DE102019211827A1

DE102019211827A1 - Bohrer und Verfahren zur Herstellung eines Bohrers

Info

Publication number: DE102019211827A1
Application number: DE102019211827.5A
Authority: DE
Inventors: Herbert Rudolf KAUPER; Jürgen Schwägerl; Christian Strauchmann
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-02-11
Anticipated expiration: 2039-08-08
Also published as: US20210039176A1; CN112338239A; DE102019211827B4; CN112338239B; US11707791B2; US20230219147A1

Abstract

Es wird ein Bohrer (2) angegeben, welcher einen Körper (4) aufweist, welcher sich entlang einer Längsachse (L) von einer Rückseite (B) bis zu einer Frontseite (F) erstreckt, wobei der Körper (4) auf der Frontseite (F) eine Hauptschneide (8) aufweist, wobei der Körper (4) wenigstens eine Führungsfase (10) aufweist, welche sich in axialer Richtung (A) und zur Frontseite (F) hin erstreckt, wobei die Führungsfase (10) zur Frontseite (F) hin einen Endabschnitt (18) aufweist, welcher verjüngt ausgebildet ist. Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bohrers (2) angegeben.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Bohrer sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bohrers.
Bohrer sind Rotationswerkzeuge und dienen der spanenden Bearbeitung eines Werkstücks. Beim Bohren eines Bohrlochs in das Werkstück mittels des Bohrers ist der Bohrer hohen Belastungen ausgesetzt. Speziell betroffen ist das sogenannte Schneideck, welches am Übergang von einer Hauptschneide auf der Frontseite des Bohrers zu einer seitlichen Führungsfase liegt. Das Schneideck und die Führungsfase in diesem Bereich verschleißen im Laufe der Zeit, wodurch sich die Belastung in ungünstigen Fällen weiter erhöht, sodass der Verschleiß und auch die Gefahr eines Abbrechens von Teilen des Bohrers weiter zunehmen.
Aufgabe der Erfindung
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Bohrer anzugeben. Dieser soll insbesondere einen verringerten Verschleiß aufweisen und weiter insbesondere auch bei fortschreitendem Verschleiß noch eine möglichst optimale Bearbeitung eines Werkstücks ermöglichen. Zusätzlich soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bohrers angegeben werden.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Bohrer mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Bohrer gelten sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Der Bohrer dient insgesamt zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere zum Bohren eines Bohrlochs in ein Werkstück. Der Bohrer weist einen insbesondere länglichen Körper auf, welcher sich entlang einer Längsachse von einer Rückseite bis zu einer Frontseite erstreckt. Auf der Rückseite weist der Bohrer insbesondere einen Schaft auf, zur Halterung in einer Werkzeughalterung. Auf der Frontseite weist der Bohrer eine Werkzeugspitze auf, zur Bearbeitung des Werkstücks. Auf der Frontseite weist der Körper eine Hauptschneide auf, welche insbesondere ein Teil der Werkzeugspitze ist und welche im Betrieb am Werkstück angreift.
Der Körper weist weiter wenigstens eine Führungsfase auf, welche sich in axialer Richtung und zur Frontseite hin erstreckt. Die axiale Richtung verläuft parallel zur Längsachse. Vorzugsweise ist die Führungsfase gewendelt ausgebildet und verläuft dann helixartig um die Längsachse herum. Denkbar und ebenfalls geeignet ist aber grundsätzlich auch eine gerade Führungsfase. Die Führungsfase ist auf einer seitlichen Mantelfläche des Bohrers angeordnet und dient im Betrieb der Führung des Bohrers im Bohrloch. Hierzu liegt die Führungsfase an einer Innenwand des Bohrlochs an und läuft an dieser entlang, wodurch sich eine entsprechende mechanische Beanspruchung ergibt. Die Führungsfase ist also insbesondere derjenige Teil des Körpers, welcher im Betrieb in radialer Richtung, d.h. seitlich, in Kontakt mit der Innenwand des Bohrlochs steht. Der übrige Körper des Bohrers und speziell dessen Mantelfläche sind in radialer Richtung, d.h. senkrecht zur Längsachse, gegenüber der Führungsfase zurückgesetzt. Mit anderen Worten: die Führungsfase steht bezüglich der Mantelfläche in radialer Richtung hervor. Die Führungsfase bestimmt somit einen maximalen Durchmesser des Bohrers, welcher im Übrigen, d.h. entlang der Mantelfläche, dann einen geringeren Durchmesser aufweist. Die Führungsfase läuft in Umlaufrichtung betrachtet der Mantelfläche vorzugsweise vor. Dabei trennt die Führungsfase die Mantelfläche insbesondere von einer Spannut im Körper. Denkbar und ebenfalls geeignet sind aber auch Ausgestaltungen, bei welchen die Führungsfase der Mantelfläche nachläuft oder diese in Umlaufrichtung in mehrere Teilmantelflächen teilt. Die Führungsfase weist zudem insbesondere eine sogenannte Nebenschneide auf, welche in Umlaufrichtung vorläuft und somit eine Vorderkante der Führungsfase bildet.
