DE102010028474A1 - Hohlbohrer und Herstellungsverfahren - Google Patents
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Abstract
Ein Herstellungsverfahren für einen Bohrer beinhaltet folgende Schritte. Von einem stabförmigen Rohling mit einem Endabschnitt, einem mittleren Abschnitt zwischen und einem Hohlraum, der sich entlang einer Achse des Rohlings wenigstens durch den Endabschnitt und den mittleren Abschnitt erstreckt, wird der Endabschnitt radial zur Achse umgeformt, wobei ein Durchmesser des Hohlraums in dem Endabschnitt verringert wird. Entweder wird ein Schneidelement an dem Endabschnitt befestigt oder Nuten in den Endabschnitt zum Bilden eines Einsteckendes eingebracht.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hohlbohrer und ein Herstellungsverfahren für einen Hohlbohrer.
- OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für einen Bohrer beinhaltet folgende Schritte. Von einem stabförmigen Rohling mit einem Endabschnitt, einem mittleren Abschnitt und einem Hohlraum, der sich entlang einer Achse des Rohlings wenigstens durch den Endabschnitt und den mittleren Abschnitt erstreckt, wird der Endabschnitt radial zur Achse umgeformt, wobei ein Durchmesser des Hohlraums in dem Endabschnitt verringert wird. Entweder wird ein Schneidelement an dem Endabschnitt befestigt oder Nuten in den Endabschnitt zum Bilden eines Einsteckendes eingebracht.
- In einer Ausgestaltung wird von einem stabförmigen Rohling mit einem ersten Endabschnitt, einem zweiten Endabschnitt, einem mittleren Abschnitt zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt und einem Hohlraum, der sich längs einer Achse des stabförmigen Rohlings erstreckt, der erste Endabschnitt und der zweite Endabschnitt radial zu der Achse umgeformt, wobei ein Durchmesser des Hohlraums in dem ersten und dem zweiten Hohlraum verringert wird. An dem umgeformten ersten Endabschnitt wird ein Schneidelement befestigt. Der umgeformte zweite Endabschnitt wird mit Nuten für ein Einsteckende versehen.
- Der Durchmesser des Hohlraums in dem ersten Endabschnitt kann auf weniger als 10% des Durchmessers in dem mittleren Abschnitt verringert werden. Der Hohlraum kann auch vollständig geschlossen werden. Der Endabschnitt wird dabei soweit zusammengedrückt, dass der Hohlraum vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Endabschnitts beseitigt wird. Der Endabschnitt kann zu einer kreuzförmigen Außenkontur quer zu der Achse umgeformt werden.
- Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Hohlraum in den stabförmigen Rohling gebohrt wird. Ferner kann auch ein stranggepresstes, gezogenes oder anderweitig hergestelltes Rohr als stabförmiger Rohling verwendet werden.
- Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der stabförmige Rohling längs der Achse umgeformt wird, wobei ein Außendurchmesser des Endabschnitts gegenüber einem Außendurchmesser des mittleren Abschnitts erhöht wird. Ein Stauchen des Rohlings bewirkt ein Verdicken der Wand des Endabschnitts. Das längs aufgestauchte Material kann zum Füllen des Hohlraums bei dem Umformen, z. B. Quetschen, radial zur Achse genutzt werden.
- Ein erfindungsgemäßer Hohlbohrer hat einen Schaft, einen Sockel, ein Schneidelement und ein Einsteckende. Der Schaft hat längs einer Achse einen Hohlraum. Auf dem Sockel ist ein Schneidelement durch Fügen befestigt. Der Sockel ist, vorzugsweise ohne Fügezone, mit dem Schaft verbunden. Eingeschlossen, innerhalb des Sockels ist eine Schließfalte längs der Achse angeordnet. Die Schließfalte erstreckt sich nicht bis zu dem umfänglichen Rand des Sockels. Der Sockel weist längs der Achse Falzkanten auf. Die Falzkanten erhöhen eine Steifigkeit des Sockels in axialer Richtung, wodurch eine Meißelwirkung des Bohrers verbessert werden kann. Der Sockel kann auch einen kreisförmigen Querschnitt haben und je nach Durchmesser des Bohrers den gleichen Durchmesser aufweisen, wie der nachfolgende Schaft.
- KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
- Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
-
1 Längsschnitt eines beispielhaften Bohrers; -
2 bis4 Querschnitt durch den Bohrer von1 ; -
5 bis8 Längsschnitte eines Rohlings während eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für den Bohrer aus1 ; -
9 bis12 Längsschnitte eines Rohlings während eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für den Bohrer aus1 ; -
13 bis16 Längsschnitte eines Rohlings während eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für den Bohrer aus1 -
17 Längsschnitt eines Rohlings während eines beispielhaften Herstellungsverfahrens für den Bohrer aus1 . - Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
- AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
1 zeigt einen beispielhaften Hohlbohrer10 im Längsschnitt,2 zeigt einen Querschnitt durch den Hohlbohrer10 in der Ebene II-II,3 einen Querschnitt in der Ebene III-III und4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV von1 . - Ein hohler Schaft
11 des Hohlbohrers10 ist vorzugsweise zylindrisch mit einem konstanten Außendurchmesser12 . Eine Wandung13 des Schafts11 umschließt einen Hohlraum14 längs einer Achse15 des Hohlbohrers10 . Ein Durchmesser16 des Hohlraums14 liegt etwa im Bereich von 20% bis 80% des Außendurchmessers12 des Schafts11 . Die Wandung13 hat vorzugsweise über die gesamte axiale Länge des Schaft11 eine konstante Wandstärke17 und weist vorzugsweise keine radialen Öffnungen auf. - An einem vorderen axialen Ende
18 geht der Schaft11 in einen Sockel19 für ein Schneidelement20 über. Der Sockel19 und der Schaft11 sind monolithisch aus einem Rohling gebildet und ohne eine zwischenliegende Fügezone miteinander verbunden. Die größte radiale Abmessung22 des Sockels19 kann größer als der Durchmesser12 des Schafts11 sein. Der Durchmesser16 oder eine Querschnittsfläche senkrecht zur Achse15 des Hohlraums14 verringert sich im Sockel19 kontinuierlich längs der Achse15 . Vorzugsweise wird der Hohlraum14 axial durch den Sockel19 geschlossen. Alternativ verringert sich die Querschnittsfläche des Hohlraums14 , z. B. auf weniger als 1% der Querschnittsfläche des Sockels19 oder weniger als 10% der Querschnittsfläche des Hohlraums14 im Bereich des Schafts11 . Ein Querschnitt23 des Sockels19 ist kreisförmig oder kreuzförmig oder weist einen anderen, der Zahl der Schneiden angepassten Querschnitt auf und geht von einem kreisförmigen Querschnitt nahe dem Schaft11 in einen kreuzförmigen Querschnitt an der Stirnfläche24 über.3 und4 zeigen beispielhaft zwei Schnitte durch den Sockel19 in verschiedenen Ebenen III-III und IV-IV längs der Achse15 . - Der Sockel
19 hat eine äußere geschlossene Kontur25 , welche keine Fügezone aufweist. Innerhalb dieser geschlossenen Kontur25 beinhaltet der Sockel19 ein oder mehrere radial verlaufenden Schließfalten26 . Die Schließfalten26 liegen bevorzugt in einer Ebene aufgespannt durch die Achse15 und eine radiale Richtung. Das Material des Sockels19 ist um Falzkanten25' bz gebogen, welche die radial äußeren Enden der Kontur25 bilden. Im Bereich der Schließfalten26 kann sich das Material gegenüberliegender Flächen berühren, hat jedoch keinen Materialschluss. Öffnungen im Bereich der Schließfalten26 , insbesondere längs der Achse15 verlaufende Öffnungen, haben eine Abmessung von vorzugsweise weniger als 0,5 mm senkrecht zur Achse15 . - Auf der Stirnfläche
