Bohrwerkzeug mit einem an diesem befestigten Anschlagring

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem an diesem befestigten Anschlagring zur Begrenzung der Bohrtiefe, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik:

Tiefenanschläge beim Bohren in Gestein sind in verschiedener Ausführung bekannt. Zum einen kann der axiale Weg des Spiralschafts im Bohrloch durch einen z. B. an der Bohrmaschine befestigten, jedoch verschiebbaren Tiefenanschlag begrenzt werden. Weiterhin sind Bohrwerkzeuge bekannt, die einen auf dem Bohrer axial verschiebbaren Ring aufweisen, der mittels einer Stellschraube am Bohrer fixiert werden kann. Es sind weiterhin Bohrwerkzeuge bekannt (DE-U 85 15 960), die einen als Anschlag dienenden zylindrischen Absatz mit größerem Durchmesser aufweisen, wobei Bohrer und Anschlag einstückig gefertigt sind. Bei diesen Bohrwerkzeugen ist der Anschlag nicht verschiebbar, d. h. er ist stets auf die gleiche Tiefe des Bohrlochs ausgelegt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 der vorliegenden Anmeldung ist auch ein Bohrwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welchem ein Anschlagring mit abgesetztem Durchmesser sich auf einer Ringschulterfläche zwischen Spiralschaft und Zylinderschaft abstützt. Dabei kann der Anschlagring auf dem Zylinderschaft aufgelötet sein.

Derartige Bohrwerkzeuge werden dynamisch belastet, d. h. beim Eindringen in Gestein, welches ggf. mit einer Stahlarmierung versehen ist, wird der Spiralschaft einer dynamischen Biegung unterworfen, wie dies auch in Fig. 2 als gekrümmter Spiralschaft angedeutet ist. Da der Anschlagring den Spiralschaft vollständig umschließt, kommt es zu einer gewissen Kerbwirkung in dem Bereich, in welchem der Anschlag bohrerkopfseitig endet. Erst ab diesem Bereich kann sich der Spiralschaft ungehindert verbiegen. Solche Kerbspannungsspitzen können sich noch dadurch erhöhen, daß der Anschlag gegen das Bohrloch fährt, wobei eine zusätzliche Belastung eintritt. Es kommt demnach zum vorzeitigen Bruch des Spiralschafts im Bereich der stirnseitigen Anschlagfläche des Anschlagrings.

Vorteile der Erfindung:

Das in Anspruch 1 definierte Bohrwerkzeug hat gegenüber den bekannten Werkzeugen den Vorteil, daß ein einfach herstellbarer Anschlagbohrer geschaffen wird, der eine deutlich verbesserte Bruchfestigkeit insbesondere bei dynamischer Belastung mit Biegemomenten aufweist.

Der Erfindung liegt der Kerngedanke zugrunde, daß der Anschlagring derart konzipiert und am Bohrwerkzeug angebracht sein muß, daß die Biegebeanspruchung des dynamisch belasteten Bauteils hiervon völlig unberührt bleibt. Vielmehr muß sich der Spiralschaft gegenüber dem Zylinderschaft des Bohrwerkzeugs ungehindert wie bei einem normalen Bohrwerkzeug einer ungehinderten Verbiegung unterziehen können, ohne daß durch den Anschlagring zusätzliche Spannungsspitzen auftreten. Demzufolge muß der Anschlagring mit seiner Befestigungszone derart am Bohrwerkzeug anliegen und hieran befestigt sein, daß dies ohne Beeinflussung auf das Biegeverhalten des Bohrwerkzeugs bleibt. Die Befestigung des Anschlagrings wird deshalb auf einen völlig unkritischen Durchmesserbereich des Bohrwerkzeugs verlegt, wobei insbesondere die bohrerkopfseitige, stirnseitige Anschlagfläche des Anschlagrings axial getrennt von der Anschlagfläche des Anschlagrings gegenüber dem Bohrwerkzeug angeordnet ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug wird insbesondere erreicht, daß keinerlei Kerbwirkung, hervorgerufen durch den Anschlagring, auf den Spiralschaft oder auch auf den Zylinderschaft einwirkt. Die auf den Anschlagring auftretenden Axialkräfte werden vielmehr an einer unkritischen Stelle in den Zylinderschaft eingeleitet. Demzufolge treten auch bei extremer Schlagbeanspruchung und sich einstellenden Biegemomenten bei einseitiger schräger Belastung auf den Anschlagring aufgrund schräger Bohrungen keinerlei Brüche durch Spannungsspitzen auf.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Bohrwerkzeugs möglich.

