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Die
Erfindung betrifft einen Bohrer, insbesondere zur Bearbeitung von
Grauguss, wobei der Bohrer in der Art eines Spiralbohrers ausgebildet
ist.
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Spiralbohrer
sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. So beschreibt
beispielsweise die DIN 1414-1 technische Lieferanforderungen für Spiralbohrer
aus Schnellarbeitsstahl.
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Ferner
ist aus der
DE 196 05 801 ein
derartiger Bohrer bekannt. Die dabei beschriebene Geometrie soll
die Standzeit deutlich verbessern. Um dies zu erreichen, wird insbesondere
eine Freifläche
mit einem Freiwinkel von 5° bis
8° beschrieben.
Versuche mit derartigen Bohrern haben jedoch gezeigt, dass weitere
Verbesserungen der Standzeit durch eine weitere Optimierung der
Geometrie möglich
sind. Definitionen für
geometrische Daten, wie Winkel etc., ergeben sich grundsätzlich aus
DIN 6581.
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Dementsprechend
ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Bohrer zu schaffen, welcher
durch eine verbesserte Geometrie ein weitere Erhöhung seiner Standzeiten erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 gelöst.
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Der
gemäß Anspruch
1 geometrisch optimierte Bohrer erlaubt es, dass im Zerspanungsprozess
sowohl die thermische als auch die mechanische Einwirkung auf den
Bohrer so gering wie möglich
gehalten wird, wodurch dessen Standzeit bzw. das mit ihm zerspanbare
Volumen deutlich erhöht wird.
Durch die Vergrößerung des
Freiwinkels der ersten Freifläche – oder bei
einem Kegelmantelanschliff der einzigen Freifläche – wird eine Verringerung der
Kontaktzonen bzw. der Reibung zwischen dem Bohrer und dem zu zerspanenden
Material erreicht. Durch den vergrößerten Freiwinkel, welcher bevorzugt
bei ca. 14° liegt,
kann also der Verschleiß des
Bohrers, insbesondere durch reibungsbedingte thermische Belastung
bzw. des Schneiddrucks, minimiert werden.
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Der
bevorzugte nicht jedoch ausschließliche Einsatz der o.g. Geometrie
liegt bei der Zerspanung von Gussmaterialien, insbesondere metallischen Gussmaterialien,
wie Grauguss, Stahlguss oder dergleichen.
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Gemäß einer
besonders günstigen
Ausgestaltung der Erfindung ist die Hauptschneide des Bohrers dabei
verrundet.
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Dieses
Verrunden der Hauptschneide ermöglicht
eine, trotz des vergleichsweise großen Freiwinkels, gute mechanische
Belastbarkeit der Hauptschneide. Durch das Verrunden derselben wird
nämlich
die Stabilität
erhöht
und die Gefahr der Bildung von Rissen und Ausbrüchen im Bereich der Hauptschneide
minimiert.
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In
einer besonders günstigen
Weiterbildung der oben genannten Erfindung ist es ferner vorgesehen,
dass der Freiwinkel im Bereich der Schneidecke in etwa 12° beträgt.
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Durch
die geringfügige
Verringerung des oben genannten idealen ersten Freiwinkels von ca. 14° im Bereich
der mechanisch besonders hoch belasteten Schneidecke auf ca. 12° wird – bei weiterhin vergleichsweise
geringer Auflagefläche – die mechanische
Stabilität
der Hauptschneide in diesem Bereich erhöht. Damit ist trotz der hier
deutlich höheren Belastung
ebenfalls nicht mit einer Ausbildung von Rissen und Ausbrüchen zu
rechnen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der oben genannten Erfindung ist es
ferner vorgesehen, die Schneidecke, also den Übergang von Hauptschneide zu
Nebenschneide, so zu gestalten, dass die Schneidecke zumindest teilweise
als Kreisbogen ausgebildet ist.
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Diese
zumindest teilweise Ausbildung der Schneidecke mit einem Radius
ermöglicht
ebenfalls eine Vergleichmäßigung der
in diesem Bereich auftretenden mechanischen Belastungen weg von
den bei einer Ausgestaltung gemäß dem Stand
der Technik besonders belasteten Übergängen einer flächigen Fase
hin zu einem gleichmäßigen Kräfteprofil entlang
der zumindest teilweise kreisförmigen Schneidkante.
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Entsprechend
einer sehr günstigen
Weiterbildung der Erfindung ist es ferner vorgesehen, dass die Führungsfase
eine Fasenbreite b aufweist, welche in Abhängigkeit des Durchmessers des
Bohrers kleiner ist als eine durch die Formel b1,5 =
D/45 beschriebene Fasenbreite. Die Fasenbreite b ist dabei grundsätzlich noch
vorhanden, wird also nicht durch eine auf Null verringerte – dann als
Schneide wirkende – Führungsfase
ersetzt. Sie wird jedoch unterhalb des anhand der oben genannten
Formel berechneten Wertes gewählt.