24 des Sockels19 ist das Schneidelement20 , z. B. ein monolithischer Bohrkopf aus Hartmetall mit drei oder vier Schneidkanten28 befestigt, oder im Sockel ist in einem Schlitz eine Schneidplatte aus Hartmetall mit zwei oder mehr Schneidkanten befestigt. Das Schneidelement20 lässt Bereiche der Stirnfläche24 frei. Kanäle29 verlaufen von diesen freien Bereichen der Stirnfläche24 durch den Sockel19 zu dem Hohlraum14 . Vorzugsweise ist eine Öffnung der Kanäle29 an einem äußeren Rand der Stirnfläche24 . Die Kanäle29 können geneigt gegenüber der Achse15 verlaufen. Durch diese Kanäle29 kann Bohrmehl aus dem Bohrloch in den Hohlraum14 angesaugt oder ein Spülfluid aus dem Hohlraum14 in das Bohrloch eingetrieben werden. Die Kanäle29 weisen einen Durchmesser von 5% bis 25% des Durchmessers des Sockels19 auf, z. B. 1 bis 8 mm. - An einem anderen axialen Ende
30 geht der Schaft11 in ein Anschlussstück31 für eine Hülse32 zum Absaugen oder Einblasen über. Vorzugsweise sind der Schaft11 und das Anschlussstück31 monolithisch, d. h. ohne Fügezonen miteinander verbunden. Das Anschlussstück hat eine zylindrische Form, deren Außendurchmesser31' größer als der Schaft11 sein kann. Der Hohlraum14 verlängert sich von dem Schaft11 axial in den Anschlussstück31 im Wesentlichen ohne Änderung seines Durchmessers16 . Vorzugsweise endet der Hohlraum14 innerhalb des Anschlussstücks31 und ist axial begrenzt. - Auf das Anschlussstück
31 ist die Hülse32 geschoben, welche sich relativ zu dem Bohrer10 drehen kann. Dichtelemente33 schließen einen ringförmigen Absaugraum34 zwischen der Hülse32 und dem Anschlussstück31 fluiddicht und/oder staubdicht ab. Der Absaugraum34 ist über einen Anschlusskanal35 mit dem Hohlraum14 verbunden. Der Anschlusskanal35 verläuft radial, z. B. senkrecht oder schräg zur Achse15 , durch eine Wandung36 im Anschlussstück31 . Durch den Anschlusskanal35 kann Bohrmehl aus dem Hohlraum abgesaugt oder ein Fluid in den Hohlraum14 eingetrieben werden. Die Hülse32 weist einen Flansch37 zum Anschließen an eine Pump- oder Gebläseeinrichtung auf. - Ein Einsteckende
38 des Bohrers10 grenzt axial an das Anschlussstück31 an. Das Einsteckende38 kann ein oder mehrere axial offene und/oder axial geschlossene Nuten39 für eine Arretierung des Bohrers10 in einer Werkzeugaufnahme und für eine Drehmitnahme des Bohrers10 durch die Werkzeugaufnahme aufweisen. - Ein Herstellungsverfahren für den beispielhaften Bohrer
10 wird mit Bezug auf die5 bis8 erläutert. Ausgangspunkt für das Herstellungsverfahren ist ein massiver zylindrischer Rohling40 . Der zylindrische Rohling40 wird derart umgeformt, dass ein vorderer Endabschnitt41 des Rohlings40 für den Sockel19 einen größeren Durchmesser erhält, als ein mittlerer Abschnitt42 des Rohlings40 für den Schaft11 . Ein hinterer Endabschnitt43 des Rohlings41 wird vorzugsweise auf die typischen Querschnitte von auf dem Markt befindlichen Werkzeugaufnahmen angepasst. Zwischen dem hinteren Endabschnitt43 und dem mittleren Abschnitt42 kann ein weiterer Abschnitt44 für das Anschlussstück31 zu einem Durchmesser größer als der des mittleren Abschnitt42 umgeformt werden. Der mittlere Abschnitt42 , der hintere Endabschnitt43 und der weitere Abschnitt44 haben vorzugsweise eine zylindrische Außenkontur. Der vordere Endabschnitt41 kann mit einer zylindrischen oder eine kegelstumpfförmigen Außenkontur geformt werden. - Ein beispielhafter Umformschritt für den vorderen Endabschnitt
