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Title:
DRILL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/182487
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a drill for the removal of mineral materials, comprising a drill head (2), a coil (3), an insertion end (4) and an impact surface (7) arranged successively on a longitudinal axis (6), with said impact surface being arranged on an end face of the insertion end (4) facing away from the drill head (2) for receiving impacts along an impact direction (8). Th drill head (2) has at least two cutting edges (13) and at leas two blades (20). The cutting edges (13) each have a cutting surface (16) and a free surface (17). The blades (20) run parallel to the longitudinal axis (6) and border the cutting edges (13). The blades (20) each have a radially protruding peak (24), which borders the cutting surface (16) and does not or only partially borders the free surface (17). An axial dimension (29) of the peak (24) is less than an axial dimension (25) of the blade (20).

Inventors:
DOMANI, Guenter (Kirchstr. 28E, Weissensberg, 88138, DE)
PLUEMACHER, Bastian (Badstrasse 38, Schwabmünchen, 86830, DE)
FOSER, Roland (Moeliweg 16, 9494 Schaan, 9494, LI)
Application Number:
EP2017/059220
Publication Date:
October 26, 2017
Filing Date:
April 19, 2017
Export Citation:
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Assignee:
HILTI AKTIENGESELLSCHAFT (Feldkircherstr. 100, 9494 Schaan, 9494, LI)
International Classes:
B23B51/02; B28D1/14
Foreign References:
EP1985794A22008-10-29
US20050100419A12005-05-12
DE102014200363A12015-07-16
EP1616649A12006-01-18
EP2669033A12013-12-04
EP2192302A12010-06-02
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

Bohrer für den Abbau von mineralischen Werkstoffen, der auf einer Längsachse (6) aufeinanderfolgend einen Bohrkopf (2), eine Wendel (3), ein Einsteckende (4) und eine Schlagfläche (7) an einer dem Bohrkopf (2) abgewandten Stirnseite des Einsteckendes (4) zum Aufnehmen von Schlägen längs einer Schlagrichtung (8) aufweist,

wobei der Bohrkopf (2) wenigstens zwei Schneiden (13) und wenigstens zwei Klingen (20) aufweist, wobei die Schneiden (13) jeweils eine Spanfläche (16) und eine Freifläche (17) aufweisen und wobei die Klingen (20) parallel zu der Längsachse (6) verlaufen und an die Schneiden (13) angrenzen,

wobei die Klingen (20) jeweils einen radial vorstehenden Zahn (24) aufweisen, welcher an die Spanfläche (16) angrenzt und nicht oder nur teilweise an die Freifläche (17) angrenzt, und eine axiale Abmessung (29) des Zahns (24) geringer als eine axiale Abmessung (25) der Klinge (20) ist.

Bohrer (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Klingen (20) eine Freifläche (23) aufweisen, die in Schlagrichtung (8) vor dem Zahn (24) und in dem Drehsinn (5) hinter dem Zahn (24) angeordnet ist, wobei ein radialer Abstand der Freifläche (23) zu der Längsachse (6) geringer als ein radialer Abstand des Zahns (24) zu der Längsachse (6) ist.

Bohrer (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Freifläche (23) der Klinge (20) zylindrisch ausgebildet ist.

Bohrer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahn (24) eine zylindrische Außenfläche (26) aufweist.

Bohrer (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Radius der zylindrischen Außenfläche (26) dem radialen Abstand zu der Längsachse (6) entspricht.

Bohrer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahn (24) an eine Abfuhrnut (32) angrenzt.

7. Bohrer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Abmessung (29) des Zahns (24) zwischen 50 % und 80 % der axialen Abmessung (25) der Klinge (20) beträgt. Bohrer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Schneiden (13) monolithisch mit zwei weitere Schneiden (15) verbunden sind.

Bohrer (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei weiteren Schneiden (15) eine geringere radiale Abmessung (22) wie die wenigstens zwei Schneiden (12) aufweisen und an die zwei weiteren Schneiden (15) jeweils eine zu der Längsachse (6) parallele Nebenklinge (21 ) angrenzt, welche durchgehend prismatisch oder zylindrisch ausgebildet ist.

