt unter Anderem die mechanische Belastbarkeit des Bohrkopfs. Der Symmetriebruch erfolgt vorzugsweise nur durch die Meißelkanten.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Bohrkopf wenigstens zwei Hauptschneiden und wenigstens zwei Nebenschneiden aufweist, wobei die Meißelkante der Hauptschneiden bis zu der Spitze verläuft und die Meißelkante der Nebenschneide in einem radialen Abstand von der Spitze endet. Hauptsächlich erfolgt der Abbau durch die Hauptschneiden, die Nebenschneiden unterstützten den Abbau nur eher entlang des Umfangs des Bohrlochs. Der Bohrkopf mit Haupt- und Nebenschneiden weist bei großen Durchmessern eine höhere Abbauleistung auf, als Bohrköpfe mit vier oder mehr identischen Schneiden.

Bei einem Bohrkopf mit Haupt- und Nebenschneiden können zwei der Nebenschneiden eine unterschiedliche Meißelkante aufweisen, um eine bevorzugte asymmetrische Ausprägung des Bohrkopfs zu erhalten. Eine der Nebenschneiden kann im Mittel gegenüber einer anderen der Nebenschneiden längs der Hochachse versetzt sein. Alternativ oder zusätzlich können zwei der Hauptschneiden eine unterschiedliche Meißelkante aufweisen. Eine der Hauptschneiden kann im Mittel gegenüber einer anderen der Hauptschneiden längs der Hochachse versetzt sein. Der Bohrkopf kann sechs oder mehr Schneiden aufweisen. Die asymmetrischen Meißelkanten erweisen sich insbesondere bei einem regelmäßig gestalteten Bohrkopf mit einer hohen Anzahl, d.h. mit mehr als sechs Schneiden, als vorteilhaft.

Die Meißelkanten können geradlinig sein.

Ein Bohrer kann den Bohrkopf aufweisen. Der Bohrer hat ferner einen Förderabschnitt, ein Einsteckende mit einer Schlagfläche zum Einleiten von Stoßwellen in den Bohrer. Der Förderabschnitt ist länglich, beispielsweise zylindrisch oder spiralförmig, und entlang der Hochachse angeordnet. Ein Durchmesser des Förderabschnitts ist vorzugsweise etwas geringer als der Durchmesser des Bohrkopfs.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Bohrer Fig. 2 einen Bohrkopf in einer Draufsicht,

Fig. 3 den Bohrkopf im Schnitt der Ebene III-III

Fig. 4 den Bohrkopf im Schnitt in der Ebene IV-IV und gestrichelt in der Ebene III-III

Fig. 5 den Bohrkopf im Schnitt der Ebene V-V

Fig. 6 den Bohrkopf im Schnitt der Ebene Vl-Vl

Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben. AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Bohrer 1. Der Bohrer 1 hat einen Bohrkopf 2, einen Förderabschnitt 3, ein Einsteckende 4 und eine Schlagfläche 5. Eine Bohrerachse 6 des Bohrers 1 verläuft durch den Bohrkopf 2 und die Schlagfläche 5. Der Bohrer 1 ist beispielsweise für den Abbau von mineralischen Werkstoffen, z.B. armiertem Beton, ausgelegt. Ein Schlagwerk einer Handwerkzeugmaschine schlägt periodisch auf die Schlagfläche 5 an dem Einsteckende 4. Die Stoßwelle der Schläge läuft durch die Wendel 7 in Schlagrichtung 8 zu dem Bohrkopf 2. Der Bohrkopf 2 zertrümmert den Werkstoff. Der Bohrer 1 wird während den Schlägen in einem Drehsinn 9 um seine Bohrerachse 6 gedreht. Die Handwerkzeugmaschine weist einen entsprechenden Drehantrieb auf. Die Drehbewegung stellt sicher, dass der Bohrkopf 2 unter verschiedenen Orientierungen auf den Untergrund aufschlägt und das Bohrloch gleichmäßig ausgeschlagen wird.

Der beispielhafte Bohrkopf 2 hat sechs Schneiden 10, die sternförmig um eine Hochachse 6 angeordnet sind. Die Schneiden 10 haben an ihrer in Schlagrichtung 8 weisenden Seite jeweils eine Meißelkante 11 , welche in radialer Richtung auf eine Spitze 12 des Bohrkopfs 2 zuläuft. Die einzige Spitze 12 des Bohrkopfs 2 liegt auf der Hochachse 6.

