EP3645199A1 - Drill for chiseling stone - Google Patents

Drill for chiseling stone

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Publication number
EP3645199A1
EP3645199A1 EP18730409.2A EP18730409A EP3645199A1 EP 3645199 A1 EP3645199 A1 EP 3645199A1 EP 18730409 A EP18730409 A EP 18730409A EP 3645199 A1 EP3645199 A1 EP 3645199A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill
intake
section
cross
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.)
Pending
Application number
EP18730409.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus-Peter Bohn
Roland Foser
Markus Hartmann
Bastian PLÜMACHER
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.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP3645199A1 publication Critical patent/EP3645199A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B51/02—Twist drills
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    • 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
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    • E21B10/36—Percussion drill bits
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    • B25D2222/21—Metals
    • B25D2222/51—Hard metals, e.g. tungsten carbide

Definitions

  • the present invention relates to a drill for the chiselling of rocks.
  • the invention relates to a drill in which emerging cuttings can be removed via a hollow shaft.
  • the drill has and does not require a helical shank.
  • the drill for the chisel machining of rock has a striking surface at a male end, a hollow shank within which a delivery channel is provided and a drill head.
  • the drill head has three or more blades and one or more suction ports on one end face.
  • suction channels are arranged, which connect the intake ports with the delivery channel.
  • a cross section of the intake ducts increases from the intake port to the delivery channel.
  • the expanding intake duct shows a lower tendency to clog than an intake duct with a constant or even decreasing cross section.
  • An embodiment provides that the cross section of the intake ducts increases within a arranged at the height of the cutting portion of the cutting towards the conveyor channel.
  • the change of the cross section is as close as possible to the end face.
  • An embodiment provides that the intake opening has a smaller cross-sectional area than a cross section through the intake passage.
  • An embodiment provides that the intake ducts are spaced from a lateral surface of the drill head.
  • an inner surface of the intake duct closer to the lateral surface has a smaller inclination relative to the drill axis than an inner surface of the intake duct remote from the lateral surface.
  • a first portion of the intake passage adjacent to the intake port has a first incline relative to the drill axis and a second portion of the intake passage adjacent the hollow shaft has a second incline with respect to the drill axis. The second slope is greater than the first slope.
  • the intake openings are triangular-shaped.
  • the cutting edges of the drill head are preferably made of sintered tungsten carbide.
  • the hard material is particularly suitable for chiselling stone.
  • the blades may have a rake face and a flank face, both forming part of the face and contacting each other along a chisel edge.
  • the geometry is particularly well suited for the chiselling of rocks.
  • Fig. 1 a drill
  • Fig. 2 shows a drill head of the drill in a side view
  • Fig. 3 is a section through the drill head
  • Fig. 4 is a plan view of the front side of the drill head
  • Fig. 5 shows a drill head of the drill in a side view
  • Fig. 6 is a section through the drill head
  • Fig. 7 is a plan view of the front side of the drill head
  • Fig. 8 is a section through a drill head
  • Fig. 9 is a section through the hollow shaft
  • Fig. 10 is a section through the hollow shaft. Identical or functionally identical elements are indicated by like reference numerals in the figures, unless stated otherwise.
  • FIG. 1 shows an exemplary drill 1.
  • the drill 1 has a drill head 2 with suction openings 3, a hollow shaft 4 with a suction connection 5 and a An insertion end 6 with a striking surface 7.
  • a collar 8 can surround the suction connection 5.
  • the drill 1 is for the mining of mineral building materials, e.g. Concrete, brick, laid out.
  • the spigot 6 can be used in a hand tool, e.g. a drill, a hammer drill, are used.
  • a striking mechanism of the power tool periodically strikes the striking surface 7 at the insertion end 6.
  • the shock wave of the stroke passes through the hollow shaft 4 in the direction of impact 9 up to the drill head 2.
  • the drill head 2 shatters the mineral material.
  • the drill 1 is preferably rotated between the blows in a direction of rotation 10 about its drill axis 11.
  • the drill 1 strikes in succession in different orientations on the material.
  • the resulting cuttings can be removed directly from the end face 12 of the drill 1 from the borehole.
  • a vacuum cleaner is connected to the cuff 8.
  • the air stream sucks the drill cuttings against the intake openings 3 directly at the end face 12 of the drill 1.
  • the cuttings are removed within the hollow shaft 4.
  • the exemplary drill head 2 has a base 13 and a plurality of cutters 14 embedded in the base 13.
  • the cutters 14 form the tip 15 of the drill head 2.
  • the cutters 14 project in the direction of impact 9 with respect to the base 13.
  • the end face 12 of the drill head 2 is made up of the end faces 16 of the cutting edges 14 pointing in the direction of impact 9 and the end faces 17 of the base 13.
  • the base 13 has a cylindrical lateral surface 18.
  • the blades 14 protrude in the radial direction with respect to the lateral surface 18.
  • the lateral surface 18 may be circumferentially closed below the cutting edges 14.
  • a bottom 19 of the base 13 is disposed on the hollow shaft 4.
  • the bottom 19 may be welded, soldered or connected in an analogous manner materially connected to the shaft 4.
  • the drill head 2 can be connected to the shaft 4 by means of a screw connection, a bayonet lock or preferably a conical-press connection (FIG. 6).
  • the blades 14 are preferably made of a sintered tungsten carbide-containing material.
  • a portion 14 of the base 13 made of the sintered tungsten carbide-containing material and a bottom-forming portion 21 of the sintered iron-based material can be produced (FIG. 3).
  • the cutting edges 14 are arranged in a star shape around the drill axis 11.
  • the cutting edges 14 are interconnected monolithically, in particular without joining zone by welding, soldering, terminals, etc. connected to each other.
  • the blades 14 are preferably sintered from a tungsten carbide-containing material.
  • the blades 14 are preferably regular or arranged in pairs around the drill axis 11 regularly.
  • the four identical cutting edges 14 are arranged at intervals of 90 degrees in the direction of rotation 10.
  • the blades may be formed differently.
  • the drill head has major cutting edges and minor cutting edges.
  • the exemplary embodiment shows four blades 14; in other embodiments, the drill bit 2 may have three, five or six blades 14.
  • the cutting edges 14 each have a chisel edge 22 projecting in the direction of impact 9, which tapers in the radial direction onto a tip 15 of the drill head 2.
  • the chisel edge 22 may be rectilinear or curved.
  • the chisel edges 22 are preferably identical or pairwise identical. In the illustrated embodiment, all chisel edges run
  • the single tip 15 of the drill head 2 is preferably located on the drill axis 11.
  • each blade 14 is formed by a rake face
  • the rake face 23 and the flank face 24 both face in the direction of impact 9 and touch each other along the chisel edge 22.
  • the rake face 23 and the flank face 24 are expanded in the radial direction.
  • the rake surface 23 and the flank 24 extend from adjacent to the outer edge surface 25 to the drill axis 11 or in the vicinity of the drill axis 11.
  • the rake face 23 is in front of the free surface 24 in the usual direction of rotation 10 of the drill head 2 leading. Looking at the drill head 2 is the usual direction of rotation 10 counterclockwise.
  • the clamping surface 23 and the free surface 24 are inclined relative to the drill axis 11.
  • the rake face 23 rises counter to the direction of rotation 10 in the direction of impact 9; the free surface 24 falls against the direction of rotation 10 in the direction of impact 9 from.
  • the rake surface 23 and the free surface 24 are therefore inclined to each other.
  • a roof angle 26 between the rake face 23 and the flank 24 is greater than 45 degrees, for example greater than 60 degrees and less than 120 degrees.
  • the roof angle 26 may be constant or changing in the radial direction.
  • edge surface 25 of the blades 14 is preferably oriented parallel to the drill axis 11.
  • the edge surface 25 defines with its radial distance to the drill axis 11, the diameter 27 of the drill head 2.
  • the edge surface 25 forms a demolition edge 28 which rests against a borehole wall during drilling.
  • the breakaway edges 28 assist in forming a circular cylindrical shape of the wellbore by breaking off rock projecting radially into the wellbore.
  • the edge surface 25 is preferably in the radial direction with respect to the lateral surface 18 of the cylindrical base 13 in front.
  • the cutters 14 divide an upper portion of the lateral surface 18 into a plurality of cylindrical sectors.
  • a connected to the upper portion lower portion of the lateral surface 18 is preferably circumferentially closed, that is completely cylindrical.
  • On the front side 12 of the drill head 2 a plurality of suction openings 3 are provided.
  • the suction openings 3 may be arranged centrally between adjacent chisel edges 22.
  • the suction openings 3 are preferably located in the end faces 17 of the base 13.