0. Bohrer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrkopf (2) aus einem gesinterten Metallkarbid und die Wendel (3) aus einem Stahl ist.

Description:
Bohrer

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer zum meißelnden Abbau von mineralischen Werkstoffen.

Ein Bohrer für den Abbau von mineralischen Werkstoffen ist aus der EP 2192302 B1 bekannt. Der Bohrkopf hat kreuzförmig angeordnete vier Arme. Die Arme bilden in Schlagrichtung weisende Schneiden und eine zentrale Spitze aus. Die Arme haben eine prismatische Gestalt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Der erfindungsgemäße Bohrer für den Abbau von mineralischen Werkstoffen hat auf einer Längsachse aufeinanderfolgend einen Bohrkopf, eine Wendel, ein Einsteckende und eine Schlagfläche an einer dem Bohrkopf abgewandten Stirnseite des Einsteckendes zum Aufnehmen von Schlägen längs einer Schlagrichtung. Der Bohrkopf hat wenigstens zwei Schneiden und wenigstens zwei Klingen. Die Schneiden haben jeweils eine Spanfläche und eine Freifläche. Die Klingen sind parallel zu der Längsachse verlaufen und grenzen an die Schneiden an. Die Klingen haben jeweils einen radial vorstehenden Zahn, welcher an die Spanfläche angrenzt und nicht oder nur teilweise an die Freifläche angrenzt. Eine axiale Abmessung des Zahns ist geringer als eine axiale Abmessung der Klinge.

Der Zahn verringert die Kontaktfläche des Bohrkopfs mit einer Bohrlochwand, sobald die Bohrlochwand sauber ausgeschabt ist. Die gegenüber der Höhe des Bohrkopfs oder der seitlichen Klingen verkürzte Höhe des Zahns erweist sich als ausreichend, um dennoch ein ausreichend kreisförmiges Bohrloch zu erhalten.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Klingen eine Freifläche aufweisen, die in Schlagrichtung vor dem Zahn und in dem Drehsinn hinter dem Zahn angeordnet ist, wobei ein radialer Abstand der Freifläche zu der Längsachse geringer als ein radialer Abstand des Zahns zu der Längsachse ist. Der Bohrkopf weist nicht einfach eine geringere Höhe auf, sondern setzt sich unterhalb des Zahns fort. Die weitere Höhe dient der mechanischen Stabilität des Bohrkopfs. Der Zahn kann eine zylindrische Außenfläche aufweisen, welche vorteilhafterweise bündig an der Bohrlochwand laufen kann.

Eine Ausgestaltung sieht vor, der Zahn an eine Abfuhrnut angrenzt. Der Zahn bildet somit den in Drehsinn vorderen Teil der Klinge.

Eine axiale Abmessung des Zahns kann zwischen 50 % und 80 % der axialen Abmessung der Klinge betragen. Der Zahn hat eine substantielle Abmessung, jedoch ist deutlich kleiner als die Klinge.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass bei dem Bohrer die wenigstens zwei Schneiden monolithisch mit zwei weiteren Schneiden verbunden sind. Der Bohrer kann beispielsweise vier der genannten Schneiden oder beispielsweise zwei der Schneiden als Hauptschneiden und zusätzlich zwei Nebenschneiden aufweisen. Die zwei weiteren Schneiden können eine geringere radiale Abmessung wie die wenigstens zwei Schneiden aufweisen. An die zwei weiteren Schneiden angrenzende jeweils eine zu der Längsachse parallele Nebenklinge ist durchgehend prismatisch oder zylindrisch ausgebildet.

