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Die Erfindung betrifft ein Metall-Bohrwerkzeug.
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Metall-Bohrwerkzeuge der hier angesprochenen Art sind bekannt. Sie dienen dazu, Löcher in metallische Werkstücke im Wege der spanabhebenden Bearbeitung einzubringen. Derartige Werkzeuge weisen eine Mittelachse, eine Umfangsfläche sowie eine Stirnseite sowie ein gegenüberliegendes Ende auf, außerdem mindestens zwei Hauptschneiden, die im Bereich der Stirnseite angeordnet sind. Diese gehen von der Umfangsfläche des Metall-Bohrwerkzeugs aus und erstrecken sich nach innen im Wesentlichen in Richtung auf die Mittelachse. Zwischen den mindestens zwei Hauptschneiden ist üblicherweise eine die Mittelachse schneidende Querschneide vorgesehen. Diese erlaubt zwar beim Anbohren auf ebenen und rechtwinklig zur Mittelachse verlaufenden Flächen eine zufriedenstellende Eigenzentrierung des Bohrers, zumindest, wenn die Länge des Metall-Bohrwerkzeugs nicht zu groß und damit dessen Eigenstabilität zu gering ist. Allerdings neigt ein derartiges Werkzeug zu Pendelbewegungen, die entlang der Erstreckung der Querschneide verlaufen, sodass bei der Bearbeitung eines Werkstücks Schwingungen auftreten. Diese Schwingungen überlagern sich mit der Rotationsbewegung des Werkzeugs, sodass sich eine geringe Standzeit des Werkzeugs ergibt. Außerdem lassen sich aufgrund derartiger Schwingungen keine zylindrischen Bohrungen erzeugen. Schließlich werden auch Führungsflächen des Werkzeugs durch Pendelbewegungen stark belastet.
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Bei Metall-Bohrwerkzeugen der hier angesprochenen Art, die drei Hauptschneiden und damit auch drei Querschneiden-Segmente aufweisen, ergibt sich insofern eine Verbesserung der Führung des Werkzeugs, als Pendelbewegungen zumindest teilweise unterdrückt werden können. Jedoch ist es erforderlich, bei der Bearbeitung eines Werkstücks relativ große Anpresskräfte aufzubringen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Metall-Bohrwerkzeug zu schaffen, welches diese Nachteile vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Metall-Bohrwerkzeug vorgeschlagen, welches die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Es weist eine Mittelachse, eine Umfangsfläche, eine Stirnseite sowie ein gegenüberliegendes Ende, mindestens zwei im Bereich der Stirnseite angeordnete Hauptschneiden mit zugehörigen Freiflächen auf, die von der Umfangsfläche des Werkzeugs ausgehen. Die mindestens zwei Hauptschneiden sind auf einer gedachten konzentrisch zur Mittelachse angeordneten ersten Kegelfläche angeordnet, die einen sich in Richtung auf das gegenüberliegende Ende öffnenden ersten Kegelwinkel aufweist, welcher den Spitzenwinkel des Metall-Bohrwerkzeugs darstellt. Es ist auch möglich, dass die Hauptschneiden in einer gedachten Ebene liegen, auf welcher die Mittelachse senkrecht steht. Das erfindungsgemäße Werkzeug zeichnet sich durch einen Zentrierabschnitt mit mindestens drei Kanten, mindestens drei Seitenflächen sowie einer gedachten Grundfläche aus, der dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens zwei der Kanten auf einer gedachten konzentrisch zur Mittlachse angeordneten zweiten Kegelfläche liegen, welche einen sich in Richtung auf das gegenüberliegende Ende öffnenden zweiten Kegelwinkel aufweist. Dieser ist kleiner als der Winkel, welchen die Hauptschneiden miteinander einschließen, sodass die gedachte zweite Kegelfläche, von dem gegenüberliegenden Ende aus gesehen, gegenüber der Stirnseite vorspringt. Es ergibt sich also auf der Stirnseite des Metall-Bohrwerkzeugs eine als Zentrierspitze wirkende zentrale Erhebung, mit welcher das Werkzeug bei der Bearbeitung eines Werkstücks in dieses als erstes eindringt, sodass eine Führung des Werkzeugs erreicht wird. Der Zentrierabschnitt stabilisiert bei der Bearbeitung eines Werkstücks das Metall-Bohrwerkzeug in der erzeugten Bohrung. Es hat sich gezeigt, dass das Werkzeug umso besser in dem Werkstück zentriert wird, je spitzer der zweite Kegelwinkel ausgeführt ist. Es hat sich aber auch herausgestellt, dass derartige Zentrierabschnitte empfindlicher werden gegenüber Ausbrüchen.
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Aufgrund der Tatsache, dass bei einem derartigen Werkzeug auf eine Querschneide beziehungsweise Querschneiden-Segmente durch den Zentrierabschnitt ersetzt wird beziehungsweise werden, ergeben sich im zentrumsnahen Bereich des Metall-Bohrwerkzeugs bessere Bohreigenschaften, als dies bei üblichen Querschneiden der Fall ist. Die Bohreigenschaften werden insofern verbessert, als das Metall-Bohrwerkzeug bei der Bearbeitung eines Werkstücks lediglich minimale Torsions- und Axialschwingungen zeigt. Die Ratterneigung ist überdies stark reduziert. Es ergibt sich also eine hohe Laufruhe, sodass die Rundheit und die Oberflächengüte der erzeugten Bohrung deutlich verbessert werden. Es können auch engere Bohrungstoleranzen mit dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Werkzeug eingehalten werden. Außerdem wird die Zylindrizität einer Bohrung aufgrund der hier gegebenen Bohreigenschaften verbessert. Es hat sich auch gezeigt, dass aufgrund des hier vorgesehenen Zentrierabschnitts ein höherer Vorschub bei der Bearbeitung eines Werkstücks möglich ist. Dadurch, dass aufgrund der verbesserten Führung des Werkzeugs dessen Führungsflächen entlastet werden, wird ein Klemmen des Werkzeugs in dem bearbeiteten Werkstück vermieden. Die verbesserte Zentrierung führt auch dazu, dass das Werkstück weniger erwärmt wird. Auf diese Weise lässt sich der Verschleiß sowohl des Werkzeugs als auch des Werkstücks deutlich reduzieren.
