DE2213535A1

DE2213535A1 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2213535A1
Application number: DE19722213535
Authority: DE
Inventors: Willian Glen Parva Perrett Colin Wigston Magna Leicestershire Tanner (Großbritannien)
Original assignee: The English Electric Co Ltd, London
Priority date: 1971-03-22
Filing date: 1972-03-21
Publication date: 1972-10-05
Also published as: US3806270A; FR2131505A5; GB1349033A

Description

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6 Frankfuvi a. M. 1
' Parkstraße 13

7017

THE SHGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England

Bohrwerkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf Bohrwerkzeuge bzw. Bohrer mit einem rohrförmigen Bohrerschaft und.einer Bohrerspitze, die in einem Ende des Schaftes befestigt ist und aus diesem hervorsteht, insbesondere auf Bohrwerkzeuge oder Bohrer zur Ausarbeitung von Bohrlöchern, die im Verhältnis zu ihren Durchmessern lang sind.

Bei der maschinellen Bearbeitung von Graphitblöcken, welche aufeinandergestapelt werden, um den Moderatorkern eines Kernreaktors zu bilden, ist es häufig erwünscht, relativ dünner oder schmaler Löcher von einem Ende zum anderen Ende eines Blockes auszubohren, z.B. derart, daß entsprechende Löcher in einer Anzahl von Blöcken, die zu einer Säule aufeinandergestapelt sind, einen schmalen Kanal bilden können, den man mit Met han füllen kann, um die Oxidation des Graphits zu unterbinden, aus dem die Blöcke hergestellt sind. Da diese Blöcke eine Länge von einigen Metern aufweisen können (einige 3 Fuß), sind zur Ausführung der erforderlichen Löcher, die einen Durchmesser von weniger als 12,7 mm (1/2 Zoll) aufweisen können, Bohrvorgänge bis auf eine Tiefe von 457 mm (18 Zoll) nötig, und zwar selbst dann, wenn man jedes Loch

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teilweise vom einen Ende des Blockes und teilweise vorn anderen Ende des Blockes herausbohrt.

Es hat sich herausgestellt, daß herkömmliche bzw. bekannte Kanonenbohrer, die auf den ersten Blick als wahrscheinlich geeignete Vorrichtungen angesehen werden, derartig tiefe enge Löcher auszubohren, tatsächlich für diesen Zweck wirklich nicht geeignet sind, wenngleich das Graphitmaterial der Blöcke natürlich erheblich weicher als die Metalle ist, die gewöhnlich mit Kanonenbohrer bearbeitet werden. Ein Grund hierfür scheint darin zu liegen, daß, da das Graphit der Blöcke ein stark abschleifendes Material ist, die Spitze des Kanonenbohrers ziemlich schnell eine schwache Abschrägung erfährt, und demzufolge einer Teil- oder Klemmwirkung unterworfen wird, während sie sich vorwärtsbewegt. Diese Teil- oder Klemmwirkung führt jedoch zu der Gefahr, daß sich die Bohrerspitze in dem Bohrloch festfrißt und allzu häufig vom Bohrerschaft abschert, an dem sie befestigt ist. Ein weiterer Grund, der auch auf dem Verschleiß des Kanonenbohrers infolge des Abriebs beruht, scheint in der asymmetrischen Form eines herkömmlichen Kanonenbohrers zu liegen. Um eine wirksame Beseitigung der Metallspäne zu erreichen, weist bei einem herkömmlichen Kanonenbohrer derselbe eine Längsbohrung auf, durch welche Luft (oder ein anderes Medium) unter Druck der Arbeitsspitze zugeführt wird. Weiterhin ist der im wesentlichen zylindrische Bohrer an seiner Außenseite mit einer Längsnut versehen, entlang der die Luft von dem Boden des ausgebohrten Loches mit entweicht und Metallspäne mitführt. Die Längsnut ist durch zwei axial verlaufende ebene Flächen begrenzt, die unter einem stumpfen Winkel zueinander im allgemeinen in radialen Ebenen relativ zur Bohrerachse angeordnet sind und an ihren radial außen liegenden Rändern die äußere zylindrische Fläche des Bohrers an zwei longidutinal verlaufenden Ecken treffen. Diejenige dieser beiden Ecken, die an der einen der beiden nutbildenden Flächen angrenzt, welche sich bei der Drehung des Bohrers vorwärtsbewegt,