Vorliegend weist die Führungsfase zur Frontseite hin einen Endabschnitt auf, welcher verjüngt ausgebildet ist. Mit anderen Worten: Die Führungsfase verläuft zur Frontseite hin und endet in Richtung zur Frontseite in einem Endabschnitt, welcher gegenüber der übrigen Führungsfase verjüngt ist. Der Endabschnitt bildet ein Ende der Führungsfase. Die Führungsfase weist somit endseitig zur Frontseite hin eine reduzierte Fasenbreite auf. Die Fasenbreite der Führungsfase ist vorzugsweise senkrecht zur Führungsfase gemessen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass aufgrund der endseitig verjüngten Führungsfase der Bohrer weniger verschleißt. Dem liegt insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass die Führungsfase in Umlaufrichtung vorlaufend besonders stark beansprucht ist und daher überwiegend zunächst im Bereich der Nebenschneide und des Schneidecks verschleißt. Sobald diese vorlaufenden Abschnitte zumindest teilweise abgenutzt sind, werden die dahinterliegenden Abschnitte der Führungsfase entsprechend durch Druck und Reibung beansprucht und verschleißen ebenfalls, wodurch weiterhin auch die Gefahr besteht, dass Teile des Körpers abspringen oder abgeschlagen werden. Ein Grundgedanke der Erfindung besteht daher insbesondere darin, diese nachlaufenden Abschnitte oder Teile der Führungsfase von vornherein auszulassen oder zu reduzieren, sodass diese bei einem einsetzenden Verschleiß der Führungsfase nicht durch Druck und Reibung beansprucht werden und dann den Betrieb des Bohrers weiter beeinträchtigen. Im Ergebnis ist somit über einen besonders langen Zeitraum noch eine optimale Bearbeitung des Werkstücks möglich. Zudem ist vorteilhaft die Standzeit des Bohrers verlängert.
Besonders zweckmäßig ist eine Führungsfase mit verjüngtem Endabschnitt bei einem Bohrer, dessen Körper sich zur Rückseite hin verjüngt, d.h. welcher einen sogenannten „taper“ aufweist. Ein solcher Körper ist üblicherweise leicht kegelförmig ausgebildet, sodass dessen Durchmesser an der Frontseite um beispielsweise 1% bis 5% größer ist und daher auch frontseitig die Führungsfase besonders stark beansprucht wird. Ein verjüngter Endabschnitt ist darüber hinaus aber auch für andere Bohrer grundsätzlich vorteilhaft.
Bevorzugterweise ist der Endabschnitt dadurch verjüngt, dass seitlich am Körper und entlang der Führungsfase eine Freifläche ausgebildet ist. Der Körper weist demnach eine Freifläche auf, welche seitlich angeordnet ist und dabei insbesondere einen Teil der Führungsfase ersetzt, sodass diese zu deren Ende hin schmaler ausgebildet ist. Die Freifläche ersetzt somit einen Teil der Führungsfase und ist gegenüber dieser in radialer Richtung zurückgesetzt. Auf dem Endabschnitt verlaufen die Freifläche und die Führungsfase in axialer Richtung unmittelbar nebeneinander, grenzen also direkt aneinander an. Die Freifläche zeichnet sich gegenüber der Führungsfase dadurch aus, dass der Bohrer auf der Freifläche einen geringeren Durchmesser aufweist. Im Betrieb liegt insbesondere lediglich die Führungsfase an der Innenwand des Bohrlochs an, die Freifläche jedoch nicht. Auf diese Weise ist die Kontaktfläche des Bohrers zum Bohrloch entlang des Endabschnitts reduziert gegenüber einer Führungsfase mit nicht-verjüngtem Endabschnitt.
Die Freifläche ist somit ähnlich zur Mantelfläche, welche ebenfalls gegenüber der Führungsfase in radialer Richtung zurückgesetzt ist. Die Freifläche ist jedoch zumindest auf der Seite des Körpers betrachtet insbesondere deutlich kleiner als die Mantelfläche. Die Freifläche ist separat zur Mantelfläche und kein Teil derselben, allerdings grenzt die Freifläche vorzugsweise an die Mantelfläche an. Während sich die Mantelfläche üblicherweise entlang der gesamten Führungsfase erstreckt, erstreckt sich die Freifläche in axialer Richtung lediglich entlang eines Teils der Führungsfase, nämlich entlang des Endabschnitts, und reicht demnach gerade nicht bis zur Rückseite des Bohrers. Weiter ist die Mantelfläche typischerweise mit einem insbesondere konstanten Radius ausgebildet, während die Freifläche nicht zwingend einen konstanten Radius aufweist, sondern vorzugsweise hiervon abweicht. Die Freifläche steht zudem insbesondere gegenüber der Mantelfläche in radialer Richtung hervor und liegt somit hinsichtlich des Radius zwischen der Führungsfase und der Mantelfläche.