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Bei einem bevorzugten Metall-Bohrwerkzeug ist vorgesehen, dass es drei Hauptschneiden aufweist. In diesem Fall umfasst der Zentrierabschnitt drei Kanten und drei Seitenflächen. Dabei gehen die Hauptschneiden des Werkzeugs über einen Knick oder einen gebogenen Bereich in die drei Kanten des Zentrierabschnitts über. Darüber hinaus gehen die Freiflächen der drei Hauptschneiden über einen Knick oder über einen gebogenen Bereich in die Seitenflächen des Zentrierabschnitts über, der bei diesem Ausführungsbeispiel eine dreieckige gedachte Grundfläche aufweist. Der Verlauf der Kanten und Seitenflächen ist so gewählt, dass der Zentrierabschnitt sich in Vorschubrichtung des Metall-Bohrwerkzeugs über die Stirnfläche erhebt, also aus dieser hervorragt.
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Der Übergang der Hauptschneiden und der Freiflächen in die entsprechenden Bereiche des Zentrierabschnitts kann also über einen Knick, also mehr oder weniger abrupt erfolgen. Es ist aber auch möglich, in dem Übergang zwischen den Schneiden und Kanten beziehungsweise Freiflächen und Seitenflächen des Zentrierabschnitts einen gebogenen Bereich vorzusehen, sodass sich ein mehr oder weniger weicher Übergang ergibt, der durch die Wahl des Krümmungsradius im gebogenen Bereich an verschiedene Werkstoffe von zu bearbeitenden Werkstücken angepasst werden kann.
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Bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel mit drei Hauptschneiden und drei Kanten im Bereich des Zentrierabschnitts ist vorgesehen, dass alle drei Kanten auf der gedachten ersten Kegelfläche liegen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit zwei Hauptschneiden ist vorgesehen, dass der Zentrierabschnitt vier Kanten und vier Seitenflächen aufweist. Dabei gehen die beiden Hauptschneiden über einen Knick oder über einen gebogenen Bereich in zwei gegenüberliegende Kanten des Zentrierabschnitts über und die beiden Freiflächen der Hauptschneiden in zwei gegenüberliegende Seitenflächen. Der Zentrierabschnitt weist also zwei paarweise gegenüberliegende Seitenflächen auf, in welche die Freiflächen übergehen und zwei dazwischen liegende paarweise angeordnete weitere Seitenflächen. Die Grundfläche des Zentrierabschnitts ist viereckig, dabei ist es möglich, quadratische oder auch als Parallelogramm ausgebildete Grundflächen vorzusehen.
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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass mindestens zwei der Kanten des Zentrierabschnitts, insbesondere die sich gegenüberliegenden, an die beiden Hauptschneiden anschließenden Kanten, auf der zweiten Kegelfläche liegen. Die beiden anderen Kanten können also gegenüber der zweiten Kegelfläche zurückspringen. Vorzugsweise liegen jedoch alle vier Kanten auf der zweiten Kegelfläche, sodass sie gleichmäßig mit dem Material des zu bearbeitenden Werkstücks in Eingriff treten.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich an die den Hauptschneiden abgewandten Enden der ersten Freifläche jeweils eine zweite Freifläche anschließt, die von den Enden unter einem zweiten Freiwinkel in Richtung auf das gegenüberliegende Ende des Werkzeugs abfallen. Diese Art der Ausgestaltung ist sowohl bei drei- als auch bei zweischneidigen Metall-Bohrwerkzeugen möglich, überdies auch bei Werkzeugen, die eine größere Anzahl von Hauptschneiden umfassen.
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Bei einer derartigen Ausgestaltung des Metall-Bohrwerkzeugs, insbesondere bei einem Metall-Bohrwerkzeug mit zwei Hauptschneiden, ist es möglich, dass, wie oben gesagt, zwei Seitenflächen des Zentrierabschnitts eine Fortsetzung der ersten Freifläche bilden. Sie liegen einander gegenüber. Die beiden anderen zwischen diesen Seitenflächen liegenden Seitenflächen des Zentrierabschnitts werden durch Bereiche der zweiten Freiflächen gebildet, die unter einem anderen Freiwinkel als die ersten Freiflächen geneigt sind.
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Es ist also möglich, dass zwei paarweise gegenüberliegende Seitenflächen einen anderen Winkel miteinander einschließen, als die beiden anderen der vier Seitenflächen des Zentrierabschnitts.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Metall-Bohrwerkzeugs ist vorgesehen, dass für den ersten Kegelwinkel α folgende Vorgaben getroffen werden: Der Winkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich von 120° ≤ α < 180°, insbesondere in einem Bereich von 130° ≤ α ≤ 150°.
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Der erste Kegelwinkel bildet, wie gesagt, den Spitzenwinkel des Metall-Bohrwerkzeugs im Bereich der Hauptschneiden. Er kann in Abhängigkeit von dem zu bearbeitenden Material des Werkstücks gewählt werden. In der Praxis haben sich die hier aufgeführten Winkel besonders bewährt.
