-
Die
Erfindung betrifft einen Schneideinsatz sowie ein Bohrwerkzeug mit
einem derartigen Schneideinsatz.
-
Bei
der spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere aus hochfesten
Materialien, wie beispielsweise Stähle, werden häufig Werkzeuge eingesetzt,
die mit austauschbaren Schneideinsätzen bestückt sind. Die Schneideinsätze bilden
Verschleißteile,
die bei Bedarf ausgetauscht werden. Die Schneideinsätze werden
hierbei üblicherweise
aus hochfesten Materialien hergestellt, beispielsweise auf pulvermetallurgischem
Weg durch Sintern eines entsprechenden Press-Rohlings.
-
Für die Schneideinsätze gibt
es in Abhängigkeit
der jeweiligen Anforderung und des jeweiligen Einsatzgebietes unterschiedlichste
Ausgestaltungen. Die Schneideinsätze
sind hierbei einerseits auf die zu bearbeitenden Werkstoffe sowie
andererseits auch auf die jeweiligen Werkzeuge und Bearbeitungsverfahren
abgestimmt. Schneideinsätze
finden in verschiedensten Werkzeugarten, insbesondere auch bei Bohrwerkzeugen,
Verwendung. Derartige Bohrwerkzeuge weisen einen Schaft auf, mit
dem das Werkzeug in eine Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine
eingespannt wird. An den Schaft schließt sich ein Bohrkörper an,
der mit oftmals spiralförmig
verlaufenden Nuten versehen sein kann. Im Bereich des vorderen Endes
ist ein Bohrkopf ausgebildet, der die üblicherweise mehreren Schneideinsätze trägt. Es bestehen
hierbei unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten für die Schneideinsätze.
-
Für die Erzeugung
von hochgenauen Spanergebnissen, insbesondere hochgenauen Bohrlöchern, ist
eine genaue Ausrichtung der Schneideinsätze sowie ein hochgenauer Rundlauf
erforderlich. Darüber
hinaus müssen
die Schneideinsätze
auch in der Lage sein, die bei der spanenden Bearbeitung auftretenden
hohen Schnittkräfte
aufzunehmen. Generell wird eine möglichst hohe Verschleißfestigkeit angestrebt.
Um die Kosten für
die Schneideinsätze niedrig
zu halten, sind diese oftmals als Wendeschneideinsätze mit
mehreren Schneiden ausgebildet.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schneideinsatz sowie
ein Bohrwerkzeug mit einem Schneideinsatz anzugeben, welcher vielfältig einsetzbar
und robust ausgebildet ist.
-
Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch einen Schneideinsatz, der einen pyramidenstumpfförmigen Grundkörper aufweist,
welcher sich entlang einer Mittenachse von einer rechteckförmigen Basisfläche zu einer
dieser gegenüberliegenden
rechteckförmigen
Außenfläche erstreckt
und trapezförmige
Seitenflächen
aufweist. Diese grenzen an Seitenkanten aneinander an, wobei zumindest eine
dieser Seitenkanten als eine Schneidkante ausgebildet ist. Die Basisfläche und
zumindest eine der Seitenflächen,
die nicht an der Schneidkante angrenzt, bilden jeweils eine Anlagefläche, mit
der der Grundkörper
im montierten Zustand in einem Plattensitz des Bohrwerkzeugs anliegt.
-
Dieser
Schneideinsatz zeichnet sich durch seine pyramidenstumpfförmige Grundgeometrie
und dadurch aus, dass er im Einsatz mit zumindest einer seiner trapezartigen
Seitenflächen
an einer Plattensitzwand eines Plattensitzes anliegt. Die Höhe des Pyramidenstumpfes,
also der Abstand zwischen der Basisfläche zu der Außenfläche, ist
hierbei insbesondere größer als
der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden
Seitenflächen.
Insgesamt handelt es sich daher um einen lang gestreckten Pyramidenstumpf.
Ein weiteres wesentliches Merkmal ist darin zu sehen, dass die zumindest
eine Schneidkante an einer Seitenkante zwischen zwei trapezförmigen Seitenflächen ausgebildet
ist. Durch den lang gestreckten Pyramidenstumpf ist dadurch eine
vergleichsweise große
Schneidlänge
ausgebildet. Da die Schneidkante durch eine Seitenkante des Pyramidenstumpfes
gebildet wird, ist die Schneidkante zugleich automatisch unter einem
Winkel bezüglich
der Mittenachse und damit auch zu der Anlagewand des Plattensitzes
orientiert, an der der Schneideinsatz mit seiner einen Seitenfläche anliegt.
-
Der
Schneideinsatz ist vorzugsweise zur stirnseitigen Befestigung an
einem Bohrwerkzeug vorgesehen derart, dass die Schneidkante im Wesentlichen
radial orientiert ist. Aufgrund der trapezartigen Ausgestaltung
der Seitenflächen
und der damit schräg
verlaufenden Schneidkante ist diese im Einsatzfall nicht exakt senkrecht
zur Bohrerdrehachse ausgerichtet.
