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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Bohrspitze, die sich entlang einer Mittenachse in Axialrichtung erstreckt, mit Hauptschneiden, die über eine Querschneide miteinander verbunden sind, mit einer sich an jeder der Hauptschneiden anschließenden Freifläche die jeweils in eine Spannut übergeht, mit einer zusätzlichen Ausspitzung im Bereich der Querschneide sowie mit einem umfangsseitig zwischen den Spannuten ausgebildeten Bohrerrücken.
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Eine derartige Bohrspitze ist beispielsweise aus der
WO 2011/151155 A1 zu entnehmen.
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Bei Bohrwerkzeugen besteht allgemein das Problem, dass im Zentrum nur ein ungenügender Spanabtransport erfolgt, was unter Anderem auch zu höheren Schnittkräften führt. Dieses Problem tritt im Bereich der Querschneide auf. Um dieses Problem zu reduzieren ist die sogenannte Ausspitzung bekannt, durch die im Bereich der Querschneide zusätzliches Material abgetragen ist, so dass ein verbesserter Spanabtransport insbesondere auch im Bereich des Zentrums erzielt ist. Die Ausspitzung wird üblicherweise durch einen zusätzlichen Schleifvorgang eingebracht, indem eine Schleifscheibe im Bereich der Querschneide stirnseitig an die Bohrspitze angesetzt wird.
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In ähnlicher Weise wird bei einem sogenannten Vier-Flächenanschnitt zusätzlich zu der sich an die jeweilige Hauptschneide anschließenden Freifläche eine weitere Fläche mit stärkerer Neigung als die Freifläche eingeschliffen. Durch diese zusätzlichen Schleifvorgänge entstehen jedoch üblicherweise Kanten, insbesondere im Übergang zur Spannut, welche störend sind.
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In der
EP 1 230 058 B1 ist eine Bohrspitze beschrieben, bei der durch ein spezielles Schleifverfahren die Freifläche homogen und kantenfrei in die Spannut übergeht. Bedingt durch das spezielle Schleifverfahren fällt dabei die Freifläche im Übergang zur Spannut steil ab. Auf eine zusätzliche Ausspitzung ist hierbei explizit verzichtet. Das spezielle Schleifverfahren ersetzt daher die sonst übliche Ausspitzung, welche durch üblicherweise einen zweiten Schleifschritt eingebracht wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bohrspitze anzugeben.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Bohrspitze mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Bohrspitze kann sowohl als eine austauschbare Bohrspitze in einem modularen Bohrwerkzeug als auch als integraler Bestandteil eines monolithischen Bohrwerkzeugs ausgebildet sein. Die Bohrspitze erstreckt sich allgemein entlang einer Mittenachse in Axialrichtung und weist Hauptschneiden auf, die über eine Querschneide miteinander verbunden sind. Die Hauptschneiden erstrecken sich dabei allgemein etwa in radialer Richtung von einem äußeren Schneideck bis zur Querschneide. Vorzugsweise ist durch die Hauptschneide und die Querschneide eine durchgehende, unterbrechungsfreie Schneide, gegebenenfalls mit Spanbrechernuten oder Spanbrecherfunktionalität ausgebildet. Vorzugsweise sind zwei Hauptschneiden ausgebildet. An jeder der Hauptschneiden schließt sich eine Freifläche an, die jeweils in eine Spannut übergeht. Die jeweilige Spannut wird in einem Schaftbereich des Bohrwerkzeugs weitergeführt und kann sich beispielsweise spiralförmig oder auch geradlinig im Schaft erstrecken. Zwischen den Spannuten ist jeweils ein sogenannter Bohrerrücken umfangsseitig ausgebildet. Zusätzlich zu der sich an die jeweilige Hauptschneide anschließenden Freifläche, die jeweils üblicherweise durch ein Schleifverfahren eingebracht ist, ist in die Stirnseite der Bohrspitze eine Ausspitzung eingebracht. Diese wird insbesondere durch einen zusätzlichen Schleifschritt erzeugt. Üblicherweise wird dabei die Ausspitzung in die bereits geschliffene Freifläche eingeschliffen. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Ausspitzung sich in einer Hauptrichtung ausgehend von der Freifläche in Richtung zur Spannut erstreckt und dabei einen konvexen Verlauf einnimmt.