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Entsprechend ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Metall-Bohrwerkzeugs vorgesehen, dass für den zweiten Kegelwinkel β die Voraussetzung gilt, dass dieser kleiner ist als der von den Hauptschneiden eingeschlossene Winkel. Er ist also kleiner als 180°, wenn diese in einer gedachten Ebene liegen, auf welcher die Mittelachse senkrecht steht. Oder er ist kleiner als der erste Kegelwinkel α. Schließlich ist vorgesehen, dass der zweite Kegelwinkel β vorzugsweise in einem Bereich von 80° ≤ β ≤ 150°, insbesondere in einem Bereich von 90° ≤ β ≤ 140° gewählt wird.
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Der zweite Kegelwinkel β kann umso spitzer gewählt werden, je weicher das Material des zu bearbeitenden Werkstücks ist.
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Der zweite Kegelwinkel β bildet den Spitzenwinkel des Metall-Bohrwerkzeugs im Bereich des Zentrierabschnitts.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Metall-Bohrwerkzeugs mit drei Hauptschneiden zeichnet sich dadurch aus, dass die drei Seitenflächen des Zentrierabschnitts mit der Mittelachse des Werkzeugs einen Winkel δ einschließen. Vorzugsweise sind alle drei Seitenflächen unter dem gleichen Winkel δ relativ zur Mittelachse geneigt. Er liegt in einem Bereich von 25° ≤ δ ≤ 65°, vorzugsweise in einem Bereich von 35° ≤ δ ≤ 55°.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit zwei Hauptschneiden zeichnet sich dadurch aus, dass der Zentrierabschnitt zwei paarweise gegenüberliegende Seitenflächen aufweist, die einen sich zum gegenüberliegenden Ende öffnenden Winkel γ einschließen, für den Folgendes gilt: 60° ≤ γ ≤ 150°, insbesondere 80° ≤ γ ≤ 120°. Vorzugsweise schließen alle gegenüberliegenden Seitenflächen des Zentrierabschnitts den gleichen Winkel γ miteinander ein.
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Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich nicht alle Kanten im Bereich der Mittelachse schneiden, sondern dass vielmehr an der Spitze des Zentrierabschnitts eine Querschneide vorgesehen ist, die zwischen den Kanten des Zentrierabschnitts angeordnet ist, die in die zwei Hauptschneiden übergehen. Dieses Ausführungsbeispiel ist also bei Metall-Bohrwerkzeugen realisiert, die zwei Schneiden umfassen. Eine derartige Ausgestaltung sorgt dafür, dass die auf der Mittelachse liegende Spitze des Zentrierabschnitts nicht so empfindlich ist und damit also nicht so leicht bei der Bearbeitung eines Werkstücks abbricht.
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Der hier beschriebene Zentrierabschnitt dient dazu, die Nachteile von Querschneiden zu vermeiden, die bei herkömmlichen Bohrwerkzeugen vorgesehen sind. Um die durch den Zentrierabschnitt gegebenen Vorteile nicht zu sehr zu beeinträchtigen oder gar aufzugeben, ist vorgesehen, dass die Länge der oben genannten Querschneide sehr klein ist und vorzugsweise lediglich weniger als 6 %, insbesondere weniger als 2 % des Durchmessers des Metall-Bohrwerkzeugs ausmacht.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des Metall-Bohrwerkzeugs ist vorgesehen, dass der Durchmessereines Umkreises um die gedachte Grundfläche des Zentrierabschnitts kleiner ist als der Durchmesser des Bohrwerkzeugs, insbesondere allenfalls 3 % bis 14 %, besonders bevorzugt 5 % bis 12 % des Durchmessers des Bohrwerkzeugs ausmacht. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Durchmesser des Umkreises um die gedachte Grundfläche des Zentrierabschnitts in Abhängigkeit von der Materialhärte des zu bearbeitenden Werkstücks gewählt wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Durchmesser des Umkreises um die gedachte Grundfläche des Zentrierabschnitts umso kleiner gewählt wird, je härter das Material des zu bearbeitenden Werkstücks ist.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Metall-Bohrwerkzeugs ist vorgesehen, dass mindestens eine der Seitenflächen des Zentrierabschnitts mit einer Ausspitzung vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Spanfläche der zugehörigen Kante des Zentrierabschnitts reduziert und damit die Spanabfuhr verbessert wird. Der Übergang des Zentrierabschnitts wird durch die Ausspitzungen gebildet, welche vorzugsweise einen Vormittestand aufweisen, durch welchen die Breite des Zentrierabschnitts, gemessen senkrecht zur Durchmesserlinie, definiert wird. Die in Richtung der Durchmesserlinie gemessene Länge des Zentrierabschnitts wird durch den Bereich definiert, in welchem die ersten Freiflächen der Hauptschneiden in eine Seitenfläche des Zentrierabschnitts übergehen.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Hauptschneiden jeweils in eine Nebenschneide übergehen, denen vorzugsweise im Bereich der Umfangsfläche Führungsflächen zugeordnet sind, sodass das Metall-Bohrwerkzeug in einer erzeugten Bohrung optimal geführt wird und damit die Schneiden entlastet werden.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des Metall-Bohrwerkzeugs ist vorgesehen, dass die Winkelteilung der mindestens zwei Hauptschneiden asymmetrisch ist. Dies führt dazu, dass die Ratterneigung des Metall-Bohrwerkzeugs bei der Bearbeitung eines Werkstücks reduziert wird.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Metall-Bohrwerkzeug als Einsatz für einen Bohrkörper ausgebildet ist. Dadurch lässt sich ein modulares Werkzeugsystem realisieren. Es ist also leicht und insbesondere kostengünstig möglich, diesen Einsatz an verschiedene Einsatzfälle anzupassen und bei einem Verschleiß der Schneiden auszutauschen. Es ist also nicht erforderlich, das komplette Werkzeug bei Verschleiß zu entsorgen.