-
Insgesamt
ist der Schneideinsatz durch seine pyramidenstumpfartige Ausgestaltung
sehr robust ausgebildet. Durch seine bezüglich der Mittenachse schräg verlaufende
Schneidkante ist er insbesondere auch geeignet zum Anbohren von
schräg
zur Bohrerdrehachse verlaufenden Werkstückoberflächen. Zudem können aufgrund
seiner geometrischen Ausgestaltung bei einem Bohrwerkzeug, bei dem
radial versetzt zueinander mehrere Schneiden angeordnet sind, die
auf das gesamte Bohrwerkzeug beim Bohrvorgang wirkenden Schnittkräfte, insbesondere
die radialen Kraftkomponenten, sehr gut eingestellt werden.
-
Gemäß einer
zweckdienlichen Ausgestaltung ist der Grundkörper bezüglich seiner Mittenachse um
180° und
insbesondere um 90° rotationssymmetrisch
ausgebildet. Das bedeutet, dass im Falle der 180°-Drehsymmetrie zwei diagonal
gegenüberliegende
Schneidkanten und im Fall der 90°-Drehsymmetrie
alle vier Seitenkanten als Schneidkanten ausgebildet sind. Insbesondere
die 90°-Symmetrie ist
von besonderem Nutzwert, da hier insgesamt vier Schneidkanten zur
Verfügung
stehen, die jeweils durch Drehung des Schneideinsatzes um 90° als aktive
Schneiden eingesetzt werden können,
so dass eine sehr hohe Lebensdauer des Schneideinsatzes erzielt
ist. Im Falle der 90°-Rotationssymmetrie
weisen die Basisfläche
sowie die Außenfläche eine
quadratische Grundfläche
auf. Gleichzeitig dienen alle vier Seitenflächen zugleich auch als Anlageflächen für die Anlage
im Plattensitz.
-
Vorzugsweise
verbreitert sich der Grundkörper
von der Basisfläche
zur Außenfläche hin,
die im montierten Zustand eine dem Plattensitz abgewandte freie
Außenseite
bildet. Der Schneideinsatz ist daher nach Art eines auf dem Kopf
stehenden Pyramidenstumpfes mit seiner kleineren Grundfläche gegen den
Plattensitz verspannt.
-
Um
eine gute Spanabfuhr zu gewährleisten, ist
im Anschluss an jede der Schneidkanten bevorzugt eine Ausnehmung
in der jeweiligen Seitenfläche ausgebildet,
die als Spanmulde dient. Diese verläuft entlang der Schneidkante,
wobei diese sich vorzugsweise über
die gesamte Länge
der Seitenkante erstreckt.
-
Im
verbreiterten Endbereich des Grundkörpers zur Außenfläche hin
geht in einer vorteilhaften Weiterbildung die Schneidkante in eine
Nebenschneidkante über,
die im Kantenbereich zwischen der Außenfläche und der zugeordneten Seitenfläche ausgebildet
ist. Der Übergang
zur Nebenschneidkante erfolgt hierbei insbesondere gerundet, d.
h. es ist ein Eckenradius ausgebildet.
-
Weiterhin
ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Außenfläche ausgehend von der Nebenschneidkante
zur Mittenachse hin ansteigend ausgebildet ist. D. h. der Winkel
zwischen einer Parallelen zur Mittenachse durch die Nebenschneidkante
und der Außenfläche ist
größer als
90°. Durch
diese Maßnahme
ist ein negativer Führungswinkel
ausgebildet, so dass beim Bohren die radial außen liegende Außenfläche in Richtung
auf die erzeugte Bohrungswand gezogen ist und daher eine gewisse
Führungsfunktion übernimmt.
Insgesamt ist daher durch diese Ausgestaltung eine zuverlässige Führung des
gesamten Bohrwerkzeugs gewährleistet,
so dass ein hochpräzises
Bohren ermöglicht
ist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung umfasst der Grundkörper einen sich in Längsrichtung erstreckenden
Durchgangskanal für
ein Befestigungselement. D. h. der Grundkörper wird mit Hilfe des Befestigungselements
mit seiner Basisfläche
gegen den Plattensitz gepresst. Der Schneideinsatz ist insgesamt
in radialer Richtung gegen den Plattensitz am Bohrkörper befestigt.
Der Schneideinsatz ist daher im Wesentlichen quer liegend zu einer
Drehachse des Bohrwerkzeugs orientiert.
-
Vorzugsweise
ist innerhalb des Schneideinsatzes ein durch diesen hindurch verlaufender
Kühlmittelkanal
vorgesehen. Dieser erstreckt sich von einer der Seitenflächen zu
einer Austrittsstelle. Die Seitenfläche, an der der Kühlmittelkanal
beginnt, bildet hierbei die Anlagefläche, mit der der Schneideinsatz im
montierten Zustand im Plattensitz anliegt. Durch diese Maßnahme besteht
bei entsprechender Ausgestaltung des Bohrkörpers die Möglichkeit, über den Plattensitz Kühlmittel
in den Schneideinsatz ein- und durch diesen hindurch zu leiten und
somit zielgerichtet dem jeweiligen Schneidbereich zuzuführen. Durch
diese örtlich
genaue Zuführung
kann eine geringe Kühlmittelzufuhr
bei gleichzeitig ausreichend hoher Kühlleistung eingestellt werden.
