DE10114882A1 - Bohrwerkzeug - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Bohrwerkzeug, welches in seinem grundsätzlichen Aufbau mit einem Schaft (1) und einer Schneidplatte (2) bzw. einem Schneidkörper (2) ausgerüstet ist. Die Schneidplatte (2) ist am vorderen Ende des Schaftes (1) befestigt. Erfindungsgemäß ist die Schneidplatte (2) auf Basis eines nichtmetallischen Hartstoffes gefertigt und stoffschlüssig mit dem Schaft (1) gefügt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, mit einem Schaft und einer Schneidplatte, welche am vorderen Ende des Schaftes befestigt ist.

Derartige Bohrwerkzeuge sind aus der Praxis bekannt und werden im Übrigen im Rahmen der europäischen Patent­ anmeldung 0 006 417 A1 beschrieben. Bei solchen Bohrwerk­ zeugen setzt man üblicherweise Hartmetallplättchen als Schneidplatte ein, um auch widerstandsfähige Materialien wie Beton, Glas oder verschiedene Stähle oder grundsätzlich Metalle, insbesondere Gusswerkstoffe, spanend im Sinne eines Bohrens bearbeiten zu können. Dabei hat sich heraus­ gestellt, dass bei solchen Anwendungsfällen die Hartmetall­ plättchen relativ schnell verschleißen.

Aus diesem Grund kennt man im Stand der Technik darüber hinaus kostenintensive Vollkeramik-Bohrer. Außerdem werden Bohrer mit austauschbaren Schneidplatten auf Keramikbasis verfolgt, die beispielsweise an den Schaft angeschraubt sind.

Beide vorgenannten Lösungen können in der Praxis nicht rundherum zufrieden stellen, weil entweder die Werkzeug­ kosten für einen flächendeckenden Einsatz zu hoch sind oder Beschädigungen an der Schneidplatte wegen sich ggf. lösender Verbindung zwischen Schneidplatte und Schaft nicht ausgeschlossen werden können. Entscheidend ist schließlich, dass Lösungen mit angeschraubter Schneidplatte (aus Keramik) ausladend aufgebaut sind und deshalb für geringe Bohrdurchmesser (in der Regel unterhalb von 20 mm) nicht eingesetzt werden können. Denn solche Schraubverbindungen lassen sich ohne Materialschwächung nicht beliebig miniatu­ risieren. - Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes Bohrwerkzeug so weiterzubilden, dass geringe Herstellungskosten mit standfestem und dauerhaftem Betrieb bei beliebigen Bohrdurchmessern verbunden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Bohrwerkzeug vor, dass die Schneidplatte auf Basis eines nichtmetallischen Hartstoffes gefertigt und stoffschlüssig mit dem Schaft gefügt ist. Dabei greift die Erfindung an dieser Stelle entweder auf einen stumpfen Anschluss der Schneidplatte bzw. eines zugehörigen, zumeist zylindrischen, Schneidkörpers an den Schaft zurück. Oder die Schneidplatte wird in einem im Schaft befindlichen Schlitz aufgenommen und stoffschlüssig in dem Schlitz mit dem Schaft gefügt. Das kann üblicherweise so erfolgen, dass die Schneidplatte bzw. der Schneidkörper stoffschlüssig mit dem Schaft über z. B. eine Klebe- und/oder Lötverbindung gefügt wird.

Der Schaft ist in der Regel aus einem Metall, z. B. einem Werkzeugstahl, vorzugsweise HSS oder auch aus einem Hart­ metall gefertigt. Hierbei haben sich größtenteils unbeschichtete Hartmetalle, vorwiegend aus Wolframcarbid als geeignet erwiesen. Aber auch unbeschichtete (Hart-)Metalle, überwiegend aus Titancarbid oder Titan­ nitrid können vorteilhaft eingesetzt werden. Das Gleiche gilt für beschichtete Hartmetalle aus den vorgenannten Werkstoffen sowie Kombinationen derselben.