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Durch den durch die Ausspitzung definierten konvexen Übergang von der Freifläche in die Spannut nimmt die Ausspitzung daher in Hauptrichtung betrachtet insgesamt eine etwa bauchige oder ballige Ausgestaltung an. Durch diese Maßnahme wird der besondere Vorteil erzielt, dass die Ausspitzung zur Spannut steil abfallend ausgebildet ist, so dass eine störende Kante im Übergangsbereich von der Ausspitzung zur Spannut möglichst vermieden ist, welche für einen Spanabfluss störend sein könnte.
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Im Unterschied zu der
EP 1 230 058 B1 ist daher durch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt in die Freifläche die Ausspitzung eingebracht. Damit wird der Vorteil erzielt, dass nicht die vollständige Freifläche steil zur Spannut hin abfällt. Dies bedeutet gleichzeitig, dass ein rückwärtiges äußeres Eck der sich an die Hauptschneide anschließenden Fläche (Freifläche und Ausspitzung) – in Axialrichtung betrachtet – an einer spitzennahen Position angeordnet ist.
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Am rückwärtigen Ende des Bohrerrückens, also an dem Schneideck abgewandten Ende des Bohrerrückens, ist oftmals eine Führungsfase als ein entlang der Spannut verlaufender Steg ausgebildet, um die Führung des Bohrwerkzeugs in einem Bohrloch zu verbessern. Durch die oben beschriebene Maßnahme wird der besondere Vorteil erzielt, dass diese Führungsfase – verglichen mit einem Bohrwerkzeug gemäß der
EP 1 230 058 B1 – an einer axial weiter vorne gelegenen Position beginnt. Durch diese Maßnahme wird das Bohrwerkzeug zu Beginn des Bohrvorgangs besser geführt. Zu Beginn des Bohrvorgangs besteht nämlich das Problem, dass das Bohrwerkzeug aufgrund einer noch mangelnden Führung leicht verkantet, was zu Ungenauigkeiten führt. Diesem Problem begegnet man unter Anderem auch mit der Anordnung der zusätzlichen Führungsfase am rückwärtigen Bereich eines jeweiligen Bohrerrückens. Durch den speziellen Anschliff gemäß der
EP 1 230 058 B1 wird – ähnlich wie bei einem Vier-Flächenanschliff – diese Führungsfase jedoch axial weit beabstandet nach hinten versetzt.
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Die mangelnde Führung zu Beginn des Bohrvorgangs ist insbesondere bei inhomogenen Materialien, wie beispielsweise bei Grauguss problematisch, da aufgrund der Materialinhomogenitäten Unterschiede in der Materialhärte innerhalb des zu bearbeiteten Werkstücks bestehen, die zu einer unerwünschten Abdrängung des Bohrwerkzeugs führen können.
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Insgesamt wird durch die hier vorgeschlagene Maßnahme mit der konvex verlaufenden Ausspitzung, die zusätzlich zur Freifläche ausgebildet ist, zum Einen im Zentrum im Bereich der Querschneide ein großer Freiwinkel geschaffen, so dass ein einfacher Spanabtransport gewährleistet ist. Weiterhin ist auch der Übergang in die Spannut fließend, so dass auch hier keine oder kaum störenden Kanten auftreten. Schließlich ist durch diese Ausgestaltung gewährleistet, dass eine am Rücken angeordnete Führungsfase an einer axial vorderen Position beginnt.