Gemäß der Ausbildung des Bohrwerkzeugs im Anspruch 2 wird der Durchmessersprung im Anschlagring wesentlich kleiner ausgeführt, als der Durchmessersprung vom Spiralschaft zum Zylinderschaft. Hierdurch ergibt sich ein ausreichend breiter Ringspalt, der eine ungehinderte Bewegungsfreiheit des Spiralschafts insbesondere bei einer Biegebeanspruchung zuläßt.

Durch axiale Verlagerung der stirnseitigen Anschlagfläche des Anschlagrings und der Abstützfläche zwischen Anschlagring und Bohrwerkzeug werden kritische Belastungszonen am Bohrwerkzeug axial getrennt. Diese axiale Trennung soll wenigstens einen Wert aufweisen, der im Bereich der axialen Länge der Übergangszone des Durchmessersprungs zwischen Spiralschaft und Zylinderschaft liegt. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist diese axiale Länge ungefähr vom Betrag her gleich groß oder größer wie der Betrag des Spiralschaftdurchmessers.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht weiterhin vor, daß der den Zylinderschaft umgebende Längsabschnitt des Anschlagrings mit größerem Innendurchmesser mit dem Zylinderschaft verlötet ist, während der den Spiralschaft bzw. den Fuß des Spiralschafts umgebende Längsabschnitt des Anschlagrings einen Ringspalt zur völligen Bewegungsfreiheit bei einer Biegebeanspruchung des Spiralschafts bildet. Dabei wird die kegelförmige Abstützfläche im Anschlagring durch den Durchmessersprung der Innenbohrungen gebildet. Diese Abstützfläche soll verhältnismäßig schmal ausgeführt sein, d. h. die Abstützung an der Ringschulterfläche der Übergangszone zwischen Spiralschaft und Zylinderschaft des Bohrwerkzeugs wird sehr schmal ausgeführt.

Durch den sich hieraus ergebenden großen Ringspalt zwischen dem Anschlagring und dem Spiralschaft kann die Übergangszone zwischen Spiralschaft und Zylinderschaft mit einem großen Krümmungsradius versehen werden, wodurch das Bohrwerkzeug sehr unempfindlich gegen dynamische Biegebeanspruchung wird. Insbesondere ist diese sonst kritische Zone entfernt von der stirnseitigen Anschlagfläche des Anschlagrings.

Weitere Einzelheiten und Vorteile eines Ausführungsbeispiels sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs mit Anschlagring im Längsschnitt,

Fig. 2

eine Anordnung eines Bohrwerkzeugs mit Anschlagring nach dem Stand der Technik und

Fig. 3

die Darstellung nach Fig. 1 mit Biegebeanspruchung des Bohrwerkzeugs.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung:

Das in der Fig. 1 und 3 dargestellte Bohrwerkzeug besteht aus einem Spiralschaft 1 und einem nur teilweise dargestellten zylindrischen Zylinderschaft 2. An der Spitze des Spiralschafts 1 ist eine Hartmetallschneide 3 zu Bildung des Bohrkopfes eingesetzt. An seinem Fuß 4 vergrößert sich der Durchmesser d₁ des Spiralschafts 1 über einen großen Krümmungsradius R allmählich auf den Außendurchmesser d₂ des Zylinderschafts. Ein Anschlagring 5 mit der Länge l₅ und dem Außendurchmesser d₅, dessen die Bohrtiefe t bestimmende stirnseitige Anschlagfläche mit 6 bezeichnet ist, erstreckt sich über die Übergangszone des Spiralschaftfußes 4 zum Zylinderschaft 2 und ist auf etwa halber Länge l₈ im Bereich des Längsabschnitts 8 mit dem Zylinderschaft 2 über eine Hartlötung verbunden. Die Verbindung des Abschnitts 8 zum Zylinderschaft 2 kann auch als Preßverbindung oder Schrumpfverbindung ausgeführt sein.

Der vordere Längsabschnitt 9 des Anschlagrings 5 mit der Länge l₉ umschließt den Spiralschaftfuß 4 des Spiralschafts 1 und bestimmt die Anschlagtiefe t. Die Länge l₉ des Abschnitts 9 kann dabei auch kürzer als die Länge l₈ ausgeführt sein, sie sollte jedoch nicht kürzer als die Länge l₁₂ sein, was der axialen Länge der Übergangszone der radienförmigen Ringschulterfläche 12 entspricht.