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wird in der Nähe der Spitze des Bohrers abgenutzt, so daß der benachbarte Teil der ursprünglich zylindrischen Außenfläche tatsächlich zu einer Teil- oder Klemmfläche wird, derart, daß der Bohrer zum Festfressen in dem Bohrloch neigt, wenn er gedreht wird. Der axiale Vorschub eines abgenutzten Bohrers und seine Drehung sind daher durch die Gefahren beschränkt, daß er sich aufgrund der entsprechenden Klemmvorgänge festfrißt.-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Bohrer bzw. ein Bohrwerkzeug zu schaffen, welcher die Ausarbeitung eines Bohrlochs in Graphit und ähnlichen Materialien bis auf eine Tiefe ermöglicht, die relativ zu seinem Durchmesser groß ist, und der den oben beschriebenen nachteiligen Erscheinungen weniger unterworfen ist als ein herkömmlicher Kanonenbohrer.

Zur Lösung obiger Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Bohrwerkzeug oder Bohrer mit einem rohrförmigen Bohrerschaft und einer Bohrerspitze, die in einem Ende des Schaftes befestigt ist und aus diesem hervorsteht. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrerspitze in der Porm eines Spiralbohrers ausgeführt ist und innerhalb des Schaftes ein Endstück, einen Körperteil, der sich zwischen dem Schaft und demjenigen Ende des Körperteils erstreckt, das von dem Schaft abgelegen ist, und einen Kopfteil aufweist, der einen größeren Durchmesser als der Körperteil und der Schaft besitzt, und daß die Bohrerspitze Nuten bzw. Drallnuten aufweist, welche sich kontinuierlich entlang ihrem Kopf-, Körper- und Endstück erstrecken, und über die der Schaft an seinem einen Ende offen ist.

Vorzugsweise geht das Körperstück der Bohrerspitze an einem ' Bereich mit verringertem Durchmesser in das Endstück der Bohrerspitze über, und der rohrfürmige Schaft ist an seinem einen Ende glockenförmig oder muffenartig aufgebogen und steht in enger Anlage mit denjenigen Teilen der Stege oder

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Umflachen zwischen den Nuten bzw. Drallnuten der Bohrerspitze, welche in diesem Bereich mit dem verringerten Durchmesser liegen,

Die betreffenden Teile der Stege bzw. Umflächen sind vorzugsweise an dem ausgebogenen Ende des Schaftes hart angelötet, innerhalb dessen das Endstück der Bohrerspitze vorzugsweise mit einem Preßsitz angeordnet ist.

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:

Pig. 1 eine Seitenansicht des Bohrers;

Pig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Spitze des Bohrers von der Seite und einen Teil eines Schaftes für den Bohrer im Schnitt und

Fig. 3 und 4 Querschnittsansichten in noch einem größeren Maßstab, und zwar entlang den Linien III/IHund IV/IV der -Pig. 2.