Zugleich erfolgt eine Innenkühlung
des Schneideinsatzes.
-
Zweckdienlicherweise
steht der Kühlmittelkanal
hierbei mit dem Durchgangskanal in strömungstechnischer Verbindung
und die Austrittsstelle wird durch den Durchgangskanal gebildet.
D. h. das Kühlmittel
strömt über den
Durchgangskanal an der Außenfläche aus.
-
Alternativ
oder ergänzend
zu der Verbindung des Kühlmittelkanals
mit dem Durchgangskanal ist der Kühlmittelkanal als durchgehender
Kanal ausgebildet, der im Wesentlichen quer zur Mittenachse verläuft und
dessen Ein- und Austrittsstellen an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet
sind. Die eine Seitenfläche
bildet hier eine Anlagefläche, wohingegen
die andere Seitenfläche
der aktiven Schneidkante benachbart ist. Hierdurch wird daher der
aktiven Schneidkante zielgerichtet das Kühlmittel zugeführt. Vorzugsweise
sind zwei sich kreuzende durchgehende Kanäle vorgesehen, so dass insgesamt
eine 90°-Rotationssymmetrie
erzielt ist und alle vier Seitenflächen zur Einspeisung bzw. zum
Austritt von Kühlmittel
geeignet sind. Bei der bevorzugten Ausgestaltung, bei der die durchgehenden
Kanäle
jeweils auch mit dem Durchgangskanal strömungstechnisch verbunden sind,
erfolgt neben der direkten Kühlung
der Schneide auch ein Kühlmittelaustritt
an der Außenfläche über den
Durchgangskanal. Insgesamt ist hierdurch der gesamte Schneideinsatz
aufgrund der mehrfachen innen liegenden Kühlmittelkanäle sehr gut gekühlt.
-
Zweckdienlicherweise
weist der Durchgangskanal eine Senkung zur Aufnahme eines Kopfes
des Befestigungselements auf, wobei die Senkung in Richtung zur
Basisfläche
gesehen unterhalb des Kühlmittelkanals
angeordnet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass auch bei eingesetztem
Befestigungselement eine strömungstechnische
Verbindung zwischen dem Durchgangskanal und dem Kühlmittelkanal
ausgebildet ist.
-
Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
weiterhin gelöst
durch ein Bohrwerkzeug mit einem Schneidkörper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche.
Die im Hinblick auf den Schneideinsatz angeführten Vorteile und bevorzugten
Ausgestaltungen sowie bevorzugten Einsatzgebiete sind sinngemäß auch auf
das Bohrwerkzeug zu übertragen.
-
Das
Bohrwerkzeug weist in einer zweckdienlichen Ausgestaltung einen
Plattensitz zur Aufnahme des Schneidkörpers auf, wobei im Plattensitz
zumindest eine Austrittsöffnung
für Kühlmittel
ausgebildet ist. Über
diese Austrittsöffnung
kann das Kühlmittel aus
dem Bohrkörper,
in dem üblicherweise
Kühlmittelzuleitungskanäle ausgebildet
sind, direkt in den Schneideinsatz eintreten. Die Verwendung eines
derartigen Bohrwerkzeugs eignet sich generell für Schneideinsätze mit
einem inneren Kühlmittelkanal.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Bohrwerkzeug als ein mehrschneidiges
Werkzeug ausgebildet, bei dem ein Innenschneidkörper sowie ein Außenschneidkörper vorgesehen
sind, die in radialer Richtung versetzt zueinander angeordnet sind. Der
beschriebene Schneideinsatz ist hierbei als Außenschneidkörper eingesetzt. Nachfolgend
wird der Schneideinsatz daher auch als Außenschneidkörper bezeichnet.
-
Zweckdienlicherweise
sind die beiden Schneidkörper
hierbei verschiedenartig ausgestaltet, wobei der Innenschneidkörper insbesondere
als Trigon-Schneidplatte ausgebildet ist. Der Innenschneidkörper ist
daher als Wechselschneidplatte ausgebildet, der ebenso wie der Außenschneidkörper mehrere
Schneiden aufweist, die durch Drehen des Schneidkörpers wechselweise
als aktive Schneiden verwendet werden können. Durch die unterschiedliche
Ausgestaltung von Innenschneidkörper
und Außenschneidkörper können die
Schnittkräfte
anwendungsabhängig
gezielt eingestellt werden, so dass ein möglichst hoher Rundlauf und
damit ein gutes Bohrergebnis erzielt wird.
-
Unter
Trigon-Schneidplatte wird eine Wendeschneidplatte verstanden, die
eine im Wesentlichen dreieckförmige
Grundfläche
aufweist, wobei die Seitenkanten zwischen der dreieckigen Grundfläche und
den Seitenwänden
der Trigon-Schneidplatte jeweils als aktive Schneide ausgebildet
sind. Die durch jede Seitenkante gebildete Schneide weist zwei unter einem
stumpfen Winkel zueinander orientierte Teilschneiden, nämlich eine
Innen- und eine Außenschneide
auf. Diese beiden Schneiden stehen daher beim Bohren jeweils unter
einem gewissen Winkel zu der zu bearbeitenden Oberfläche.