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 Seitenansicht

Fig. 3 den Bohrkopf in einer Seitenansicht, 90 Grad gedreht zu Fig. 2

Fig. 4 den Bohrkopf in einer Draufsicht

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Bohrer in der Ebene IV-IV

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Bohrer in der Ebene V-V

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, eine Wendel 3 und ein Einsteckende 4. Der Bohrer 1 ist für den Abbau von mineralischen Werkstoffen, insbesondere für den Abbau von armiertem Beton, ausgelegt. Der Bohrer 1 wird im Betrieb in einem Drehsinn 5 um seine Längsachse 6 (Bohrerachse) gedreht. Der Bohrer 1 kann dazu in eine Handwerkzeugmaschine eingesetzt werden, welche einen entsprechenden Drehantrieb aufweist. Ein Schlagwerk der Handwerkzeugmaschine schlägt periodisch auf eine Schlagfläche 7 an der freiliegenden Stirnfläche des Einsteckendes 4. Die Stoßwelle der Schläge läuft durch die Wendel 3 in Schlagrichtung 8 zu dem Bohrkopf 2. Der Bohrkopf 2 zertrümmert den Werkstoff. Die Drehbewegung stellt erstens sicher, dass der Bohrkopf 2 unter verschiedenen Orientierungen auf den Untergrund aufschlägt und das Bohrloch gleichmäßig ausgeschlagen wird, und bewirkt zweitens den Abtransport des Bohrguts aus dem Bohrloch mittels der (Transport-) Wendel 3.

Der beispielhafte Bohrkopf 2 hat vier kreuzförmig um die Längsachse 6 angeordnete Arme 9. Die benachbarten Arme 9 sind in dem Drehsinn 5 des Bohrers 1 jeweils durch einen Winkel 10 zwischen 60 Grad und 120 Grad voneinander beabstandet. Bei der beispielhaften Ausgestaltung sind die Winkel 10 näherungsweise identisch 90 Grad. Das Beispiel beschreibt den Bohrkopf 2 mit der bevorzugten Anzahl von vier Armen, der Bohrkopf 2 kann auch mit drei, fünf oder sechs Armen ausgebildet sein.

Der Bohrkopf 2 ist vorzugsweise aus einem gesinterten Werkstoff, insbesondere Wolframkarbid, hergestellt. Der Bohrkopf 2 ist vorzugsweise monolithisch, d.h. die Arme 9 sind ohne Fügezone miteinander verbunden, insbesondere ohne Schweißnaht, Lötnaht oder Verschraubung.

Der Bohrkopf 2 hat eine Spitze 11 , welche den in Schlagrichtung 8 höchsten Punkt des Bohrers 1 bildet. Die Spitze 11 gelangt beim Bohren zuerst in Kontakt mit dem Werkstoff. Der beispielhafte Bohrkopf 2 hat vier Schneiden 12. Die Schneiden 12 sind die in Schlagrichtung 8 weisenden Bereiche der Arme 9. Die Schneiden 12 werden meißelnd in den mineralischen Werkstoff eingetrieben, wodurch der spröde Werkstoff lokal bricht. Die Schneiden 12 verlaufen im Wesentlichen in radialer Richtung. Die Schneiden 12 haben eine kreuzförmige Anordnung. Die benachbarten Schneiden 12 sind in dem Drehsinn 5 jeweils durch einen Winkel zwischen 60 Grad und 120 Grad voneinander beabstandet. Bei der beispielhaften Ausgestaltung sind die Winkel näherungsweise identisch 90 Grad.

Zwei Hauptschneiden 13 der Schneiden 12 beginnen an einem radialen Rand des Bohrkopfs 2 und treffen sich an der Spitze 11 des Bohrkopfs 2. Die Hauptschneiden 13 steigen vorzugsweise von einem Rand bis zu der Spitze 11 längs der Schlagrichtung 8 kontinuierlich an. Der Durchmesser 14 des Bohrkopfs 2 kann dem Doppelten der radialen Abmessung der Hauptschneiden entsprechen. Zwei Nebenschneiden 15 der Schneiden 12 beginnen an einem radialen Rand des Bohrkopfs 2 und enden in einem radialen Abstand vor der Spitze 11. Die Nebenschneiden 15 können von einem radialen Rand hin zu der Spitze 11 ebenfalls in Schlagrichtung 8 ansteigen oder auf konstanter Höhe bleiben. Die Hauptschneiden 13 und die Nebenschneiden 15 sind in dem Drehsinn 5 abwechselnd angeordnet.