Der vordere Längsabschnitt 9 des Anschlagrings 5 hat einen kleineren Innendurchmesser d₉ als der auf den Zylinderschaft 2 aufgesteckte und aufgelötete Längsabschnitt 8 mit dem Innendurchmesser d₈. Hierdurch ergibt sich eine innenkegelförmige Abstützfläche 13, die auf dem äußeren Rand der Ringschulterfläche 12 des Spiralschaftfußes 4 auf einer Abstützschulter 7 aufliegt. Die Innenkegelfläche der Abstützfläche 13 an dem Anschlagring 5 ist demnach durch den Innendurchmessersprung d₈ / d₉ gebildet.

Die radiale Breite a der Abstützschulter 7 am Spiralschaftfuß 4 bzw. die Abstützfläche 13 des Anschlagrings 5 ist sehr schmal ausgeführt und beträgt a ungefähr (1/4 bis 1/2) b, wobei b = r₈ - r₁ ist. (r₈ = d₈/2; r₁ = d₁/2). Der Kegelwinkel α der Abstützschulter 7 beträgt ca. 30°, die Abstützschulter 7 wird ebenfalls in die Lötverbindung einbezogen.

Der Schaftdurchmesser d₂ kann sich nach einem Übergangsbereich 10 mit der Länge l₁₀ wieder verjüngen (d_2′) oder auch noch erweitern. In der Fig. 1 ist eine Verjüngung auf den Durchmesser d_2′ gestrichelt dargestellt. Auf jedenfall soll der Befestigungsabschnitt 8 nicht mit dem Durchmessersprung d₈ → d_2′ überlappen, um Spannungsspitzen zu vermeiden.

Der Anschlagring 5 kann eine Bohrung 11 zur Zuführung von Lötmaterial zur Verlötung des Längsabschnitts 8 aufweisen.

Maßgeblich für die gute dynamische Belastbarkeit des Bohrwerkzeugs durch auftretende Biegemomente ist der durch den kleinen Durchmessersprung d₈ / d₉ gebildete Ringspalt 14 im Bereich des Längsabschnitts 9 mit der Ringspaltbreite c. Dieser Ringspalt ermöglicht einen ungehinderten Übergangsradius R im Bereich des Spiralschaftfußes 4. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann sich der Spiralschaft 1 hierdurch ungehindert einer dynamischen Durchbiegung unterziehen, ohne daß es zu Spannungsspitzen zwischen dem Anschlag 5 und dem Spiralschaft 1 kommt. Der in der Fig. 2 beim Stand der Technik angegebene kritische Bereich X mit der entsprechenden Bruchstelle Y im Bereich der bohrerkopfseitigen Stirnfläche des dort dargestellten Anschlagrings entfällt vollkommen. Vielmehr ist diese kritische Stelle "X" dadurch bei der vorliegenden Erfindung entfallen, in dem die Verbindung des Anschlagrings 5 mit dem Bohrwerkzeug auf die schmale kegelförmige Fläche 7, 13 mit der Breite a beschränkt ist. Die Befestigung des Anschlagrings 5 liegt demnach auf einen unkritischen Durchmesserbereich, wobei der Ringspalt 14 eine ungehinderte Bewegungsmöglichkeit des Spiralschafts bei einer Wechselbiegebeanspruchung zuläßt. Kritische Punkte und Laststellen werden demnach bei der vorliegenden Erfindung optimal auseinandergezogen und verteilt.

Der Durchmesser d₉ wird so groß gewählt, daß sich eine ausreichend breite innenkegelförmige Abstützfläche 13 im Anschlagring 5 ergibt, die auf der radial außen liegenden Abstützschulter 7 der Ringschulterfläche 12 aufliegt. Durch die zusätzliche Lötverbindung im Längsabschnitt 8 wird der Anschlagring ausreichend stark gehalten, so daß die Breite a verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Maßgeblich ist der freie und optimale Übergang der radienförmigen Ringschulterfläche 12 zur Vermeidung von Spannungsspitzen. Die Länge l₉ des oberen Längsabschnitts 9 des Anschlagrings 5 sollte mindestens den axialen Längsabschnitt l₁₂ überdecken, der für die Übergangszone der Ringschulterfläche 12 benötigt wird, d. h. der durch den Übergangsbereich d₈ / d₁ gebildet wird.