DE102004022747A1 - Spanwerkzeug mit geometrisch bestimmten Schneiden für Drehantrieb - Google Patents

Spanwerkzeug mit geometrisch bestimmten Schneiden für Drehantrieb Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hinterschnitt-Steinbohrer (36) mit einem Bohrerschaft (26) und einem Hartmetallschneidkörper (10). Die Erfindung schlägt vor, den Hartmetallschneidkörper (10) mit zwei prismatischen Schneidkörpern (12), die durch einen Quersteg (16) einstückig miteinander sind, auszubilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Spanwerkzeug mit geometrisch bestimmten Schneiden für Drehantrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Mit Spanwerkzeug für Drehantrieb ist gemeint, dass das Spanwerkzeug als Hauptbewegung eine Drehbewegung und als Nebenbewegung einen axialen oder auch radialen Vorschub ausführt. Die Erfindung ist insbesondere auf einen Steinbohrer gerichtet, sie lässt sich allerdings allgemein an beliebigen Bohrern oder bspw. auch an Fräsern verwirklichen.
  • Steinbohrer mit Hartmetallschneidplatten sind an sich bekannt. Dabei sind die Hartmetallschneidplatten in einen Querschlitz an einem vorderen Stirnende des Steinbohrers eingesetzt und üblicherweise durch Hartlöten befestigt, wobei andere Verbindungsmöglichkeiten wie Schweißen, Kleben etc. denkbar sind. Die Hartmetallschneidplatten stehen an der Stirnseite und seitlich am Umfang aus dem Bohrer vor und bilden Stirnschneiden und Seitenschneiden.
  • Zum Stand der Technik wird beispielhaft auf die DE 197 30 665 A1 verwiesen, die einen Steinbohrer der vorstehend erläuterten Art offenbart. Des Weiteren offenbart die genannte Druckschrift einen Hinterschnitt-Steinbohrer, dessen Schaft bauchig zur Bildung eines Schwenklagers und dessen vorderes Ende konisch zum Ausreiben einer konischen Hinterschneidung ist. Das vordere, konische Ende, das mit einem Querschlitz versehen ist, in den eine Hartmetallschneidplatte eingesetzt ist, kann auch als Bohrerkopf oder allgemeiner als Werkzeugkopf bezeichnet werden. Da der bekannte Hinterschnitt-Steinbohrer eine Querschnittsverjüngung zwischen dem bauchigen Schaft und dem Bohrerkopf aufweist, ist eine Schwächungsstelle gebildet an der erhöhte Bruchgefahr besteht. Deswegen ist ein Schlitzgrund des bekannten Hinterschnitt-Steinbohrers speziell geformt, er weist einen konischen Schlitzgrund auf.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steinbohrer oder allgemein ein Spanwerkzeug mit geometrisch bestimmten Schneiden für Drehantrieb, das einen oder mehrere Hartstoffschneidkörper aufweist, hinsichtlich verschiedener Eigenschaften zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Spanwerkzeug weist einen oder mehrere, dreidimensionale Hartstoffschneidkörper auf, die formschlüssig in einer oder mehreren komplementären Ausnehmungen im Werkzeugkopf einliegen und bspw. durch Hartlöten oder auch Schweißen, Kleben etc. befestigt sind. Hartstoffschneidkörper im Sinne der Erfindung bedeutet, dass der Hartstoffschneidkörper aus einem härteren und verschleißfesteren Werkstoff als bspw. der Werkzeugschaft und der Werkzeugkopf besteht. Die Werkstoffwahl ist abhängig vom Material des Werkstücks, der Hartstoffschneidkörper kann bspw. keramisch sein. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Hartmetallschneidkörper vor. Werkzeugkopf meint den Bereich des Spanwerkzeugs, der die Schneiden aufweist. Bei einem Bohrer ist der Werkzeugkopf ein vorderes Ende, also das einem Spannende des Bohrers ferne Ende. Bei einem Bohrer ist der Werkzeugkopf üblicherweise einstückiger Bestandteil eines Bohrerschafts. Bei einem Fräser muss der Werkzeugkopf nicht einstückig mit einer Fräserwelle sein, der Werkzeugkopf eines Fräsers kann lösbar mit einer Welle verbunden sein. Auch kann bei einem Fräser der Werkzeugkopf in einem Mittelbereich der Welle und damit des Spanwerkzeugs angeordnet sein.
  • Zur Bildung einer oder mehrerer Stirnschneiden und/oder einer oder mehrerer Seitenschneiden stehen der oder die Hartstoffschneidkörper des erfindungsgemäßen Spanwerkzeugs an einer Stirnseite und/oder am Umfang aus dem Werkzeugkopf vor, wie es von Hartmetallschneidplatten bekannter Steinbohrer bekannt ist. Die Ausnehmung im Werkzeugkopf des erfindungsgemäßen Spanwerkzeugs, in der der oder die Hartstoffschneidkörper einliegen, weist eine oder mehrere Taschen auf, die zu einer Seite des Werkzeugkopfs offen sind und sich seitlich nach außen erweitern. Die Hartstoffschneidkörper weisen eine komplementäre Form auf, die Form der Tasche gibt somit auch die Form der Hartstoffschneidkörper an. Durch die Erweiterung seitlich bzw. radial nach außen weist der Hartstoffschneidkörper eine dreidimensionale Form auf.