Die stoffschlüssige Lötverbindung zwischen dem Schaft bzw. dem Schlitz aus regelmäßig Hartmetall und der Schneid­ platte, welche im Wesentlichen aus einer Schneidkeramik oder einem entsprechenden Substrat mit darauf befindlicher Keramikschicht gefertigt ist, greift hauptsächlich auf konventionelle Weich-, Hart- und/oder Hochtemperaturlote zurück. Dabei kann die Lötverbindung sowohl flussmittelfrei in Vakuum- oder Schutzgasöfen als auch unter Einsatz von Flussmitteln mit lokalen Wärmequellen, wie z. B. mittels Flamm-, Induktions- oder Widerstandserwärmung hergestellt werden. Ferner hat es sich vorteilhaft erwiesen, für ent­ sprechende Metallisierungen auf den keramischen Fügeflächen zu sorgen, die pulvermetallurgisch aufgesintert oder mittels "Physical Vapour Deposition" (PVD) aufgedampft werden.

Daneben empfiehlt die Erfindung den Einsatz sogenannter Aktivlote, also von Lotlegierungen, welchen Elemente wie z. B. Titan, Zirkonium oder Hafnium zulegiert sind. Diese Elemente weisen eine hohe chemische Affinität zu Sauer­ stoff, Kohlenstoff und Stickstoff auf. Im Gegensatz zu konventionellen Loten sind die vorgenannten Aktivlote in der Lage, neben den metallischen auch keramische Füge­ flächen direkt, d. h. ohne Metallisierung, zu benetzen. D. h. nichts anderes, als das solche Aktivlote für eine direkte Lötverbindung zwischen dem Schaft (aus Hartmetall) und der Schneidplatte (auf Keramikbasis) eingesetzt werden können, ohne das die jeweiligen keramischen Fügeflächen zuvor metallisiert werden müssen.

Die Benetzung und somit Anbindung zur Fügefläche erfolgt bei derartigen Aktivloten unter Erzeugung einer chemischen Reaktionszone, die durch die aktiven Elemente im Lot (z. B. Titan, Zirkonium oder Hafnium) hervorgerufen und definiert wird. Aus diesem Umstand erklärt sich auch die Bezeichnung "Aktivlote".

Sofern an dieser Stelle auf eine Klebeverbindung zurück­ gegriffen wird, kommen Adhäsivkleber zum Einsatz, die die im Bereich der Bohrspitze auftretenden Temperaturen unbeschadet aufzunehmen in der Lage sind.

Wie bereits ausgeführt, ist die Schneidplatte im Wesent­ lichen im Ganzen aus dem nichtmetallischen Hartstoff, bei­ spielsweise aus der Schneidkeramik, gefertigt bzw. greift auf eine Keramikbasis zurück. Es ist aber auch denkbar, ein metallisches, insbesondere hartmetallisches Substrat, mit darauf befindlichem nichtmetallischen Hartstoff, also bei­ spielsweise einem keramischen Schneidstoff, einzusetzen. Daneben umfasst die Erfindung Variationen dergestalt, dass ein nichtmetallisches Substrat aus z. B. einer Keramik mit einer (anderen) Keramik überzogen wird. Das heißt, hier handelt es sich um eine Schneidplatte auf Basis eines Keramik/Keramik-Werkstoffes. Folglich kann die Schneid­ platte im Ganzen aus einer Keramik gefertigt sein oder zumindest einen entsprechenden Überzug auf einem zuge­ hörigen (metallischen oder nichtmetallischen) Substrat auf­ weisen. Selbstverständlich lässt sich eine derartige Schneidplatte bzw. ein zugehöriger Schneidkörper in gewohnter Weise schleifen, wenn dies erforderlich sein sollte.

In diesem Zusammenhang empfiehlt die Erfindung grundsätz­ lich den Einsatz keramischer Werkstoffe bzw. Schneidstoffe aus einer Oxidkeramik, z. B. Aluminiumoxid. Ebenso kann eine Mischkeramik auf Basis von überwiegend Aluminiumoxid zum Einsatz kommen. Daneben ist auch die Verwendung nicht oxidischer Schneidkeramiken, z. B. Siliziumnitrid- Keramiken, denkbar. Auch die Verwendung von (mono­ kristallinem oder polykristallinem) Diamant oder Bornitrit an dieser Stelle wird von der Erfindung umfasst.

