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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Bohrkopf sowie einen Bohrer mit einem derartigen Bohrkopf.
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Der Bohrer bzw. der Bohrkopf erstreckt sich dabei entlang einer Rotationsachse in einer Längsrichtung und rotiert im Betrieb in einer Drehrichtung um die Rotationsachse. Der Bohrkopf weist zumindest eine stirnseitige Hauptschneide auf, die sich bis zu einem umfangsseitig ausgebildeten Schneideck erstreckt. Entgegen der Drehrichtung schließt sich an die zumindest eine Hauptschneide eine Stirnfläche an. Der Hauptschneide ist eine Spannut zugeordnet, entlang derer eine Nebenschneide ausgehend vom Schneideck verläuft. Der Bohrkopf weist weiterhin zumindest einen integrierten Kühlkanal mit einer Austrittsstelle für Kühlmittel in der Stirnfläche sowie eine Kühlnut auf, die in die Stirnfläche eingebracht ist und in die Austrittsstelle mündet und sich von dort ausgehend erstreckt.
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Ein derartiger Bohrer ist aus der
DE 101 44 241 A1 zu entnehmen. Der darin beschriebene Bohrer ist als Spiralbohrer mit zwei Hauptschneiden ausgebildet. Jeder Hauptschneide ist eine spiralförmig verlaufende Spannut zugeordnet. Umfangsseitig erstreckt sich zwischen den beiden Spannuten jeweils ein Bohrrücken, an dem im Übergangsbereich zu einer Stirnfläche in Umfangsrichtung mehrere Reibschneiden angebracht sind. Den Reibschneiden sind im Bohrrücken ausgebildete Reibspankammern zugeordnet, die zur Abfuhr der im Betrieb abgetragenen Reibspäne dienen. Zur Versorgung dieser Reibspankammern mit Kühlmittel sind diese jeweils über eine in die Stirnfläche eingebrachte Kühlnut mit einer stirnseitigen Austrittsstelle eines Kühlkanals verbunden. Im Betrieb strömt daher Kühlmittel, welches stirnseitig an der Stirnfläche aus der Austrittsstelle austritt, über die Kühlnuten in die Reibkammern.
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Aus der
US 6,045,301 B ist ein Spiralbohrer zu entnehmen, bei dem im Bohrer integrierte Kühlkanäle angeordnet sind. Durch radiale Bohrungen, die wahlweise in einer Spannut oder am Bohrrücken an einer Austrittsstelle austreten, wird im Betrieb Kühlmittel zielgerichtet an hochbelastete Bereiche, beispielsweise im Bereich der Nebenschneiden oder auch des Schneidecks geleitet. Durch die eingebrachten Bohrungen wird der Bohrer im Bereich des Bohrkopfs geschwächt, was bei hochbeanspruchten Bauteilen kritisch sein kann.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf sowie einen Bohrer mit einem Bohrkopf anzugeben, bei dem eine zuverlässige und effiziente Kühlung des hochbelasteten Schneidecks gewährleistet ist.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Bohrkopf sowie einen Bohrer mit einem solchen Bohrkopf, der zumindest eine stirnseitige Hauptschneide aufweist, die sich bis zu einem umfangsseitig ausgebildeten Schneideck erstreckt. Entgegen einer bestimmungsgemäßen Drehrichtung, um die der Bohrkopf im Betrieb um eine Rotationsachse dreht, schließt sich an die zumindest eine Hauptschneide eine Stirnfläche an, die insbesondere eine Freifläche aufweist. Weiterhin ist eine der Hauptschneide zugeordnete Spannut ausgebildet, über die im Betrieb die an der Hauptschneide entstehenden Späne abgeführt werden. Entlang der Spannut erstreckt sich eine Nebenschneide ausgehend vom Schneideck. Im Bohrkopf und im Bohrer ist ein integrierter Kühlkanal ausgebildet, welcher an einer Austrittsstelle stirnseitig im Bereich der Stirn- oder Freifläche austritt. In die Stirnfläche ist weiterhin eine Kühlnut eingebracht, die ausgehend von der Austrittsstelle sich in Richtung zum Schneideck erstreckt und dem Kühlen des Schneidecks während des Betriebs durch Zuführung von Kühlmittel ausgebildet ist.
