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Bohrerspitzenkonstruktion
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bohrerspitzenkonstruktion,
insbesondere auf eine Bohrerspitzenkonstruktion, in der Öffnungen für einströmende
Luft bzw. Preßluft so in die Bohrerspitze münden, daß die einströmende Luft zur
Abführung von Bohrspäne oder Bohrgut gegen die Schneidenenden der Bohrerspitze gelenkt
wird, um dadurch den Kühleffekt für die Bohrerspitze zu verbessern. Ferner bezieht
sich die Erfindung auf Bohrerspitzen, bei denen die Öffnung für die einströmende
Luft in der Form einer Drosselöffnung ausgebildet ist, damit die Geschwindigkeit
der einströmenden Luft größer ist als die Schallgeschwindigkeit, um den Kühleffekt
für die Bohrerspitze weiter zu erhöhen.
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Bohrerspitzen oder Bohrköpfe weisen im allgemeinen ein Sackloch oder
einen Hohlraum am Befestigungsteil auf, so daß die Druckluft in diesem gespeichert
werden kann, und geradlinige Einströmöffnungen für die Druckluft stehen in Verbindung
mit dem Sackloch, wobei diese geradlinigen Einströmöffnungen parallel
in
Achsrichtung der Bohrerspitze gegen denjenigen Teil verlaufen, an dem die Schneiden
hervorstehen.
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Die Öffnungen für die einströmende Druckluft münden bei den bekannten
Bohrerspitzen oder Bohrköpfen unter eine Vielzahl von hervorstehenden Schneiden,
so daß der größte Teil der Druckluft nicht unmittelbar auf dieSchneiden trifft,
sondern geradlinig vorwärtsströmt und auf das Gestein am Grund des Bohrloches auftrifft;
die Bohrspäne oder das Bohrgut werden in der Druckluft mitgeführt und aus dem Bohrloch
herausgefördert.
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Die Luft wird mit einer sogenannten Unterschallgeschwindigkeit (M
= 0,85 bis 0,9) injiziert und sie verteilt sind bis zu einem gewissen Grad. Die
injizierte Luft weist an der Vorderseite gewöhnlich etwa den doppelten Verteilungsbereich
von 50 cm auf.
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An den Schneiden reicht daher die Verteilung der injizierten Luft
nicht aus, um die Schneiden im wesentlichen ganz zu treffen.
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Bei den bekannten Bohrerspitzen trifft daher die Druckluft zur Abführung
der Bohrspäne oder des. Bohrguts nicht unmittelbar auf die Schneiden, und der Schneiden-Kühleffekt
wurde kaum erreicht.
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Die Schneiden des Bohrers nahmen daher häufig aufgrund des Reibungsdruckes
sehr hohe Temperaturen an, die manchmal bis auf 1000°C anstiegen. Obwohl die Schneiden
eines Bohrers im allgemeinen aus ultraharten Metallen hergestellt sind, unterliegen
die aus solchen Materialien hergestellten Schneiden gleichwohl einer beträchtlichen
plastischen Verformung und einer Abnutzung durch Schmelzen, wenn hohe Drücke unter
hohen Temperaturbedingungen auftreten. Insbesondere beträgt die Arbeit ein Maximum
am sogenannten Reibpunkt am Außenumfang der Schneiden in Drehrichtung, was zu einem
extremen Temperaturanstieg führt.
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Bei einer Temperatur bis etwa 10000C nimmt aber die Härte und
Biegefestigkeit
der Schneiden um 1/3 bis 1/2 von demjenigen Wert ab, der bei Zimmertemperatur vorliegt.
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Es ist somit erkennbar, daß die Bohrerspitzen oder Bohrerköpfe eine
wirksame Kühlung ihrer Schneiden erfordern.
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Im Hinblick auf die oben erwähnten, Bohrerspitzen anhaftenden Probleme
geht die vorliegende Erfindung aus von der wirksamen Nutzung von Druckluft zum Kühlen
der Schneiden, zusätzlich zu der Aufgabe der Druckluft, Bohrspäne bzw. Bohrgut abzuführen.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht folglich
darin, Druckluft zum Kühlen der Schneiden sowie zusätzlich zum Abführen der Bohrspäne
bzw. des Bohrguts zu verwenden.
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Es ist ferner beabsichtigt, eine Bohrerspitze zu schaffen, in der
die Druckluft zur Abführung des Bohrguts gegen die Schneiden geblasen wird, insbesondere
gegen den Reibungspunkt, und zwar auf der Basis einer einfachen Konstruktion.
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Ferner soll die Dauerhaftigkeit oder Standzeit sowie der die Festigkeit
erhaltende Einfluß der Schneiden der Bohrerspitze ganz entscheidend verbessert werden.
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Es ist auch beabsichtigt, den Kühleffekt für die Schneiden ganz entscheidend
zu verstärken, und zwar dadurch, daß man die einströmende Druckluft bei einer Geschwindigkeit
in Berührung mit der Bohrerspitze bringt, die höher als die Schallgeschwindigkeit
liegt.