41 ist in5 dargestellt. Eine Werkzeugform45 umschließt umfänglich den vorderen Endabschnitt41 des zylindrischen Rohlings40 und wenigstens einen angrenzenden Teil des mittleren Abschnitts42 . Zwischen der Werkzeugform45 und dem vorderen Endabschnitt41 wird ein ringförmiger Zwischenraum definiert, an dem mittleren Abschnitt42 liegt die Werkzeugform45 bündig an. Ein Stempel46 staucht axial den Rohling40 , indem der Stempel46 auf eine Stirnfläche47 des zylindrischen Rohlings40 drückt. Das verstauchte Material wird in den Zwischenraum geschoben. Der gestauchte Rohling40 füllt danach den ringförmigen Zwischenraum wie dargestellt aus. - Ein alternativer Umformschritt beginnt mit einem zylindrischen Rohling
40 dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser des vorderen Endabschnitts41 entspricht. Ein Durchmesser im Bereich des mittleren Abschnitts42 wird durch Rollwalzen auf das gewünschte Maß verringert. Der Durchmesser des hinteren Endabschnitts und des weiteren Abschnittes können analog nach den beschriebenen Umformschritten gestaltet werden. - Alternativ können durch spanende Verfahren, z. B. Drehen oder Fräsen, die unterschiedlichen Durchmesser der einzelnen Abschnitte realisiert werden.
- In den umgeformten oder gefrästen Rohling
40 wird ein Hohlraum48 z. B. in der Form eines Sacklochs ausgehend von der Stirnfläche47 des vorderen Endabschnitts41 längs einer Achse49 des Rohlings40 gebohrt (6 ). Der Hohlraum48 erstreckt sich durch den vorderen Endabschnitt41 und den mittleren Abschnitt42 bis in den weiteren Abschnitt44 . Eine radial, bis zu dem Hohlraum48 verlaufende Bohrung50 wird in den Rohling40 im weiteren Abschnitt44 gebohrt. - In dem vorderen Endabschnitt
41 wird der Hohlraum48 durch ein Umformen in radialer Richtung reduziert, um den Sockel19 zu bilden (7 ). Eine mehrteilige Presse51 oder ein Schmiedewerkzeug quetscht in radialer Richtung die Mantelfläche52 des vorderen Endabschnitts41 zusammen. Ein Durchmesser des Hohlraums48 hat danach höchstens 10% des Durchmessers im mittleren Abschnitt42 . Vorzugsweise wird der Hohlraum48 geschlossen, d. h. der Hohlraum48 wird vorzugsweise vollständig durch das umgeformte Material ausgefüllt. Der Sockel41 kann aufgrund des radialen Umformens einen kreuzförmigen Querschnitt aufweisen. Entlang der Achse15 kann eine Schließfalte53 aus den vormals gegenüberliegenden Innenwänden54 des aufgebohrten vorderen Endabschnitts41 gebildet werden. Das Umformen kann kalt oder warm z. B. mit rotglühendem Rohling40 durchgeführt werden. - In den vorderen Endabschnitt
41 kann auch ein zylindrischer oder kegelförmiger Stift aus Stahl vor dem radialen Umformen eingesetzt werden. Der Stift hat vorzugsweise die Länge des vorderen Endabschnitts41 . Ein Durchmesser des Stifts kann geringer als der Durchmesser des Hohlraums48 sein. - In den Sockel
19 werden die Kanäle29 gebohrt (8 ). Anschließend wird der Bohrkopf20 oder ein anderes Schneidelement auf der Stirnfläche47 des Sockels19 befestigt (1 ). Dazu kann eine Vertiefung in die Stirnfläche eingesenkt werden und in die Vertiefung das Schneidelement eingesetzt werden. In dem hinteren Endabschnitt43 werden Nuten39 für das Einsteckende38 eingebracht. Die Hülse32 wird über die radiale Bohrung50 geschoben. - In einer weiteren Ausführungsform wird ein Durchmesser des hinteren Endabschnitts