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Schließlich wird ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mindestens eine Kühl- und/oder Schmiermittelversorgung vorgesehen ist. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks wird insbesondere der mit dem Werkstück in Eingriff tretende Bereich des Bohrwerkzeugs gekühlt und/oder geschmiert, sodass einerseits der Verschleiß des Werkzeugs und andererseits die Belastung sowohl des Werkstücks als auch des Werkstücks, insbesondere deren thermische Belastung, reduziert wird.
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Der hier beschriebene Zentrierabschnitt bewirkt nach allem eine optimale Zentrierung des Werkzeugs während der Bearbeitung eines Werkstücks. Daher sind Werkzeuge der hier angesprochenen Art für Schneidplatten oder Bohrköpfe von modularen Bohrwerkzeugen, welche einen Grundkörper aus Werkzeugstahl besitzen, besonders vorteilhaft. Derartige Grundkörper weisen nämlich eine deutlich geringere Stabilität auf, als vergleichbare Werkzeuge aus Vollhartmetall oder Vollkeramik. Daher ist die gute Eigenzentrierung des Werkzeugs besonders wichtig und vorteilhaft.
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Werkzeuge mit einem Zentrierabschnitt der hier angesprochenen Art sind besonders bei Verwendung hochharter Schneidstoffe, wie Hartmetall, Schneidkeramik oder polykristallinem Diamant (PKD) vorteilhaft, weil derartige Schneidstoffe eine hervorragende Druck- und Verschleißfestigkeit aufweisen. Die Schärfe der Kanten des Zentrierabschnitts bleibt dadurch lange erhalten.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze einer Stirnseitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Metall-Bohrwerkzeugs;
- 2 eine Prinzipskizze des ersten Ausführungsbeispiels in Seitenansicht (Ansicht Y);
- 3 eine Prinzipskizze des ersten Ausführungsbeispiels in einer zweiten Seitenansicht (Ansicht X) und
- 4 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Metall-Bohrwerkzeugs in Stirnansicht.
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Aus der Prinzipskizze gemäß 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Metall-Bohrwerkzeugs 1 ersichtlich, welches zwei Hauptschneiden 3/1 und 3/2 umfasst. An die Hauptschneiden 3/1 und 3/2 schließen sich erste Freiflächen 5/1 und 5/2 an. Diese gehen von den Hauptschneiden 3/1 und 3/2 aus und fallen in die Bildebene hinein ab.
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1 zeigt die Stirnseite 7 des im Folgenden kurz als Werkzeug bezeichneten Metall-Bohrwerkzeugs in Draufsicht. In einem Abstand zur Bildebene von 1 liegt das hier nicht dargestellte gegenüberliegende Ende des Werkzeugs 1.
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Die ersten Freiflächen 5/1 und 5/2 erstrecken sich von einer Umfangsfläche 9 des Werkzeugs 1 aus nach innen. Dabei ist es möglich, dass die Hauptschneiden 3/1 und 3/2 unterschiedlich ausgebildete Hauptschneidenabschnitte aufweisen.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Hauptschneiden 3/1 und 3/2 identisch ausgebildet. Sie weisen einen äußeren ersten und einen inneren sich daran anschließenden zweiten Hauptschneidenabschnitt auf. Dies wird anhand der Hauptschneide 3/1 erläutert. Ein erster Hauptschneidenabschnitt 11/1 verläuft ausgehend von der Umfangsfläche 9 beispielhaft parallel zu einer gedachten, hier horizontal verlaufenden Durchmesserlinie D1. Dieser Hauptschneidenabschnitt 11/1 geht hier über einen Knick 13/1 in einen zweiten Hauptschneidenabschnitt 15/1 über, der unter einem spitzen Winkel in Richtung auf die Durchmesserlinie D1 abfällt. Die Hauptschneidenabschnitte 11/1 und 15/1 sind hier beispielhaft wiedergegeben. Es ist sehr wohl möglich, dass der erste Hauptschneidenabschnitt 11/1 konkav gewölbt ist, also von seinem Ausgangspunkt an der Umfangsfläche 9 sich bogenförmig der Durchmesserlinie D1 annähert und dann unter einem Bogen zu dem Knick 13 wieder ansteigt.
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Die zweite Hauptschneide 3/2 ist punktsymmetrisch zur ersten Hauptschneide 3/1 ausgebildet.
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Der zweite Hauptschneidenabschnitt 15/1 erreicht nicht die Mittelachse des Werkzeugs 1, die auf der Bildebene von 1 senkrecht steht und im Schnittpunkt der gedachten ersten Durchmesserlinie D1 und einer gedachten vertikalen zweiten Durchmesserlinie D2 liegt.
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Die ersten und zweiten Freiflächen 5/1 und 5/2 sind punktsymmetrisch ausgebildet, sodass Folgendes zur ersten Freifläche 5/1 Gesagte auch für die zweite Freifläche 5/2 gilt.
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Die erste Freifläche 5/1 verläuft von der Umfangsfläche 9 in Richtung auf die Mittelachse bis zu einer in 1 dargestellten Hilfslinie H1. Ab dem Bereich der Hilfslinie H1 steigt die erste Freifläche 5/1 in Richtung auf den Betrachter derart an, dass sie eine erste Seitenfläche 17/1 eines Zentrierabschnitts 19 bildet, die rechts und links von Kanten 21/1 und 21/2 des Zentrierabschnitts 19 begrenzt wird. Sie läuft dabei spitz zu, wobei deren Spitze auf der Mittelachse liegt. Die Seitenfläche 17/1 und die entsprechende, gegenüberliegende Seitenfläche 17/2 der zweiten Freifläche 5/2 sind gleich ausgebildet und verlaufen unter einem gleichen Winkel ausgehend von den Freiflächen 5/1 und 5/2 ansteigend zur Mittelachse des Bohrwerkzeugs 1, wobei die zweite Seitenfläche 17/2 von Seitenkanten 21/3 und 21/4 begrenzt wird. Zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen 17/1 und 17/2 liegen hier zwei Seitenflächen 17/3 und 17/4. Die beiden einander gegenüberliegenden Seitenflächen 17/3 und 17/4 bilden gemeinsam mit den ersten beiden weiteren Seitenflächen 17/1 und 17/2 einen Zentrierabschnitt 19, der aus der Bildebene von 1 und aus der Stirnseite 7 in Richtung auf den Betrachter vorspringt.