Die Schneidplatte weist in der Regel in Seitenansicht zwei gegenüber einer Horizontalen (üblicherweise der zu bohren­ den Werkstückoberfläche) komplementär geneigte Haupt­ schneiden auf, die in Richtung auf den Schaft in zwei gerade oder wendelförmig verlaufende Spannuten übergehen. Damit die solchermaßen gebildete jeweilige Spanfläche den Span einwandfrei von der Bohrerspitze abführen kann, folgt der Schneidkörper bzw. folgt der Schlitz im Schaft dem Verlauf der Spannut und ist regelmäßig als die Schneid­ platte im Querschnitt U-förmig umschließende Klammer­ aufnahme mit an die Spannuten angepassten Aussparungen aus­ geführt. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Schlitz erodierend in den Schaft einzubringen.

Im Ergebnis wird ein Bohrwerkzeug zur Verfügung gestellt, welches vergleichbare Ergebnisse bei der spanenden Bearbeitung liefert, wie ein Vollkeramik-Bohrer. Demgegenüber sind die Herstellungskosten deutlich verringert, weil das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug lediglich auf eine keramische Schneidplatte zurückgreift.

Im Vergleich zu austauschbaren Schneidplatten an dieser Stelle überzeugt die Erfindungslehre durch einen festen Verbund zwischen keramischer Schneidplatte, Schlitz und schließlich dem Schaft des Bohrwerkzeuges, so dass die zuvor skizzierten Probleme vorliegend nicht auftreten können. Insbesondere spielen Bauraumprobleme keine Rolle, sodass beliebige Bohrdurchmesser unter Rückgriff auf ein und dieselbe Konstruktion dargestellt werden können. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; die

Fig. 1 zeigt das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug in schematischer Seitenansicht, während

Fig. 2 eine Draufsicht des Gegenstandes nach Fig. 1 dar­ stellt und schließlich in

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Gegenstandes nach den Fig. 1 und 2 gezeigt wird.

In den Figuren erkennt man ein Bohrwerkzeug, welches im Sinne eines spanenden Bohrverfahrens durch eine kreis­ förmige Schnittbewegung und gleichzeitig eine Vorschub­ bewegung in Richtung der Drehachse bohrend in ein zugehöriges Werkstück in üblicher Weise eintaucht. Dieses Bohr­ werkzeug verfügt über einen Schaft 1 aus zumeist einem Hartmetall zur Aufnahme in einer Bohrmaschine. Ferner ist eine Schneidplatte 2 zu erkennen, welche in einem Schlitz 3 am vorderen Ende des Schaftes 1 befestigt ist. Üblicher­ weise wird der Schlitz 3 in den hartmetallischen Schaft 1 erodiert, beispielsweise mittels Funkenerosion. Daneben werden von der Erfindung auch Varianten umfasst, bei denen die Schneidplatte 2 als zumeist zylindrischer Schneidkörper 2 ausgeführt ist, die stumpf mit dem vorderen Ende des Schaftes 1 verbunden wird. Das ist jedoch nicht dar­ gestellt.

Der Schlitz 3 mag mit einer Schlitzaufnahme ausgekleidet sein, was jedoch nicht gezeigt ist. Zu erkennen ist viel­ mehr eine stoffschlüssige Verbindung 4 zwischen der Schneidplatte 2 und dem Schlitz 3 bzw. dem Schaft 1. Bei dieser stoffschlüssigen Verbindung 4 handelt es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels um eine Lötverbindung 4 auf Basis eines zuvor bereits beschriebenen Aktivlotes.