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Durch die Einbringung der Kühlnut in die Oberfläche des Bohrers, also in die Stirnfläche, wird der Bohrer, speziell ein Bohrkern, nicht geschwächt, so dass eine effiziente Kühlung des Schneidecks bei gleichzeitig guter Stabilität erzielt ist. Bevorzugt ist der Austrittsstelle lediglich genau eine Kühlnut zugeordnet.
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Im Unterschied zu dem aus der
DE 101 44 241 A1 bekannten Bohrer, bei dem Kühlmittel den am Bohrrücken ausgebildeten Reibspankammern zugeführt wird, wird mit der sich zum Schneideck orientierten Kühlnut eine effiziente Kühlung unmittelbar des Schneidecks erzielt. Beim Stand der Technik wird demgegenüber das Kühlmittel lediglich zur Unterstützung des Abtransports von Reibspänen über die Reibkammern geleitet.
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Unter „in Richtung zum Schneideck verlaufend“ wird vorliegend insbesondere verstanden, dass ein Winkelabstand zwischen dem Schneideck und einer umfangsseitigen Mündungsstelle der Kühlnut ≤ 25° und vorzugsweise ≤ 20° ist. Ergänzend oder Alternativ weist die Kühlnut einen Abstand zum Schneideck auf, der maximal dem 0,15-fachen eines Bohrernenndurchmessers und vorzugsweise maximal dem 0,05-fachen eines Bohrernenndurchmessers entspricht. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Kühlmittel ortsnah am Schneideck zur Verfügung gestellt wird.
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Unter Winkelabstand oder Abstand wird hierbei der Abstand zwischen dem Schneideck und dem nächstgelegenen Beginn oder Rand der Kühlnut (und nicht eine Nutmitte) verstanden. Unter Schneideck wird allgemein der radial äußerste Bereich verstanden, an dem die Hauptschneide in die Nebenschneide übergeht. Das Schneideck selbst kann dabei verrundet oder auch angefast sein.
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Der hier beschriebene Bohrkopf bzw. hier beschriebene Bohrer weist vorzugsweise mehrere Hauptschneiden, insbesondere genau zwei Hauptschneiden auf. Diese sind üblicherweise in einem Bohrzentrum über eine Zentrumsschneide, auch Querschneide genannt, miteinander verbunden. Einer jeden Hauptschneide ist dabei exakt eine Spannut zugeordnet, wobei sich zwischen den Spannuten umfangsseitig der Bohrrücken erstreckt. Dieser ist dabei insbesondere frei von weiteren Spankammern oder Spannuten. Die Hauptschneiden erstrecken sich ausgehend vom jeweiligen Schneideck über zumindest nahezu den gesamten Nennradius in Richtung zur Zentrumsmitte bis zur ggf. vorhandenen Zentrumsschneide. Jeder Hauptschneide ist weiterhin ein Stirnflächenabschnitt, insbesondere eine Freifläche zugeordnet und in jeder dieser Freiflächen ist eine Austrittsstelle für Kühlmittel angeordnet, von der jeweils eine Kühlnut sich in Richtung zu dem jeweiligen Schneideck sich erstreckt.
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In bevorzugter Ausgestaltung erstreckt sich die Kühlnut ausgehend von der Austrittsstelle bis zu einem Rand der Stirnfläche, und zwar derart, dass im Betrieb das Kühlmittel über den Rand hinausfließen kann, d.h. die Kühlnut ist randseitig nicht begrenzt sondern bildet eine den Rand unterbrechende, nutartige Vertiefung aus. Dadurch ist im Betrieb ein kontinuierlicher Kühlmittelfluss gewährleistet, ohne dass sich das Kühlmittel aufstaut.