  • the suction openings 3 are circumferentially closed, for this purpose, the suction openings 3 are arranged at a distance from the lateral surface 18.
  • a radial distance of the suction openings 3 is for example between 5% and 20% of the diameter of the drill head 2.
  • the suction openings 3 are arranged along the drill axis 11 offset from the chisel edges 22.
  • the suction openings 3 are lower than the chisel edges 22 and thus do not influence or in negligible measure the chiseling functionality of the drill head 2.
  • An axial offset 29 of the suction openings 3 to the tip 15 is preferably greater than 15% of the diameter 27 of the drill. 1
  • an intake passage 30 connects the suction ports 3 from the end face 12 with the bottom 19 of the drill head 2.
  • the predetermined flow direction 31 is from the suction ports 3 to the bottom 19, i. against the direction of impact 9.
  • the intake passage 30 is closed transversely to the flow direction over the entire length.
  • the intake passage 30 extends completely within the base thirteenth
  • the suction channel 30 approaches along the flow direction 31 of the drill axis 11 at.
  • the approach is not rectilinear, but the intake passage 30 is at least partially curved.
  • An upper portion 32 of the intake duct 30 adjacent to the intake ports 3 is substantially parallel to the blades 14, ie to the drill axis 11.
  • the intake port 30 does not approach or only slightly approaches the blades 14 in the flow direction 31.
  • An approximation of the intake duct 30 to the drill axis 11 in the upper portion 32 is preferably less than 5% of the diameter 27 of the drill 1.
  • the centroid in the cross sections perpendicular to the drill axis 11 can be used.
  • the upper portion 32 extends over at least 50%, eg 75%, of the height of the blades 14, preferably at least the entire height of the blades 14.
  • the upper portion 32 may be rectilinear or curved.
  • a lower portion 33 of the intake passage 30 adjacent to the hollow shaft 4 is inclined with respect to the blades 14.
  • the lower portion 33 approaches toward the shank 4 progressively the drill axis 11 at.
  • the lower portion 33 of the intake duct 30 may be in the hollow with an inclination between 10 degrees and 30 degrees Run in shank 4.
  • the suction channel 30 preferably approaches between 5% and 30% of the diameter 27 of the drill 1 to the drill axis 11 at.
  • the exemplary lower portion 33 is continuously curved.
  • the lower section can also be designed in a straight line.
  • a portion connecting the upper portion to the lower portion is correspondingly curved.
  • All curved sections of the intake duct 30 preferably have a radius of curvature greater than 80% of the diameter 27 of the drill 1.
  • the intake duct 30 has smooth inner walls over its entire length. The gentle curvatures with the large radii of curvature promote a smooth transport of the cuttings in the intake ducts 30. In particular, jamming or jamming of larger pieces of cuttings is avoided.
  • the suction openings 3 have an area fraction of 10% to 25% on the front side 12.
  • the high proportion is advantageous in order to ensure a removal of the cuttings.
  • the intake passage 30 may have a cross-section widening along the flow direction 31.
  • the smallest cross section has the intake passage 30 at or near the intake port 3.
  • the change in the cross section reduces a tendency of the intake port 30 to clog.
  • the area of the cross section changes by at least 30%, preferably by more than 60%.
  • the area of the cross section is determined in planes perpendicular to the drill axis 11. The change preferably occurs entirely or mainly within the upper portion 32, ie at the level of the blades 14.
  • a radially outer wall of the intake ports 30 is preferably parallel to the drill axis 11, while a radially inner wall of the intake ports 30 approaches the drill shaft 11, to get the cross-sectional widening.
  • the exemplary intake ports 3 are non-circular.
  • the suction openings 3 have a triangular shape. Corners of the intake ports 3 may be pointed or rounded. The sides connecting the corners can be straight or curved. Characterizing a triangle is a circle in the suction port 3 inscribed, which touches each of the three sides in exactly one point. Further, for a triangle, a distance between the center of the inscribed circle and the sides from the corners to the point touched by the circle continuously decreases.
  • a corner of the suction ports 3 faces the tip 15 of the drill bit 2.
  • An interior angle 34 at the corner preferably corresponds approximately to the angular distance between the adjacent blades 14, eg 90 degrees. Approximately in this context describes a deviation of less than 20%.
  • the surface area of the suction openings 3 is significantly larger than the surface area of the inscribed circle.
  • the surface area of the suction openings 3 is larger by at least 30%, for example at least 100% larger.
  • the hollow shaft 4 has a conveying channel 35 extending along the drill axis 11.
  • the conveying channel 35 has a constant cross section over the length of the shaft 4.
  • An area of the cross section of the conveying channel 35 is preferably equal to the sum of the cross sections of the suction channels 30.
  • the conveying channel 35 has For example, an area ratio of 15% to 65% at the cross section of the shaft 4.
  • the conveyor channel 35 may be centrally located on the drill axis 11.
  • the delivery channel 35 ends below the drill head 2, in particular below the base 13.
  • the end of the delivery channel 35 is preferably rounded dome-shaped.
  • the suction channels 30 from the drill head 2 open into the delivery channel 35 of the hollow shaft 4.
  • the junction is at or near one end of the delivery channel 35.
  • the surfaces at the junction are rounded.
  • the suction connection 5 contains a radial puncture 36 in the delivery channel 35.
  • the sleeve 8 encloses, preferably airtight, the cylindrical shaft in the region of the puncture 36.
  • the collar 8 is rotatable relative to the shaft 4.
  • the exemplary male end 6 of the drill 1 is designed for the use of rotary chiseling hand tool machines.
  • the spigot 6 has a substantially cylindrical shape.
  • the spigot 6 has two closed grooves 37, in which locking elements of the power tool radially engage and can slide along the drill axis 11. Along the drill axis 11 longitudinally aligned grooves 38 allow the introduction of torque from the power tool.
  • the drill 1 is preferably made of different materials.
  • the shank 4 and the insertion end 6 are preferably made of a tough and ductile steel.
  • the cutting edges 14 of the drill head 2 are made of very hard and abrasion-resistant sintered tungsten carbide.
  • the tungsten carbide has a volume fraction of at least 70% by volume.
  • the metallic binder preferably contains one or more of the metals: cobalt and nickel.
  • the binder can be made entirely of cobalt.
  • the drill head 2 can not be produced in a conventional manner in a master mold, which is subsequently machined to form the intake passages 30.
  • a manufacturing method is proposed, with which the desired intake ports 30 molds.
  • the manufacturing method described can be modified in details, without departing from its principle.
  • a thin powder layer is prepared by spraying a suspension with tungsten carbide and the metallic binder.
  • An adhesive is printed on the powder layer structured. The adhesive traces a cross section through the drill head 2. The deposition of a powder layer and the adhesive is repeated until a blank of the drill head 2 is replicated. The excess powder, especially in the suction channels 30, can be removed by water. The water penetrates between the non-adhesive layers and breaks them up. The resulting blank now corresponds to the shape of the drill head 2. The green compact can be sintered.
  • the problem in the production of the drill head 2 is based on the high mechanical requirement of the drill head 2, which allows only a very low porosity.
  • a necessary density of the drill head 2 must be greater than 98% of the theoretically achievable value.
  • the green body must have a density of at least 50% of the theoretical density before sintering.
  • the sintering is accompanied by a typical shrinking, which closes the pores sufficiently from this value.
  • Conventional methods of compacting the green compact in a mold achieve these values.
  • a promising approach is based on a tungsten carbide / cobalt oxide powder mixture.
  • the cobalt oxide is converted to cobalt after forming the green compact.
  • the suspension contains as liquid water or alcohol, preferably isopropyl alcohol.
  • the ratio of liquid to powder is in the range of 3 to 5 to 1.
  • the suspension can be sprayed evenly under pressure through a thin nozzle. After spraying, the layer is dried at slightly above room temperature.
  • the layers have a uniform thickness in the range between 20 ⁇ and 30 ⁇ .
  • the adhesive is based on an aqueous solution of polyethyleneimine. Polyethyleneimine shows a very high affinity to bind to the grains of tungsten carbide. As a result, a good bonding is achieved.
  • the weight fraction of polyethylenimine in the solution can range between 1% and 5%.
  • the adhesive is dried at slightly above room temperature. After application of the last layer, the adhesive is cured in an oven at about 150 degrees Celsius (° C). Subsequently, the excess powder is removed by water. The cobalt oxide in the green body is converted to cobalt by the green body in a Hydrogen-containing atmosphere is kept at 600 ° C to 700 ° C for several hours. Finally, the green compact can be sintered at a temperature between 1250 ° C and 1400 ° C.
  • the iron-containing lower portion 21 of the base 13 can also be made over a three-dimensional shape.