-
Bevorzugt
steht auch die Schneidkante des Schneideinsatzes mit dem pyramidenförmigen Grundkörper winklig
zu der zu bearbeitenden Oberfläche.
Durch diese winklige Anordnung der mehreren Schneiden resultieren
radiale Kräfte.
Der Innenschneidkörper
und der Außenschneidkörper werden nunmehr
vorzugsweise derart ausgebildet und im Bohrwerkzeug angeordnet,
dass die resultierende radiale Kraftkomponente möglichst gering und vorzugsweise
null ist bzw., dass lediglich eine geringe, nach außen gerichtete
radiale Kraftkomponente erhalten ist. Durch die geringfügig nach
außen
gerichtete radiale Kraftkomponente wird das Bohrwerkzeug daher gegen
die Bohrungswand gedrückt,
so dass ein geringfügig
vergrößertes Bohrloch
erzeugt wird. Durch diese Maßnahme
werden Beschädigungen vermieden,
wie beispielsweise Riefen oder Rillen in der Bohrungswand, die ansonsten
beim Herausziehen des Bohrwerkzeugs aus dem Bohrloch entstehen könnten.
-
Die
in den Unteransprüchen
beschriebenen Ausgestaltungen sind insbesondere bevorzugte Weiterbildungen
des pyramidenstumpfförmigen
Grundkörpers,
können jedoch
teilweise auch unabhängig von
diesem verwirklicht werden und bilden eigenständige Erfindungen. Dies betrifft
insbesondere die Ausgestaltung der Kühlmittelkanäle innerhalb des Schneideinsatzes
sowie die Anordnung einer Austrittsöffnung für Kühlmittel im Plattensitz.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
jeweils in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
-
1 eine
perspektivische Darstellung eines Bohrwerkzeugs mit zwei stirnseitig
in radialer Richtung zueinander versetzt angeordneten Schneideinsätzen,
-
2 eine
vergrößerte Darstellung
eines Bohrwerkzeugs ähnlich 1 im
Bereich der Bohrspitze, wobei der eine, pyramidenstumpfartige äußere Schneideinsatz
nach Art einer Explosionsdarstellung als Außenschneidkörper gezeigt ist,
-
3 eine
Seitenansicht auf das Bohrwerkzeug gemäß 1 mit Blick
auf den zweiten, radial innen liegenden Innenschneidkörper,
-
4a–c unterschiedliche
Ansichten eines Schneideinsatzes mit einem pyramidenstumpfartigem
Grundkörper
in einer ersten Ausführungsvariante,
-
5a–c unterschiedliche
Ansichten eines Schneideinsatzes mit pyramidenstumpfartigem Grundkörper in
einer zweiten Ausführungsvariante,
-
6 eine
Schnittansicht durch den Schneideinsatz gemäß der zweiten Ausführungsvariante
mit Befestigungsschraube,
-
7a eine
schematische Darstellung des Schneideinsatzes innerhalb eines Bohrkreises
zur Illustration der Verhältnisse
beim Einsatz des Bohrwerkzeugs,
-
7b eine
vergrößerte Darstellung
des mit einem Kreis gekennzeichneten Bereichs der 7a,
-
8 eine
schematische Darstellung der Orientierung des Schneideinsatzes beim
Anbohren eines Werkstücks
mit einer schrägen
Werkstückoberfläche und
-
9 eine
Darstellung zur Illustration der einzelnen Schrittschnittkräfte des
Innenschneidkörpers
sowie des Außenschneidkörpers beim
Bohren.
-
In
den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
Ein
in den 1 bis 3 gezeigtes Bohrwerkzeug 2 erstreckt
sich entlang einer mittigen Drehachse 4 und weist einen
Schaft 6 auf, an den sich ein mit Spiralnuten 8 versehener
Bohrkörper 10 anschließt. An seiner
vorderen Stirnseite sind am Bohrkörper 10 zwei Schneideinsätze, nämlich ein
Innenschneidkörper 12 sowie
ein Außenschneidkörper 14 angeordnet.
Die beiden Schneidkörper 12, 14 sind bezüglich der
mittig angeordneten Drehachse 4 mit ihren wirksamen Schneiden
an radial unterschiedlichen Positionen angeordnet. Der Innenschneidkörper 12 ist
hier radial weiter innen liegend und der Außenschneidkörper 14 radial außen liegend
angeordnet.
-
Wie
aus den 1 und 2 hervorgeht, weist
der Außenschneidkörper 14 einen
pyramidenstumpfartigen Grundkörper 15 auf
und erstreckt sich von einer quadratischen Basisfläche 16 zu
einer dieser gegenüberliegenden
Außenfläche 18.
Diese beiden Flächen 16, 18 sind
durch vier Seitenflächen 20 miteinander
verbunden, wobei die jeweilige Seitenkante zwischen zwei benachbarten
Seitenflächen 20 als
Schneidkante 22 ausgebildet ist. Der Außenschneidkörper 14 ist daher
um 90° rotationssymmetrisch
ausgebildet und weist insgesamt vier Schneidkanten 22 auf,
die wechselweise als aktive Schneidkanten für den Bohrvorgang herangezogen
werden können.