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Der Rand der Stirnfläche ist beispielsweise ein sich radial erstreckender Rand, speziell die Hauptschneide. In diesem Fall würde daher die Kühlnut die Hauptschneide unterbrechen und einen Strömungskanal direkt zur Spannut ausbilden. Das Kühlmittel kann dann über die Spannut ausströmen.
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Alternativ hierzu erstreckt sich die Kühlnut in Richtung zu einem umfangsseitigen Rand und mündet den Bohrrücken. Der Bohrkopf bzw. der Bohrer weist allgemein umfangsseitig den Bohrrücken auf, welcher sich zwischen zwei aufeinander folgende Spannuten erstreckt. Bei dieser Ausgestaltung wird daher die Hauptschneide nicht unterbrochen.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung läuft die Kühlnut allgemein in die Spannut aus, so dass im Betrieb das Kühlmittel aus der stirnseitigen Austrittsstelle über die Kühlnut in die Spannut und zwar im Bereich des Schneidecks geleitet wird und über dieser abgeführt werden kann. Hierdurch wird der zusätzliche Vorteil erreicht, dass neben der Kühlung des Schneidecks zugleich auch eine Kühlung der Späne erfolgt sowie der Abtransport der Späne begünstigt wird.
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Bei der Variante, bei der die Kühlnut sich zunächst bis zu einem umfangsseitigen Rand erstreckt wird die Kühlnut vorzugsweise im Bohrrücken weitergeführt. Die Kühlnut weist daher gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung einen in die Stirnseite eingebrachten stirnseitigen Abschnitt sowie einen in den Bohrrücken eingebrachten umfangsseitigen Abschnitt auf, wobei die Abschnitte strömungstechnisch miteinander verbunden sind und ineinander übergehen.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung läuft der umfangsseitige Abschnitt dabei in die Spannut aus, und unterbricht daher insbesondere die entlang der Spannut verlaufende Nebenschneide.
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Vorzugsweise verläuft der umfangsseitige Abschnitt dabei ausschließlich quer in Richtung zur Spannut. Der umfangsseitige Abschnitt schließt daher unmittelbar an den stirnseitigen Abschnitt an und weist keinen in Längsrichtung verlaufenden Teilabschnitt auf. Der in die Stirnseite eingebrachte stirnseitige Abschnitt weist daher eine ausreichende Nuttiefe auf, so dass die Verbindung zu dem umfangsseitigen Querabschnitt über die Nuttiefe des stirnseitigen Abschnitts erfolgt.
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Im Sinne einer möglichst einfachen Herstellung ist der umfangsseitige Abschnitt dabei vorzugsweise geradlinig ausgebildet. Er verläuft vorzugsweise 90° zur Bohrerachse quer zur Rotationsachse in Richtung zur Spannut. Unter quer zur Rotationsachse wird hierbei insbesondere eine Orientierung unter 90° bezüglich der Rotationsachse verstanden. Ergänzend wird unter quer zur Rotationsachse auch eine leicht geneigte Anordnung bezüglich der Rotationsachse verstanden, beispielsweise unter einem Winkel von -10° bis +30°. Als negativer Winkel wird eine Neigung in Richtung zur Bohrerspitze verstanden.
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Zweckdienlicherweise ist auch der stirnseitige Abschnitt, also der Abschnitt der Kühlnut in der Stirnfläche als eine sich geradlinig erstreckende Nut ausgebildet.
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Im Hinblick auf eine möglichst einfache Herstellung ist die Kühlnut, speziell der stirnseitige Abschnitt und/oder der umfangsseitige Abschnitt, durch Schleifen eingebracht. Im einfachsten Fall wird daher eine Schleifscheibe (lediglich) einmal an die Stirnfläche angesetzt und (lediglich) einmal umfangsseitig.