  • a green compact can also be printed and then sintered.
  • processes such as laser deposition welding, selective laser melting (SLM) or selective laser sintering (SLS) are also possible for the production of steel bodies.
  • the blades 14 are cross-shaped, as in the embodiment of Fig. 2.
  • the blades 14 are preferably sintered from tungsten carbide.
  • the pedestal 40 has an upper portion 41 and a lower portion 42 as in the previous embodiment. The difference with the previous embodiment is that the pedestal 40 is formed of a material.
  • the upper portion 41 is also formed in this case of a ferrous material.
  • the upper portion 41 has a cross-shaped slot in which the blades 14 are inserted.
  • the end face 12 of the drill head 2 is thereby made of the hard cutting edges 14 and the end face 43 of the relatively softer base 40.
  • the cutting edges 14 may be soldered or welded to the base 40.
  • the intake ports 30 are closed in the upper portion 41 of the base 13.
  • the intake ports 30 are spaced from both the periphery of the drill head 2 and the blades 14. The course of the channels and their further properties may correspond to the previous embodiment.
  • the drill bit 44 also has a socket 40 and four blades 14.
  • the socket 40 and blades 14 may be shaped as in any of the previous embodiments.
  • the suction openings 3 are arranged on base 40, the suction channels 30 extend in the base 40 analogous to the preceding embodiments.
  • the hollow shaft 45 has a delivery channel 46 and a core 47.
  • the core 47 is a rod-shaped solid structure which lies on the drill axis 11. A blow to the striking surface 7 is transmitted via the soul 47 on the cutting 14.
  • the delivery channel 46 may, for example, surround the core 47 in an annular manner (FIG. 9).
  • the suction channels 30 open into the delivery channel 46.
  • the core 47 can be supported by struts 48 on the outer shell of the shaft 4 (FIG. 10).
  • the struts 48 may be the delivery channel 46 subdivided into several channels, for example, each intake channel 30, a delivery channel 35 48 assigned.

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Abstract

The invention relates to a drill (1) for chiseling stone, the drill having an impact surface (7) on an insertion end (6), a hollow shaft (4) inside which a conveying duct (35) is provided, and a drill head (2). The drill head (2) has three or more blades (14) and one or more intake openings (3) on an end face (12). Intake ducts (30) are located inside the drill head (2) which connect the intake openings (3) to the conveying duct (35). A cross-section of the intake ducts (30) increases from the intake opening (3) to the conveying duct (35). The expanding intake duct (30) is less likely to become obstructed than an intake duct (30) having a cross-section which is constant or even decreases.

Description

Bohrer für die meißelnde Bearbeitung von Gestein  Drill for chiselling stone
GEBIET DER ERFINDUNG FIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer für die meißelnde Bearbeitung von Gestein. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Bohrer, bei welchem entstehendes Bohrgut über einen hohlen Schaft abtransportiert werden kann. Der Bohrer hat und benötigt keinen wendeiförmigen Schaft. The present invention relates to a drill for the chiselling of rocks. In particular, the invention relates to a drill in which emerging cuttings can be removed via a hollow shaft. The drill has and does not require a helical shank.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG DISCLOSURE OF THE INVENTION
Der Bohrer für die meißelnde Bearbeitung von Gestein hat eine Schlagfläche an einem Einsteckende, einen hohlen Schaft, innerhalb welchem ein Förderkanal vorgesehen ist und einen Bohrkopf. Der Bohrkopf hat an einer Stirnseite drei oder mehr Schneiden und ein oder mehreren Ansaugöffnungen. Innerhalb des Bohrkopfs sind Ansaugkanäle angeordnet, die die Ansaugöffnungen mit dem Förderkanal verbinden. Ein Querschnitt der Ansaugkanäle von der Ansaugöffnung zu dem Förderkanal hin zunimmt. Der sich erweiternde Ansaugkanal zeigt eine geringere Neigung zu verstopfen als ein Ansaugkanal mit konstanten oder gar sich verringernden Querschnitt. The drill for the chisel machining of rock has a striking surface at a male end, a hollow shank within which a delivery channel is provided and a drill head. The drill head has three or more blades and one or more suction ports on one end face. Within the drill head suction channels are arranged, which connect the intake ports with the delivery channel. A cross section of the intake ducts increases from the intake port to the delivery channel. The expanding intake duct shows a lower tendency to clog than an intake duct with a constant or even decreasing cross section.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Querschnitt der Ansaugkanäle innerhalb eines auf Höhe der Schneiden angeordneten Abschnitts der Schneiden in Richtung zu dem Förderkanal zunimmt. Die Änderung des Querschnitts ist möglichst nahe an der Stirnfläche. An embodiment provides that the cross section of the intake ducts increases within a arranged at the height of the cutting portion of the cutting towards the conveyor channel. The change of the cross section is as close as possible to the end face.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Ansaugöffnung eine geringere Querschnittfläche als ein Querschnitt durch den Ansaugkanal aufweist. An embodiment provides that the intake opening has a smaller cross-sectional area than a cross section through the intake passage.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Ansaugkanäle von einer Mantelfläche des Bohrkopfs beabstandet sind. An embodiment provides that the intake ducts are spaced from a lateral surface of the drill head.
Eine Ausgestaltung sieht vor, eine der Mantelfläche nähere Innenfläche des Ansaugkanals eine geringere Neigung gegenüber der Bohrerachse wie eine von der Mantelfläche ferner Innenfläche des Ansaugkanals aufweist. In einer Ausgestaltung weisen ein an die Ansaugöffnung angrenzender erster Abschnitt des Ansaugkanals eine erste Neigung gegenüber der Bohrerachse und ein an den hohlen Schaft angrenzender zweiter Abschnitt des Ansaugkanals eine zweite Neigung gegenüber der Bohrerachse auf. Die zweite Neigung ist größer als die erste Neigung. One embodiment provides that an inner surface of the intake duct closer to the lateral surface has a smaller inclination relative to the drill axis than an inner surface of the intake duct remote from the lateral surface. In one embodiment, a first portion of the intake passage adjacent to the intake port has a first incline relative to the drill axis and a second portion of the intake passage adjacent the hollow shaft has a second incline with respect to the drill axis. The second slope is greater than the first slope.
In einer Ausgestaltung sind die Ansaugöffnungen dreiecks-förmig. In one embodiment, the intake openings are triangular-shaped.
Die Schneiden des Bohrkopfs sind vorzugsweise aus gesinterten Wolframkarbid. Das harte Material eignet sich besonders für die meißelnde Bearbeitung von Gestein. Die Schneiden können eine Spanfläche und eine Freifläche aufweisen, welche beide einen Teil der Schlagfläche bilden und einander entlang einer Meißelkante berühren. Die Geometrie eignet sich besonders gut für die meißelnde Bearbeitung von Gestein. The cutting edges of the drill head are preferably made of sintered tungsten carbide. The hard material is particularly suitable for chiselling stone. The blades may have a rake face and a flank face, both forming part of the face and contacting each other along a chisel edge. The geometry is particularly well suited for the chiselling of rocks.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen: The following description explains the invention with reference to exemplary embodiments and figures. In the figures show:
Fig. 1 einen Bohrer Fig. 1 a drill
Fig. 2 einen Bohrkopf des Bohrers in einer Seitenansicht Fig. 2 shows a drill head of the drill in a side view
Fig. 3 einen Schnitt durch den Bohrkopf  Fig. 3 is a section through the drill head
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Bohrkopfs  Fig. 4 is a plan view of the front side of the drill head
Fig. 5 einen Bohrkopf des Bohrers in einer Seitenansicht  Fig. 5 shows a drill head of the drill in a side view
Fig. 6 einen Schnitt durch den Bohrkopf  Fig. 6 is a section through the drill head
Fig. 7 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Bohrkopfs Fig. 7 is a plan view of the front side of the drill head
Fig. 8 einen Schnitt durch einen Bohrkopf  Fig. 8 is a section through a drill head
Fig. 9 einen Schnitt durch den hohlen Schaft  Fig. 9 is a section through the hollow shaft
Fig. 10 einen Schnitt durch den hohlen Schaft Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.  Fig. 10 is a section through the hollow shaft. Identical or functionally identical elements are indicated by like reference numerals in the figures, unless stated otherwise.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Bohrer 1. Der Bohrer 1 hat einen Bohrkopf 2 mit Ansaugöffnungen 3, einen hohlen Schaft 4 mit einem Absauganschluss 5 und ein Einsteckende 6 mit einer Schlagfläche 7. Eine Manschette 8 kann den Absauganschluss 5 umschließen. EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. 1 shows an exemplary drill 1. The drill 1 has a drill head 2 with suction openings 3, a hollow shaft 4 with a suction connection 5 and a An insertion end 6 with a striking surface 7. A collar 8 can surround the suction connection 5.