43 mittels eines Stauchverfahrens vergrößert (9 ). Ein Formwerkzeug45' umschließt den hinteren Endabschnitt43 und vorzugsweise einen Teil des mittleren Abschnitts42 . Das Formwerkzeug45' hat im Bereich des hinteren Endabschnitts43 einen größeren Innendurchmesser, und liegt nicht an dem anfänglichen Rohling40 an. Beim Stauchen wird das von einem Stempel46' verdrängte Material radial in den Hohlraum des Formwerkzeugs45' gepresst. Der hintere Endabschnitt43 wird kürzer und dicker. - Ausgehend von der Stirnfläche
55 des hinteren Endabschnitts43 wird ein Sackloch48 in den Rohling40 gebohrt. Das Sackloch48 endet vor dem vorderen Abschnitt41 (10 ). Der hintere Endabschnitt43 wird in radialer Richtung gequetscht, bis der Hohlraum gebildet durch das Sackloch vorzugsweise längs des gesamten hinteren Abschnitts43 für das Einsteckende geschlossen, d. h. beseitigt wird (11 ). In dem hinteren Endabschnitt43 verbleibt eine axial verlaufende Schließfalte61 . Das Quetschen kann durch ein Formwerkzeug51' erfolgen. Der derart umgeformte Rohling kann mit den Kanälen, dem Absaugkanal, dem Schneidelement und den Nuten versehen werden, wie oben beschrieben (12 ). - Bei einer alternativen Ausgestaltung wird ein rohrförmiger Rohling
56 zu dem Bohrer10 umgeformt (13 ). Der Rohling56 basiert vorzugsweise auf einem hohlen Stangenprofil mit einem über die gesamte Länge gleichförmigen Querschnitt57 . Der Querschnitt57 ist ringförmig mit einem vorzugsweise kreisförmigen oder ovalen Außenkontur58 und einer gleichgestalteten Innenkontur59 . - Ein vorderer Endabschnitt
41 des Rohlings56 wird gestaucht, um lokal den Außendurchmesser zu erhöhen (14 ). Ein verwendetes Formwerkzeug45 definiert einen ringförmigen Zwischenraum um den vorderen Endabschnitt41 und schließt bündig mit einem mittleren Abschnitt42 ab. Ein Zapfen66 kann in den Hohlraum48 des Rohlings56 geschoben werden, insbesondere in den vorderen Endabschnitt41 . Der Zapfen66 liegt vorzugsweise vollumfänglich an der Innenwand des Hohlraums48 an. Ein Stempel46 staucht den Rohling56 längs der Achse. Ein hinterer Endabschnitt43 wird vorzugsweise ebenfalls längs der Achse gestaucht. Der Zapfen66 wird entfernt. - Der gesamte vordere Endabschnitt
41 wird nun in radialer Richtung durch ein Werkzeug51 ,51' gequetscht, wodurch der Hohlraum48 im vorderen Endabschnitt41 reduziert und vorzugsweise in Richtung zum Sockel geschlossen wird (15 ). Der hintere Endabschnitt43 wird für das Einsteckende radial gequetscht, wobei der Hohlraum48 in Richtung zum Einsteckende geschlossen wird. Der derart umgeformte Rohling56 kann mit den Kanälen, dem Absaugkanal, dem Schneidelement und den Nuten versehen werden, wie oben beschrieben (16 ). - Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, den Hohlraum
48 des Bohrers10 aus zwei gefügten Stücken zusammenzusetzen. Ein erstes Stück wird durch aus dem rohrförmigen Rohling56 gebildet, dessen vorderer Endabschnitt41 axial gestaucht und danach radial quetscht wurde. Das zweite Stück beinhaltet das Anschlussstück31 und das Einsteckende38 . Das Anschlussstück31 ist hülsenförmig mit einer Öffnung zur Aufnahme des hinteren Endabschnitts43 des Rohlings56 ausgebildet. Die beiden gefügten Stücke können formschlüssig, kraftschlüssig und/oder materialschlüssig gefügt werden.