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Der Querschnitt der Kühlnut ist vorzugsweise durch die Form der Schleifscheibe bedingt. Insbesondere weist die Kühlnut eine gleichbleibende Querschnittsgeometrie auf. Zumindest weist jeder Abschnitt der Kühlnut (stirnseitiger bzw. umfangsseitiger Abschnitt) eine gleichbleibende Querschnittskontur über seine gesamte Länge auf - bis auf einen evtl. endseitigen Auslaufbereich der Nut, insbesondere des umfangsseitigen Abschnitts, an dem dieser mit dem stirnseitigen Abschnitt verbunden ist.
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Zweckdienlicherweise handelt es sich bei dem Bohrer um einen einstückigen Bohrer, speziell um einen Vollhartmetallbohrer.
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Alternativ zu der einstückigen Ausgestaltung kann der Bohrer auch als ein modulares Bohrwerkzeug ausgebildet sein, bei dem der Bohrkopf als ein separates, insbesondere auswechselbares Teil in einen insbesondere genuteten Träger eingesetzt wird.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung eines Bohrers im Bereich eines Bohrkopfes sowie
- 2 eine Aufsicht auf den in 1 gezeigten Bohrer.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Der in den Figuren ausschnittsweise dargestellte Bohrer 2 ist als Spiralbohrer ausgebildet und erstreckt sich entlang einer Rotationsachse 4 in einer Längsrichtung 6. Der Bohrer 2 weist dabei üblicherweise einen rückwärtigen, hier nicht näher dargestellten Spannschaft, ein genutetes Schaftteil sowie einen in Längsrichtung 6 betrachtet vorderen Bohrkopf 8 auf. Im Ausführungsbeispiel ist ein einstückiger Bohrer 2 dargestellt, speziell Vollhartmetallbohrer. Bei diesem sind zumindest das Schaftteil und der Bohrkopf 8 und bevorzugt auch der Spannschaft einstückig aus dem Vollen ausgebildet.
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Der Bohrkopf 8 weist eine Bohrerstirn auf, die im Ausführungsbeispiel zwei Hauptschneiden 10 aufweist, die insbesondere jeweils in etwa S-förmig gewunden sind. Die beiden Hauptschneiden 10 sind in einem Bohrzentrum in Bereich der Rotationsachse 4 üblicherweise über eine Zentrumsschneide miteinander verbunden. Ausgehend hiervon erstrecken sie sich nach außen bis zu jeweils einem Schneideck 12. Die beiden Schneidecken 12 definieren einen Nenndurchmesser D. Die beiden Schneidecken 12 sind dabei typischerweise zumindest in etwa oder genau um 180° zueinander drehversetzt angeordnet. Der Bohrkopf 8 weist allgemein eine 360°/n- Drehsymmetrie bezüglich der Rotationsachse 4 auf, wobei n die Anzahl der Hauptschneiden 10 ist. Insbesondere weist der Bohrkopf eine 180° Drehsymmetrie auf.
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Im Betrieb rotiert der Bohrer 2 um die Rotationsachse 4 in Drehrichtung 14.
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Jeder Hauptschneide 10 ist jeweils eine Spannut 16 zugeordnet, welche sich beispielsweise geradlinig, vorzugweise - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt - spiralförmig in Längsrichtung 6 erstreckt.
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Die Spannut 16 ist an ihrer einen Randseite über eine Nebenschneide 18 begrenzt, die also entlang der Spannut 16 und zwar ausgehend vom Schneideck 12 verläuft. Umfangsseitig ist zwischen den Spannuten 16 ein Bohrrücken 20 ausgebildet.
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Angrenzend zur Nebenschneide 18 (entgegen der Drehrichtung 14) weist der Bohrrücken 20 beispielsweise eine Stützfläche 22 auf, mit der sich der Bohrer 2 beim Bohren an einer Wandung eines Bohrlochs abstützt.
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Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Bohrrücken 20 durchgehend über den Umfangsbereich zwischen den beiden Spannuten 16 ohne Unterbrechungen und ohne Spankammern etc.