Die Schneiden 12 werden jeweils durch eine Spanfläche 16 und eine Freifläche 17 gebildet. Die Spanfläche 16 läuft der Freifläche 17 in dem Drehsinn 5 des Bohrers 1 voraus. Die Spanfläche 16 steigt entlang des Drehsinns 5 des Bohrers 1 in Schlagrichtung 8 kontinuierlich an. Die Freifläche 17 fällt entlang des Drehsinns 5 in Schlagrichtung 8 kontinuierlich ab. Die Spanfläche 16 und die Freifläche 17 sind zueinander geneigt. Der Dachwinkel zwischen der Spanfläche 16 und der Freifläche 17 ist größer als 45 Grad, vorzugsweise größer 60 Grad und geringer als 120 Grad. Die Spanfläche 16 und die Freifläche 17 grenzen in einer Meißelkante 18 aneinander.

Der Bohrkopf 2 hat vier Klingen 19, die parallel zu der Bohrerachse 6 verlaufen. Die Klingen

19 liegen an der Bohrlochwand an. Die Klingen 19 brechen zu der Bohrerachse 6 vorstehende Vorsprünge von der Bohrlochwand ab während der Bohrer 1 im Drehsinn 5 gedreht wird. Die Klingen 20 sind die radial äußeren Flächen oder Bereiche der Arme 9. Der radial äußere Rand des Bohrkopfs 2 wird durch die Klingen 19 gebildet. Die Klingen 19 verlaufen in einem radialen Abstand zu der Längsachse 6, welcher etwa dem halben Durchmesser des Bohrkopfs 2 entspricht. Die Klingen 19 grenzen an den radialen Rand der Schneiden 12 an. Die an die Hauptschneiden 13 angrenzenden Hauptklingen 20 der Klingen 19 können unterschiedlich zu den an die Nebenschneiden 15 angrenzenden Nebenklingen 21 ausgebildet sein. Insbesondere können die Nebenklingen 21 verglichen zu den Hauptklingen

20 eine geringere radiale Abmessung 22 aufweisen. Die Hauptklingen 20 weisen eine Freifläche 23 und einen Zahn 24 auf. Die Freifläche 23 ist zylindrisch oder prismatisch ausgebildet. Die prismatische Form nähert eine zylindrische Form an. Ein Radius der Freifläche 23 entspricht dem radialen Abstand zu der Längsachse 6. Die Freifläche 23 erstreckt sich über die gesamte Höhe 25 der Hauptklinge 20. Die Freifläche 23 ist parallel zu der Längsachse 6. Der Zahn 24 steht in radialer Richtung zu der Freifläche 23 vor. Die Hauptklinge 20 liegt bei einem sauber ausgeschabten, zylindrischen Bohrloch nur mit dem Zahn 24 an der Bohrlochwand an. Der Zahn 24 hat vorzugsweise eine zylindrische Außenfläche 26, deren Radius zu der Längsachse 6 dem halben Bohrerdurchmesser 14 entspricht. Der Radius der Freifläche 23bz kann dem Radius der Nebenschneiden 15bz entsprechen. Die Außenfläche 26 ist beispielsweise gegenüber der Freifläche 23 zwischen 0,2 mm und 1 ,0 mm versetzt. Der Zahn 24 bedeckt einen kleinen Abschnitt der Hauptklinge 20, welcher an die Spanfläche

16 der Hauptschneide 13 angrenzt. Der Zahn 24 grenzt vorzugsweise nicht an die Freifläche

17 der Hauptschneide 13 an. Eine Breite 27 des Zahns 24 ist geringer als die Breite 28 der Hauptklinge 20, z.B. geringer als die Hälfte der Breite 28 der Hauptklinge 20. Eine Höhe 29 des Zahns 24 ist geringer als die Höhe 25 der Hauptklinge 20, beispielsweise liegt die Höhe 29 des Zahns 24 im Bereich zwischen 50 % und 80 % der Höhe 25 der Hauptklinge 20. Die Breite bezeichnet die Abmessung in dem Drehsinn 5, d.h. in Umfangsrichtung. Die Höhe bezeichnet die axiale Abmessung, d.h. die Abmessung parallel zu der Längsachse 6.