Die Schneiden 10 sind vorzugsweise regelmäßig um die Hochachse 6 angeordnet. Die alleinige Anordnung der Schneiden 10 begründet eine sechszählige, eine dreizählige oder zweizählige Drehsymmetrie. Allerdings sind die Meißelkanten 11 unterschiedlich ausgebildet.

Die Meißelkanten 11 von wenigstens drei der Schneiden 10 sind paarweise verschieden.

Aufgrund der unterschiedlichen Meißelkanten 11 weist der Bohrkopf 2 trotz der regelmäßig angeordneten Schneiden 10 keine Drehsymmetrie auf. Die gestörte Drehsymmetrie erweist sich, insbesondere bei einem Durchmesser 13 von mehr als 20 mm, als vorteilhaft, um ein

Taumeln des Bohrkopfs 2 in dem Bohrloch zu unterbinden. Die Schneiden 10 sind monolithisch zusammenhängend, insbesondere ohne Fügezone durch Schweißen, Löten, Klemmen etc. miteinander verbunden. Der Bohrkopf 2 ist vorzugsweise aus einem Wolframkarbid-haltigem Material gesintert. Die blattförmige Schneide 10 hat zwei gegenüberliegende Seitenflächen 14, welche parallel oder im Wesentlichen parallel zu einander sind. Die Seitenflächen 14 sind vorzugsweise parallel zu der Hochachse 6 und verlaufen in radialer Richtung von der Hochachse 6 weg. Der Abstand zwischen den beiden Seitenflächen 14, d.h. die Dicke der Schneide 10, ist typischerweise deutlich geringer als die Abmessungen längs der Hochachse 6 und in radialer Richtung. Die Seitenflächen 14 können eben ausgebildet sein. Die Schneide 10 hat eine von der Hochachse 6 abgewandte Randfläche 15, eine in die Schlagrichtung 8 weisende Stirnfläche 16 und eine entgegen der Schlagrichtung 8 weisende Unterseite 17. Ein an die Hochachse 6 angrenzende, innerer Rand der Schneiden 10 existiert nur in geometrisch abstrakter Weise, da die inneren Ränder miteinander ohne Fügezone verbunden sind.

Die von der Hochachse 6 abgewandte, Randfläche 15 ist vorzugsweise parallel zu der Hochachse 6 orientiert. Die Randfläche 15 definiert mit ihrem radialen Abstand zu der Hochachse 6 den Durchmesser 13 des Bohrkopfs 2. Die äußere Randfläche 15 bildet eine Abbruchkante 18, welche beim Bohren an einer Bohrlochwand anliegt. Die Abbruchkanten 18 unterstützen das Ausbilden einer kreiszylindrischen Form des Bohrlochs durch Abbrechen von radial in das Bohrloch vorstehendem Gestein.

Die in Schlagrichtung 8 weisende, obere Stirnfläche 16 wird durch eine Spanfläche 19 und eine Freifläche 20 gebildet. Die Spanfläche 19 und die Freifläche 20 sind in radialer Richtung ausgedehnt. Die Spanfläche 19 und die Freifläche 20 erstrecken sich von angrenzend an die äußere Randfläche 15 bis zu der Hochachse 6 oder in die Nähe der Hochachse 6. Die Spanfläche 19 ist gegenüber der Freifläche 20 in dem üblichen Drehsinn 9 des Bohrkopfs 2 vorauslaufend. Auf den Bohrkopf 2 blickend ist der übliche Drehsinn 9 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Spanfläche 19 und die Freifläche 20 sind gegenüber der Hochachse 6 geneigt. Die Spanfläche 19 steigt entgegen dem Drehsinn 9 in Schlagrichtung 8 an; die Freifläche 20 fällt entgegen dem Drehsinn 9 in Schlagrichtung 8 ab. Die Spanfläche 19 und die Freifläche 20 sind demzufolge zueinander geneigt. Ein Dachwinkel 21 zwischen der Spanfläche 19 und der Freifläche 20 ist größer als 45 Grad, beispielsweise größer als 60 Grad und geringer als 120 Grad. Der Dachwinkel 21 kann in radialer Richtung konstant oder sich ändernd sein.