  • Die Erfindung ermöglicht eine formschlüssige Zentrierung des oder der Hartstoffschneidkörper im Werkzeugkopf durch die Formgebung der Hartstoffschneidkörper und der komplementären Ausnehmung im Werkzeugkopf. Dadurch wird der Stoffschluss zwischen dem Schneidkörper und dem Werkzeugkopf entlastet, die Gefahr einer Zerstörung der Verbindung ist verringert. Des Weiteren ermöglicht die Erfindung eine großflächige Übertragung der beim Bohren wirkenden Kräfte vom Hartstoffschneidkörper auf den Werkzeugkopf. Diese Kräfte können insbesondere beim Schlagbohren und beim Bohrhämmern groß sein. Auch dies entlastet den Stoffschluss zwischen Hartstoffschneidkörper und Werkzeugkopf und führt zu einer Erhöhung der Standfestigkeit des Spanwerkzeugs. Insbesondere bei einem Hinterschnittbohrer wird die buchgefährdete kritische Stelle zwischen dem Werkzeug- bzw. Bohrerkopf und dem bauchigen Bohrerschaft entlastet, die Buchgefahr ist verringert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass sie auch mehr als zwei Stirnschneiden und Seitenschneiden mit einem Harfstoffschneidkörper ermöglicht. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass eine Span- oder Bohrmehlleitfläche der Hartstoffschneidkörper günstig für eine Bohrmehlabfuhr in wendelförmige Bohrmehlnuten des Bohrerschafts geformt werden.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine prismenförmige Tasche der Ausnehmung im Werkzeugkopf und dementsprechend einen bzw. mehrere prismenförmige Hartstoffschneidkörper vor. Diese Ausgestaltung der Erfindung ergibt die vorstehend erläuterten günstigen Eigenschaften.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Hartstoffschneidkörper zwei Schneidkörper aufweist, die über einen Steg miteinander verbunden sind. Mit Schneidkörper ist dabei ein Teil oder Bereich des Hartstoffschneidkörpers gemeint, der über den Steg einstückig mit dem zweiten Schneidkörper ist. Der den Schneidkörper bildende Bereich des Hartstoffschneidkörpers weist bspw. die vorgenannte prismatische Form auf. Diese Aufgestaltung der Erfindung bewirkt ein selbsttätiges Ausrichten und Zentrieren des Hartstoffschneidkörpers in Bezug auf den Werkzeugkopf bevor der Hartstoffschneidkörper stoffschlüssig mit dem Werkzeugkopf verbunden wird.
  • Eine andere Aufgestaltung der Erfindung sieht mindestens drei Schneidkörper vor, die mit einem sternförmigen Steg einstückig miteinander verbunden sind. Die mindestens drei Schneidkörper und der sternförmige Steg bilden den Hartstoffschneidkörper des erfindungsgemäßen Spanwerkzeugs. Die Schneidkörper können gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sein.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Spanwerkzeug ein Bohrer, insbesondere ein Steinbohrer. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht einen Hinterschnittbohrer als Spanwerkzeug vor. Ein Hinterschnittbohrer ermöglicht die Erstellung eines Hinterschnitts nach Bohren eines zylindrischen Bohrlochs, indem der Hinterschnittbohrer taumelnd um einen gedachten Schwenkpunkt in mittlerer Bohrlochtiefe bewegt wird. Taumelnd bedeutet, dass eine Bohrerachse auf einer Kegelmantelfläche bewegt wird. Hinsichtlich der Ausbildbarkeit eines Hinterschnittbohrers wird die DE 197 30 665 A1 in Bezug genommen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Hartmetallschneidkörper eines erfindungsgemäßen Spanwerkzeugs in perspektivischer Darstellung;
  • 2 einen Werkzeugkopf des erfindungsgemäßen Spanwerkzeugs in perspektivischer Darstellung; und
  • 3 den Werkzeugkopf mit eingesetztem Hartmetallschneidkörper des erfindungsgemäßen Spanwerkzeugs.
  • 1 zeigt einen Hartstoffschneidkörper 10 für ein erfindungsgemäßes Spanwerkzeug, nämlich einen Hinterschnitt-Steinbohrer. Der Hartstoffschneidkörper 10 besteht aus Hartmetall und wird nachfolgend als Hartmetallschneidkörper 10 bezeichnet werden. Er weist zwei prismatische oder pyramidenförmige Schneidkörper 12 auf, die achssymmetrisch zu einer gedachten Drehachse des Steinbohrers angeordnet sind. Prismenflächen 14 der Schneidkörper 12 sind nach innen gerichtet, d.h. einander zugewandt. Die beiden Schneidkörper 12 sind durch einen Quersteg 16 einstückig miteinander verbunden, die beiden Schneidkörper 12 und der Quersteg 16 bilden den Hartmetallschneidkörper 10, die Schneidkörper 12 sind also Bestandteile des Hartmetallschneidkörpers 10. Die prismenförmigen Schneidkörper 12 laufen in einer Richtung pyramidenförmig spitz zu, der Quersteg 16 befindet sich am anderen Ende, d.h. im Fußbereich der Pyramiden.
