DE69727020T2

DE69727020T2 - Bohrer

Info

Publication number: DE69727020T2
Application number: DE69727020T
Authority: DE
Inventors: Rudi Birk; Werner Ferstl; Ronald Huber; Walter Lempach
Original assignee: Ceratizit Austria GmbH; Black and Decker Inc
Current assignee: Ceratizit Austria GmbH; Black and Decker Inc
Priority date: 1996-09-21
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2017-09-18
Also published as: US6021857A; ES2212051T3; JP4173570B2; MX9707123A; EP0836919B1; DE69727020D1; GB2318072A; PT836919E; CA2216143C; JPH10146708A; GB9619795D0; EP0836919A1; ATE257067T1; CA2216143A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bohrer und insbesondere auf einen Bohrer, der mit Dreh- und Schlagbohrmaschinen oder mit elektro-pneumatischen Hämmern verwendbar ist.
Ein solcher Bohrer kommt insbesondere zur Anwendung, wenn Beton, Beton-Zuschlagstoff, Ziegel, Naturstein oder ähnliches Material gebohrt wird und wird hierin nachfolgend als Steinbohrer bezeichnet.
Bei den bekannten Steinbohrern ist eine Hartmetall- oder Metallkarbidspitze mit Kanten für das Bohren der vorher angeführten Materialien vorgesehen. Die Spitze ist normalerweise in ein Ende eines Bohrerschafts hart eingelötet. Der Schaft ist normalerweise ein wendelförmiger Stahlkern mit einem Schaft an seinem freien Ende zum Einsetzen in einen Spannfuttermechanismus einer Werkzeugmaschine, wie sie vorher angeführt ist.
Die bekannten Steinbohrer kommen mit vielen der Materialien, die sie zu bohren haben, zufriedenstellend zurecht. Es ist jedoch insbesondere ein Material bekannt, bei dem es Probleme mit den Steinbohrern gibt. Dieses Material ist Stahlbeton oder "bewehrter Beton".
Stahlbeton ist ein Gemisch von Zement und Kies (Beton), verstärkt durch Stahlstäbe. Die Stahlstäbe erhöhen die Festigkeit des Betons und verhindern, dass die Struktur zusammenbricht, wenn der Beton schadhaft wird. Normalerweise sind die Be wehrungsstäbe auch noch vorgespannt, um die Materialeigenschaften des Stahlbetons zu verbessern.
Es ist jedoch die Präsenz dieser Stäbe, die die Probleme hervorruft, wenn unter Verwendung der bekannten Steinbohrer gebohrt wird. Wenn der Bohrer auf einen Stab trifft, wird er abgelenkt und beeinträchtigt das Loch, das gebohrt wird, oder der Steinbohrer drückt den Stahlstab einfach aus dem Weg, wobei der Bohrer beschädigt wird. In jedem Fall wird die Geschwindigkeit der Tiefeneindringung wesentlich verlangsamt. Normalerweise ist es so, dass, nachdem die bekannten Steinbohrer auf fünf Stäbe getroffen sind, sie nicht mehr brauchbar sind.
Ferner wird angenommen, wenn es auch für einen Steinbohrer wichtig ist, ein Loch in einem Werkstück so schnell wie möglich zu erzeugen, dass die Lebensdauer des Bohrers und ein Minimum von Absplitterungen an den Lochkanten von den Benutzern eines Steinbohrers als wichtiger angesehen werden, als eine Einsparung von für das Bohren eines Lochs in einem vorgegebenem Material mit dem Bohrer erforderlicher Zeit.