Sie liegt damit unter der gemäß DIN 1414-1,
Seite 9, Bild 7 gezeigten unteren Grenzwert, welcher als allgemein übliche Begrenzung
der Fasenbreite b nach unten angesehen wird. Dieses fachmännische
Vorurteil wurde durch die hier vorliegende Erfindung überwunden
und es wurde eine geringere Fasenbreite b gewählt. Sie weist dennoch eine
ausreichend gute Führungseigenschaft
auf, verbunden jedoch mit einer deutlich geringeren Reibung als
die gemäß der oben
genannten DIN 1414-1 vorgeschlagene Fasenbreite. Damit wird die
Belastung und Erwärmung
des Bohrers aufgrund Schneid-, Druck- und Reibungskräften weiter verringert, wodurch
eine weitere Erhöhung
der Standzeit des Bohrers bzw. des mit einem Bohrer vor dem Nachschleifen
desselben zu zerspanenden Volumens ermöglicht wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
restlichen Unteransprüchen
und werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Figuren der Zeichnung näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäß Bohrer
in einer Seitenansicht;
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2 eine
Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Bohrer;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Details III, IV aus 1; und
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des Details III, IV aus 1 in einer alternativen Ausgestaltung.
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In 1 ein
Spiralbohrer 1 dargestellt, welcher in der hier dargestellten
beispielhaften Ausgestaltung einen Seitenspanwinkel γ von 0° aufweist, letztendlich
also nicht wirklich eine "Spirale" darstellt. Der Bohrer 1 zeigt
ferner einen Spitzenwinkel δ von ca.
120°, die
erfindungsgemäße Ausführung kann
jedoch auch mit andersartigen Spitzenwinkeln δ, welche typischerweise zwischen
100° und
130° liegen, realisiert
werden.
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In 1 sind
nun einige Besonderheiten dieses Bohrers 1 zu erkennen.
So ist beispielsweise der Übergang
von der Hauptschneide 2 zur Nebenschneide 3, die
so genannte Schneidecke, nicht in der allgemein üblichen Ausgestaltung mittels
einer Fase, sondern in einer zumindest teilweise kreisbogenförmigen Ausgestaltung
ausgeführt,
auf welche später
noch näher
eingegangen werden wird.
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Wie
in der Detailangabe I von Freiwinkeln zu erkennen ist, sind die
in 1 nicht unmittelbar zu erkennenden Freiwinkel α bei der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung
gegenüber
den gemäß dem Stand
der Technik üblichen
Freiwinkeln α größer ausgeführt. Bei
dem hier dargestellten Zweiflächenanschliff
ist der erste Freiwinkel α1 mit ca. 14° ausgeführt, während der zweite Freiwinkel α2 mit
etwa 20° bis
28° deutlich
größer als
der erste Freiwinkel α1 ausgeführt ist.
Würde anstelle
des hier dargestellten Zweiflächenanschliffs
ein Kegelmantelanschliff verwendet, wäre selbstverständlich nur
der erste Freiwinkel α1 vorhanden. Dieser wäre jedoch ebenfalls mit ca.
14° zu wählen.
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Im
Bereich der Schneidecke, also am Übergang von Hauptschneide 2 zu
Nebenschneide 3, ist der Bohrer 1 beim Einsatz
besonders hohen Belastungen ausgesetzt. In diesem Bereich wird der
erste Freiwinkel α3, welcher hier nicht explizit dargestellt ist,
dann mit ca. 12° etwas
geringer als im Bereich der eigentlichen Hauptschneide 3 gewählt, so
dass dieser einer höheren
mechanischen Belastung standhält,
aber gegenüber
dem Stand der Technik dennoch so groß gewählt ist, dass die Reibung zwischen dem
Bohrer 1 und dem zu bohrenden Material deutlich verringert
werden kann.
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Um
das Ausbrechen und Einreißen
der Hauptschneide 3 bei derartigen vergleichsweise großen ersten
Freiwinkeln α1, α3 zu vermeiden, ist die Hauptschneide 3 darüber hinaus
verrundet. Diese Verrundung, welche insbesondere mit einem Radius von
ca. 0,05 mm ausgeführt
ist und z.B. durch Bürsten
der Hauptschneide 3 erfolgen kann, stellt eine ausreichende
Stabilität
der Hauptschneide 3 sicher.
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In
der Draufsicht auf den Bohrer 1 gemäß 2 ist zu
erkennen, dass die restlichen geometrischen Ausgestaltungen des
Bohrers, wie beispielsweise die Ausspitzung, konventionell ausgeführt wurden.