Die Meißelkante 11 ist die Grenzlinie, an welcher die Spanfläche 19 und die Freifläche 20 zusammentreffen. Die Meißelkante 11 verläuft gleich der Spanfläche 19 und der Freifläche 20 in radialer Richtung, d.h. von der äußeren Randfläche 15 in Richtung zu der Hochachse 6. Die beispielhaften Meißelkanten 11 der Schneiden 10 verlaufen im Wesentlichen geradlinig. In alternativen Ausführungen können die Meißelkante 11 spiralförmig auf die Hochachse 6 zulaufen.

Die Meißelkante 11 steigt von der äußeren Randfläche 15 in Richtung zu der Spitze 12 an. Der Verlauf des Anstiegs wird durch das Höhenprofil beschrieben. Das Höhenprofil ist ein Schnitt durch die Schneide 10 parallel zu der Hochachse 6 und dem Verlauf der Meißelkante 11 folgend. Bei den beispielhaft geradlinigen Meißelkante 11 verläuft das Höhenprofil in den Schnittebenen.

Bei dem beispielhaften Bohrkopf 2 können die Schneiden 10 in zwei Gruppen eingeteilt werden, welchen nachfolgend als Hauptschneiden 22 und Nebenschneiden 23 bezeichnet werden. Die Hauptschneiden 22 haben eine Meißelkante 11 , welche von der äußeren Randfläche 15 bis zu der Spitze 12 verläuft. Die Nebenschneiden 23 haben eine Meißelkante 24, welche in einem radialen Abstand von der Spitze 12 endet. Die Meißelkante 24 wird nahe der Spitze 12 stumpf. Der Dachwinkel 21 zwischen den Spanfläche 19 und der Freifläche 20 nimmt in Richtung zu der Spitze 12 zu. Der Dachwinkel 21 wird größer als 120 Grad, erreicht beispielsweise 180 Grad. Die Meißelkante 24 endet an einer ebenen oder gewölbten Seitenfläche der Spitze 12. Die Spitze 12 hat beispielsweise eine Tetraeder- förmige Gestalt. Die Kanten des Tetraeders werden durch die Meißelkanten 11 der Hauptschneiden 22 gebildet.

Die unterschiedlichen Höhenprofile von Hauptschneide 22 und Nebenschneide 23 sind beispielsweise in dem Querschnitt III-III in Fig. 3 zu sehen. Die zu der Hochachse 6 linke Hälfte zeigt das Höhenprofil einer Nebenschneide 23, die zu der Hochachse 6 rechte Hälfte zeigt das Höhenprofil einer Hauptschneide 22. Die beiden Höhenprofile unterscheiden sich markant, insbesondere nahe der Spitze 12. Die radialen Abmessung 25 der Hauptschneide 22 und die radialen Abmessung 26 der Nebenschneide 23 können gleich oder etwas verschieden sein. Die Hauptschneiden 22 und Nebenschneiden 23 sind vorzugsweise alternierend um die Hochachse 6 angeordnet. Die von den benachbarten Hauptschneiden 22 und Nebenschneiden 23 eingeschlossenen Winkel 27 sind vorzugsweise gleich. Die Abmessung 28 entlang der Hochachse 6 von den Hauptschneiden 22 und von den Nebenschneiden 23 an den Randfläche 15 sind vorzugsweise gleich oder näherungsweise gleich. Bei dem beispielhaften Bohrkopf 2 unterscheidet sich das Höhenprofil von wenigstens zwei Nebenschneiden 23, 29. Fig. 4 zeigt überlagert einen Schnitt in der Ebene IV-IV und gestrichelt einen Schnitt in der Ebene III-III, um die beiden Höhenprofile zu vergleichen. Die erste Meißelkante 24 in der Ebene III-III verläuft im Mittel oberhalb der zweiten Meißelkante 30 in der Ebene IV-IV. Die gestrichelte gezeichnete, erste Nebenschneide 23 und deren Höhenprofil, ist im Durchschnitt höher als die zweite Nebenschneide 29 bzw. deren Höhenprofil. Die erste Meißelkante 24 kann für einen kurzen Abschnitt unterhalb der zweiten Meißelkante 30 liegen; die erste Meißelkante 24 liegt jedoch für einen vergleichsweise längeren Abschnitt oberhalb der zweiten Meißelkante 30. Der Bohrkopf 2 weist somit drei paarweise verschiedene Schneiden 10 auf: die beiden erwähnten Nebenschneiden 23, 29 sind zueinander verschieden, ebenso ist jede der beiden Nebenschneiden 23, 29 verschieden zu den Hauptschneiden 22. Die beiden Hauptschneiden 22 können in den beiden Schnitten gleich oder nahezu gleich sein.