US-Patent Nr. 2,879,306 (Wheeler) hat versucht, sich diesen Problemen zuzuwenden, und offenbart einen Bohrer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner wird auch die Europäische Patentveröffentlichung Nr. EP-A-761927, eingereicht im Namen von Black & Decker, als relevanter Stand der Technik für die laufende Anmeldung, lediglich hinsichtlich der Neuheit, bezüglich der benannten Staaten: Vereinigtes Königreich, Deutschland, Frankreich, Schweden, Spanien, Schweiz und Niederlande wegen ihrer Einreichung vor dem Prioritätsdatum der vorliegenden Patentbeschreibung angesehen. Die Europäische Patentveröffentlichung Nr. EP-A-0761927 offenbart einen Steinbohrer mit einer Bohrerspitze mit einem mittleren Bereich, der sich vor einem äußeren Bereich erstreckt, der ausgebildet ist, um während des Schlagbohrens als ein Meißel zu wirken, und wobei der äußere Bereich ausgebildet ist, ein Werkstück zu schneiden, wenn sich die Bohrmaschine dreht.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass sie beim Bohren in einer Vielzahl von Materialien, insbesondere in Stahlbeton, eine verbesserte Leistungsfähigkeit zur Verfügung stellt und die Lebensdauer und Haltbarkeit eines Steinbohrers erhöht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bohrer zur Verfügung gestellt mit einem Schaft und einer Spitze für den Eingriff mit einem Werkstück, die an jeder Seite einer Mittelachse des Bohrers mit mehreren gestuften Bereichen ausgebildet ist, die so geformt sind, dass sie bei Drehung des Bohrers um die Achse ein Werkstück schneiden, wobei zwischen den inneren gestuften Bereichen eine zentrale Meißelkante vorgesehen ist und jeder gestufte Bereich an gegenüberliegenden Seiten der Spitze zwei symmetrische Schneidkanten aufweist und die Schneidkanten nach hinten bezüglich einer senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Meißelkante von zwei Paaren von Flanken gebildet wird, die von der zentralen Meißelkante weg geneigt sind.
Durch ein solches Einbeziehen einer Flanke an den Vorderkanten der zentralen Meißelkante so, dass die zentrale Meißelkante negative Vorderkanten hat, wird das Auftreten einer Beschädigung der Bohrerspitze weniger wahrscheinlich.
Vorzugsweise sind die Flanken jedes Paares unter unterschiedlichen Winkeln geneigt. Bevorzugter ist eine Flanke jedes Paares unter einem Winkel zwischen 30° und 40°, idealerweise unter etwa 35°, zu einer senkrecht zur Achse des Schafts liegenden Ebene geneigt, und die andere Flanke jedes Paares ist zwischen 50° und 60°, idealerweise unter etwa 55°, zu derselben Ebene geneigt. Die vordere Flanke jedes Paares ist die Flanke, die vorzugsweise unter etwa 55° geneigt ist.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Spitze aus Wolframkarbid oder einem anderen gleichwertigen Material bestehen.
Wenn die Spitze aus Stahl besteht, ist sie vorzugsweise einstückig mit dem Schaft des Bohrers ausgebildet. Natürlich kann die Spitze aus einem anderen Material als der Schaft hergestellt sein, wenn das geeigneter ist.
Vorzugsweise weist jeder gestufte Bereich an gegenüberliegenden Seiten der Spitze zwei symmetrische Schneidkanten auf. Ferner sind die Schneidkanten in Bezug auf den zentralen Meißelbereich vorzugsweise nach hinten geneigt. Bevorzugter ist zwischen den beiden Schneidkanten in einer Ebene, welche die Achse aufnimmt, ein Winkel zwischen 90° und 130° gebildet. Dadurch kann eine sauberere Kante für das Bohrloch erreicht werden.
Vorzugsweise ist jede Schneidkante durch eine Abflachung gebildet, die sich von der Schneidkante unter einem Winkel zwischen 35° und 40° bezüglich einer senkrecht zur Schaftachse liegenden Ebene nach hinten erstreckt.
Der Schaft weist, wie die meisten normalen Steinbohrer, vorzugsweise zur Unterstützung des Entfernens von Bohrmehl während des Bohrens einen wendelförmigen Kern auf.
Die vorliegende Erfindung wird nun lediglich in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen in
1 eine Perspektivansicht einer Bohrerspitze für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
2 eine Seitenansicht der Bohrerspitze von 1,
3 eine Ansicht der Bohrerspitze von 1 von oben,
4 eine erste Endansicht der Bohrerspitze von 1,
5 eine zweite Endansicht der Bohrerspitze von 1,
6 eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführung einer Bohrerspitze für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung, und
7 eine Vorderansicht eines Steinbohrers.
Bezug auf die Zeichnungen nehmend kann ein Steinbohrer gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schaft 3 (von dem ein Ende 2 in gestrichelten Linien in 2 bis 5 dargestellt ist) und eine Bohrerspitze 1 aufweisen. Der Schaft 3 weist einen Einspannschaft 7 zum Einsetzen in ein Spannfutter oder einen Werkzeughalter einer Bohrmaschine oder eines Bohrhammers und einen wendelförmigen Stahlkern 9 auf, der sich in eine Vorwärtsrichtung von dem Einspannschaft (7) erstreckt. Der Kern kann je nach Wahl für die erforderliche Anwendung mit Nuten versehen oder gerade sein. Das Ende des Kerns ist mit einem Schlitz versehen, um die Bohrerspitze 1 aufzunehmen. Die Bohrerspitze 1 kann aus Wolframkarbidhartmetall bestehen und durch Hartlöten an dem Kern befestigt sein. Alternativ kann die Spitze 1 durch Schweißen oder durch eine andere geeignete mechanische Befestigungsausführung befestigt sein.