Der dargestellte Bohrer weist eine Bohrerspitze 11 und einen Bohrerschaft 12 auf. Die Bohrerapitze 11 hat die Form eines Spiralbohrers mit Drallnuten 13, und sie enthält ein Haupt-Körperstück 14 mit einer zylindrischen Hülle und ein Kopfstück 15, das eine zylindrische Hülle mit einem größeren Durchmesser als das Körperstück 14 aufweist. Das freie Ende des Kopfstücks ist in der bei Spiralbohrern üblichen Weise zugeschliffen, um Schneidkanten 16 auszubilden. An seinem gegenüberliegenden Ende geht das Körperstück 14 in einem Bereich 17 mit verringertem Durchmesser in ein Endstück 18 über, das einen kleineren Durchmesser als das Körperstück 14 aufweist. Die Drallnuten 13

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sind jedoch ausreichend tief, so daß sie sich, entlang dem Endstück 18 ebenso erstrecken, wie entlang dem Haupt-Körperstück H und dem Kopfstück 15.

Der Bohrerschaft 12 ist rohrförmig ausgeführt und nimmt das Endstück 18 der Bohrerspitze auf, das mit einem strammen Schiebe sitz in das eine Ende 19 eingefügt ist. Das Ende 19 ist glockenförmig ausgesogen, z.B. durch einen Drückvorgang, um in einen satten Eingriff mit dem Bereich 17 der Bohrerspitze 11 zu kommen der einen reduzierten Durchmesser hat. Um die Bohrerspitze 11 in dieser Stellung zu "befestigen, wird die innere Seite des ausgesogenen Endes 19 des Schaftes 12 durch ein Lötmittel 20 an den Stegen oder Umflachen 21 zwischen den Drallnuten 13 hart angelötet,und zwar an der Stelle, an der diese im Bereich 17 mit dem verringerten Durchmesser kreuzen. Zwischen den Stegen bzw. Umflachen 21 erstrecken sich die Dralinuten 13 kontinuierlich und ohne Behinderung, so daß sie in Kommunikation mit dem Innenraum des Schaftes 12 stehen. Der Schaft 12 ist auf diese Weise über die Drallnuten 13 an seinen Enden 19 offen.

Bei der Benutzung des Bohrers wird das von der Bohrerspitze abgelegene Ende des Schaftes 12 in ein Spannfutter an einer rotierenden Welle eingebracht, und wenn .sich der Bohrer dreht und gleichzeitig relativ zu einem Werkstück vorgeschoben wird, wird unter Druck stehende Luft oder ein anderes Medium in den Bohrerschaft eingeführt und durch diesen hindurch zur Bohrerspitze 11 gelenkt. Wenn der Bohrer ein Loch 22 (in Fig. 2 durch strichpunktierte Linien dargestellt) in dem Werkstück aus Graphit oder einem anderen ähnlichen Material ausarbeitet, erzeugt er Späne (die im Falle von Graphit in pulvriger Form vorliegen), welche entfernt werden müssen. Das durch den Schaft 12 zugeführte Medium tritt am Ende 19 desselben durch die Drallnuten 13 aus und gelangt in den Raum, der das Bohrer-Körper-

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stück 14 innerhalb des Bohrloches 22 umgibt. Das Medium fängt die Späne ein und führt sie mit 3ich, wenn es aus dem Bohrloch durch den ringförmigen äußeren Bereich desselben entweicht, der den Schaft 12 umgibt. Es wird darauf hingewiesen, daß der maximale Durchmesser des glockenförmig ausgebogenen Endes 19 des Schaftes 12 kleiner ist als derjenige des Kopfstücks 15 der Bohrerspitze 11 und damit auch kleiner ist als der Durchmesser des Bohrloches 22, um den Austritt bzw. das Entweichen des die Späne mitführenden Mediums zu ermöglichen. Es gilt als wahrscheinlich, daß in dem da3 Bohrer-Körperstück

14 innerhalb des Bohrloches 22 umgebenden Raum eine beträchtlich Turbulenz des Mediums vorherrscht, das durch den Schaft

12 zugeführt wird, wobei jedoch wenigstens in einem gewissen Ausmaß das aus dem Schaftende 19 durch die Drallnuten 13 austretende Medium weiter entlang den Drallnuten strömt (und an der Drehbewegung des Bohrers ebenso teilnimmt, als es der schraubenlinienförmigen Gestalt der Drallnuten selbst folgt) bis es das Kopfstück 15 der Bohrerspitze erreicht. Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß ein wirksamer Einschluß und eine wirksame Beseitigung der Späne erzielt wird, und daß ferner nur eine geringe oder garkeine Gefahr besteht, daß sich der Bohrer infolge einer Ansammlung von Bohrspänen in dem Bohrloch festfrißt.