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Unter „konvex verlaufend“ wird allgemein eine bauchige oder ballige Ausgestaltung verstanden. Die Ausspitzung kann dabei ähnlich wie bei einem Facettenschliff durch mehrere gerade Flächenabschnitte, durch gekrümmte Flächenabschnitte in Kombination mit geraden Flächenabschnitten oder auch durch mehrere gekrümmte Flächenabschnitte zusammengesetzt sein. Die Hauptrichtung ist allgemein durch die Richtung von der Freifläche zur Spannut hin definiert. Insbesondere ist die Hauptrichtung definiert durch die Tangente in Umfangsrichtung am rückwärtigen, dem Schneideck abgewandten Ende des Bohrerrückens. Die Hauptrichtung ist dabei typischerweise auch parallel zur nacheilenden Hauptschneide orientiert, insbesondere zu dem Abschnitt der Hauptschneide, welcher sich an die Querschneide anschließt.
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Ergänzend zu dem konvexen, also balligen Verlauf der Ausspitzung ist diese in Querrichtung senkrecht zur Hauptrichtung betrachtet konkav verlaufend, insbesondere konkav gekrümmt ausgebildet. In Querrichtung betrachtet bildet daher die Ausspitzung eine Ausmuldung aus. Die Krümmung der Ausmuldung ist beim Schleifverfahren bevorzugt durch den Radius der Schleifscheibe gebildet, mit der die Ausspitzung eingebracht wird. Der Radius der Ausmuldung ist daher zumindest ähnlich dem Radius der Schleifscheibe (bei schräggestellter Schleifscheibe).
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Durch die konkav gekrümmte Ausmuldung wird im Bereich der Querschneide eine besonders effiziente Ausdünnung und damit ein großer Freiwinkel erzielt. Insgesamt ist daher die Ausspitzung doppelt gekrümmt, nämlich in Hauptrichtung konvex und in Querrichtung konkav.
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In bevorzugter Ausgestaltung erstreckt sich die Freifläche von der Hauptschneide, insbesondere vom Schneideck, bis zur Spannut, also insbesondere bis zu der am Bohrerrücken umfangsseitig angebrachten Führungsfase unter einem (mittleren) Freiwinkel im Bereich von lediglich 5 bis 20°. Unter mittlerer Freiwinkel wird hierbei der Winkel einer gedachten Linie bezüglich einer senkrecht zur Axialrichtung orientierten Horizontalebene verstanden, wobei die Linie das Schneideck mit dem umfangsseitig rückseitigen Eck des Bohrerrückens im Übergang zur Spannut (also der axial vorderste Punkt der Führungsfase) verbindet. Im Verlauf der Freifläche kann dabei der jeweilige lokale Freiwinkel durchaus variieren. Durch diesen vergleichsweise geringen mittleren Freiwinkel wird gewährleistet, dass das rückwärtige Eck im Bereich der Führungsfase an einer axial möglichst weit vorne, zur Zentrumsspitze gelegenen Position positioniert ist.
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Hierdurch wird also zwischen dem Schneideck und dem rückwärtigen Eck ein nur geringer axialer Abstand erhalten. Die Freifläche erstreckt sich dabei zwischen dem Schneideck und dem rückwärtigen Eck über einen Winkelbereich beispielsweise von 80° bis 120° und insbesondere von etwa 100° bei einer Ausgestaltung mit zwei Hauptschneiden.
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Weiterhin ist zweckdienlicherweise vorgesehen, dass die Ausspitzung im rückwärtigen Bereich beim Übergang in die Spannut in radialer Richtung vom Bohrerrücken beabstandet ist, d.h. in radialer Richtung betrachtet schließt sich die Freifläche an die Ausspitzung an und bleibt auf einem axial vorderen Niveau, um eben zu gewährleisten, dass die rückseitige Führungsfase frühzeitig eingreift.