Nun auf die 1 bis 5 Bezug nehmend hat die Bohrerspitze 1 einen Durchmesser D und weist einen Mittelbereich 11 und einen äußeren Bereich 13 auf. Der Mittelbereich 11 hat eine Breite B zwischen etwa 0,25D und 0,75D. Die jeweilige relative Breite des Mittelbereichs wird durch den effektiven aktiven Durchmesser des Bohrers bestimmt. Wenn zum Beispiel der aktive Durchmesser klein ist, wie zum Beispiel 4 mm, ist die relative Breite des Mittelbereichs vorzugsweise groß, wie zum Beispiel 0,75D. Wenn der aktive Durchmesser groß ist, wie zum Beispiel 20 mm, ist die relative Breite des Mittelbereichs kleiner, wie zum Beispiel 0,33D. Das ist so, weil dann, wenn die relative Breite des Mittelbereichs für einen Bohrer mit einem großen aktiven Durchmesser groß ist, die Kante des durch den Bohrer erzeugten Lochs zerhackt oder beim Bohren in anderer Weise beschädigt werden kann.
Der Mittelbereich 11 ist ausgebildet, um als ein Meißel zu wirken, wenn der Bohrer mit einer Schlagbohrmaschine oder mit einem Bohrhammer verwendet wird. Bei einer solchen Verwendung wird der Mittelbereich eines Loches, das gebohrt wird, mit dem Mittelbereich des Bohrer geschlagen oder gemeißelt, wodurch das Werkstück Risse erhält und in diesem Gebiet zerkleinert wird. Der äußere Bereich des Bohrers formt den äußeren Bereich des Lochs in einer noch zu beschreibenden Art und Weise.
Der Mittelbereich 11 der Bohrerspitze weist eine Meißelkante 15 auf, die durch zwei Sätze von Flanken 17a, 17b, 19a, 19b gebildet wird. Bei Verwendung dreht sich der Bohrer in Richtung des Pfeils A in 3. Dadurch wird die Vorderkante des Mittelbereichs 11 durch die Flanken 17a, 19a gebildet. Die Vorderkanten 17a, 19a sind normalerweise unter einem Winkel zwischen etwa 50° und etwa 70° zu einer senkrecht zu der Bohrerachse liegenden Ebene geneigt. Vorzugsweise beträgt der Winkel 60° zu der senkrecht zu der Bohrerachse liegenden Ebene. Die Hinterflanken 17b, 19b sind nicht so steil. Sie sind normalerweise unter einem Winkel von etwa 30° zu der senkrecht zu der Bohrerachse liegenden Ebene geneigt.
Die Meißelkante 15 kann dort, wo die Flanken zusammentreffen, als eine scharfe Kante gebildet sein. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine sehr geringfügige Krümmung hilft, eine Beschädigung der Spitze während der Verwendung zu vermeiden, wobei eine solche Beschädigung bewirkt, dass die Bohrerspitze instabil wird.
Der äußere Bereich der Bohrerspitze 1 weist auf jeder Seite des Mittelbereichs Schneidkanten 21 auf, die zwischen den vorderen und hinteren Flächen 23 der Spitze zusammen mit einer Folge von geneigten Abflachungen 25 ausgebildet sind, die sich von den Schneidkanten 21 nach hinten erstrecken. Die Abflachungen erstrecken sich von den Schneidkanten 21 unter einem Winkel zwischen 35° und 40° bezüglich einer senkrecht zur Schaftachse liegenden Ebene nach hinten. Die Schneidkanten sind mit Stufen gebildet. Die Stufen stellen eine Anzahl von nach unten gerichteten Teilen dar, die jede der Abflachungen 25 in der Folge verbinden. Die Schneidkanten 21 sind wiederum mit einer geringfügigen Krümmung versehen, wodurch starke Beschädigungen der Schneidkante 21 während der Verwendung vermieden werden.