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Obige Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1
angegebenen Merkmale gelöst. Demzufolge sind die Öffnungen für die einströmende
Luft zur Abführung der Bohrspäne oder des
Bohrguts im wesentlichen
gegen die umlaufenden Schneiden der Bohrer spitze geöffnet, wodurch die Druckluft
zur Abführung der Bohrspäne, die aus den Öffnungen austritt, unmittelbar auf die
Schneiden der Bohrerspitze auftrifft, um wenigstens einen sogenannten Reibungspunkt
wirksam zu kühlen und somit die Bohrerspitze gegenüber der Reibungswärme zu schützen.
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Um das vorgenannte Ziel zu erreichen, ist das Profil der Einströmungsöffnungen
von der Einlaß seite und Auslaßseite her gegen den Mittelbereich allmählich verengt,
d.h., es hat die Form einer sogenannten Drosselöffnung, damit die Geschwindigkeit
der einströmenden Luft die Schallgeschwindigkeit überschreitet.
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Die vorliegende Anordnung, bei der die Öffnungen für die einströmende
Luft im wesentlichen gegen die umlaufenden Schneiden der Bohrerspitze geöffnet sind,
umfaßt verschiedene Fälle, beispielsweise denjenigen, bei welchen die Einströmungsöffnungen
an Abschnitten einmünden, die gegenüber der umlaufenden Schneidenseite der Bohrerspitze
liegen, so daß die Achsen der Öffnungen die Seitenfläche der Schneiden kreuzen,
oder denjenigen, bei welchen die Öffnungen für die ein strömende Luft gerade am
Fußteil der Seite der umlaufenden Schneiden der Bohrerspitze einmünden, so daß die
Achse der Öffnungen parallel zur Seitenfläche der Schneiden verläuft, oder auch
viele andere Fälle, bei welchen die injizierte Luft in Berührung mit der Seite der
umlaufenden Schneiden der Bohrerspitze kommen kann. Mit anderen Worten, gemäß der
vorliegenden Erfindung sind die Einströmungsöffnungen unter Beibehaltung solcher
Positionen und Winkel vorgesehen, daß die aus den Einströmungsöffnungen austretende
Luft unmittelbar in Berührung mit der Seite der umlaufenden Schneiden der Bohrer
spitze gebracht wird, um die Seite der Schneiden abzukühlen.
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Die Anordnung, bei der die Einströmungsöffnungen ferner die Form einer
Drosselöffnung aufweisen, umfaßt ferner einen Fall, bei welchem die Öffnung radial
schmäler gemacht wird oder einen Fall, bei welchem die Öffnung konisch verengt wird.
Durch-die Ausformung oder Ausgestaltung der Einströmungsöffnungen in der oben erwähnten
Art und Weise hat sich herausgestellt, daß die Geschwindigkeit der aus diesen Öffnungen
austretenden Luft die Schallgeschwindigkeit überschreitet, wenn der Druck im Hohlraum
an der Einlaßöffnung der Einströmungsöffnung 3 bis 4 kg/cm2 beträgt.
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Auf diese Weise werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Schneiden
der Bohrerspitze wirksam durch die Luft zur Abführung der Bohrspäne oder des Bohrguts
gekühlt, wodurch die Biegefestigkeit, Widerstand gegen Abnutzung und Dauerhaftigkeit
bzw. Standzeit der Schneiden ganz entscheidend verbessert werden.
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Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft zur Abführung des Bohrguts wird
ebenfalls erhöht, um die Fähigkeit der Luft zur Abführung des Bohrguts zu verbessern.
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Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich
beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden
Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen
können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.
Es zeigen: Fig. 1 und Fig. 2A perspektivische Ansichten einer Bohrerspitze gemäß
der vorliegenden Erfindung; Fig. 2B eine Teil-Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
der Luft-Einströmungsöffnung; Fig. 3 eine Draufsicht der Bohrerspitze gemäß der
vorliegenden Erfindung ;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der Bohrerspitze;
Fig. 5A eine Teil-Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Luft-Einströmungsöffnung
und Fig. 5B eine Teil-Ouerschnittsansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der
Luft-Einströmungsöffnung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele Es
wird nun zunächst auf Fig. 4 Bezug genommen. Im Befestigungsteil 1 der Bohrerspitze
ist ein Hohlraum 2 ausgebildet, in den Luft zur Abführung von Bohrspäne oder Bohrgut
eingepreßt und gespeichert wird. Luft-Einströmungsöffnungen 4 sind am oberen Teil
des Hohlraums gegen den Teil 3 hin ausgebildet, an dem eine Schneide 5 vorgesehen
ist, und die Luft-Einströmungsöffnungen 4 sind im wesentlichen gegen die Seite der
umlaufenden Schneiden 5 hin geöffnet. Ein Drosselabschnitt 6 ist ferner in der Luft-Einströmungsöffnung
4 derart ausgebildet, daß deren Durchmesser von ihrer Einlaßöffnung und Auslaßöffnung
her gegen den Mittelabschnitt in axialer Richtung der Luft-Einströmungsöffnung verengt
wird. Die Bezugszahl 2a kennzeichnet ein Innengewinde für Befestigungszwecke, in
das eine Stange (nicht gezeigt) eingeschraubt wird, die eine Leitung aufweist, um
Luft zur Abführung von Bohrgut in den Hohlraum 2 zu drücken.