Es wird darauf hingewiesen, daß eine wirksame Beseitigung der Bohrspäne teilweise von der axialen Länge des Kopfstücks

15 abhängt, die nicht zu groß sein soll. Andererseits ist es erwünscht, daß das Kopfstück 15 nicht zu kurz ist, da (infolge der wendeiförmigen Ausführung der Drallnuten 13) eine Verringerung der axialen Länge des Kopfstücks 15 auch den Bruchteil von 360° reduziert, um den sich die teilzylindrischen Stege bzw. Umflächen 23 zwischen den Drallnuten

13 rund um das Kopfstück 15 erstrecken. Ferner ist es erwünscht, daä in Umfangsrichtung verlaufende Ausmaß dieser

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Stege bzw. Umflachen 23 des Kopfstücks 15 ausreichend groß zu halten, um eine einwandfreie Führung der Bohrerspitze zu erreichen.

Die .Abmessungen eines sehr zufriedenstellenden praktischen Ausführungsbeispiels des oben beschriebenen Bohrers können wie folgt angegeben werden:

Gesamtlänge des Bohrers (Spitze 11 und Schaft 12) (um ein Loch mit einer Länge bis zu 24· Zoll zu bohren)

Durchmesser der einhüllenden, bzw. des Einhüllkreises des Kopfstücks 15

Durchmesser der einhüllenden des Körperstücks 14

Durchmesser des Schaftes 12 (außen) Durchmesser des Schaftes 12 (innen)

Durchmesser (maximum) des Endes 19 (außen)

Durchmesser (maximum) des Endes 19 (innen)

Ende 19, ausgebogen auf einen Ba&ius τοπ Oj600 Zoll

Länge des Kopfstücks 15 (die Spitze ausgenommen)

Länge des Körperstücks H

Tiefe der Drallnuten 13 (relativ zum Innendurchmesser des Schaftes 12) ■

(27 Zoll)

0,307 Zoll

(0,275
(0,250
(0,178
(0,275

(0,275
(Oi600

(0,312
0,250

(0,875

Zoll) Zoll) Zoll) Zoll) Zoll) Zoll)

Zoll) Zoll)

(0,030 Zoll)

Bei diesem Bohrer bestand der Schaft 12 aus einem kaltgezogenen Weichstahl-Rohr, und die Bohrerspitze 11 aus einem Schnellstahl mit einem Oarbit-Kopfstück 15 aus 96$ Wolframcarbit und 4% Cobalt.

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Aus der obigen Tabelle mit den Dimensionen geht hervor, daß bei dem Bohrer, auf den sie sich beziehen, der Schaft 12 über 20 mal so lang ist wie derjenige Teil (bestehend aus den Kopf- unc Körperstücken 15 und 14) der Bohrerspitze 11, die aus dem Schaft hervorsteht, und daß die Gesamtlänge des Bohrers gut über 50 mal (und tatsächlich nahezu 90 mal ) so groß ist wie der Durchmesser des Kopfstücks 15 der Bohrerspitze.