  • Außenflächen 16 der prismatischen Schneidkörper 12 sind Kegelflächen mit in etwa halbkegelförmigen Aussparungen 20 in ihren Mittelbereichen. Kanten an in Drehrichtung vorderen Prismenflächen 14 der Schneidkörper 12 bilden Stirnschneiden 22 und Seitenschneiden 24 des erfindungsgemäßen Steinbohrers. Die in Drehrichtung vorderen Prismenflächen 14 bilden Bohrmehlleitflächen.
  • 2 zeigt ein vorderes Ende eines Bohrerschafts 26 des erfindungsgemäßen Steinbohrers. Das vordere Ende des Bohrerschafts 26 kann auch als Bohrkopf 28 bezeichnet werden. Das vordere Ende des Bohrerschafts 26, d.h. der Bohrerkopf 28 ist mit einer zu dem Hartmetallschneidkörper 10 komplementären Ausnehmung 30 versehen. Die Ausnehmung 30 weist eine Art Querschlitz oder Quernut 32 für den Quersteg 16 des Hartmetallschneidkörpers 10 auf, der seitlich in prismatische Taschen 34 für die Schneidkörper 12 übergeht. Die Taschen 34 erweitern sich nach außen und sind an Seiten, d.h. am Umfang des Bohrerkopfs 28 offen.
  • Der Hartmetallschneidkörper 10 liegt formschlüssig in der Ausnehmung 30 des Bohrerkopfs 28 ein, die Prismenform der Schneidkörper 12 zentriert den Hartmetallschneidkörper 10 im Bohrerkopf 28. Zur Befestigung wird der Hartmetallschneidkörper 10 stoffschlüssig mit dem Bohrerkopf 28 verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung kann in herkömmlicher Weise durch Hartlöten oder bspw. durch Schweißen, Kleben etc. erfolgen. Die Prismenflächen 14 der Schneidkörper 12 übertragen beim Bohren auftretende Axial-, Tangential- und Querkräfte großflächig auf den Bohrerkopf 28, die stoffschlüssige Verbindung ist dadurch entlastet. Wie in 3 zu sehen stehen die Stirnschneiden 22 und aufgrund der Kegelform der Außenflächen 18 die Seitenschneiden 24 seitlich aus dem Bohrkopf 28 vor. Durch die schräg nach außen verlaufenden Seitenschneiden 24 bildet der Steinbohrer 36 einen Hinterschnittbohrer, mit dem sich nach Bohren eines zylindrischen Bohrlochs eine konische Hinterschneidung am Bohrlochgrund ausreiben lässt. Dazu wird der Hinterschnitt-Steinbohrer 36 nach Bohren des zylindrischen Bohrlochs taumelnd bewegt, d.h. seine Drehachse wird auf einer gedachten Kegelmantelfläche bewegt.
  • Der Bohrerschaft 26 weist Bohrmehlnuten 38 auf, wie sie von Wendelbohrern, d.h. üblichen Stein- und sonstigen Bohrern bekannt sind. Die Bohrmehlnuten 28 beginnen an den Prismenflächen 14 der Schneidkörper 12, die sich in Drehrichtung vorn befinden und die die Steinmehlleitflächen bilden.

Claims (7)

  1. Spanwerkzeug mit geometrisch bestimmten Schneiden für Drehantrieb, mit einem Werkzeugkopf und mit einem Hartstoffschneidkörper, der formschlüssig in einer komplementären Ausnehmung im Werkzeugkopf aufgenommen und befestigt ist und der zur Bildung einer Stirnscheide und/oder einer Seitenschneide an einer Stirnseite und/oder am Umfang aus dem Werkzeugkopf vorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30) im Werkzeugkopf (28) eine Tasche (34) aufweist, die zur Seite des Werkzeugkopfs (28) offen ist und sich seitliche nach außen erweitert.
  2. Spanwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (30) eine prismenförmige Tasche (34) aufweist.
  3. Spanwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffschneidkörper (10) zwei Schneidkörper (12) aufweist, die über einen Steg (16) miteinander verbunden sind.
  4. Spanwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoffschneidkörper (10) mindestens drei Schneidkörper aufweist, die gleichmäßig oder ungleichmäßig auf dem Umfang des Werkzeugkopfs verteilt angeordnet und über einen sternförmigen Steg miteinander verbunden sind.
  5. Spanwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spanwerkzeug ein Bohrer, insbesondere ein Steinbohrer (36) ist.
  6. Spanwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spanwerkzeug ein Hinterschnittbohrer (36) ist.
  7. Spanwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spanwerkzeug (36) einen Hartmetallschneidkörper (10) als Hartstoffschneidkörper aufweist.
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