-
Wie
weiterhin aus den 1 und 2 zu entnehmen
ist, wird der Außenschneidkörper 14 mit seiner
Basisfläche 16 voraus
in etwa in radialer Richtung bezüglich
der Drehachse 4 in einen Plattensitz 24 des Bohrwerkzeugs 2 eingesetzt.
Die jeweili ge Schneidkante 22 verläuft daher in etwa senkrecht
zu der Drehachse 4. Gleichzeitig liegt der Außenschneidkörper 14 auch
mit zwei Seitenflächen 20 im Plattensitz 24 an,
so dass der Außenschneidkörper 14 mit
insgesamt drei Flächen
definiert im Plattensitz 24 gehalten ist.
-
Der
in 2 dargestellte Außenschneidkörper 14 weist zwei
durchgehende und sich kreuzende Kühlmittelkanäle 26 auf. Diese Kühlmittelkanäle 26 erstrecken
sich jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden
Seitenflächen 20.
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist
lediglich an einer der Seitenflächen 20 eine
Austrittsstelle zu erkennen. Im montierten Zustand kommt die zu
der sichtbaren Austrittsstelle des Kühlmittelkanals 26 gegenüberliegende
Austrittsstelle mit einer Austrittsöffnung 28 für Kühlmittel
in Überdeckung,
die in einer Seiten-Anlagewand des Plattensitzes 24 eingebracht
ist. Diese Austrittsöffnung 28 steht
beispielsweise in strömungstechnischer
Verbindung mit einem Kühlmittelzuleitungskanal 30,
der in Längsrichtung
durch das Bohrwerkzeug 2 geführt ist. Das Kühlmittel
wird bei eingespanntem Bohrwerkzeug 2 über Öffnungen an dem stirnseitigen Ende
des Schafts 6 in im Ausführungsbeispiel zwei Kühlmittelleitungskanäle 30 eingespeist,
durchfließt diese
und tritt stirnseitig aus dem Bohrkörper 10 aus. Gleichzeitig
fließt über die
Austrittsöffnung 28 ein Teilstrom
durch den Außenschneidkörper 14 hindurch.
-
Wie
insbesondere aus 3 zu entnehmen ist, ist als
Innenschneidkörper 12 eine
Wendeschneidplatte vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel eine dreieckige
Grundgeometrie aufweist und als so genannte Trigonalplatte ausgebildet
ist. Während
der Außenschneidkörper 14 in
radialer Richtung gegen den Plattensitz 24 verspannt wird,
wird der Innenschneidkörper 12 in
tangentialer Richtung gegen den Bohrkörper 10 verspannt.
-
Die
spezielle Ausgestaltung des Außenschneidkörpers 14 wird
nunmehr anhand der 4 bis 6 näher beschrieben.
Wie aus diesen Figuren zu entnehmen ist, umfasst der Außenschneidkörper 14 den
pyramidenstumpfartigen Grundkörper 15 und
erstreckt sich entlang einer Mittenachse 32, die jeweils
senkrecht zu der Ba sisfläche 16 und
der Außenfläche 18 orientiert
ist. Der Grundkörper 15 ist
in Richtung der Mittenachse 32 langgestreckt, d. h. der Abstand
zwischen den beiden Flächen 16, 18 ist
größer als
der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden
Seitenflächen 20.
Jede der Seitenkanten zwischen zwei benachbarten Seitenflächen 20 ist
als Schneidkante 22 ausgebildet. Diese erstreckt sich von
der Basisfläche 16 bis
nahezu zur Außenfläche 18.
Im Bereich des Übergangs
zu der Außenfläche 18 ist
ein gerundeter Eckenradius 34 ausgebildet. Über diesen
Eckenradius 34 geht die Schneidkante 22 in eine
jeweilige Nebenschneidkante 36 über. Die Nebenschneidkante 36 ist
daher jeweils gebildet durch die Kante zwischen der Außenfläche 18 und
einer jeweiligen Seitenfläche 20.
-
Angrenzend
an jede Schneidkante 22 ist eine Spanmulde 38 ausgebildet,
die sich jeweils über die
gesamte Länge
der Schneidkante 22 erstreckt. Wie insbesondere aus den 4b und 4c hervorgeht,
fällt die
jeweilige Nebenschneidkante 36 ausgehend von der Spanmulde 38 in
Richtung zu der gegenüberliegenden
Schneidkante 22 ab und trifft dort auf den Ausgangspunkt
des Eckenradius 34, wo die Schneidkante 22 in
den Eckenradius 34 übergeht.
-
Wie
weiterhin insbesondere beispielsweise aus den 4b und 6 zu
entnehmen ist, ist die Außenfläche 18 zumindest
in ihren Außenbereichen im
Bereich der Nebenschneidkante 36 zur Mittenachse 32 hin
ansteigend ausgebildet. Die Außenfläche 18 ist
daher nicht exakt senkrecht zur Mittenachse und nicht exakt planparallel
zur Basisfläche 16 orientiert.