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Im Hinblick auf die Ausgestaltung der Ausspitzung in Hauptrichtung weist diese in zweckdienlicher Ausgestaltung anschließend an die Freifläche einen ersten Flächenabschnitt, daran anschließend einen zweiten, insbesondere konvex gekrümmten Flächenabschnitt und schließlich einen dritten, in die Spannut mündenden Flächenabschnitt auf. Die unterschiedlichen Flächenabschnitte sind dabei insbesondere auch durch unterschiedliche Neigungen bezüglich der Horizontalebene senkrecht zur Axialrichtung gekennzeichnet. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der dritte, in die Spannut mündende Flächenabschnitt insbesondere deutlich steiler als der erste Flächenabschnitt ist. Die Ausspitzung beginnt daher zunächst mit einer moderaten Neigung, um später zur Spannut hin sehr steil abzufallen. So weist der in die Spannut übergehende Flächenabschnitt einen Neigungswinkel bezüglich der Horizontalebene auf, der beispielsweise um den Faktor 1,5 bis 2,5 größer ist als der entsprechende Neigungswinkel des ersten Flächenabschnitts. So liegt der Neigungswinkel des ersten Flächenabschnitts beispielsweise im Bereich von 20° bis 40° und der des letzten Flächenabschnitts zwischen beispielsweise 50° und 70°. Durch den steil abfallenden letzten (dritten) Flächenabschnitt ist der Winkelunterschied zur anschließenden Spannutwand möglichst gering gehalten und liegt bevorzugt lediglich zwischen 0° und 15°.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung ist weiterhin vorgesehen, dass die Ausspitzung in Hauptrichtung betrachtet geradlinig sowie gekrümmt verlaufende Flächenabschnitte aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der erste und der dritte Flächenabschnitt geradlinig und der dazwischenliegende zweite Flächenabschnitt zur Vermittlung der unterschiedlichen Neigungen der beiden angrenzten Flächenabschnitte gekrümmt ausgebildet ist. Ergänzend ist vorzugsweise insbesondere der Übergang vom dritten Flächenabschnitt in die Spannut als Radius ausgebildet.
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In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist die Ausspitzung in ihrer Hauptrichtung durchgehend gekrümmt. Sie weist dabei vorzugsweise unterschiedliche Krümmungsradien auf, um den gewünschten Verlauf, nämlich zunächst flach abfallend und zur Spannut hin steil abfallend – über die verschiedenen Krümmungsradien nachzubilden.
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Um den Spanabtransport nicht zu stören ist der Übergang der Ausspitzung in die Spannut in zweckdienlicher Ausbildung zumindest weitgehend kantenfrei ausgebildet. Die Neigung der Ausspitzung geht daher stetig in die Neigung der Spannut über. Unter Neigung wird hier die Orientierung der Ausspitzung bzw. der Spannutwand in Hauptrichtung bezüglich der Horizontalebene verstanden.
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In vorteilhafter Weiterbildung ist darüberhinaus vorgesehen, dass stirnseitig aus der Bohrspitze Kühlmittelkanäle austreten, wobei jeder Hauptschneide vorzugsweise ein Kühlmittelkanal zugeordnet ist. Die Ausspitzung erstreckt sich dabei bis zu der Öffnung des Kühlmittelkanals und schließt diese zumindest teilweise ein. Insbesondere werden die Öffnungen durch die Ausspitzung angeschnitten, so dass ein größerer Freiraum für den Kühlmittelaustritt erzielt ist. Dadurch wird der Strömungswiderstand für das Austreten des Kühlmittel reduziert und eine verbesserte Kühlmittelversorgung gewährleistet.
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Im Hinblick auf eine gute Führung des Bohrwerkzeugs mit einer solchen Bohrspitze ist am rückwärtigen Ende des Bohrerrückens umfangsseitig in bevorzugter Ausgestaltung die bereits erwähnte zusätzliche Führungsfase, insbesondere ergänzend zu einer ersten Führungsfase beginnend am Schneideck und entlang der Spannut verlaufend, ausgebildet. Grundsätzlich kann das Bohrwerkzeug mit einer, zwei oder auch mehreren Führungsfasern je Hauptschneide ausgebildet sein.