Die symmetrische Porm des führenden Endes der Bohrerspitze 11 (die im wesentlichen derjenigen eines bekannten Gesteinsbohrers entspricht), und insbesondere die symmetrische Anordnung der Schneidkanten 16 im Gegensatz zu der asymmetrischen einzigen entsprechenden Schneidkante eines herkömmlichen Kanonenbohrers bedeutet, daß während des Bohrens praktisch kein seitlicher Schub am Kopfstück 15 vorhanden ist. Dies kombiniert mit der symmetrischen entgegengesetzten Anordnung der Stege bzw. Umflächen 23 und ihr ausreichendes Umfangsausmaß und demzufolge gute Zentrierwirkung ergibt weiter den Vorteil, daß die führenden Kanten 24 der Stege 23 nur relativ wenig verschleißen und nur eine relativ geringe Gefahr besteht, daß die Stege 23 sich in axialer Richtung konusförmig abnutzen. Es wird angenommen, daß diese Betrachtungen die Basis (in Verbindung mit der oben beschriebenen wirksamen Entfernung der Metallspäne) für die beobachtete Tatsache bilden, daß die Gefahr bei dem Bohrer gemäß der Erfindung wesentlich geringer ist, daß er sich in dem zu bohrenden Loch festfrißt, als dies bei einem herkömmlichen Kanonenbohrer der Fall ist.

Es hat sich erwiesen, daß durch die Benutzung eines Bohres gemäß der Erfindung die Arbeitskosten verglichen mit denjenigen bei der Verwendung eines herkömmlichen Kanonenbohrers ganz beträchtlich gesenkt werden. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, daß Bohrer gemäß der Erfindung bei weit niedrigeren Kosten als herkömmliche Kanonenbohrer hergestellt

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werden können, aber auch teilweise darauf, 'daß die Neigung zum Verschleiß der Stege bzw. Umflachen verringert ist. Mit dem Bohrer gemäß der Erfindung lassen sich ferner konstantere Lochabmaße aufrechterhalten, was zu einer erhöhten Lebensdauer, geringere Instandsetzungslcosten und einer verminderten.Gefahr führt, daß der Bohrer bricht.

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Claims

Patentansprüche

Bohrwerkzeug mit einem rohrförmigen Bohrerschaft und einer Bohrerspitze, die in einem Ende des Schaftes befestigt ist und aus diesem hervorsteht, dadurch gekennzeichne t , daß die Bohrerapitze (11) die Form eines Spiralbohrers besitzt und ein Endstück (18) innerhalb des Schaftes (12), ein Körperstück (14), das sich zwischen dem Schaft und dem Ende des Körperstücks erstreckt, das von dem Schaft abgelegen ist, und ein Kopfstück (15) aufweist, das einen größeren Durchmesser als das Körperstück und der Schaft aufweist und daß die Bohrerspitze Nuten (15) enthält, die sich kontinuierlich entlang ihren Kopf-, Körper- und Endstücken erstrecken und durch die der Schaft an seinem einen Ende (19) offen ist.

Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichne t , daß die Nuten (13) schraubenlinienförmig verlaufen.

Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Körperstück (14) der Bohrerspitze über einen Abschnitt (17) mit verringertem Durchmesser in das Endstück (18) übergeht, und daß der rohrförmige Schaft an seinem einen Ende (19) glockenförmig ausgebogen ist und in satter Anlage mit denjenigen Teilen der Stege (21) zwischen den Nuten der Bohrerspitze steht, die sich in diesem Abschnitt mit verringertem Durchmesser befinden.

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4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß diese Teile der Stege (21) an das glockenförmig ausgebogene Ende (19) des Schal*-ces hart angelötet sind und das Endstück (18) der Bohrerspitze mit einem Preßsitz innerhalb des Schaftes angeordnet ist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrerschaft (12) mehr als 20 mal so lang wie der Teil der Bohrerspitze (11) ist, der aus dem Schaft hervorsteht.

6. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Bohrers (11, 12) mehr als 50 mal so groß wie der Durchmesser des Kopfstücks 15 der Bohrerspitze ist.

7. Bohrwerkzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende seines Schaftes (12), das von dem eijien Ende (19) des Schaftes abgelegen ist, drehbar "befestigt und mit einer Quelle eines unter Druck stehenden Mediums verbunden ist.

ReFu/Pi.

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