Die Außenfläche 18 ist
hierbei – im
Querschnitt gesehen (6) – entlang einer gekrümmten Linie ausgebildet,
so dass insgesamt eine in etwa ballige Außenfläche 18 ausgebildet
ist.
-
Der
Außenschneidkörper 14 ist
in allen Ausführungsbeispielen
mit einem zentralen, entlang der Mittenachse 32 verlaufenden
Durchgangskanal 40 ausgebildet. Dieser dient zur Aufnahme
einer Befestigungsschraube 42, wie sie aus 6 zu
entnehmen ist. Mit Hilfe der Befestigungsschraube 42 wird
der Außenschneidkörper 14 gegen
den Plattensitz 24 verspannt.
-
Die
Ausführungsvariante
gemäß den 5 und 6 umfasst
zusätzlich
die zwei sich kreuzenden Kühlmittelkanäle 26,
die sich jeweils zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 20 erstrecken.
Wie insbesondere aus der Aufsicht gemäß 5a zu
entnehmen ist, sind die einander gegenüberliegenden Austrittsstellen
der Kühlmittelkanäle 26 leicht
versetzt zueinander angeordnet, da die Austrittsstellen etwa mittig
in der verbleibenden Fläche neben
den Spanmulden 38 angeordnet sind. Die Kühlmittelkanäle 26 kreuzen
jeweils den sich in Längsrichtung
erstreckenden Durchgangskanal 40.
-
Der
Durchgangskanal 40 weist eine Senkung 46 auf,
auf der sich die Befestigungsschraube 42 mit ihrem Schraubenkopf 48 abstützt. Die
Senkung 46 ist in Richtung auf die Basisfläche 16 zu
unterhalb der Kühlmittelkanäle 26 angeordnet,
so dass auch bei eingesetzter Befestigungsschraube 42 eine strömungstechnische
Verbindung zwischen den Kühlmittelkanälen 26 und
dem Durchgangskanal 40 ausgebildet ist. Im Bohreinsatz
strömt
durch zumindest einen der beiden Kühlmittelkanäle 26 durch eine Verbindung
mit der Austrittsöffnung 28 im
Plattensitz 24 Kühlmittel
ein, durchströmt
den Außenschneidkörper 14 und
tritt sowohl über
den Durchgangskanal 40 als auch über die weiteren Öffnungsstellen
der Kühlmittelkanäle 26 wieder
nach außen.
Hierdurch wird zum einen eine direkte Kühlung der aktiven Schneidkante 22 sowie
eine Innenkühlung
des gesamten Außenschneidkörpers 14 erzielt.
Insgesamt ist hierdurch eine sehr effektive Kühlung erreicht, so dass bereits
eine geringe Menge an Kühlmittel
ausreicht.
-
Die
hier beschriebene spezielle Ausgestaltung des Außenschneidkörpers 14 mit seiner
im Querschnitt gesehen trapezförmigen
Querschnittsfläche
weist mehrere Vorteile auf, die sich insbesondere auch in Kombination
miteinander in vorteilhafter Weise ergänzen. Zunächst ist durch die Ausgestaltung als
langgestreckter, pyramidenstumpfförmiger Grundkörper 15 und
der Anordnung der Schneidkanten 22 an den Kantenbereichen
der Seitenflächen 20 ein
insgesamt sehr stabiler und robuster Schneideinsatz ausgebildet.
Durch seine 90° Rotationssymmetrie
bezüglich
der Mittenachse 32 sind insgesamt vier Schneidkanten 22 ausgebildet,
die abwechselnd als aktive Schneiden eingesetzt werden können, so
dass eine sehr lange Lebensdauer des gesamten Schneideinsatzes erreicht
ist. Weiterhin ist bei der Ausführungsvariante
mit den Kühlmittelkanälen 26 eine
besonders effiziente Kühlung
des Schneideinsatzes ermöglicht,
so dass dieser nicht zuletzt auch aufgrund seiner Robustheit besonders
geeignet ist für
Einsatzzwecke, bei denen sehr hohe Beanspruchungen auftreten. Die
robuste Ausgestaltung des Schneidkörpers wird dadurch unterstützt, dass
er in radialer Richtung, also in Richtung von der Außenfläche 18 zur
Basisfläche 16 hin,
gegen den Plattensitz mit Hilfe insbesondere der Befestigungsschraube 42 verspannt
wird, so dass durch die die Schneidkanten 22 aufweisenden
Seitenflächen 20 keine
Befestigungslöcher
oder sonstige Befestigungsmechanismen durchgeführt sein müssen. Dadurch ist der Bereich
um die Schneidkante 22 nicht geschwächt.