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Beschreibung der Figuren
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben. Diese zeigen:
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1 eine Aufsicht auf eine Bohrspitze mit einer axialen Schnittebene,
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2 eine Seitenansicht der Bohrspitze gemäß 1 mit unterschiedlichen horizontalen Schnittebenen,
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3 eine Schnittansicht der Bohrspitze entsprechend der in 1 eingezeigten Schnittlinie 3-3,
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4A die Aufsichtdarstellung gemäß 1 auf die Bohrspitze mit unterschiedlichen axialen Schnittebenen,
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4B eine Schnittansicht der Bohrspitze gemäß der Schnittlinie 4B-4B in 4A,
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4C eine Schnittansicht der Bohrspitze entsprechend der Schnittlinie 4C-4C in 4A,
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4D eine Schnittansicht der Bohrspitze entlang der Schnittebene 4D-4D in 4A,
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5A–D verschiedene Schnitt-Aufsichten auf die Bohrspitze gemäß den horizontalen Schnittebenen 5A-5A, 5B-5B, 5C-5C, 5D-5D gemäß 2.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Die in den Figuren dargestellt Bohrspitze 2 weist im Ausführungsbeispiel zwei Hauptschneiden 4 auf, die über eine insbesondere etwa S-förmige Querschneide 6 verbunden sind. Die Bohrspitze 2 erstreckt sich entlang einer Mittenachse 8 in Axialrichtung. Die Mittenachse 8 definiert zugleich eine Rotationsachse Im Bohrbetrieb rotiert die Bohrspitze 2 um die Mittenachse 8 in Drehrichtung 10. Die Bohrspitze 2 ist bezüglich einer 180° Rotation um die Mittenachse 8 rotationssymmetrisch ausgebildet. Bei mehr als zwei Hauptschneiden 4 weist die Bohrspitze 2 typischerweise eine 360° Rotationssymmetrie auf. Abweichend von einer exakten Rotationssymmetrie kann auch eine gewisse Unsymmetrie also eine Ungleich-Verteilung vorgesehen sein.
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An die jeweilige Hauptschneide 4 schließt sich eine Freifläche 12 an, die zu einer Horizontalebene senkrecht zur Mittenachse 8 unter einem (mittleren) Freiwinkel γ (2) angeordnet ist.
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Der vorderste Punkt der Bohrspitze 2 wird durch eine auf der Mittenachse 8 liegende Spitze der Querschneide 6 definiert. Die Freiflächen 12 fallen ausgehend von den Querschnitten im Ausführungsbeispiel nach Art einer Kegelmantelfläche zum Umfang hin ab.
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Vorlaufend zu einer jeweiligen Hauptschneide 4 ist eine Spannut 14 ausgebildet, die sich in Axialrichtung erstreckt. Umfangsseitig ist zwischen aufeinanderfolgenden Spannuten 4 der sogenannte Bohrerrücken 16 ausgebildet. Die Stirnfläche der Bohrspitze 2 ist daher insgesamt etwa kegelmantelförmig mit Ausnehmungen für die Spannuten ausgebildet.
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Am radial äußeren Punkt geht die jeweilige Hauptschneide 4 in ein jeweiliges Schneideck 18 über. An dieses schließt sich am Umfang, also am vorderen Ende des jeweiligen Bohrrückens 16 eine erste Führungsfase 20 an, die entlang einer hier nicht näher dargestellten Nebenschneide und damit entlang der Spannut 14 verläuft.
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Die Freifläche 12 erstreckt sich am Umfang vom Schneideck 18 bis zu einem rückwärtigen Eck 22, an dem die Freifläche unter Ausbildung einer Kante in die Spannut 14 übergeht. Am Bohrerrücken 16 ist ausgehend von diesem rückwärtigen Eck 22 eine zweite Führungsfase 24 ausgebildet, die entlang der Spannut 14 verläuft.
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Weiterhin sind in der Bohrspitze Kühlmittelkanäle 28 ausgebildet, die stirnseitig über Öffnungen austreten.
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In die Freifläche 12 ist durch einen separaten Schleifvorgang eine Ausspitzung 30 eingebracht, die zur Ausdünnung, also zum Materialabtrag des Bohrzentrums im Bereich der Querschneide 6 dient, um einen effizienten Spanabtransport im Bereich der Querschneide 6 zu ermöglichen.