Der Bohrer 1 ist für den Abbau von mineralischen Bauwerkstoffen, z.B. Beton, Ziegel, ausgelegt. Das Einsteckende 6 kann in einer Handwerkzeugmaschine, z.B. einer Bohrmaschine, einem Bohrhammer, eingesetzt werden. Ein Schlagwerk der Handwerkzeugmaschine schlägt periodisch auf die Schlagfläche 7 an dem Einsteckende 6. Die Stoßwelle des Schlags durchläuft den hohlen Schaft 4 in Schlagrichtung 9 bis zu dem Bohrkopf 2. Der Bohrkopf 2 zertrümmert den mineralischen Werkstoff. Der Bohrer 1 wird vorzugsweise zwischen den Schlägen in einem Drehsinn 10 um seine Bohrerachse 11 gedreht. Der Bohrer 1 schlägt in Folge in unterschiedlichen Orientierungen auf den Werkstoff ein. Das entstehende Bohrgut kann unmittelbar von der Stirnseite 12 des Bohrers 1 aus dem Bohrloch entfernt werden. Ein Staubsauger wird an die Manschette 8 angeschlossen. Der Luftstrom saugt das Bohrgut an den Ansaugöffnungen 3 unmittelbar an der Stirnseite 12 des Bohrers 1 an. Das Bohrgut wird innerhalb des hohlen Schafts 4 abtransportiert. The drill 1 is for the mining of mineral building materials, e.g. Concrete, brick, laid out. The spigot 6 can be used in a hand tool, e.g. a drill, a hammer drill, are used. A striking mechanism of the power tool periodically strikes the striking surface 7 at the insertion end 6. The shock wave of the stroke passes through the hollow shaft 4 in the direction of impact 9 up to the drill head 2. The drill head 2 shatters the mineral material. The drill 1 is preferably rotated between the blows in a direction of rotation 10 about its drill axis 11. The drill 1 strikes in succession in different orientations on the material. The resulting cuttings can be removed directly from the end face 12 of the drill 1 from the borehole. A vacuum cleaner is connected to the cuff 8. The air stream sucks the drill cuttings against the intake openings 3 directly at the end face 12 of the drill 1. The cuttings are removed within the hollow shaft 4.
Der beispielhafte Bohrkopf 2 hat einen Sockel 13 und mehrere in den Sockel 13 eingebettete Schneiden 14. Die Schneiden 14 bilden die Spitze 15 des Bohrkopfs 2. Die Schneiden 14 stehen gegenüber der Sockel 13 in Schlagrichtung 9 vor. Die Stirnseite 12 des Bohrkopfs 2 setzt sich aus den in Schlagrichtung 9 weisenden Stirnflächen 16 der Schneiden 14 und den Stirnflächen 17 des Sockels 13 zusammen. Der Sockel 13 hat eine zylindrische Mantelfläche 18. Vorzugsweise stehen die Schneiden 14 in radialer Richtung gegenüber der Mantelfläche 18 vor. Die Mantelfläche 18 kann unterhalb der Schneiden 14 umfänglich geschlossen sein. Eine Unterseite 19 des Sockels 13 ist auf dem hohlen Schaft 4 angeordnet. Die Unterseite 19 kann verschweißt, verlötet oder in analoger Weise materialschlüssig mit dem Schaft 4 verbunden sein. In anderen Ausführungen kann der Bohrkopf 2 mittels einer Schraubverbindung, einem Bajonettverschluss oder vorzugsweise einer Kegelpressverbindung (Fig. 6) mit dem Schaft 4 verbunden sein. Die Schneiden 14 sind vorzugsweise aus einem gesinterten Wolframkarbid-haltigen Werkstoff. In einer Ausgestaltung kann ein die Schneiden 14 umfänglicher Abschnitt 20 des Sockels 13 aus dem gesinterten Wolframkarbid-haltigen Werkstoff und ein die Unterseite bildender Abschnitt 21 aus dem gesinterten Eisen-basierten Werkstoff hergestellt sein (Fig. 3). Die Schneiden 14 sind sternförmig um die Bohrerachse 11 angeordnet. Die Schneiden 14 sind monolithisch zusammenhängend, insbesondere ohne Fügezone durch Schweißen, Löten, Klemmen etc. miteinander verbunden. Die Schneiden 14 sind vorzugsweise aus einem Wolframkarbid-haltigem Material gesintert. Die Schneiden 14 sind vorzugsweise regelmäßig oder paarweise regelmäßig um die Bohrerachse 11 angeordnet. Beispielsweise sind die vier identischen Schneiden 14 in Abständen von 90 Grad in dem Drehsinn 10 angeordnet. In anderen Ausführungsformen können die Schneiden unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise hat der Bohrkopf Hauptschneiden und Nebenschneiden. Die beispielhafte Ausführungsform zeigt vier Schneiden 14; in anderen Ausführungsformen kann der Bohrkopf 2 drei, fünf oder sechs Schneiden 14 aufweisen. The exemplary drill head 2 has a base 13 and a plurality of cutters 14 embedded in the base 13. The cutters 14 form the tip 15 of the drill head 2. The cutters 14 project in the direction of impact 9 with respect to the base 13. The end face 12 of the drill head 2 is made up of the end faces 16 of the cutting edges 14 pointing in the direction of impact 9 and the end faces 17 of the base 13. The base 13 has a cylindrical lateral surface 18. Preferably, the blades 14 protrude in the radial direction with respect to the lateral surface 18. The lateral surface 18 may be circumferentially closed below the cutting edges 14. A bottom 19 of the base 13 is disposed on the hollow shaft 4. The bottom 19 may be welded, soldered or connected in an analogous manner materially connected to the shaft 4. In other embodiments, the drill head 2 can be connected to the shaft 4 by means of a screw connection, a bayonet lock or preferably a conical-press connection (FIG. 6). The blades 14 are preferably made of a sintered tungsten carbide-containing material. In one embodiment, a portion 14 of the base 13 made of the sintered tungsten carbide-containing material and a bottom-forming portion 21 of the sintered iron-based material can be produced (FIG. 3). The cutting edges 14 are arranged in a star shape around the drill axis 11. The cutting edges 14 are interconnected monolithically, in particular without joining zone by welding, soldering, terminals, etc. connected to each other. The blades 14 are preferably sintered from a tungsten carbide-containing material. The blades 14 are preferably regular or arranged in pairs around the drill axis 11 regularly. For example, the four identical cutting edges 14 are arranged at intervals of 90 degrees in the direction of rotation 10. In other embodiments, the blades may be formed differently. For example, the drill head has major cutting edges and minor cutting edges. The exemplary embodiment shows four blades 14; in other embodiments, the drill bit 2 may have three, five or six blades 14.
Die Schneiden 14 haben jeweils eine in Schlagrichtung 9 vorstehende Meißelkante 22, welche in radialer Richtung auf eine Spitze 15 des Bohrkopfs 2 zuläuft. Die Meißelkante 22 kann geradlinig oder geschwungen sein. Die Meißelkanten 22 sind vorzugsweise identisch oder paarweise identisch ausgebildet. Bei der dargestellten Ausgestaltung laufen alle MeißelkantenThe cutting edges 14 each have a chisel edge 22 projecting in the direction of impact 9, which tapers in the radial direction onto a tip 15 of the drill head 2. The chisel edge 22 may be rectilinear or curved. The chisel edges 22 are preferably identical or pairwise identical. In the illustrated embodiment, all chisel edges run
22 bis zu der Spitze 15; in anderen Ausgestaltungen reichen nur Meißelkanten der Hauptschneiden bis zu der Spitze 15. Die einzige Spitze 15 des Bohrkopfs 2 liegt vorzugsweise auf der Bohrerachse 11. 22 to the top 15; in other embodiments, only chisel edges of the main cutting edges extend to the tip 15. The single tip 15 of the drill head 2 is preferably located on the drill axis 11.