-
Durch
die ballige Ausgestaltung der Außenfläche 18 weist der Außenschneidkörper 14 zudem eine
sehr gute Führungsqualität auf und
sorgt dafür, dass
ein Bohrloch mit hoher Bohrgenauigkeit ausgebildet wird, wie nachfolgend
anhand 7 näher erläutert wird. Durch seine pyramidenstumpfartig
Ausgestaltung eignet sich der Außenschneidkörper 14 zudem in besonderer
Weise zum Anbohren von Werkstückoberflächen, die
zur Drehachse 4 des Bohrwerkzeugs 2 geneigt verlaufen,
wie nachfolgend anhand von 8 weiter
erläutert
wird. Schließlich lassen
sich durch die pyramidenstumpfartige Ausgestaltung des Grundkörpers 15 und
der Anlage des Grundkörpers 15 mit
zumindest einer Seitenfläche 20 als
Anlagefläche
im Plattensitz 24 die auftretenden radialen Schnittkräfte beim
Bohren sehr gut einstellen bzw. ausgleichen, wie dies nachfolgend
anhand von 9 näher ausgeführt wird. Insbesondere bei dem
hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
mit einem radial weiter innen angeordneten Innenschneidkörper, welcher
verschieden zu dem Außenschneidkörper 14 ausgebildet
ist, lassen sich besonders gute Einstellmöglichkeiten erreichen. Die
Einstellung erfolgt werkseitig durch eine spezielle Ausgestaltung des
Plattensitzes 24 in Abhängigkeit
des jeweiligen Einsatzzweckes.
-
Aus 7a ist
ein Bohrkreis 50 zu entnehmen, welcher die Umfangsseite
eines Bohrlochs repräsentiert,
welches beim Bohren mit dem Bohrwerkzeug 2 entsteht.
-
Der
Außenschneidkörper 14 dreht
sich hier im Ausführungsbeispiel
entgegen dem Uhrzeigersinn in der durch den Pfeil angedeuteten Drehrichtung 52. Die
Mittenachse 32 ist geneigt zu der von der Drehachse 4 des
Bohrwerkzeugs 2 ausgehenden Radialrichtung orientiert.
Der Außenschneidkörper 14 ist hierbei
derart im Plattensitz 24 befestigt, dass die wirksame Schneidkante 22 etwa
parallel zu der Radialrichtung verläuft. Der Außenschneidkörper 14 liegt mit
seinem Schneideck an der Bohrungswand des Bohrlochs an. Diese Stelle
ist in 7a durch den mit X gekennzeichneten
Kreis hervorgehoben und in 7b in
vergrößerter Darstellung
gezeigt. Wie hieraus zu erkennen ist, ist durch die ballige Ausgestaltung
der Außenfläche 18 diese
näher an
der Bohrungswand, so dass im Anschluss an die Schneidkante 22 lediglich
ein sehr geringer Freiwinkel gebildet ist. Insgesamt ist durch die
ballige Ausgestaltung der Außenfläche 18 ein
negativer Führungswinkel δ ausgebildet,
d. h. zwischen einer Parallelen zur Mittenachse 32 durch
die Nebenschneidkante 36 und der Außenfläche 18 ist ein stumpfer
Winkel ausgebildet (vgl. 6). Der Führungswinkel δ ist dabei
derart bemessen, dass in Abhängigkeit
des Bohrerdurchmessers und der vorgesehenen Anordnung des Außenschneidkörpers 14 im
Plattensitz 24 die Außenfläche 18 näher an die
zu erwartende Bohrungswand geführt
ist, ohne diese jedoch zu berühren.
Der Führungswinkel δ liegt daher
beispielsweise im Bereich zwischen 93° bis 100°.
-
Wie
aus 8 zu entnehmen ist, ist der Außenschneidkörper 14 in einem Bohrwerkzeug 2 derart
angeordnet, dass die Schneidkante 22 bezüglich einer
gedachten Bearbeitungsebene 54, die senkrecht zu der Drehachse 4 des
Bohrwerkzeugs 2 orientiert ist, unter einem Neigungswinkel γ verläuft. Der Neigungswinkel γ liegt hier
im Bereich von wenigen Grad, beispielsweise im Bereich von 2 bis
7°. Dieser Neigungswinkel γ wird insbesondere
auch durch die pyramidenstumpfartige oder trapezförmige Grundgeometrie
des Grundkörpers 15 hervorgerufen.
Diese Geometrie eignet sich in besonderer Weise für das Anbohren
von Werkstücken 56 mit
Werkstückoberflächen 58,
die geneigt verlaufen, die also nicht planparallel zu der Bearbeitungsebene 54 orientiert
sind, wie dies in 8 dargestellt ist. Wie hieraus
nämlich zu
erkennen ist, schneidet der Außenschneidkörper 14 mit
seinem außen
liegenden Eckenradius 34 in das Werkstück 56 ein. Durch den
Nei gungswinkel γ ist
eine radial nach außen
fallende Schnittfläche 60 gebildet.
Der radial außen
liegende Teilbereich der Schnittfläche 60 ist weiter
unten (d. h. in Vorschubrichtung weiter vorne) angeordnet, als der
radial weiter innen liegende Teilbereich dieser Schnittfläche 60.
Durch diese nach außen
fallende Neigung wird eine Kraftkomponente in radialer Richtung
erzeugt, die trotz der schräg
verlaufenden Werkstückfläche ein
Abdrängen
des Bohrwerkzeugs radial nach innen verhindert.