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Diese Ausspitzung 30 ist durch einen separaten Schleifvorgang in die Freifläche 12 eingebracht und erstreckt sich entlang einer Hauptrichtung 32 (vgl. 1) von der Freifläche 12 zur Spannut 14. Wie insbesondere aus der Schnittdarstellung der 3 zu entnehmen ist, verläuft die Ausspitzung 30 in Hauptrichtung 32 ballig, also konvex. Gleichzeitig weist die Ausspitzung in einer Querrichtung 34 (vgl. 1) senkrecht zur Hauptrichtung einen konkaven Verlauf auf und bildet daher in Querrichtung 34 eine Ausmuldung aus (vgl. z.B. 4B–4D). Die Ausspitzung 30 ist daher insgesamt nach Art einer doppelt gekrümmten Fläche ausgebildet.
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Wie insbesondere aus 3 zu entnehmen ist, wird in Hauptrichtung 32 gesehen die Ausspitzung aus mehreren Flächenabschnitten 36A–C gebildet. Im Ausführungsbeispiel sind dies insgesamt drei Abschnitte, nämlich ein erster Flächenabschnitt 36A, welcher sich in Hauptrichtung 32 geradlinig unter einem Neigungswinkel α1 bezüglich einer Horizontalebene erstreckt, ein zweiter Flächenabschnitt 36B, gebildet durch einen ersten Radius r1 sowie ein dritter Flächenabschnitt 36C, welcher widerum geradlinig unter einem zweiten Neigungswinkel α2 orientiert ist. Im Ausführungsbeispiel liegt der erste Neigungswinkel α1 und der zweite Neigungswinkel α2 im Bereich von etwa 60°. Allgemein unterscheiden sich diese beiden Neigungswinkel beispielsweise um den Faktor 1,5 bis 2,5. Der dritte Flächenabschnitt 36C ist daher deutlich steiler als der erste Flächenabschnitt 36A orientiert, so dass ein möglichst homogener Übergang in die daran anschließende Spannutwand 38 erreicht ist. Um einen kantenfreien Übergang zu gewährleisten ist der Übergang vom dritten Flächenabschnitt 36C in die Spannutwand 38 über einen Radius abgerundet. Der erste Radius r1 des mittleren, zweiten Flächenabschnitts 36B liegt vorzugsweise im Bereich des 0,1 bis 4-fachen des Nennradiuses R der Bohrspitze 2 (3).
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Wie insbesondere aus den 4A bis 4D zu erkennen ist, wird durch die konkave Ausmuldung in Querrichtung 34 eine Ausdünnung des Bohrzentrums im Bereich der Querschneide 6 erreicht. Die Ausmuldung weist dabei einen zweiten Radius r2 auf, welcher vergleichbar zu dem ersten Radius r1 ist und beispielsweise im Bereich zwischen dem 0,1 und dem 0,4 fachen des Nennradius R liegt.
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Anhand der Schnittbilder gemäß den 5A–5D sind die Querschnittsflächen der Bohrspitze 2 auf unterschiedlichen axialen Höhenlinien zu erkennen. Deutlich ist hierbei, dass die Ausspitzung 30 in die Freifläche 12 eingearbeitet ist, also bezüglich dieser jeweils in Axialrichtung zurückversetzt ist. Auf dem Höhenniveau des rückwärtigen Ecks 22 wird daher die Ausspitzung 30 noch weiter in Axialrichtung zur Spannut 14 hin weitergeführt, wie insbesondere anhand der Darstellung gemäß 5D zu erkennen ist. Bei einer gedachten Radialline ausgehend von der Mittenachse 8 liegt daher die Ausspitzung 30 jeweils axial zurückversetzt im Vergleich zu der jeweiligen Schnittfläche durch die Freifläche 12.
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Wie insbesondere auch aus der 1 zu entnehmen ist, sind die Kühlmittelkanäle 28 durch die Ausspitzung 30 teilweise angeschnitten, d.h. die Ausspitzung erstreckt sich bis in die Öffnungen der Kühlmittelkanäle 28. Dadurch ist ein verbesserter Kühlmittelaustritt mit geringerem Strömungswiderstand erzielt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011/151155 A1 [0002]
- EP 1230058 B1 [0005, 0009, 0010, 0010]