Die in Schlagrichtung 9 weisende Stirnfläche 16 jeder Schneide 14 ist durch eine SpanflächeThe pointing in the direction of impact 9 end face 16 of each blade 14 is formed by a rake face
23 und eine Freifläche 24 gebildet. Die Spanfläche 23 und die Freifläche 24 weisen beide in die Schlagrichtung 9 und berühren einander entlang der Meißelkante 22. Die Spanfläche 23 und die Freifläche 24 sind in radialer Richtung ausgedehnt. Die Spanfläche 23 und die Freifläche 24 erstrecken sich von angrenzend an die äußere Randfläche 25 bis zu der Bohrerachse 11 oder in die Nähe der Bohrerachse 11. Die Spanfläche 23 ist gegenüber der Freifläche 24 in dem üblichen Drehsinn 10 des Bohrkopfs 2 vorauslaufend. Auf den Bohrkopf 2 blickend ist der übliche Drehsinn 10 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Spanfläche 23 und die Freifläche 24 sind gegenüber der Bohrerachse 11 geneigt. Die Spanfläche 23 steigt entgegen dem Drehsinn 10 in Schlagrichtung 9 an; die Freifläche 24 fällt entgegen dem Drehsinn 10 in Schlagrichtung 9 ab. Die Spanfläche 23 und die Freifläche 24 sind demzufolge zueinander geneigt. Ein Dachwinkel 26 zwischen der Spanfläche 23 und der Freifläche 24 ist größer als 45 Grad, beispielsweise größer als 60 Grad und geringer als 120 Grad. Der Dachwinkel 26 kann in radialer Richtung konstant oder sich ändernd sein. 23 and an open space 24 formed. The rake face 23 and the flank face 24 both face in the direction of impact 9 and touch each other along the chisel edge 22. The rake face 23 and the flank face 24 are expanded in the radial direction. The rake surface 23 and the flank 24 extend from adjacent to the outer edge surface 25 to the drill axis 11 or in the vicinity of the drill axis 11. The rake face 23 is in front of the free surface 24 in the usual direction of rotation 10 of the drill head 2 leading. Looking at the drill head 2 is the usual direction of rotation 10 counterclockwise. The clamping surface 23 and the free surface 24 are inclined relative to the drill axis 11. The rake face 23 rises counter to the direction of rotation 10 in the direction of impact 9; the free surface 24 falls against the direction of rotation 10 in the direction of impact 9 from. The rake surface 23 and the free surface 24 are therefore inclined to each other. A roof angle 26 between the rake face 23 and the flank 24 is greater than 45 degrees, for example greater than 60 degrees and less than 120 degrees. The roof angle 26 may be constant or changing in the radial direction.
Eine von der Bohrerachse 11 abgewandte Randfläche 25 der Schneiden 14 ist vorzugsweise parallel zu der Bohrerachse 11 orientiert. Die Randfläche 25 definiert mit ihrem radialen Abstand zu der Bohrerachse 11 den Durchmesser 27 des Bohrkopfs 2. Die Randfläche 25 bildet eine Abbruchkante 28, welche beim Bohren an einer Bohrlochwand anliegt. Die Abbruchkanten 28 unterstützen das Ausbilden einer kreiszylindrischen Form des Bohrlochs durch Abbrechen von radial in das Bohrloch vorstehendem Gestein. Die Randfläche 25 steht vorzugsweise in radialer Richtung gegenüber der Mantelfläche 18 des zylindrischen Sockel 13 vor. Die Schneiden 14 unterteilen einen oberen Abschnitt der Mantelfläche 18 in mehrere zylindrische Sektoren. Ein mit dem oberen Abschnitt verbundener unterer Abschnitt der Mantelfläche 18 ist vorzugsweise umfänglich geschlossen, d.h. vollkommen zylindrisch. An der Stirnseite 12 des Bohrkopfs 2 sind mehrere Ansaugöffnungen 3 vorgesehen. Die Ansaugöffnungen 3 können mittig zwischen benachbarten Meißelkanten 22 angeordnet sein. Die Ansaugöffnungen 3 liegen vorzugsweise in den Stirnflächen 17 des Sockels 13. Die Ansaugöffnungen 3 sind umfänglich geschlossen, hierzu sind die Ansaugöffnungen 3 beabstandet zu der Mantelfläche 18 angeordnet. Ein radialer Abstand der Ansaugöffnungen 3 liegt beispielsweise zwischen 5 % und 20 % des Durchmessers des Bohrkopfs 2. Die Ansaugöffnungen 3 sind längs der Bohrerachse 11 versetzt zu den Meißelkanten 22 angeordnet. Die Ansaugöffnungen 3 liegen tiefer als die Meißelkanten 22 und beeinflussen somit nicht oder in vernachlässigbaren Maß die meißelnde Funktionalität des Bohrkopfs 2. Ein axialer Versatz 29 der Ansaugöffnungen 3 zu der Spitze 15 ist vorzugsweise größer als 15 % des Durchmesser 27 des Bohrers 1. A side facing away from the drill axis 11 edge surface 25 of the blades 14 is preferably oriented parallel to the drill axis 11. The edge surface 25 defines with its radial distance to the drill axis 11, the diameter 27 of the drill head 2. The edge surface 25 forms a demolition edge 28 which rests against a borehole wall during drilling. The breakaway edges 28 assist in forming a circular cylindrical shape of the wellbore by breaking off rock projecting radially into the wellbore. The edge surface 25 is preferably in the radial direction with respect to the lateral surface 18 of the cylindrical base 13 in front. The cutters 14 divide an upper portion of the lateral surface 18 into a plurality of cylindrical sectors. A connected to the upper portion lower portion of the lateral surface 18 is preferably circumferentially closed, that is completely cylindrical. On the front side 12 of the drill head 2 a plurality of suction openings 3 are provided. The suction openings 3 may be arranged centrally between adjacent chisel edges 22. The suction openings 3 are preferably located in the end faces 17 of the base 13. The suction openings 3 are circumferentially closed, for this purpose, the suction openings 3 are arranged at a distance from the lateral surface 18. A radial distance of the suction openings 3 is for example between 5% and 20% of the diameter of the drill head 2. The suction openings 3 are arranged along the drill axis 11 offset from the chisel edges 22. The suction openings 3 are lower than the chisel edges 22 and thus do not influence or in negligible measure the chiseling functionality of the drill head 2. An axial offset 29 of the suction openings 3 to the tip 15 is preferably greater than 15% of the diameter 27 of the drill. 1
Jeweils ein Ansaugkanal 30 verbindet die Ansaugöffnungen 3 von der Stirnseite 12 mit der Unterseite 19 des Bohrkopfs 2. Die vorgegebenen Strömungsrichtung 31 ist von den Ansaugöffnungen 3 zu der Unterseite 19, d.h. entgegen der Schlagrichtung 9. Der Ansaugkanal 30 ist quer zu der Strömungsrichtung über die gesamte Länge geschlossen. Der Ansaugkanal 30 verläuft dazu vollständig innerhalb des Sockels 13. In each case an intake passage 30 connects the suction ports 3 from the end face 12 with the bottom 19 of the drill head 2. The predetermined flow direction 31 is from the suction ports 3 to the bottom 19, i. against the direction of impact 9. The intake passage 30 is closed transversely to the flow direction over the entire length. The intake passage 30 extends completely within the base thirteenth
Der Ansaugkanal 30 nähert sich längs der Strömungsrichtung 31 der Bohrerachse 11 an. Die Annäherung erfolgt nicht geradlinig, sondern der Ansaugkanal 30 ist wenigstens abschnittsweise gekrümmt. Ein oberer Abschnitt 32 des Ansaugkanals 30 angrenzend an die Ansaugöffnungen 3 ist im Wesentlichen parallel zu den Schneiden 14, d.h. zu der Bohrerachse 11. Der Ansaugkanal 30 nähert sich nicht oder nur in geringem Maß den Schneiden 14 in Strömungsrichtung 31 an. Eine Annäherung des Ansaugkanals 30 an die Bohrerachse 11 in dem oberen Abschnitt 32 ist vorzugsweise geringer als 5 % des Durchmessers 27 des Bohrers 1. Als Maß für die Bestimmung des radialen Abstands kann der Flächenschwerpunkt in den Querschnitten senkrecht zu der Bohrerachse 11 herangezogen werden. Der obere Abschnitt 32 erstreckt sich über wenigstens 50 %, z.B. 75 %, der Höhe der Schneiden 14, vorzugsweise wenigstens die gesamte Höhe der Schneiden 14. Der obere Abschnitt 32 kann geradlinig oder gekrümmt ausgebildet sein. Ein unterer Abschnitt 33 des Ansaugkanals 30 angrenzend an den hohlen Schaft 4 ist gegenüber den Schneiden 14 geneigt. Der untere Abschnitt 33 nähert sich in Richtung zu dem Schaft 4 zunehmend der Bohrerachse 11 an. Der untere Abschnitt 33 des Ansaugkanals 30 kann mit einer Neigung zwischen 10 Grad und 30 Grad in den hohlen Schaft 4 einlaufen. Der Ansaugkanal 30 nähert sich vorzugsweise zwischen 5 % und 30 % des Durchmesser 27 des Bohrers 1 an die Bohrerachse 11 an. Der beispielhafte untere Abschnitt 33 ist durchgehend gekrümmt. Der untere Abschnitt kann auch geradlinig ausgestalten sein. Ein den oberen Abschnitt mit dem unteren Abschnitt verbindender Abschnitt ist entsprechend gekrümmt. Alle gekrümmten Abschnitte des Ansaugkanals 30 haben vorzugsweise einen Krümmungsradius größer als 80 % des Durchmessers 27 des Bohrers 1 Der Ansaugkanal 30 hat über seine gesamte Länge glatte Innenwände. Die sanften Krümmungen mit den großen Krümmungsradien begünstigen einen reibungslosen Transport des Bohrguts in den Ansaugkanälen 30. Insbesondere wird ein Verklemmen oder Verkannten von größeren Bohrgutstücken vermieden. The suction channel 30 approaches along the flow direction 31 of the drill axis 11 at. The approach is not rectilinear, but the intake passage 30 is at least partially curved. An upper portion 32 of the intake duct 30 adjacent to the intake ports 3 is substantially parallel to the blades 14, ie to the drill axis 11. The intake port 30 does not approach or only slightly approaches the blades 14 in the flow direction 31. An approximation of the intake duct 30 to the drill axis 11 in the upper portion 32 is preferably less than 5% of the diameter 27 of the drill 1. As a measure of the determination of the radial distance, the centroid in the cross sections perpendicular to the drill axis 11 can be used. The upper portion 32 extends over at least 50%, eg 75%, of the height of the blades 14, preferably at least the entire height of the blades 14. The upper portion 32 may be rectilinear or curved. A lower portion 33 of the intake passage 30 adjacent to the hollow shaft 4 is inclined with respect to the blades 14. The lower portion 33 approaches toward the shank 4 progressively the drill axis 11 at. The lower portion 33 of the intake duct 30 may be in the hollow with an inclination between 10 degrees and 30 degrees Run in shank 4. The suction channel 30 preferably approaches between 5% and 30% of the diameter 27 of the drill 1 to the drill axis 11 at. The exemplary lower portion 33 is continuously curved. The lower section can also be designed in a straight line. A portion connecting the upper portion to the lower portion is correspondingly curved. All curved sections of the intake duct 30 preferably have a radius of curvature greater than 80% of the diameter 27 of the drill 1. The intake duct 30 has smooth inner walls over its entire length. The gentle curvatures with the large radii of curvature promote a smooth transport of the cuttings in the intake ducts 30. In particular, jamming or jamming of larger pieces of cuttings is avoided.