-
Anhand
von 9 werden nunmehr die bei einem Bohrvorgang auftretenden
Schnittkräfte
illustriert. In 9 zu erkennen ist zum einen
die Drehachse 4 des Bohrwerkzeugs, die senkrecht hierzu orientierte
Bearbeitungsebene 54 sowie die Anordnung des Innenschneidkörpers 12 und
des Außenschneidkörpers 14.
Der Innenschneidkörper 12 ist gebildet
durch die bereits beschriebene Trigonplatte, welche eine dreieckförmige Grundfläche hat.
Jede der Dreieckskanten bildet eine aktive Schneide, wobei diese
jeweils unterteilt ist in eine Innenschneide 62 und eine
Außenschneide 64.
Diese sind unter einem stumpfen Winkel zueinander orientiert der
beispielsweise im Bereich zwischen 140° und 170° liegt. Im Ausführungsbeispiel
liegt dieser Winkel bei etwa 156°.
Die beiden Schneiden 62, 64, sind daher unter einem
Winkel von etwa 8 bis 16° relativ
zu der Bearbeitungsebene 54 orientiert. Zur Verdeutlichung
des Zusammenwirkens dieser beiden Schneiden 62, 64 mit
der Schneidkante 22 des Außenschneidkörpers 14 sind die
aktiven Schneiden jeweils nochmals bezüglich der Drehachse 4 gespiegelt
dargestellt. Die gespiegelten Schneiden sind mit den Bezugszeichen 22', 62' und 64' bezeichnet.
Bei einer 180°-Drehung um
die Drehachse 4 wird daher die Schneidkante 22 die
durch das Bezugszeichen 22' gekennzeichnete Position
einnehmen. Gleiches gilt für
die Schneiden 62, 64. Zu den Schneiden 62, 64 sowie
zu der Schneidkante 22 ist jeweils ein Kräftedreieck
eingezeichnet, welches die Schnittkräfte beim Bohren wiedergibt.
Die einzelnen Kräfte
für die
Innenschneide 62 sind jeweils bezeichnet mit F1.x, die
der Außenschneide 64 mit
F2.x und die der Schneidkante 22 mit F3.x. X ist hierbei
ein Platzhalter für
die Ziffern 1, 2 und 3, wobei die Ziffer 1 für die durch
den Vorschub hervorgerufene Kraftkomponente in Vorschubrichtung
steht. Die Ziffer 2 steht für die durch die Vorschubkraft
hervorgerufene Wirkkraft, die auf die Schneide wirkt. Diese Kraftkomponente
ist jeweils senkrecht zu der jeweiligen Schneide orientiert. Die Ziffer 3 steht
schließlich
für die
auf den Schneidkörper 12, 14 über die
jeweilige Schneide wirkende Abdrängkraft
in radialer Richtung. Durch die beiden Schneiden 62, 64 sowie
durch die Schneidkante 22 resultieren daher insgesamt drei
radiale Kraftkomponenten F1.3; F2.3 sowie F3.3. Um einen möglichst hohen
Rundlauf zu erreichen, ist nun vorgesehen, dass die resultierende
radiale Kraftkomponente, die auf das Bohrwerkzeug 2 als
Ganzes wirkt, vorzugsweise 0 ist, oder eine geringe radiale Kraftkomponente
erzielt ist, die radial nach außen
wirkt. Durch die geringe radial nach außen wirkende Kraftkomponente
wird das Bohrwerkzeug 2 beim Bohrvorgang etwas nach außen abgedrängt, so
dass ein etwas vergrößertes Bohrloch
im Vergleich zu dem Bohrinnendurchmesser erhalten wird. Hierdurch
wird vermieden, dass die Oberfläche
der Bohrlochwand beim Rückzug
des Bohrwerkzeugs 2 aus dem erzeugten Bohrloch heraus beschädigt wird.
-
Aufgrund
der Anordnung und der Geometrie des Innenschneidkörpers 12 ist
die Kraftkomponente F1.3 radial auf die Drehachse 4 zugerichtet
und größer als
die in radialer Richtung entgegengesetzt gerichtete Kraftkomponente
F2.3. Der Außenschneidkörper 14 ist
nunmehr im Plattensitz 24 derart angeordnet, dass seine
radiale Kraftkomponente F3.3 der Kraftkomponente F1.3 ebenfalls
entgegenwirkt, so dass die gewünschte
resultierende radiale Kraftkomponente eingestellt ist. Durch die
spezielle Ausgestaltung des Grundkörpers 15 als Pyramidenstumpf kann
die Kraftkomponente F3.3 in einfacher Art und Weise durch die Neigung
der Mittenachse 32 relativ zur Bearbeitungsebene 54 bzw.
relativ zu der Drehachse 4 problemlos eingestellt werden.
Da der Außenschneidkörper 14 mit
seinen Seitenflächen 20 flächig am
Plattensitz 24 anliegt, ist diese Einstellung der Neigung
in einfacher Weise durch eine entsprechende Neigungseinstellung
des Plattensitzes 24 einstellbar. Diese Einstellung wird
hierbei werksseitig, also beim Hersteller des Bohrkörpers 10 eingestellt.