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Durch die Hilfslinien H1 und H2 werden im Übergangsbereich zwischen den Freiflächen 5/1 und 5/2 zu den Seitenflächen 17/1 und 17/2 des Zentrierabschnitts 19 Knicke angedeutet. Es ist aber sehr wohl möglich, dass hier ein bogenförmiger Übergang realisiert wird, über den die Freiflächen 5/1 und 5/2 in die genannten Seitenflächen übergehen.
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Es sei hier darauf hingewiesen, dass von den vier Kanten des Zentrierabschnitts 19 bei dem ersten Ausführungsbeispiel mindestens zwei auf der gedachten zweiten Kegelfläche liegen, insbesondere diejenigen Kanten, die in die zugehörigen Hauptschneiden übergehen.
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In 1 ist oberhalb der ersten Hauptschneide 3/1 ein Spanraum 23/1 zu sehen. Entsprechend ist unterhalb der zweiten Hauptschneide 3/2 der zweite Spanraum 23/2 zu sehen. Die Spanräume 23/1 und 23/2 dienen dazu, von den Hauptschneiden 3/1 und 3/2 abgetragene Späne abzutransportieren.
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Unterhalb der ersten Freifläche 5/1 ist in 1 eine dieser zugeordnete zweite Freifläche 25/1 zu sehen. Entsprechend ist oberhalb der zweiten Freifläche 5/2 eine zweite Freifläche 25/2 vorgesehen. Die zweiten Freiflächen schließen an die den Hauptschneiden abgewandten Enden der ersten Hauptschneide an. Sie sind stärker geneigt, als die ersten Freiflächen 5/1 und 5/2. Die ersten und zweiten Freiflächen 5/1 und 25/1 sowie 5/2 und 25/2 gehen ineinander über, hier über einen durch eine Linie angedeuteten Knick 27/1, 27/2. Von diesen Knicken aus verlaufen die zweiten Freiflächen 25/1 und 25/2 in Richtung auf das der Stirnseite 7 gegenüberliegende, hier nicht dargestellte Ende des Werkzeugs 1. Anstelle der Knicke können auch bogenförmig ausgebildete Übergangsbereiche vorgesehen werden. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel grenzen die Spanräume 23/1 und 23/2 nicht beziehungsweise nicht über deren ganze Länge an die zweiten Hauptschneidenabschnitte 15/1 und 15/2. Vielmehr ist hier jeweils eine Ausspitzung 29/1, 29/2 vorgesehen. Ausspitzungen sind bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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Die zweiten Hauptschneidenabschnitte 15/1 und 15/2 gehen über die Kanten 21/2 und 21/4 des Zentrierabschnitts 19 ineinander über. In der Prinzipskizze gemäß Figur 1 könnten diese beiden Kanten als übliche Querschneiden angesehen werden. Es ist aber hier von entscheidender Bedeutung, dass herkömmliche Querschneiden entfallen und die hier genannten Kanten 21/2 und 21/4 des aus der Bildebene von 1 vorspringenden Zentrierabschnitts 19 die der Mittelachse zugewandten Enden der zweiten Hauptschneidenabschnitte 15/1 und 15/2 miteinander verbinden.
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Auf jeden Fall bilden die hier genannten Kanten 21/2 und 21/4 des Zentrierabschnitts 19 Kanten, die mit einem mittels des Werkzeugs 1 bearbeiteten Werkstück in Eingriff treten. Von diesen Kanten abgetragene Späne laufen auf den zugehörigen Seitenflächen 17/3 und 17/4 des Zentrierabschnitts 19 in den Bereich der Ausspitzung 29 und von da in den Bereich der Spanräume 23/1 und 23/2 ab. Dabei zeichnen sich diese Kanten durch einen negativen Spanwinkel aus. Die Bearbeitung des Werkstücks durch diese Kanten ist daher eher als schabend zu bezeichnen. Es werden also nicht Späne abgetragen, wie dies im Bereich der Hauptschneide 3/1 beziehungsweise 3/2 der Fall ist, wo ein positiver Spanwinkel gegeben ist.
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Der anhand von 1 erläuterte Zentrierabschnitt 19 erhebt sich über die Stirnseite 7 aus der Bildebene von 1 heraus. Er weist eine gedachte Grundfläche auf, die im Wesentlichen rechteckförmig ist. Sehr wohl ist es möglich, auch Zentrierabschnitte 19 mit einer quadratischen oder parallelogrammförmigen Grundfläche zu realisieren.
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Die Prinzipskizze gemäß 2 zeigt das in 1 wiedergegebene erste Ausführungsbeispiel des Metall-Bohrwerkzeugs 1 in einer ersten Seitenansicht, nämlich als Ansicht Y, deren Ausrichtung in 1 angedeutet ist.
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Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
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Aus der Prinzipskizze gemäß 2 ist in der hier dargestellten ersten Ansicht oberhalb der Mittellinie M die erste Hauptschneide 3/1 zu sehen, außerdem deren den Spanraum 23/1 begrenzende Spanfläche 31/1, welche dem ersten Hauptschneidenabschnitt 11/1 sowie einem Teil des zweiten Hauptschneidenabschnitts 15/1 zugeordnet ist. Darüber hinaus ist die Ausspitzung 29/1 zu erkennen, welche die Spanfläche für den übrigen Teil des zweiten Hauptschneidenabschnitts 15/1 bildet. Von der ersten Hauptschneide 3/1 abgetragene Späne werden also von der Spanfläche 31/1 sowie von der Ausspitzung 29/1 in den Spanraum 23/1 geleitet. Auch diese Ausgestaltung ist punktsymmetrisch für die zweite Hauptschneide 3/2 vorgesehen.