Ferner ist in 2 zu erkennen, dass die Fasenbreite
b im Vergleich zu herkömmlichen
Bohrern entsprechend kleiner gewählt
wurde. Verwendet man die zur Bestimmung der Fasenbreite b übliche Vorgehensweise
des Fachmanns unter Heranziehen der DIN 1414-1, Bild 7 auf Seite 9, so wird die Fasenbreite
b, bei einem Bohrer mit einem beispielhaften Durchmesser von 25
mm typischerweise bei 1,25 mm liegen und einen unteren Wert von
0,85 mm nicht unterschreiten. Bei der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bohrers 1 hat
sich nun jedoch gezeigt, dass eben diese Vorgehensweise des Fachmanns
zwar möglich,
jedoch nicht immer wünschenswert
ist. Entgegen dem allgemeinen Fachwissen kann durch ein bewusstes
Unterschreiten des durch die oben genannte DIN 1414-1 vorgegebenen
unteren Grenzwerts eine deutliche Verringerung der Reibung bei weiterhin
ausreichenden Führungseigenschaften
der Fasenbreite b zu erzielt werden. Gemäß der hier beschriebenen Ausgestaltung
würde die
Fasenbreite b beim oben genannten Beispiel des Bohrers 1 mit
einem Durchmesser von 25 mm dementsprechend unter den genannten
0,85 mm, insbesondere in einem Bereich von ca. 0,65 mm, liegen.
In etwa ergibt sich der bevorzugte Bereich für die Auswahl der Fasenbreite
b immer dann, wenn diese in Abhängigkeit
des Durchmessers D des Bohrers 1 der Formel b1,35 =
D/30 genügt.
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Um
die Reibung des Bohrers 1 in dem von ihm gebohrten Loch
zu verringern, kann es ferner vorgesehen sein, dass der Bohrer 1 hinsichtlich
seines Durchmessers D in Richtung zu seiner Aufnahme hin verjüngt ausgeführt ist.
Typischerweise wird eine derartige Verjüngung im Durchmesser D nicht mehr
als 0,002 mm je Millimeter Bohrerlänge betragen. Um die bei der
Bohrung erforderlichen Herstellungstoleranzen einhalten zu können, wird
insbesondere der während
des Bohrens im Eingriff befindliche Teil des Bohrers eine Verjüngung aufweisen,
welche nicht mehr als 0,001 mm je Millimeter Bohrerlänge aufweist.
Die etwas geringere Verjüngung
kann dabei typischerweise für
die in etwa 1,5-fache Länge
der typischen Nutzlänge
des jeweiligen Bohrers 1 gewählt werden, während die
weitere Länge
des Bohrers 1 die etwas größere genannte Verjüngung aufweisen kann.
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In
den 3 und 4 sind nun zwei spezielle Ausgestaltungen
der Schneidecke zwischen der Hauptschneide 2 und der Nebenschneide 3 beschrieben,
wie bereits oben angedeutet wurde.
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Die
hinsichtlich der Herstellung sehr einfache Ausgestaltung der 3 sieht
vor, dass die Schneidecke als Kreisbogen ausgebildet ist. Dieser Kreisbogen
kann dabei einen Radius R aufweisen, welcher typischerweise im Bereich
von ca. 1/10 des Durchmessers D des Bohrers 1 liegt.
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Eine
alternative Ausgestaltung der Schneidecke ist in 4 dargestellt.
Dabei ist die Ausgestaltung der Schneidecke nur teilweise kreisbogenförmig. Die
Ausgestaltung beginnt, ausgehend von der Hauptschneide 2,
mit einem Kreisbogen, welcher dann jedoch von der parallel zu der
Mittelachse des Bohrers 1 verlaufenden Nebenschneide 2 geschnitten
wird. Der Betrag, in welchem die Nebenschneide den senkrecht zur
Mittelachse des Bohrers 1 stehenden Radius R meidet, sollte
dabei in etwa beim 0,94-Fachen des Radius R liegen. Aus diesem Wert ergibt
sich dann aufgrund der Beziehung 0,94 = cos(β) ein Versatz des Schnittpunktes
zwischen Nebenschneide 3 und dem Kreisbogen der Schneidecke
in axialer Richtung des Bohrers 1 von R·sin(β), also ca. 1/3 des Radiuses
R. Diese Ausgestaltung der Schneidecke mit einem teilweisen Kreisbogen
erzielt ebenfalls eine ausreichend gute Verteilung der mechanischen
Belastung der Schneidecke. Dabei wird außerdem eine präzisere Schnittführung im
Bereich der Schneidecke erreicht, welche zum Einhalten von entsprechenden
Fertigungstoleranzen günstig
ist.
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Mit
einem entsprechenden Bohrer 1, welcher die oben dargelegten
geometrischen Ausgestaltungen aufweist, wurde in entsprechenden
Standzeitversuchen beim Bohren von Gussmaterialien eine deutlich
höhere
Standzeit erzielt als bei entsprechenden Bohrern in konventioneller
Ausgestaltung. Insbesondere ergab sich bei der Gussbearbeitung von
Grauguss eine Erhöhung
des vom erfindungsgemäßen Bohrer 1 in
dem zu zerspanenden Material zurückgelegten
Weges, welcher auch als Standweg bezeichnet wird, um den Faktor
10 gegenüber
einem vergleichbaren Bohrer mit einem herkömmlichen Anschliff.