DE4236553A1 - Gesteinsbohrer - Google Patents

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) an ihrer Stirnseite mit weitgehend ebenen Schneidflügeln ausgebildet.

Den bekannten Bohrwerkzeugen, insbesondere zur Herstellungen von Durchbrüchen in Beton oder Mauerwerk, die auch als Kreuzbohrkronen mit Kreuzbohrkopf bezeichnet werden, liegt das Prinzip zugrunde, daß das Gesteinsmaterial durch die Schlagwirkung eines schweren Bohrhammers zertrümmert wird, wobei die Hartmetallstifte 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 (Krupp) oder der DE-28 56 205 (HILTI) wirkt, wird das Steinmaterial topfförmig abgetragen, wobei der radial innenliegende Bereich aufgrund der Sprödigkeit des Materials ebenfalls wegbricht. Die axial hervor stehenden 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 Kreuzbohrkrone 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 auf sitzt, 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 Kreuzbohrkopf 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 kreuzförmig angeordnete, in einer Ebene liegende Schneidflügel aufweist, die mit Hartmetallplatten besetzt sind. Diese Kreuzbohrkrone 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.

Ein solches Bohrwerkzeug hat den Nachteil, daß der Bohrerkopf sehr unsymmetrisch 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 der Kreuzbohrkrone 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 der Kerngedanke zugrunde, die vorteilhaften Eigenschaften einer Kreuzbohrkrone der einleitend bezeichneten Art, d. h. einer Kreuzbohrkrone wie sie beispielsweise in der DE-28 56 205 A1 oder der DE 27 56 990 C2 gezeigt ist, dahingehend zu verbessern, daß mit solchen Bohrkronen eine erhöhte Bohrleistung erzielt werden kann. Dabei geht die Erfindung zunächst von einem Werkzeug aus, bei welchem die Förderwendel einteilig mit dem Kreuzbohrkopf verbunden ist. Hierdurch wird der Verschleiß der Bohrerwendel reduziert und damit die Standzeiten erheblich verbessert. Ein Kreuzbohrkopf mit einstückig hiermit verbundener Förderwendel hat jedoch zunächst den gravierenden Nachteil, daß aufgrund des Auslaufes der Förderwendel in dem Bohrerkopf ein sehr globiges Werkzeug im Bereich des Bohrerkopfes 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 Kreuzbohrkopfes wie es beispielsweise die DE-28 56 205 zeigt, ist mit einer einstückig mit dem Bohrerkopf verbundenen Förderwendel nicht bekannt.

Hier setzt die Erfindung dahingehend ein, daß eine Kreuzbohrkrone mit einem Bohrerkopf geschaffen wird, bei welcher der Bohrerkopf trotz einstückiger Verbindung mit einer Doppelwendel eine möglichst symmetrische und insbesondere glockenförmige Außenkontur beibehält, wie dies prinzipiell in dem genannten Stand der Technik (HILTI) gezeigt ist. Dies kann im Zusammenhang mit einer einstückig integrierten Förderwendel nur dadurch geschehen, daß der Auslaufbereich bzw. das bohrerkopfseitige Ende der Förderwendel und der daran folgende Übergangsbereich zum Bohrerkopf derart geformt ist, daß ein harmonischer Übergang von der Förderwendel in dem Bohrerkopf erzielt wird. Dies wird durch eine konkave Einschnürung oder Taillierung des sich dem Auslauf der Förderwendel anschließenden Bereichs erzielt. Der Bohrerkopf 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 Kreuzbohrkopfes mit seinen vier 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 Bohrerkopf zu schaffen, bei welchem der Übergang von der Förderwendel in dem Bohrerkopf derart ausgeführt ist, daß eine glockenförmige Außenkontur des Bohrerkopfes weitgehend erhalten bleibt. Dies wird durch entsprechende Taillierung bzw. konkaven Ausbildungen des dem Förderwendelauslaufs nachfolgenden Bohrerkopfbereiches erzielt. Durch diese Maßnahmen wird ein Bohrwerkzeug geschaffen, welches höchste Beanspruchungen genügt, ohne daß Spannungsspitzen und damit eine Bruchgefahr im Bohrerkopf auftreten. Gleichermaßen trägt die Förderwendel mit ihrer Führung zu hohen Bohrleistungen und hohen Standzeiten bei.