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Unterhalb der Mittellinie M ist die zweiten Hauptschneide 3/2 zu sehen, an welche sich nach links die erste Freifläche 5/2 anschließt. Diese geht über den Knick 27/2 in die zweite Freifläche 25/1 über.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die erste und zweite Hauptschneide 3/1 und 3/2 gegenüber einer Ebene, auf welcher die Mittelachse M senkrecht steht, nach links in Richtung auf das der Stirnseite 7 gegenüberliegende Ende E abfallen. Die beiden Hauptschneiden 3/1, 3/2 liegen auf einer gedachten ersten Kegelfläche, die einen sich in Richtung auf das gegenüberliegende Ende E öffnenden ersten Kegelwinkel α aufweist. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist der Winkel α hier mittels Hilfslinien angegeben, die an den ersten Hauptschneidenabschnitten 11/1 und 11/2 anliegen, die in einem größeren Abstand zur Mittelachse M liegen, als die in 1 wiedergegebenen zweiten Hauptschneidenabschnitte 15/1 und 15/2.
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Es wird hier ausdrücklich darauf hingewiesen, dass bei einem hier nicht dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Hauptschneiden 3/1 und 3/2 auch in einer gedachten Ebene liegen können, auf welcher die Mittelachse M senkrecht steht
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Aus 2 ist zu erkennen, dass der konzentrisch zur Mittelachse M liegende Zentrierabschnitt 19 - von dem der Stirnseite 7 gegenüberliegenden Ende E aus gesehen - aus der Stirnseite 7 vorspringt, also in Richtung der Vorschubrichtung, die durch einen Pfeil V angedeutet ist. In diese Richtung bewegt sich der Bohrer 1 gegenüber einem zu bearbeitenden, hier nicht dargestellten Werkstück, wenn dort eine Bohrung eingebracht werden soll. Grundsätzlich ist es möglich, das Werkstück in Rotation zu versetzen und relativ zum - in Richtung der Mittelachse M gesehen - feststehenden Bohrer zu bewegen, um dort ein Loch einzubringen. Hier wird jedoch davon ausgegangen, dass sich der Bohrer 1 gegenüber dem Werkstück um die Mittelachse M dreht und in Richtung des Pfeils V, also in Vorschubrichtung, bewegt, und dass der Zentrierabschnitt 19 in diese Richtung aus der Stirnseite 7 vorspringt.
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An die Hauptschneiden 3/1 und 3/2 schließen sich außen im Bereich der Umfangsfläche 9 Nebenschneiden 33/1 und 33/2 an, denen Führungsflächen 35/1 und 35/2 zugeordnet sind, von denen hier lediglich die Führungsfläche 35/2 der Nebenschneide 33/2 zu erkennen ist. Die Führungsflächen können durch sich an die Nebenschneide 33/2 anschließende ebene Flächen oder durch sogenannte Rundschlifffasen gebildet werden. Über diese Flächen stützt sich das Werkzeug 1 bei der Bearbeitung eines Werkstücks ab. Führungsflächen der hier angesprochenen Art sind bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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3 zeigt in einer Prinzipskizze das erste Ausführungsbeispiel des Metall-Bohrwerkzeugs 1 in einer zweiten Seitenansicht, die gemäß den Angaben in 1 auch als Ansicht X bezeichnet werden kann.
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In 3 ist das vordere Ende, also das die Stirnseite 7 aufweisende Ende, vergrößert wiedergegeben. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
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Unterhalb der Mittellinie M ist die zweite Hauptschneide 3/2 zu sehen, außerdem deren erste Freifläche 5/2 und die sich über den Knick 27/2 anschließende zweite Freifläche 25/2.
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Oberhalb der Mittellinie M ist die erste Hauptschneide 3/1 mit dem äußeren, ersten Hauptschneidenabschnitt 11/2 zu erkennen, wobei mit dem Begriff „äußeren“ angegeben wird, dass dieser erste Hauptschneidenabschnitt 11/2 in einem größeren Abstand zur Mittelachse M angeordnet ist, als der zweite Hauptschneidenabschnitt 15/1.
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Die Darstellung gemäß Figur 3 lässt erkennen, dass sich an den ersten Hauptschneidenabschnitt 11/1 die Spanfläche 31/1 anschließt, welche den Spanraum 23/1 begrenzt. An den zweiten Hauptschneidenabschnitt 15/1 oberhalb der Mittellinie M schließt sich die Ausspitzung 29/1 an, deren Seitenwand zumindest bereichsweise die Spanfläche für diesen zweiten Hauptschneidenabschnitt 15/1 bildet.
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Aus der vergrößerten Darstellung von 3 ist deutlich zu erkennen, dass der Zentrierabschnitt 19 über die Stirnseite 7 hinausragt, sodass bei Verwendung des hier dargestellten Werkzeugs 1 der Zentrierabschnitt 19 als erstes mit einem Werkstück in Eingriff tritt, wenn in dieses ein Loch mittels des Werkzeugs 1 eingebracht werden soll.
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Die Ansicht gemäß 3, also die Ansicht X, die in 1 angedeutet ist, zeigt die Seitenfläche 17/3 des Zentrierabschnitts 19, welche durch die Kanten 21/3 und 21/2 begrenzt wird. Unterhalb der Kante 21/3 ist die Seitenfläche 17/2 zu sehen, außerdem die Hilfslinie H2.