Claims (8)
- Herstellungsverfahren für einen Bohrer, wobei ein Endabschnitt (
41 ;43 ) eines stabförmigen Rohlings (40 ,56 ), der den Endabschnitt (41 ;43 ), einen mittleren Abschnitt (42 ) und einen sich wenigstens durch den Endabschnitt (41 ;43 ) und den mittleren Abschnitt (42 ) längs zu einer Achse (15 ) des Rohlings (40 ,56 ) erstreckenden Hohlraum (48 ) aufweist, radial zu der Achse (15 ) umgeformt wird, wobei ein Durchmesser des Hohlraums (48 ) indem Endabschnitt (41 ;43 ) verringert wird; und wobei an dem umgeformten Endabschnitt (41 ;43 ) ein Schneidelement (20 ) befestigt wird oder in dem umgeformten Endabschnitt Nuten (39 ) für ein Einsteckende eingebracht werden. - Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Endabschnitt (
43 ;41 ) des stabförmigen Rohlings (40 ,56 ), der den sich durch den Endabschnitt (41 ;43 ), den weiteren Endabschnitt (43 ;41 ), den zwischen dem Endabschnitt (41 ;43 ) und dem weiteren Endabschnitt (43 ;41 ) angeordneten mittleren Abschnitt (42 ) längs der Achse (15 ) des Rohlings (40 ,56 ) erstreckenden Hohlraum (48 ) aufweist, radial zur Achse (15 ) umgeformt wird, wobei ein Durchmesser des Hohlraums (48 ) in dem weiteren Endabschnitt (43 ;41 ) verringert wird; und wobei an dem umgeformten Endabschnitt (41 ) ein Schneidelement (20 ) befestigt wird und in dem umgeformten weiteren Endabschnitt (43 ) Nuten (39 ) für ein Einsteckende (30 ) eingebracht werden. - Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Hohlraums (
48 ) in dem Endabschnitt (41 ;43 ) auf weniger als 20% des Querschnitts in dem mittleren Abschnitt (42 ) verringert wird. - Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (
41 ;43 ) zu einer vom Kreisumfang abweichenden Außenkontur quer zu der Achse (15 ) mit einer der Anzahl der Schneiden korrespondierender Anzahl von Nuten umgeformt wird. - Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (
48 ) in den stabförmigen Rohling gebohrt wird. - Herstellungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Rohling (
40 ,56 ) längs der Achse (15 ) gestaucht wird, wobei ein Außendurchmesser des Endabschnitts gegenüber einem Außendurchmesser des mittleren Abschnitts erhöht wird. - Hohlbohrer mit einem Schaft (
13 ), der längs einer Achse (15 ) einen Hohlraum (14 ) aufweist, einem Einsteckende (30 ), einem Sockel (19 ), der mit dem Schaft (13 ) verbunden ist, einem Schneidelement (20 ), das auf dem Sockel (19 ) gefügt ist, wobei eingeschlossen, innerhalb des Sockels oder des Einsteckendes wenigstens eine Schließfalte (26 ) längs der Achse (15 ) angeordnet ist. - Hohlbohrer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (
13 ) und der Sockel (18 ) ein zusammenhängendes Element ohne zwischenliegende Fügezone sind.
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