Das Ziel eines möglichst symmetrischen Aufbaus des Bohrerkopfes 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 Wendeleinlauf s 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 m und mehr aufweisen kann, mittels eines Reibschweißverfahrens 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 Kreuzbohrkopf 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 Bohrerkopfes auch Gewicht eingespart wird, wodurch die Bruchsicherheit aufgrund der Vermeidung von Spannungsspitzen erhöht wird.

Der Außendurchmesser des Kreuzbohrkopfes 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.

Die topfförmige Kreuzbohrkrone 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 Kreuzbohrkopfes 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 Kreuzbohrkopf,

Fig. 1b eine Draufsicht auf das Bohrwerkzeug gemäß Fig. 1,

Fig. 2a bis 2c eine vergrößerte Darstellung des Kreuzbohrkopfes 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 Kreuzbohrkrone 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 Bohrerkopf 3, der als Kreuzbohrkopf ausgebildet ist. Zwischen dem Kreuzbohrkopf 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 Bohrkopfspitze 5 auf, die mit einem dachförmigen Hartmetallschneidelement 6 bestückt ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 1b, weist der Gesteinsbohrer 1 zur Bildung einer Kreuzbohrkrone 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 Wendel 4′ einer Doppelwendel 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 Bohrerkopf 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 den Bohrerkopf 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 Kreuzbohrkopfes 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 Fig. 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 Förderwendelabschnitt 4′, 4′′ geführt werden. Die zugehörige Auslaufschräge 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 Kreuzbohrkopfes 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 ß 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 angeordnet 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 Kreuzbohrkopfes 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 Kreisbohrkronen 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 Kreuzbohrkopfes.

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 Bohrkronendurchmesser 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 × 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 so wie das Schwingungsverhalten 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 Bohrerkopfanschluß 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 Bohrerkopf 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.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch vielmehr alle fachmännischen Weiterbildungen und Ausgestaltungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens.

Claims (16)

1. Bohrwerkzeug und insbesondere Gesteinsbohrer zur Herstellung von Durchbrüchen in Beton oder Mauerwerk oder dgl., mit einem Bohrerschaft sowie mit einem mit Hartmetall bestückten, topfförmigen Kreuzbohrkopf, welcher aus sich radial erstreckenden Schneidflügeln besteht, die sich axial erstreckende mit Hartmetallstiften bestückte, äußere Schneidflügelränder oder Ringsegmente aufweisen, wobei zwischen den radial außenliegenden Ringsegmenten und einer zentrischen Bohrkopfspitze eine ebenfalls mit Hartmetallstiften bestückte Vertiefung gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kreuzbohrkopf (3) eine einstückig oder einteilig mit diesem verbundene Doppel-Förderwendel (4) zugeordnet ist, daß zwei gegenüberliegende Aussparungen (11, 11′) als Bohrmehlauslauf im Bereich des Auslaufs (17) der jeweiligen Wendel (4, 4′) münden und zwei weitere Aussparungen (12, 12′) um 90° hierzu versetzt angeordnet sind, daß die sich dem Auslauf (17) der Förderwendel (4) anschließende Mantelfläche (14) des Kreuzbohrkopfes (3) eine vorzugsweise konkave Einschnürung oder Taillierung (15) aufweist, derart, daß alle Schneidflügel (7 bis 10) einen möglichst gleichen Längsquerschnitt aufweisen, so daß der Kreuzbohrkopf (3) mit Förderwendelauslauf einen weitestgehend symmetrischen bzw. glockenförmigen Aufbau aufweist.