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Anhand von 1 wurde erläutert, dass sich die ersten Freiflächen 5/1 und 5/2 über einen durch die Hilfslinie H2 angedeuteten Knick oder einen gebogenen Bereich in die Seitenflächen 17/1 und 17/2 des Zentrierabschnitts 19 fortsetzen. Die Ansicht gemäß Figur 3 lässt erkennen, dass sich die zweite Freifläche 25/2 in die Seitenfläche 17/2 fortsetzt. Auf der dem Betrachter abgewandten Seite des Zentrierabschnitts 19 befindet sich die Seitenfläche 17/4.
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Oberhalb der Mittellinie M setzt sich die erste Hauptschneide 3/1 ausgehend von dem ersten Hauptschneidenabschnitt 11/1 über den zweiten Hauptschneidenabschnitt 15/1 in die Kante 21/2 des Zentrierabschnitts 19 fort. Aus der Draufsicht gemäß 1 ist zu sehen, dass sich die Kante 21/2 über die Mittelachse hinweg in die Kante 21/4 fortsetzt.
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Die Kante 21/2 schließt gemeinsam mit der gegenüberliegenden, die Fortsetzung der zweiten Hauptschneide 3/2 bildenden Kante 21/4 einen Winkel ein, der dem zweiten Kegelwinkel β der gedachten zweiten Kegelfläche entspricht.
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Aus der Prinzipskizze gemäß 3 ist ohne weiteres ersichtlich, dass der in 2 wiedergegebene erste Kegelwinkel α und der hier in 3 angedeutete zweite Kegelwinkel β unterschiedlich groß sind, es gilt nämlich, dass α größer als β ist. Dadurch erhebt sich der Zentrierabschnitt 19 mit einem kleineren Kegelwinkel β über die Stirnfläche 7 hier in 3 nach rechts und bildet eine Zentrierspitze.
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Zum ersten Ausführungsbeispiel des Bohrers 1, wie er in den 1 bis 3 dargestellt ist, ist noch Folgendes zusammenfassend und ergänzend festzuhalten:
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Für den ersten Kegelwinkel α gilt, dass dieser in einem Bereich von 120° ≤ α < 180° gewählt wird, vorzugsweise in einem Bereich von 130° ≤ α ≤ 150°.
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Für den zweiten Kegelwinkel β gilt, dass dieser kleiner als der Winkel ist, welchen die Hauptschneiden miteinander einschließen, also kleiner als 180° ist, wenn die Hauptschneiden 3/1 und 3/2 in einer gedachten Ebene liegen, oder kleiner als der erste Kegelwinkel α ist, wenn die Hauptschneiden 3/1 und 3/2 auf einer gedachten Kegelfläche liegen. Außerdem ist für den zweiten Kegelwinkel vorgesehen, dass er in einem Bereich von 80° ≤ β ≤ 150°, vorzugsweise in einem Bereich von 90° ≤ β ≤ 140° liegt.
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Für das hier dargestellte Ausführungsbeispiel mit einem Zentrierabschnitt 19, der vier Kanten 21/1 bis 21/4 aufweist, gilt, dass die zwischen den Kanten liegenden Seitenflächen 17/1 bis 17/4 paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei schließen die Seitenflächen 17/1 und 17/2, die den ersten Freiflächen 5/1 und 5/2 zugeordnet sind, einen Winkel zwischen sich ein, der sich in Richtung auf das der Stirnseite 7 gegenüberliegende Ende des Bohrers 1 öffnet. Dieser Öffnungswinkel wird als γ bezeichnet. Für ihn gilt, dass er in einem Bereich von 60° ≤ γ ≤ 150°, insbesondere von 80° ≤ γ ≤ 120° liegt. Vorzugsweise schließen beide paarweise gegenüberliegenden Seitenflächen diesen Winkel γ zwischen sich ein, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die beiden Seitenflächenpaare die gleichen Winkel zwischen sich einschließen.
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4 zeigt in einer Prinzipskizze eine Draufsicht auf die Stirnseite 7 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Metall-Bohrwerkzeugs, welches auch hier verkürzt als Bohrwerkzeug 1 bezeichnet wird. Während die 1 bis 3 ein Bohrwerkzeug 1 mit zwei Hauptschneiden wiedergeben, ist hier in 4 ein Bohrwerkzeug 1 in Stirnseitenansicht dargestellt, welches drei Hauptschneiden aufweist. Alle drei Hauptschneiden sind gemeinsam mit den zugehörigen Freiflächen, Spanflächen und dergleichen identisch ausgebildet, sodass die folgenden Erläuterungen sich auf eine Hauptschneide 3/1 beziehen. In 4 sind beiden anderen Hauptschneiden mit 3/2 und 3/3 gekennzeichnet. Die entsprechenden Elemente, die den Hauptschneiden zugeordnet werden, tragen die entsprechenden Zahlenangaben, beispielsweise 5/1 für die Freifläche der ersten Hauptschneide 3/1, 5/2 für die erste Freifläche der zweiten Hauptschneide 3/2 und 5/3 für die erste Freifläche der dritten Hauptschneide 3/3.
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Die Hauptschneiden erstrecken sich von einer Umfangsfläche 9 des Bohrwerkzeugs 1 und verlaufen von dieser geradlinig, wie hier dargestellt, oder entlang einer konkaven Linie und bilden hier einen ersten Hauptschneidenabschnitt 11/1 aus. Über einen Knick 13/1 setzt sich der erste Hauptschneidenabschnitt 11/1 in einem zweiten Hauptschneidenabschnitt 15/1 fort, der schließlich an einem Zentrierabschnitt 19 endet. Dieser weist hier mit einer dreieckförmigen Grundfläche auf.
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Die erste Hauptschneide 3/1 setzt sich in eine der Kanten, hier in die Kante 21/1 des Zentrierabschnitts 19 fort. Diese verläuft wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel unter einem Knick oder bogenförmig aus der Ebene, in welcher das Ende des zweiten Hauptschneidenabschnitts 15/1 liegt, derart, dass sich die Kante 21/1 aus der Bildebene von 4 in Richtung auf den Betrachter erhebt.