Jede der vorderen und hinteren Flächen 23 bildet eine in Drehrichtung des Bohrers (Richtung A in 3) voreilende Fläche, wobei jede der Schneidkanten 21 von solchen voreilenden Flächen 23 zurückgesetzt ist (5). Das ist in 4 und 5 deutlich zu erkennen, wobei die Schneidkante 21 zwischen den Folgen der geneigten Abflachungen 25, die sich von den Schneidkanten 21 nach hinten erstrecken, und einer nach vorn geneigten Fläche gebildet sind, die sich von der Schneidkante 21 nach vorn und im wesentlichen koplanar mit den Flanken 19a bzw. 17a (4) erstreckt.
Die Anzahl der Stufen ist von dem Durchmesser des Bohrers abhängig. Ein größerer Bohrer (wie in der Ausführung der 1 bis 5) weist normalerweise eine größere Anzahl von Stufen auf, als ein Bohrer mit kleinerem Durchmesser (wie in der Ausführung von 6). Der Winkel zwischen dem äußeren Teil der Schneidkanten 21 kann zwischen etwa 90° und 130° in der Schaftebene betragen. Die Anzahl der Stufen ist weiterhin von der Strecke abhängig, um die sich der Bohrer während eines Hammer-Zyklus bewegt. Vorzugsweise beträgt die Höhe jedes gestuften Bereichs in Richtung der Bohrachse mindestens das Dreifache der Strecke, um die sich der Bohrer während eines Hammerzyklus bewegt.
Die Außenseiten 27 der Bohrerspitze können sich von den Schneidkanten 21 nach innen verjüngen. Diese Anordnung verhindert ein Verschmutzen des Bohrers und erlaubt es der Bohrerspitze, ein genaues und glattes Loch in das Werkstück zu schneiden. Gleichermaßen können sich der Mittelbereich und jede der Stufen nach innen von den vorderen Flächen 17a, 19a weg verjüngen. Normalerweise kann der Grad der Verjüngung zwischen 8° und 12° betragen und er beträgt vorzugsweise 8°, wie es in 3 dargestellt ist.
Bei Gebrauch dient nach dem Beginn der Lochbearbeitung, wie vorher beschrieben, der äußere Bereich der Bohrerspitze dazu, das Loch zu schneiden. Die Stufen im äußeren Bereich der Bohrerspitze bewirken, dass der äußere Bereich in einem beschränkten Ausmaß als ein Meißel entlang der Gesamtheit der Schneidkanten 21 wirken kann. Dieser Bohrvorgang mit Doppelwirkung erzeugt ein sauberes und genaues Loch in einem Werkstück. Weiterhin führt die Änderung der Richtung der Schneidkanten durch die Stufenbildung, d. h. die Unterbrechung der Schneidkanten, zu verringerten Schneidkräften. Ferner bilden sich beim Schneiden von Stabmetall (in Stahlbeton) infolge der unterbrochenen Schneidkanten kleine anstatt lange Späne, die vom Bohrbereich einfach entlang dem wendelförmigen Stahlkern transportiert werden können.
Die gestufte Ausgestaltung der Schneidkante dient der Verbesserung der Schneidleistung der Bohrerspitze, wenn sie auf einen Stab im Stahlbeton trifft, da im Vergleich zu einer Standard-Steinbohrerspitze ein kleinerer Bereich der Spitze (eine Stufe) den Stab berührt und bei Kontakt mit dem Stab eine größere Kraft pro Flächeneinheit der Schneidkante erzeugt. Das erlaubt es, den Stab schneller zu schneiden.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bohrerspitze gemäß der Erfindung ist in 6 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel ist für einen Bohrer mit einem kleineren Durchmesser als der Durchmesser des vorherigen Ausführungsbeispiels geeignet. Wie zu erkennen ist, sind hier weniger gestufte Bereiche als im vorherigen Ausführungsbeispiel vorhanden.
Der äußere Bereich der Bohrerspitze 101 weist auf jeder Seite des Mittelbereichs Schneidkanten 121 auf, die zusammen mit einer Folge von geneigten Abflachungen 125 zwischen der vorderen und hinteren Fläche 123 der Spitze gebildet sind, die sich von den Schneidkanten 121 nach hinten erstrecken. Die Abflachungen er strecken sich unter einem Winkel zwischen 35° und 40° bezüglich einer senkrecht zur Schaftachse liegenden Ebene von den Schneidkanten 121 nach hinten. Die Schneidkanten sind mit Stufen ausgebildet. Die Stufen stellen eine Anzahl von nach unten gerichteten Teilen dar, die jede der Abflachungen 125 in der Folge verbinden.