Die Schneidplatte 2 ihrerseits besteht im Ganzen aus einem nichtmetallischem bzw. keramischen Werkstoff oder verfügt über ein vorzugsweise metallisches oder nichtmetallisches Substrat mit darauf befindlichem nichtmetallischen Hart­ stoff, z. B. aufgebrachter Schneidkeramik. Zur Verbindung zwischen der Schneidplatte 2 und dem Schaft 1 dient ein zuvor bereits beschriebenes Klebemittel und/oder ein Lot, so dass die Schneidplatte 2 insgesamt stoffschlüssig mit dem Schaft 1 gefügt ist.

Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist das dargestellte Bohrwerkzeug zweischneidig mit zwei gegenüber einer Horizontalen H komplementär geneigten Hauptschneiden 5 aus­ gerüstet. Selbstverständlich werden auch Varianten mit nur einer Schneide von der Erfindung umfasst. Die beiden Haupt­ schneiden 5 gehen in Richtung auf das hintere Ende des Schaftes 1 in zwei gerade Spannuten 6 über. Zweifellos können die Spannuten 6 auch wendelförmig verlaufen, so dass das Bohrwerkzeug dann als Spiralbohrer ausgeführt ist.

Anhand der Fig. 3 erkennt man, dass der Schlitz 3 dem Ver­ lauf der jeweiligen Spannut 6 folgt und als die Schneid­ platte 2 im Querschnitt U-förmig umschließende Klammerauf­ nahme 3 mit den Spannuten 6 folgenden Aussparungen 7 aus­ geführt ist (vgl. hierzu auch die Aufsicht nach Fig. 2).

Das dargestellte Bohrwerkzeug kann zusätzlich im Ganzen beschichtet werden. Hierfür eignen sich beispielhaft nicht­ metallische Hartstoffe, z. B. Keramiken oder auch Diamant sowie selbstverständlich Bornitrit. Ebenso sind Hartmetall­ beschichtungen aus überwiegend Titancarbid oder Titannitrid sowie Kombinationen beider Elemente denkbar.

Claims (7)

1. Bohrwerkzeug, mit einem Schaft (1) und einer Schneid­ platte bzw. einem Schneidkörper (2), welche(r) am vorderen Ende des Schaftes (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidplatte bzw. der Schneidkörper (2) auf Basis eines nichtmetallischen Hart­ stoffes gefertigt und stoffschlüssig mit dem Schaft (1) gefügt ist.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der stoffschlüssigen Verbindung (4) zwischen der Schneidplatte (2) und dem Schaft (1) um eine Klebe- und/oder Lötverbindung (4) handelt.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Schneidplatte (2) im Ganzen aus dem nichtmetallischen Hartstoff, z. B. einer Schneidkeramik, oder einem Substrat mit darauf befindlichem nicht­ metallischen Hartstoff gefertigt ist.

4. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidplatte (2) aus einer Oxid­ keramik, z. B. Aluminiumoxid, einer Mischkeramik auf Basis von beispielsweise Aluminiumoxid, einer nicht oxidischen Keramik, z. B. Siliziumnitrid, aus (mono- oder poly­ kristallinem) Diamant oder Bornitrid gefertigt ist und/oder eine entsprechende Beschichtung aufweist.

5. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, das die Schneidplatte (2) in Seitenansicht zwei gegenüber einer Horizontalen (H) komplementär geneigte Hauptschneiden (5) aufweist, die in Richtung auf das hintere Ende des Schaftes (1) in zwei gerade oder wendel­ förmig verlaufende Spannuten (6) übergehen.

6. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) einen hierin erodierten Schlitz (3) aufweist, welcher als die Schneidplatte (2) im Querschnitt U-förmig umschließende Klammeraufnahme (3) mit den Spannuten (6) folgenden Aussparungen (7) ausgeführt ist.

7. Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (1) aus einem Metall, z. B. Werkstoffstahl, einem Hartmetall, beispielsweise Wolfram­ carbid, Titancarbid oder Titannitrid oder einer Kombination der genannten Werkstoffe, gefertigt ist oder eine ent­ sprechende hartmetallische Beschichtung aufweist.