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Fig. 1 zeigt einen kompletten Bohrkopf oder eine Bohrerspitze, bei
der der Außenumfang des Befestigungsteils 1 mit einer Aussparung 1a versehen ist,
um das Drehen der Bohrspitze zu unterbinden, und auf den Vorsprüngen 3 oberhalb
des Befestigungsteils 1 sind drei Schneiden 5 gleichmäßig in Bezug auf die Achse
als Mittelpunkt aufgereiht bzw. angeordnet. Auf den Schneiden 5 sind Plättchen 5a
befestigt, die aus einer ultraharten Legierung an der Seite der Drehung hergestellt
sind.
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In Fig. 1 kennzeichnet die Bezugszahl 4 eine Luft-Einströmungsöffnung,
die zwischen den Schneiden 5 mündet, und die insbesondere am hinteren Fußteil in
Drehrichtung der Schneiden 5 öffnet. Die Achse der Luft-Einströmungsöffnung ist
gegen die Schneiden an der Seite der Drehung gerichtet, und sie ist insbesondere
gegen den Reibungspunkt gelenkt, wie in der Zeichnung durch den Pfeil angedeutet
ist.
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Die Bohrerspitzen der Ausführungsbeispiele der Fig. 2A und Fig. 3
weisen die gleiche Grundkonstruktion wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 auf,
jedoch münden in diesen die Luft-Einströmungsöffnungen 4 an Positionen in der Nähe
des Fußes der Schneiden an der Seite der Drehung, wobei die Achsen der Öffnungen
entlang der Seite der Schneide gehalten werden. In diesem Fall strömt aus den Einströmungsöffnungen
4 austretende Luft entlang der Seite der Schneide 5 und kommt in Berührung mit dieser,
die sich auf der Seite der Drehung befindet, um die Schneiden 5 abzukühlen. Die
Luft-Einströmungsöffnung 4 sollte vorzugsweise derart geformt sein, daß nur der
Teil des Dmaenumfangs der Einströmungsöffnung in der Nähe der Schneide an der Seite
der Drehung allmählich gegen die Auslaßöffnung hin erweitert ist, wie in Fig. 2B
gezeigt ist. Die aus einer solchen Einströmungs öffnung 4 ausströmende Luft wird
dann hauptsächlich gegen die Schneide an der Seite der Drehung gelenkt, um die Kühlwirkung
zu verstärken.
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Die Bezugszahl 4a in Fig. 2B kennzeichnet ein Basisloch, das im Vorsprung
3 der Bohrerspitze ausgebildet ist. Die Bezugszahl 4b kennzeichnet eine Buchse,
die in dem Basisloch 4a eingesetzt ist, und die oben erwähnte Einströmungsöffnung
4 wird durch die Innenfläche der Buchse gebildet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Schneiden unter Verwendung
der Luft zum Abführen des Bohrguts gekühlt, und
die Strömungsgeschwindigkeit
der eingedrückten Luft wird größer gemacht als die Schallgeschwindigkeit, um die
Abkühlleistung zu verbessern. Zu diesem Zweck hat man das Profil der Einströmungsöffnung
in eine optimale Gestalt gebracht bzw.
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verbessert. fig. 4 und fig. 5A, 5B zeigen z.B. Luft-Einströmungsöffnungen
4, die am besten geeignet sind, die Einströmungsgeschwindigkeit der Druckluft so
zu erhöhen, daß sie größer ist als die Schallgeschwindigkeit. Bei diesen Ausführungsbeispielen
ist eine Buchse 4b mit Flansch in das Basisloch 4a eingesetzt bzw. eingepaßt, das
in Verbindung mit dem Hohlraum 2 des Befestigungsteils 1 steht und zwischen den
Schneiden ausmündet, und die Buchse 4b bildet eine Luft-Einströmungsöffnung 4, von
der ein innerer Umfang in Achsrichtung radial verengt ist. Bei der Luft-Einströmungsöffnung
4 mit einem sogenannten Drosselabschnitt 6 im mittleren Teil, die so ausgebildet
ist, daß sie sich gegen die Auslaßöffnung hin erweitert, sowie auch bei den oben
erwähnten Ausführungsbeispielen hat sich herausgestellt, daß die Strömungsgeschwindigkeit
der Luft, die aus der Luft-Einströmungsöffnung 4 ausströmt, größer ist als die Schallgeschwindigkeit,
wenn der Druck 3 bis 4 kg/cm2 in dem Hohlraum 2 beträgt. Wenn ferner die Drosselöffnung
radial verengt ist, wird die Wirksamkeit weiter gesteigert.
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Es hat sich ferner gezeigt, daß wenn die Schneide 5 in Berührung mit
der Druckluft kommt, die mit einer Geschwindigkeit strömt, welche über der Schallgeschwindigkeit
liegt, die Kühlleistung verglichen mit dem Kühlen im Ünterschallbereich ganz erheblich
ansteigt.
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L e e r s e i t e