Die Nebenklingen 21 weisen eine Spanfläche 30 und eine Freifläche 31 auf. Die Spanfläche 16 läuft der Freifläche 17 im Drehsinn 5 voraus. Die Freifläche 31 ist eine im Wesentlichen konvexe, zylindrische Fläche, die einen Radius gleich dem radialen Abstand zu der Längsachse 6 hat. Die Freifläche 31 ist gegenüber der Spanfläche 30 in radialer Richtung zurückgenommen. Beispielsweise verringert sich der radiale Abstand der Freifläche 31 zu der Längsachse 6 entlang dem Drehsinn 5. Die Freifläche 31 kann beispielsweise eben sein. Die Spanfläche 30 der Nebenklinge 21 grenzt an die Spanfläche 16 der Nebenschneide an, jedoch nicht an die Freifläche 17 der Nebenschneide 15. Die Freifläche 31 der Nebenklinge 21 grenzt an die Freifläche 17 der Nebenschneide 15 an, jedoch nicht an die Spanfläche 16 der Nebenschneide 15. Die Spanfläche 30 und die Freifläche 31 verlaufen über ihre gesamte Höhe 25 parallel zu der Längsachse 6. Der von der Spanfläche 30 und der Freifläche 31 begrenzte Körper ist prismatisch. Die Nebenklingen 21 sind vorzugsweise gegenüber den Hauptklingen 20 radial nach innen versetzt. Der Bohrkopf 2 liegt entsprechend bei einem sauber ausgeschabten, zylindrischen Bohrloch mit den Hauptklingen 20 an der Bohrlochwand an, während die Nebenklingen 21 mit einem kleinen Spiel, z.B. 0,2 mm bis 0,5 mm, von der Bohrlochwand beabstandet sind.

Der Bohrkopf 2 hat gegenüber den Klingen 19 radial nach innen versetzte Innenflächen 32, welche weitgehend parallel zu der Längsachse 6 verlaufen. Die Innenfläche 32 bilden Abfuhrnuten für das Bohrgut. Die Innenflächen 32 sind vorzugsweise konkav gewölbt. Die Innenflächen 32 gehen in Wendelnuten 33 der Wendel 3 über und führen das Bohrgut von dem Bohrkopf 2 ab. Der Zahn 24 grenzt vorzugsweise an die Abfuhrnut an, d.h. an die konkave Innenfläche 32. Die Wendel 3 des Bohrers 1 hat beispielsweise vier Wendelstege 34. Die Anzahl der Wendelstege 34 ist vorzugsweise gleich der Anzahl der Schneiden 12. Die Wendelstege 34 laufen längs der Bohrerachse 6 mehrfach um diese Bohrerachse 6 um. Die Wendelstege 34 beschreiben beim Drehen des Bohrers 1 eine zylindrische Einhüllende, deren Durchmesser einem Wendeldurchmesser entspricht. Jeweils benachbarte Wendelstege 34 schließen zwischen sich eine Wendelnut 33 ein, die in radialer Richtung durch die Einhüllende als geometrisch begrenzt angesehen wird. Das Bohrgut wird in den Wendelnuten 33 durch die Wendelstegen 34 längs der Bohrerachse 6 transportiert. Eine Wendelsteigung 35 liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 35 Grad und 60 Grad, z.B. 45 Grad.

Das beispielhafte Einsteckende 4 des Bohrers 1 ist für die Verwendung von drehmeißelnden Handwerkzeugmaschinen ausgelegt. Das Einsteckende 4 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Das Einsteckende 4 hat zwei geschlossene Nuten 36, in welchen Verriegelungselemente der Handwerkzeugmaschine radial eingreifen und längs der Bohrerachse 6 gleiten können. Zur Bohrerachse 6 längs ausgerichtete Rillen 37 ermöglichen ein Einleiten eines Drehmoments von der Handwerkzeugmaschine.

Der Bohrer 1 kann anstelle von unterschiedlich ausgebildeten Hauptschneiden 13 und Nebenschneiden 15 auch mit vier Hauptschneiden 13 und entsprechend mit vier Hauptklingen 20 ausgebildet sein. Ferner können die Nebenschneiden 15 den Durchmesser des Bohrkopfs 2 definieren, indem die Nebenschneiden 15 in radialer Richtung über die Hauptschneiden 13 hinausstehen. Die Nebenschneiden 15 sind in diesem Fall mit den Hauptklingen 20 versehen.