Die Ansaugöffnungen 3 haben einen Flächenanteil von 10 % bis 25 % an der Stirnseite 12. Der hohe Anteil ist vorteilhaft, um einen Abtransport des Bohrguts zu gewährleisten. Der Ansaugkanal 30 kann einen entlang der Strömungsrichtung 31 sich erweiternden Querschnitt aufweisen. Den geringsten Querschnitt hat der Ansaugkanal 30 an oder nahe der Ansaugöffnung 3. Die Querschnittsänderung verringert eine Neigung des Ansaugkanals 30 zu verstopfen. Der Flächeninhalt des Querschnitts ändert sich um wenigstens 30 %, vorzugsweise um mehr als 60 % ändern. Der Flächeninhalt des Querschnitts wird in Ebenen senkrecht zu der Bohrerachse 11 bestimmt. Die Änderung erfolgt vorzugsweise vollständig oder hauptsächlich innerhalb des oberen Abschnitts 32, d.h. auf Höhe der Schneiden 14. Eine radial äußere Wandung der Ansaugkanäle 30 ist vorzugsweise parallel zu der Bohrerachse 11 , während eine radial innere Wandung der Ansaugkanäle 30 sich an die Bohrerachse 11 annähert, um die Querschnittserweiterung zu erhalten. Die beispielhaften Ansaugöffnungen 3 sind nicht-kreisförmig. Die Ansaugöffnungen 3 haben eine dreieckige Form. Ecken der Ansaugöffnungen 3 können spitz oder gerundet sein. Die die Ecken verbindenden Seiten können geradlinig oder gewölbt ein. Für ein Dreieck kennzeichnend ist ein Kreis in die Ansaugöffnung 3 einschreibbar, welcher jede der drei Seiten in genau einem Punkt berührt. Ferner nimmt für ein Dreieck kennzeichnend ein Abstand zwischen dem Mittelpunkt des eingeschriebenen Kreises zu den Seiten ausgehend von den Ecken bis zu dem von dem Kreis berührten Punkt kontinuierlich ab. Eine Ecke der Ansaugöffnungen 3 weist zu der Spitze 15 des Bohrkopfs 2. Ein Innenwinkel 34 an der Ecke entspricht vorzugsweise etwa dem Winkelabstand zwischen den benachbarten Schneiden 14, z.B. 90 Grad. Etwa beschreibt in diesem Kontext eine Abweichung von weniger als 20 %. Der Flächeninhalt der Ansaugöffnungen 3 ist deutlich größer als der Flächeninhalt des eingeschriebenen Kreises. Der Flächeninhalt der Ansaugöffnungen 3 ist um wenigstens 30 % größer, z.B. wenigstens 100 % größer. Der hohle Schaft 4 hat einen längs der Bohrerachse 11 verlaufenden Förderkanal 35. Der Förderkanal 35 hat einen konstanten Querschnitt über die Länge des Schafts 4. Ein Flächeninhalt des Querschnitts des Förderkanals 35 ist vorzugsweise gleich der Summe der Querschnitte der Ansaugkanäle 30. Der Förderkanal 35 hat beispielsweise einen Flächenanteil von 15 % bis 65 % an dem Querschnitt des Schafts 4. Der Förderkanal 35 kann zentral auf der der Bohrerachse 11 angeordnet sein. Der Förderkanal 35 endet unterhalb des Bohrkopfs 2, insbesondere unterhalb des Sockels 13. Das Ende des Förderkanals 35 ist vorzugsweise kalottenförmig gerundet. The suction openings 3 have an area fraction of 10% to 25% on the front side 12. The high proportion is advantageous in order to ensure a removal of the cuttings. The intake passage 30 may have a cross-section widening along the flow direction 31. The smallest cross section has the intake passage 30 at or near the intake port 3. The change in the cross section reduces a tendency of the intake port 30 to clog. The area of the cross section changes by at least 30%, preferably by more than 60%. The area of the cross section is determined in planes perpendicular to the drill axis 11. The change preferably occurs entirely or mainly within the upper portion 32, ie at the level of the blades 14. A radially outer wall of the intake ports 30 is preferably parallel to the drill axis 11, while a radially inner wall of the intake ports 30 approaches the drill shaft 11, to get the cross-sectional widening. The exemplary intake ports 3 are non-circular. The suction openings 3 have a triangular shape. Corners of the intake ports 3 may be pointed or rounded. The sides connecting the corners can be straight or curved. Characterizing a triangle is a circle in the suction port 3 inscribed, which touches each of the three sides in exactly one point. Further, for a triangle, a distance between the center of the inscribed circle and the sides from the corners to the point touched by the circle continuously decreases. A corner of the suction ports 3 faces the tip 15 of the drill bit 2. An interior angle 34 at the corner preferably corresponds approximately to the angular distance between the adjacent blades 14, eg 90 degrees. Approximately in this context describes a deviation of less than 20%. The surface area of the suction openings 3 is significantly larger than the surface area of the inscribed circle. The surface area of the suction openings 3 is larger by at least 30%, for example at least 100% larger. The hollow shaft 4 has a conveying channel 35 extending along the drill axis 11. The conveying channel 35 has a constant cross section over the length of the shaft 4. An area of the cross section of the conveying channel 35 is preferably equal to the sum of the cross sections of the suction channels 30. The conveying channel 35 has For example, an area ratio of 15% to 65% at the cross section of the shaft 4. The conveyor channel 35 may be centrally located on the drill axis 11. The delivery channel 35 ends below the drill head 2, in particular below the base 13. The end of the delivery channel 35 is preferably rounded dome-shaped.