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Entsprechend setzt sich die zweite Hauptschneide 3/2 in die Kante 21/2 fort und die dritte Hauptschneide 3/3 in die dritte Kante 21/3 des Zentrierabschnitts 19.
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An die Hauptschneiden schließen sich Freiflächen an. Dabei ist das zweite Ausführungsbeispiel des Bohrers 1 entsprechend dem gemäß den vorangegangenen Figuren ausgebildet: An die Hauptschneide 3/1 schließt sich die erste Freifläche 5/1 an, die ausgehend von der ersten Hauptschneide 3/1 in die Bildebene von 4 hinein abfällt, also in Richtung des hier nicht dargestellten, der Stirnseite 7 gegenüberliegenden Endes.
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Auch hier gibt es eine zweite Freifläche 25/1, die sich über einen Knick 27/1 ausgehend von der ersten Freifläche 5/1 fortsetzt und ihrerseits ausgehend von dem Knick 27/1 in die Bildebene von 4 abfällt, wobei die zweite Freifläche 25/1 stärker geneigt ist, als die erste Freifläche 5/1.
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Die erste Freifläche 5/1 geht von der Umfangsfläche 9 aus und erstreckt sich bis zum Zentrierabschnitt 19. Durch eine Hilfslinie H1 ist angedeutet, dass die Freifläche 5/1 über einen Knick in eine erste Seitenfläche 17/1 des Zentrierabschnitts übergeht. Es ist auch möglich, dass kein Knick, sondern ein nach oben auf den Betrachter zu gebogener Bereich im Übergang zwischen der ersten Freifläche 5/1 und der ersten Seitenfläche 17/1 vorgesehen ist.
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Entsprechendes gilt für die weiteren Seitenflächen 17/2 und 17/3 des Zentrierabschnitts. Insgesamt wird hier ein Zentrierabschnitt mit drei Kanten 21/1, 21/2 und 21/3 gebildet, wobei zwischen den Kanten die Seitenflächen 17/1, 17/2 und 17/3 vorgesehen sind.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist vorgesehen, dass die Hauptschneiden 3/1 bis 3/3 zumindest abschnittsweise auf einer gedachten ersten Kegelfläche angeordnet sind, die einen sich in Richtung auf das der Stirnseite 7 gegenüberliegende Ende öffnenden ersten Kegelwinkel α aufweist.
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Es ist aber auch sehr wohl möglich, ein hier nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel zu realisieren, bei welchem die drei Hauptschneiden in einer gedachten Ebene liegen, auf welcher die Mittelachse M senkrecht steht.
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Im Bereich des Zentrierabschnitts 19 ist vorgesehen, dass hier alle drei Kanten 21/1 bis 21/3 auf einer gedachten zweiten Kegelfläche liegen, die einen zweiten, sich in Richtung auf das der Stirnfläche 7 gegenüberliegende Ende öffnenden zweiten Kegelwinkel β aufweist. Für die Winkel α und β gilt das zu dem ersten Ausführungsbeispiel Gesagte entsprechend.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Spitze des Zentrierabschnitts 19, der als Zentrierspitze für das Bohrwerkzeug 1 wirkt, bei einem kleinen zweiten Kegelwinkel β ziemlich empfindlich ist und abbrechen kann. In diesem Fall ist es möglich, die Spitze des Zentrierabschnitts 19 etwas abzuflachen und hier eine vorzugsweise sehr kurze Querschneide vorzugsehen, welche zwischen den Kanten des Zentrierabschnitts angeordnet ist, die in die mindestens zwei Hauptschneiden übergehen. Auch hier gilt, dass die Querschneide höchstens 6 %, insbesondere höchstens 2 % des Werkzeugdurchmessers ausmacht.
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Bevorzugt ist bei Werkzeugen 1 der hier angesprochenen Art vorgesehen, dass Durchmesser des Umkreises um die Grundfläche eines Zentrierabschnitts 19 wesentlich kleiner ist als der Durchmesser dieses Werkzeugs. Besonders bewährt hat sich, den Durchmesser des Umkreises in einem Bereich von 2 % bis 15 %, insbesondere von 5 % bis 12 % des Bohrerdurchmessers zu wählen.
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In der Praxis finden sich auch Werkzeuge, die einen Bohrkörper aufweisen, der im Bereich der Stirnseite 7 mit einem entlang einer Durchmesserlinie verlaufenden Schlitz versehen ist. In diesem wird ein Einsatz eingebracht, der die Schneiden und sonstige Merkmale des oben erläuterten Werkzeugs aufweist. Mit anderen Worten, es kann sehr wohl vorgesehen werden, ein Bohrwerkzeug 1 mit den hier dargestellten Merkmalen als Einsatz für einen Bohrkörper auszubilden.
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Darüber hinaus ist es schließlich möglich, sowohl bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 als auch bei dem gemäß 4 mindestens eine Kühl- und/oder Schmiermittelversorgung vorzusehen. Über diese wird bei Verwendung des Werkzeugs 1 ein Kühl- und/oder Schmiermittel unter Druck zugeführt. Dabei sind Öffnungen, hier in der Stirnseite 7, vorgesehen, durch welche das Kühl-/Schmiermittel bei der Bearbeitung eines Werkstücks den Schneiden zugeführt wird, um diese zu schmieren und zu kühlen. In 4 sind beispielhaft drei Öffnungen 37/1 bis 37/3 vorgesehen, über die das von der Kühl-/Schmiermittelversorgung bereitgestellte Mittel austreten kann.
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Derartige Öffnungen können sehr wohl auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 vorgesehen werden. Sie sind allerdings in diesen Figuren nicht dargestellt.