2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier von Aussparungen (11, 11′) bzw. (12, 12′) unterbrochene Schneidflügel (7-10) mit radial außenliegenden, sich axial erstreckenden Ringsegmenten (19) vorgesehen sind, wobei zwei gegenüberliegende Aussparungen oder Auskehlungen (11, 11′) jeweils einen zur Bohrlängsachse (30) hin gerichteten schrägen Auslauf von ungefähr 45° gegenüber einer achsparallelen aufweisen, die in den Auslauf (17) der jeweiligen Bohrmehlnut einer doppelgängigen Förderwendel (4′, 4′′) münden, und wobei zwei weitere Aussparungen (12, 12′) einen weitestgehend achsparallelen Auslauf mit einer steilen Schräge (18) zu den darunterliegenden Bohrmehlnuten (4′, 4′′) aufweisen.

3. Bohrer nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D₁) der Kreuzbohrkrone um ca. 10% größer ist als der Außendurchmesser (D₃) der Förderwendel (4).

4. Bohrer nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (l₁) der Förderwendel (4) wenigstens doppelt so groß ist wie der Außendurchmesser (D₁) des Kreuzbohrkopfes (3).

5. Bohrer nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförmige Kreuzbohrkopf (3) einen zur Zentrierspitze hin halbkreisförmig gewölbten, umlaufenden Kronenboden (28) aufweist.

6. Bohrer nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite der Ringsegmente (19) der Schneidflügel (7 bis 10) einen dachförmigen oder V-förmigen Querschnitt (20) aufweisen, und daß wenigstens die radial außen liegenden Schrägen (21) der dachförmigen Fläche (20) einen Hartmetall-Schneidstiftbesatz (23, 23′) bzw. (24, 24′) aufweisen.

7. Bohrer nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innenliegende schräge Fläche (22) der dachförmigen Stirnfläche (20) jedes Ringsegments (19) wenigstens bei zwei gegenüberliegenden. Schneidflügeln (7, 9) einen Hartmetall-Schneidstiftbesatz (25, 25′) aufweist.

8. Bohrer 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. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der bogenförmige Boden (28) des topfförmigen Kreuzbohrkopfes (3) wenigstens zwei, vorzugsweise asymmetrisch und in unterschiedlichen radialen Abständen zur Bohrerlängsachse (30) angeordnete Schneidstifte (26, 27) aufweist.

10. Bohrer 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 Bohrerwendel (4, 4′) verstärkten Wandungsabschnitt (14) bzw. der Taillierung (15) angeordnet ist.

11. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen (19, 29′) aller Hartmetallstifte einen Winkel α₁ = α₃ ≈ 30° gegenüber einer achsparallelen Vertikalen (40) einschließen und daß insbesondere die Mittelachsen (29, 29′) jeweils die Flächennormalen auf die Einsatzflächen (20, 28) der Hartmetallstifte bilden.

12. Bohrer 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. Bohrer nach einem der folgenden 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 insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, der Bohrerschaft (2) mit einer Länge (l₃) mit der Förderwendel (4) insbesondere über eine Reibschweißverbindung (31) verbunden ist, wobei wenigstens der oberste Teil (32) mit der Länge (l₄) als zylindrisches Schaftteil (32) ausgebildet ist und daß zwischen diesem zylindrischen Schaftteil (32) und einem zylindrischen Einspannteil (33) für die Antriebsmaschine wenigstens ein und insbesondere zwei konische Schaftteilabschnitte (34, 35) mit einer Länge (l₅, l₇) vorgesehen sind.

15. Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerschaft (2) abschnittsweise aus einem oberen zylindrischen Schaftabschnitt (32) mit der Länge (l₄), einem nachfolgenden konischen Schaftabschnitt (34) mit der Länge (l₅) einem weiteren zylindrischen Schaftabschnitt (47) mit der Länge (l₆) und einem weiteren konischen Schaftabschnitt (35) mit der Länge (l₇) ausgebildet ist, dem sich der zylindrische Einspannteil (33) mit der Länge (l₈) anschließt.

16. Bohrwerkzeug nach Anspruch 2 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (l₄, l₆) der zylindrischen Schaftabschnitte (32, 47) eine axiale Länge aufweisen, die wenigstens zwei- bis viermal des oberen Schaftdurchmessers (D₄) entspricht.