Die Ansaugkanäle 30 von dem Bohrkopf 2 münden in den Förderkanal 35 des hohlen Schafts 4. Die Einmündung ist an oder nahe einem Ende des Förderkanals 35. Die Flächen an der Einmündung sind abgerundet. An einem dem Bohrkopf 2 abgewandten Ende des Förderkanals 35 ist der Absauganschluss 5 angeordnet. Der Absauganschluss 5 enthält einen radialen Durchstich 36 in den Förderkanal 35. Die Manschette 8 umschließt, vorzugsweise luftdicht, den zylindrischen Schaft im Bereich des Durchstichs 36. Die Manschette 8 ist gegenüber dem Schaft 4 drehbar. Das beispielhafte Einsteckende 6 des Bohrers 1 ist für die Verwendung von dreh-meißelnden Handwerkzeugmaschinen ausgelegt. Das Einsteckende 6 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Das Einsteckende 6 hat zwei geschlossene Nuten 37, in welche Verriegelungselemente der Handwerkzeugmaschine radial eingreifen und längs der Bohrerachse 11 gleiten können. Zur Bohrerachse 11 längs ausgerichtete Rillen 38 ermöglichen ein Einleiten eines Drehmoments von der Handwerkzeugmaschine. The suction channels 30 from the drill head 2 open into the delivery channel 35 of the hollow shaft 4. The junction is at or near one end of the delivery channel 35. The surfaces at the junction are rounded. At a side facing away from the drill head 2 end of the conveying channel 35 of the suction port 5 is arranged. The suction connection 5 contains a radial puncture 36 in the delivery channel 35. The sleeve 8 encloses, preferably airtight, the cylindrical shaft in the region of the puncture 36. The collar 8 is rotatable relative to the shaft 4. The exemplary male end 6 of the drill 1 is designed for the use of rotary chiseling hand tool machines. The spigot 6 has a substantially cylindrical shape. The spigot 6 has two closed grooves 37, in which locking elements of the power tool radially engage and can slide along the drill axis 11. Along the drill axis 11 longitudinally aligned grooves 38 allow the introduction of torque from the power tool.
Der Bohrer 1 ist vorzugsweise aus verschiedenen Materialen gefertigt. Der Schaft 4 und das Einsteckende 6 sind vorzugsweise aus einem zähen und duktilen Stahl. Die Schneiden 14 des Bohrkopfs 2 sind aus sehr harten und Abrasions-beständigen gesinterten Wolframkarbid. Das Wolframkarbid hat einen Volumenanteil von wenigstens 70 Vol.-%. Der metallische Binder enthält vorzugsweise eines oder mehrere der Metalle: Kobalt und Nickel. Beispielsweise kann der Binder vollständig aus Kobalt bestehen. The drill 1 is preferably made of different materials. The shank 4 and the insertion end 6 are preferably made of a tough and ductile steel. The cutting edges 14 of the drill head 2 are made of very hard and abrasion-resistant sintered tungsten carbide. The tungsten carbide has a volume fraction of at least 70% by volume. The metallic binder preferably contains one or more of the metals: cobalt and nickel. For example, the binder can be made entirely of cobalt.
Der Bohrkopf 2 lässt sich nicht in gewöhnlicher Weise in einer Urform herstellen, welche nachträglich spanend bearbeitet wird, um die Ansaugkanäle 30 zu formen. Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren vorgeschlagen, mit welchem sich die gewünschten Ansaugkanäle 30 formen lassen. Das beschriebene Herstellungsverfahren kann in Details abgewandelt werden, ohne dabei von seinem Prinzip abzuweichen. The drill head 2 can not be produced in a conventional manner in a master mold, which is subsequently machined to form the intake passages 30. Hereinafter, a manufacturing method is proposed, with which the desired intake ports 30 molds. The manufacturing method described can be modified in details, without departing from its principle.
Eine dünne Pulverschicht wird durch Versprühen einer Suspension mit Wolframkarbid und dem metallischen Binder hergestellt. Ein Kleber wird auf die Pulverschicht strukturiert gedruckt. Der Kleber zeichnet einen Querschnitt durch den Bohrkopf 2 nach. Die Abscheidung einer Pulverschicht und des Klebers wird so häufig wiederholt, bis ein Rohling des Bohrkopfs 2 nachgebildet ist. Das überschüssige Pulver, insbesondere in den Ansaugkanälen 30, kann durch Wasser entfernt werden. Das Wasser dringt zwischen die nicht durch Kleber verbundenen Schichten ein und sprengt diese ab. Der entstandene Rohling entspricht nun der Form des Bohrkopfs 2. Der Grünling kann gesintert werden. A thin powder layer is prepared by spraying a suspension with tungsten carbide and the metallic binder. An adhesive is printed on the powder layer structured. The adhesive traces a cross section through the drill head 2. The deposition of a powder layer and the adhesive is repeated until a blank of the drill head 2 is replicated. The excess powder, especially in the suction channels 30, can be removed by water. The water penetrates between the non-adhesive layers and breaks them up. The resulting blank now corresponds to the shape of the drill head 2. The green compact can be sintered.
Die Problematik bei der Herstellung des Bohrkopfs 2 beruht auf der hohen mechanischen Anforderung an den Bohrkopf 2, welche nur eine sehr geringe Porosität zulässt. Eine notwendige Dichte des Bohrkopfs 2 muss größer als 98 % des theoretisch erreichbaren Wertes sein. Der Grünling muss dazu vor dem Sintern eine Dichte von wenigstens 50 % der theoretischen Dichte aufweisen. Das Sintern wird durch ein typisches Schrumpfen begleitet, welches ab diesem Wert die Poren ausreichend schließt. Herkömmliche Verfahren mittels eines Verpressens des Grünlings in einer Form erreichen diese Werte. Das lose Aneinanderfügen der Schichten, im Prinzip allein durch die Gravitation, stellt uns hier vor neue Herausforderungen. The problem in the production of the drill head 2 is based on the high mechanical requirement of the drill head 2, which allows only a very low porosity. A necessary density of the drill head 2 must be greater than 98% of the theoretically achievable value. The green body must have a density of at least 50% of the theoretical density before sintering. The sintering is accompanied by a typical shrinking, which closes the pores sufficiently from this value. Conventional methods of compacting the green compact in a mold achieve these values. The loose joining of the layers, in principle only by gravity, presents us with new challenges.
Ein vielversprechender Ansatz basiert auf einem Pulvergemisch aus Wolframkarbid und Kobaltoxid. Das Kobaltoxid wird nach Bilden des Grünlings in Kobalt umgewandelt. Die Suspension enthält als Flüssigkeit Wasser oder Alkohol, vorzugsweise Isopropylalkohol. Das Verhältnis von Flüssigkeit zu Pulver liegt im Bereich zwischen 3 bis 5 zu 1. Die Suspension lässt sich unter Druck durch eine dünne Düse gleichmäßig versprühen. Nach dem Versprühen wird die Schicht bei etwas über Raumtemperatur getrocknet. Die Schichten haben eine gleichmäßige Stärke im Bereich zwischen 20 μηη und 30 μηη. Der Kleber basiert auf einer wässrigen Lösung von Polyethylenimin. Polyethylenimin zeigt eine sehr hohe Affinität sich an die Körner des Wolframkarbids zu binden. Hierdurch wird ein gutes Verkleben erreicht. Der Gewichtsanteil von Polyethylenimin in der Lösung kann im Bereich zwischen 1 % und 5 % liegen. Nach dem Drucken wird der Kleber bei etwas über Raumtemperatur getrocknet. Nach dem Aufbringen der letzten Schicht wird der Kleber in einem Ofen bei etwa 150 Grad Celsius (°C) ausgehärtet. Anschließend wird durch Wasser das überschüssige Pulver entfernt. Das Kobaltoxid in dem Grünling wird in Kobalt umgewandelt, indem der Grünling in einer Wasserstoff-haltigen Atmosphäre bei 600°C bis 700°C für mehrere Stunden gehalten wird. Final kann der Grünling bei einer Temperatur zwischen 1250°C und 1400°C gesintert werden. A promising approach is based on a tungsten carbide / cobalt oxide powder mixture. The cobalt oxide is converted to cobalt after forming the green compact. The suspension contains as liquid water or alcohol, preferably isopropyl alcohol. The ratio of liquid to powder is in the range of 3 to 5 to 1. The suspension can be sprayed evenly under pressure through a thin nozzle. After spraying, the layer is dried at slightly above room temperature. The layers have a uniform thickness in the range between 20 μηη and 30 μηη. The adhesive is based on an aqueous solution of polyethyleneimine. Polyethyleneimine shows a very high affinity to bind to the grains of tungsten carbide. As a result, a good bonding is achieved. The weight fraction of polyethylenimine in the solution can range between 1% and 5%. After printing, the adhesive is dried at slightly above room temperature. After application of the last layer, the adhesive is cured in an oven at about 150 degrees Celsius (° C). Subsequently, the excess powder is removed by water. The cobalt oxide in the green body is converted to cobalt by the green body in a Hydrogen-containing atmosphere is kept at 600 ° C to 700 ° C for several hours. Finally, the green compact can be sintered at a temperature between 1250 ° C and 1400 ° C.