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Der Bohrkopf 8 weist allgemein stirnseitig eine Stirnfläche 24 auf. Unter Stirnfläche 24 werden vorliegend alle stirnseitigen Flächenanteile verstanden, wie sie beispielsweise insbesondere anhand der 2 zu erkennen sind. Die Stirnfläche 24 ist dabei beispielsweise nach Art einer Kegelmantelfläche ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stirnfläche 24 des Bohrers durch mehrere Stirnflächen-Abschnitte ausgebildet, insbesondere ist die Stirnfläche 24 durch einen Mehrflächen-Anschliff ausgebildet. Die Stirnfläche 24 weist dabei jeder Hauptschneide 10 zugeordnet jeweils eine Freifläche 26 auf. Im Ausführungsbeispiel schließt sich an diese noch eine Übergangsfläche 28 an, die deutlich steiler als die Freifläche 26 orientiert ist und die in die jeweilige Spannut 16 ausläuft. Diese Übergangsfläche 28 wird beispielsweise bei einer sogenannten Ausspitzung erzeugt bzw. ist eine derartige Ausspitzung. Unter Ausspitzung wird allgemein verstanden, dass durch einen separaten Schleifschritt ein Zentrum des Bohrers 2 im Bereich der Rotationsachse 4, also speziell im Bereich der Zentrumsschneide nachgeschliffen wird, so dass hier ein Kernbereich des Bohrers 2 verjüngt wird.
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In dem Bohrer 2 sind weiterhin Kühlkanäle 30 integriert, die jeweils an einer Austrittsstelle 32 in der Stirnfläche 24 und zwar insbesondere in den beiden Freiflächen 26 austreten.
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Ausgehend von dieser Austrittsstelle 32 erstreckt sich jeweils eine Kühlnut 34, die in die der jeweiligen Hauptschneide 10 zugeordnete Spannut 16 mündet, und zwar in unmittelbarer Nähe des Schneidecks 12.
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Die Kühlnut 34 weist hierbei einen stirnseitigen Abschnitt 34A sowie einen umfangsseitigen Abschnitt 34B auf. Die beiden Abschnitte 34A, 34B erstrecken sich dabei vorzugsweise jeweils exakt geradlinig. Sie werden insbesondere durch einen Schleifvorgang eingebracht.
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Der stirnseitige Abschnitt 34A ist dabei bereits in Richtung zum Schneideck 12 orientiert und mündet nahe des Schneidecks 12 in den Bohrrücken 20 um dort in den umfangsseitigen Abschnitt 34B überzugehen. Der stirnseitige Abschnitt 34A ist dabei vom Schneideck 12 um einen Winkelabstand α im Bereich von etwa lediglich 10° beabstandet.
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Der umfangsseitige Abschnitt 34B erstreckt sich ebenfalls geradlinig und schließt unmittelbar an den stirnseitigen Abschnitt 34A an. Dieser weist daher eine ausreichende Nuttiefe auf, so dass der stirnseitige Abschnitt 34A vom umfangsseitigen Abschnitt 34B geschnitten wird. Der umfangsseitige Abschnitt 34B erstreckt sich vorzugsweise in einer Horizontalrichtung, also quer zur Längsrichtung 6 und läuft in Drehrichtung 14 zur Spannut 16 aus. Durch diese Maßnahme ist daher eine Mündungsstelle der Kühlnut 34 sehr nahe am Schneideck 12 ausgebildet. Der umfangsseitige Abschnitt 34B und damit die Kühlnut 34 weist umfangsseitig und im Bereich der Nebenschneide 18 einen Abstand a zum Schneideck 12 auf, der im Ausführungsbeispiel etwa 5% des Nenndurchmessers D beträgt.
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Durch diese spezielle Ausgestaltung der Kühlnut 34, speziell mit den beiden Abschnitten 34A, 34B ist eine effiziente Kühlung des jeweiligen Schneidecks 12 gewährleistet, ohne dass eine Schwächung des Bohrers 2 im Bereich des Bohrerkopfes 8 durch zusätzliche Bohrungen zu befürchten ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten und Ausgestaltungen von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind auch alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10144241 A1 [0003, 0008]
- US 6045301 [0004]