Die Nebenschneide 23 hat vorzugsweise ein kontinuierlich von der äußeren Randfläche 15 zu der Spitze 12 in Schlagrichtung 8 ansteigendes Höhenprofil. Ein Höhenprofil einer dritten Nebenschneide 31 kann ein lokales Maximum 32 in dem Höhenprofil aufweisen (Fig. 5). Die beiden Nebenschneiden 23, 31 unterscheiden sich in dem Verlauf ihrer Höhenprofile, d.h. ohne lokalem Maximum bzw. mit einem lokalen Maximum. Vorzugsweise ist die zweite Nebenschneide 23 mit einem kontinuierlich ansteigenden Höhenprofil versehen, d.h. ohne lokales Maximum. Die Hauptschneiden 22 in den Schnitten III-III, V-V können gleich ausgebildet sein.

Bei dem beispielhaften Bohrkopf 2 unterscheiden sich die Hauptschneiden 22, 33 in den Schnittebenen III-III und V-V. Die erste Hauptschneide 22 weist ein kontinuierlich zu der Spitze 12 hin ansteigendes Höhenprofil auf, d.h. kein lokales Maximum. Die zweite Hauptschneide 33 zeigt ein lokales Maximum 34 in dem Höhenprofil. Die beiden unterschiedlichen Höhenprofile der Hauptschneiden 22, 33 machen die zugehörigen Schneiden 10 verschieden, ferner sind die Hauptschneiden 22 zu wenigstens einer der Nebenschneiden 23 verschieden, in Summe sind somit wenigstens die drei Schneiden 10 paarweise verschieden. Die dritte Hauptschneide 22 ist vorzugsweise mit einem kontinuierlich ansteigenden Höhenprofil versehen. Der Bohrkopf 2 kann mit zwei unterschiedlichen Hauptschneiden 22 oder mit zwei unterschiedlichen Nebenschneiden 23 oder mit sowohl zwei unterschiedlichen Hauptschneiden 22 und zwei unterschiedlichen Nebenschneiden 23 ausgebildet sein. Der beispielhaft dargestellt Bohrkopf 2 hat im Wesentlichen fünf paarweise verschiedene Meißelkanten 11 , 35, zwei der Hauptschneiden 22 sind identisch. Ein Bohrkopf 2 kann auch mit drei identischen Hauptschneiden 22 und drei paarweise verschiedenen Nebenschneiden 23 ausgebildet werden.

Die drei Hauptschneiden 22 haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt in einer Draufsicht, d.h. die gleiche radiale Abmessung und die gleiche Abmessung in Drehrichtung. Die Hauptschneiden 22 unterscheiden sich gegebenenfalls einzig in der oberen Stirnfläche 16, d.h. der Meißelkante 11 , insbesondere in dem Höhenprofil.

Die drei Nebenschneiden 23 haben vorzugsweise den gleichen Querschnitt in einer Draufsicht, d.h. die gleiche radiale Abmessung und die gleiche Abmessung in Drehrichtung. Die Nebenschneiden 23 unterscheiden sich gegebenenfalls einzig in der oberen Stirnfläche 16, d.h. der Meißelkante 24, insbesondere in dem Höhenprofil.

Ein alternativer Bohrkopf 2 für Bohrer 1 mit großem Durchmesser 13 hat fünf Schneiden 10. Die fünf Schneiden 10 sind in äquidistanten Winkeln von 72 Grad um die Hochachse 6 angeordnet. Drei der Schneiden 10 sind Hauptschneiden 22 mit an der Spitze 12 zusammenlaufenden Meißelkanten 11. Zwei der Schneiden 10 sind Nebenschneiden 23 mit vor der Spitze 12 endenden Meißelkanten 30. Zwei der Hauptschneiden 22 unterscheiden sich in ihrem Höhenprofil.