Der eisenhaltige untere Abschnitt 21 des Sockels 13 kann ebenfalls über eine dreidimensionale Formgebung hergestellt. Beispielsweise kann ebenfalls ein Grünling gedruckt und anschließend gesintert werden. Für die Herstellung von Stahlkörpern sind darüber hinaus auch Verfahren wie das Laserauftragsschweißen, selektives Laserschmelzen (SLM) oder selektives Lasersintern (SLS) möglich. The iron-containing lower portion 21 of the base 13 can also be made over a three-dimensional shape. For example, a green compact can also be printed and then sintered. In addition, processes such as laser deposition welding, selective laser melting (SLM) or selective laser sintering (SLS) are also possible for the production of steel bodies.
Eine andere Ausführungsform des Bohrkopfs 39 ist in den Fig. 5, Fig. 6 und Fig. 7 gezeigt. Die Schneiden 14 sind kreuzförmig ausgebildet, wie in der Ausführungsform von Fig. 2. Die Schneiden 14 sind vorzugsweise aus Wolframkarbid gesintert. Der Sockel 40 hat wie in der vorhergehenden Ausführungsform einen oberen Abschnitt 41 und einen unteren Abschnitt 42. Der Unterschied zu der vorherigen Ausführungsform besteht darin, dass der Sockel 40 aus einem Material gebildet ist. Der obere Abschnitt 41 ist in diesem Fall auch aus einem eisenhaltigen Material gebildet. Der obere Abschnitt 41 hat einen kreuzförmigen Schlitz, in welchen die Schneiden 14 eingesetzt sind. Die Stirnseite 12 des Bohrkopfs 2 besteht hierdurch aus den harten Schneiden 14 und der Stirnfläche 43 des relativ weicheren Sockel 40. Die Schneiden 14 können mit dem Sockel 40 verlötet oder verschweißt sein. Another embodiment of the drill head 39 is shown in FIGS. 5, 6 and 7. The blades 14 are cross-shaped, as in the embodiment of Fig. 2. The blades 14 are preferably sintered from tungsten carbide. The pedestal 40 has an upper portion 41 and a lower portion 42 as in the previous embodiment. The difference with the previous embodiment is that the pedestal 40 is formed of a material. The upper portion 41 is also formed in this case of a ferrous material. The upper portion 41 has a cross-shaped slot in which the blades 14 are inserted. The end face 12 of the drill head 2 is thereby made of the hard cutting edges 14 and the end face 43 of the relatively softer base 40. The cutting edges 14 may be soldered or welded to the base 40.
Die Ansaugkanäle 30 laufen geschlossen in dem oberen Abschnitt 41 des Sockels 13. Die Ansaugkanäle 30 sind sowohl zu dem Umfang des Bohrkopfs 2 als auch zu den Schneiden 14 beabstandet. Der Verlauf der Kanäle und deren weiteren Eigenschaften können der vorherigen Ausführungsform entsprechen. The intake ports 30 are closed in the upper portion 41 of the base 13. The intake ports 30 are spaced from both the periphery of the drill head 2 and the blades 14. The course of the channels and their further properties may correspond to the previous embodiment.
Ein andere Ausführungsform ist in Fig. 8 gezeigt. Der Bohrkopf 44 hat ebenfalls einen Sockel 40 und vier Schneiden 14. Der Sockel 40 und die Schneiden 14 können wie in einer der vorhergehenden Ausführungsformen geformt sein. Die Ansaugöffnungen 3 sind an Sockel 40 angeordnet, die Ansaugkanäle 30 verlaufen in dem Sockel 40 analog den vorhergehenden Ausführungsformen. Der hohle Schaft 45 hat einen Förderkanal 46 und eine Seele 47. Die Seele 47 ist eine stabförmige massive Struktur, welche auf der Bohrerachse 11 liegt. Ein Schlag auf die Schlagfläche 7 wird über die Seele 47 auf die Schneiden 14 übertragen. Der Förderkanal 46 kann beispielsweise die Seele 47 ringförmig umschließen (Fig. 9). Die Ansaugkanäle 30 öffnen sich in den Förderkanal 46. Die Seele 47 kann sich über Streben 48 an der Außenhülle des Schafts 4 abstützen (Fig. 10). Die Streben 48 können den Förderkanal 46 in mehrere Kanäle unterteilen, z.B. kann jedem Ansaugkanal 30 ein Förderkanal 35 48 zugeordnet sein. Another embodiment is shown in FIG. The drill bit 44 also has a socket 40 and four blades 14. The socket 40 and blades 14 may be shaped as in any of the previous embodiments. The suction openings 3 are arranged on base 40, the suction channels 30 extend in the base 40 analogous to the preceding embodiments. The hollow shaft 45 has a delivery channel 46 and a core 47. The core 47 is a rod-shaped solid structure which lies on the drill axis 11. A blow to the striking surface 7 is transmitted via the soul 47 on the cutting 14. The delivery channel 46 may, for example, surround the core 47 in an annular manner (FIG. 9). The suction channels 30 open into the delivery channel 46. The core 47 can be supported by struts 48 on the outer shell of the shaft 4 (FIG. 10). The struts 48 may be the delivery channel 46 subdivided into several channels, for example, each intake channel 30, a delivery channel 35 48 assigned.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Bohrer (1 ) für die meißelnde Bearbeitung von Gestein mit 1 . Drill (1) for chiselling stone with
einer Schlagfläche (7) an einem Einsteckende (6),  a striking surface (7) at a spigot end (6),
einem hohlen Schaft (4), innerhalb welchem ein Förderkanal (35) vorgesehen ist, einem Bohrkopf (2), der an einer Stirnseite (12) drei oder mehr Schneiden (14) und ein oder mehreren Ansaugöffnungen (3) aufweist und innerhalb welchem Ansaugkanäle (30) angeordnet sind, die die Ansaugöffnungen (3) mit dem Förderkanal (35) verbinden, dadurch kennzeichnet, dass  a hollow shaft (4) within which a delivery channel (35) is provided, a drill head (2) having on one end face (12) three or more blades (14) and one or more suction ports (3) and within which intake ports (30) are arranged, which connect the suction openings (3) with the conveying channel (35), characterized in that
ein Querschnitt der Ansaugkanäle (30) von der Ansaugöffnung (3) zu dem Förderkanal (35) hin zunimmt.  a cross section of the intake passages (30) increases from the intake port (3) to the delivery passage (35).
2. Bohrer (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch kennzeichnet, dass der Querschnitt der 2. drill (1) according to claim 1, characterized in that the cross section of
Ansaugkanäle (30) innerhalb eines auf Höhe der Schneiden (14) angeordneten  Intake ducts (30) arranged within a height of the cutting edges (14)
Abschnitts (32) der Schneiden (14) in Richtung (31 ) zu dem Förderkanal (35) zunimmt.  Section (32) of the cutting edges (14) in the direction (31) to the conveying channel (35) increases.
3. Bohrer (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (3) eine geringere Querschnittfläche als ein Querschnitt durch den Ansaugkanal (30) aufweist. 3. drill (1) according to claim 1 or 2, characterized indicates that the suction opening (3) has a smaller cross-sectional area than a cross section through the intake passage (30).
4. Bohrer (1 ) nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch kennzeichnet, dass die Ansaugkanäle (30) von einer Mantelfläche (18) des Bohrkopfs (2) beabstandet sind. 4. Drill (1) according to one of the preceding claims, characterized indicates that the intake ducts (30) from a lateral surface (18) of the drill head (2) are spaced apart.
5. Bohrer (1 ) nach Anspruch 4, dadurch kennzeichnet, dass eine der Mantelfläche (18) nähere Innenfläche des Ansaugkanals (30) eine geringere Neigung gegenüber der Bohrerachse (1 1 ) wie eine von der Mantelfläche (18) ferner Innenfläche des 5. Drill (1) according to claim 4, characterized in that one of the lateral surface (18) closer inner surface of the intake duct (30) has a smaller inclination relative to the drill axis (1 1) as one of the lateral surface (18) further inner surface of the
Ansaugkanals (30) aufweist.  Suction channel (30).
6. Bohrer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch kennzeichnet, dass die Schneiden (14) eine Spanfläche (23) und eine Freifläche (24) weisen, welche beide einen Teil der Schlagfläche (7) bilden und einander entlang einer Meißelkante (22) berühren. 6. drill (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the cutting edges (14) have a rake surface (23) and a free surface (24), both of which form part of the striking surface (7) and along a chisel edge ( 22).
7. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch kennzeichnet, dass die Schneiden (14) aus gesinterten Wolframkarbid sind. 7. Drill according to one of the preceding claims, characterized in that the cutting edges (14) are made of sintered tungsten carbide.
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