Zwischen den am weitesten innen liegenden Stufen befindet sich eine zentrale Meißelkante 115, die von zwei Flankenpaaren gebildet wird (117a, 119b dargestellt; 117b, 119a nicht dargestellt), die von der zentralen Meißelkante weg geneigt sind. Eine Flanke 117b, 119b jedes Paars ist unter einem Winkel zwischen 30° und 40° zu einer senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt. Eine Flanke 117a, 119a jedes Paars ist unter einem Winkel zwischen 50° und 60° zu einer senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt.

Claims

Bohrer mit einem Schaft (3) und einer Spitze (1) für den Eingriff mit einem Werkstück, die an jeder Seite einer Mittelachse des Bohrers mit mehreren gestuften Bereichen ausgebildet ist, die so geformt sind, dass sie bei Drehung des Bohrers um die Achse ein Werkstück schneiden, wobei zwischen den inneren gestuften Bereichen eine zentrale Meißelkante (15) vorgesehen ist und jeder gestufte Bereich an gegenüberliegenden Seiten der Spitze zwei symmetrische Schneidkanten (21) aufweist und die Schneidkanten (21) nach hinten bezüglich einer senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Meißelkante (15) von zwei Paaren von Flanken (17a, 17b, 19a, 19b) gebildet wird, die von der zentralen Meißelkante (15) weg geneigt sind.
Bohrer nach Anspruch 1, bei dem zwei oder drei gestufte Bereiche vorgesehen sind.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Flanken (17a, 17b, 19a, 19b) jedes Paares unter unterschiedlichen Winkeln zu einer senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt sind.
Bohrer nach Anspruch 3, bei dem eine Flanke (17b, 19b) jedes Paares unter einem Winkel zwischen 30° und 40° zu einer senkrecht zur Achse des Bohrers liegenden Ebene geneigt ist.
Bohrer nach Anspruch 3 oder 4, bei dem eine Flanke (17a, 19a) jedes Paares unter einem Winkel zwischen 50° und 70° zu einer senkrecht zur Bohrerachse liegenden Ebene geneigt ist.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spitze aus Wolframkarbid besteht.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen den beiden symmetrischen Schneidkanten in einer sich entlang der Achse des Schafts erstreckenden Ebene ein Winkel zwischen 90° und 130° gebildet ist.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jede Schneidkante (21) durch eine Reihe von Abflachungen (25) gebildet ist, die sich von der Schneidkante unter einem Winkel zwischen 35° und 40° bezüglich einer senkrecht zur Schaftachse liegenden Ebene von der Schneidkante nach hinten erstrecken.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schaft zur Unterstützung des Entfernens von Bohrmehl während des Bohrens einen wendelförmigen Kern (9) hat.
Bohrer nach Anspruch 9, bei dem der Kern (9) Nuten aufweist.
Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem von der Meißelkante (15) und den beiden Paaren von Flanken (17a, 17b, 19a, 19b) ein Mittelbereich (11) gebildet ist.
Bohrer nach Anspruch 11, bei dem die Spitze (1) mit einer in Drehrichtung voreilenden Fläche (23), die in einer Ebene im Wesentlichen parallel zur Achse liegt, versehen ist, wobei sich die Schneidkanten (21) hinter der voreilenden Fläche befinden.
Bohrer nach Anspruch 12, bei dem die Schneidkanten (21) zwischen einer Folge von nach hinten geneigten Abflachungen (25) und einer nach vorn geneigten Fläche gebildet sind, die sich nach vorn zur voreilenden Fläche (23) erstreckt.
Bohrer nach Anspruch 13, bei dem der Winkel zwischen nach hinten geneigten Abflachungen und nach vorn geneigter Fläche zwischen 90° und 130° liegt.
Bohrer nach Anspruch 13 oder 14, bei dem sich der Mittelbereich (11) von der vorderen Flanke (17a, 19a) jedes Paares von Flanken (17a, 17b, 19a, 19b) radial nach innen verjüngt und sich jeder der gestuften Bereiche zur vorderen geneigten Fläche radial nach innen verjüngt.
Bohrer nach Anspruch 15, bei dem der Grad der radialen Verjüngung des Mittelbereichs und der gestuften Bereiche gemessen zu einer Linie senkrecht zur voreilenden Fläche (23) und parallel zur Achse zwischen 8° und 12° liegt.
Bohrer nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem der Mittelbereich (11) aus Stahl besteht.
Bohrer nach Anspruch 7, bei dem der Mittelbereich (11) einstückig mit dem Schaft ausgebildet ist.