Die äußere Randfläche 15 bildet Abbruchkanten 18, welche parallel zu der Bohrerachse 6 verlaufen. Die Abbruchkanten 18 gehen in die Meißelkanten 11 über. Die Abbruchkanten 18 definieren den Durchmesser des Bohrkopfs 2. Die Anzahl der Abbruchkanten 18 ist gleich der Anzahl der Meißelkanten 11. Die Abbruchkanten 18 haben eine im Drehsinn 9 vorauslaufende Flanke 36 und eine im Drehsinn 9 nachfolgende Flanke 37. Die Flanken 36, 37 sind beide im Wesentlichen parallel zu der Bohrerachse 6. Während die vorauslaufende Flanke 36 vorzugsweise über ihre Abmessung im Drehsinn 9 einen zu der Bohrerachse 6 gleichbleibenden radialen Abstand zu der Bohrerachse 6 hat, verringert sich der radiale Abstand der nachlaufenden Flanke 37 im Drehsinn 9.

Die entgegen der Schlagrichtung 8 weisende, untere Unterseite 17 wird an dem Förderabschnitt 3 befestigt. Beispielsweise kann die Unterseite 17 verlötet, verschweißt oder in anderer geeigneter Weise mit dem typischerweise stählernen Förderabschnitt 3 verbunden sein. Die Unterseite 17 kann eben, beispielsweise senkrecht zu der Hochachse 6 sein. Die Unterseite des Bohrkopfs 2 gebildet aus den Unterseiten 17 hat eine dreizählige Drehsymmetrie.

Der Förderabschnitt 3 des beispielhaften Bohrers 1 ist durch eine Wendel 7 gebildet. Die Wendel 7 ist rechtsläufig. Die Wendel 7 bewegt somit das Bohrgut entgegen der Schlagrichtung 8, wenn der Bohrkopf 2 in dem für ihn vorgesehenen Drehsinn 9, d.h. im Gegenuhrzeigersinn, gedreht wird. Ein alternativer zylindrischer Förderabschnitt hat einen Kanal über den das Bohrgut mit einer Pumpe abgesaugt wird.

Die Wendel 7 des Bohrers 1 hat beispielsweise vier Wendelstege 38. Die Anzahl der Wendelstege 38 ist vorzugsweise gleich der Anzahl der Meißelkanten 11. Die Wendelstege 38 laufen längs der Bohrerachse 6 mehrfach um diese Bohrerachse 6 um. Die Wendelstege 38 beschreiben beim Drehen des Bohrers 1 eine zylindrische Einhüllende, deren Durchmesser einem Wendeldurchmesser entspricht. Der Durchmesser ist vorzugsweise etwas geringer als der Durchmesser 13 des Bohrkopfs 2. Jeweils benachbarte Wendelstege 38 schließen zwischen sich eine Wendelnut 39 ein, die in radialer Richtung durch die Einhüllende als geometrisch begrenzt angesehen wird. Das Bohrgut wird in den Wendelnuten 39 durch die Wendelstegen 38 längs der Bohrerachse 6 transportiert. Eine Wendelsteigung 40 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 35 Grad und 60 Grad, z.B. 45 Grad.

Der Förderabschnitt 3 kann in einer anderen Ausgestaltung durch ein hohles Rohr gebildet sein, durch welches das Bohrgut mittels einer Pumpe abgesaugt wird. Das Rohr hat typischerweise die gleichen Außenabmessungen wie die zuvor beschriebene und dargestellte Wendel 7.

Das beispielhafte Einsteckende 4 des Bohrers 1 ist für die Verwendung von dreh- meißelnden Handwerkzeugmaschinen ausgelegt. Das Einsteckende 4 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Das Einsteckende 4 hat zwei geschlossene Nuten 41 , in welchen Verriegelungselemente der Handwerkzeugmaschine radial eingreifen und längs der Bohrerachse 6 gleiten können. Zur Bohrerachse 6 längs ausgerichtete Rillen 42 ermöglichen ein Einleiten eines Drehmoments von der Handwerkzeugmaschine.