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Freifläche dem Endabschnitt in Umlaufrichtung des Bohrers nachläuft, insbesondere unmittelbar nachläuft. Die Führungsfase und speziell insbesondere deren Nebenschneide laufen somit der Freifläche voraus, sodass der Endabschnitt in Umlaufrichtung betrachtet nachlaufend in die Freifläche übergeht, welche dann in radialer Richtung abfällt und dadurch hinter der Führungsfase zu einem reduzierten Durchmesser des Körpers führt. An die Freifläche schließt sich schließlich in Umlaufrichtung nachlaufend dann die Mantelfläche an. Zwischen der Freifläche und der Mantelfläche ist in einer Ausgestaltung eine Stufe ausgebildet, in einer anderen Ausgestaltung geht die Freifläche im Gegensatz dazu kantenfrei in die Mantelfläche über. Insgesamt ergibt sich in Umlaufrichtung betrachtet also eine Anordnung von Führungsfase, speziell deren Endabschnitt, Freifläche und schließlich Mantelfläche hintereinander.
Die Freifläche geht vorzugsweise stufenfrei, d.h. insbesondere kantenfrei, in die Führungsfase über. Die Freifläche stellt demnach eine Fläche dar, welche ausgehend von der Führungsfase abfällt, insbesondere in Richtung der Mantelfläche. Am Übergang zwischen Führungsfase und Freifläche ist dann gerade keine Kante oder Stufe vorhanden, sondern der Übergang ist insgesamt kontinuierlich und abgerundet ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Freifläche zwei Teilflächen auf, nämlich eine Axialfläche, welche seitlich am Körper entlang des Endabschnitts verläuft, d.h. überwiegend in axialer Richtung, und eine Radialfläche, welche auf der Frontseite verläuft, d.h. überwiegend in radialer Richtung, sodass die Freifläche insgesamt umgebogen ausgebildet ist, nämlich insbesondere von einer Seite des Körpers auf die Frontseite hin. Somit ergibt sich ein weiterer Unterschied zwischen Mantelfläche und Freifläche derart, dass die Mantelfläche lediglich in axialer Richtung bis zu einer Umlaufkante verläuft und somit an der Werkzeugspitze endet, wohingegen die Freifläche von der Seite des Körpers und über die Umlaufkante hinaus in die Werkzeugspitze hineingeführt ist. Die beiden Teilflächen sind jeweils vorzugsweise kantenfrei ausgebildet sind und gehen zweckmäßigerweise auch kantenfrei ineinander über, sodass die Freifläche eine insgesamt kantenfrei gebogene Fläche ist. Durch die Axialfläche wird der verjüngte Endabschnitt auf der Seite des Körpers ausgebildet. Die Radialfläche ist dagegen auf der Frontseite angeordnet, zeigt generell in axialer Richtung und bildet einen Teil der Werkzeugspitze. In einer geeigneten Ausgestaltung folgt die Freifläche zunächst einer generell kegelförmigen Form der Werkzeugspitze und fällt dann von einem Zentrum des Bohrers aus betrachtet in radialer Richtung nach außen hin gebogen ab. Insbesondere weist die Freifläche beim gebogenen Übergang von der Radialfläche zur Axialfläche einen Krümmungsradius auf, welcher vorzugsweise zwischen 5% und 20% eines Durchmessers des Bohrers, d.h. des Bohrerdurchmessers, beträgt.
Bevorzugterweise verläuft die Radialfläche entlang der Hauptschneide und läuft dieser in Umlaufrichtung nach. Dabei schließt sich die Freifläche, genauer deren Radialfläche, unmittelbar an die Hauptschneide an und bestimmt dadurch auch einen Freiwinkel der Hauptschneide. Die Freifläche erstreckt sich in radialer Richtung nach außen insbesondere bis zu einem äußeren Ende der Hauptschneide. In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Freifläche eine erste Freifläche, welche sich nach innen hin lediglich entlang eines äußeren Teils der Hauptschneide erstreckt und nach innen hin an eine zweite Freifläche angrenzt, welche entlang eines inneren Teils der Hauptschneide und bis ins Zentrum verläuft. Die zweite Freifläche ist insbesondere größer als die erste Freifläche. Die erste Freifläche wird auch als äußere Freifläche bezeichnet, die zweite Freifläche dagegen als innere Freifläche. Die erste und die zweite Freifläche werden zusammen auch als eine einzelne Freifläche angesehen, speziell in einer bevorzugten Ausgestaltung, bei welcher der Übergang zwischen erster und zweiter Freifläche kontinuierlich ist. Nach innen hin erstreckt sich die Freifläche dann bis zu einem inneren Ende der Hauptschneide. In einer geeigneten Ausgestaltung schließt sich an das innere Ende der Hauptschneide eine Querschneide an, welche im Zentrum des Bohrers verläuft und welche durch eine Ausspitzung gebildet ist. Die Ausspitzung ist wie die Freifläche eine nach vorn weisende Fläche auf der Frontseite. Vorzugsweise schließt sich die Ausspitzung nach innen hin an die Freifläche an, insbesondere unm ittelbar.
Geeigneterweise enden die Hauptschneide und die Führungsfase, genauer deren Endabschnitt, gemeinsam in einem Schneideck, an welches sich in Umlaufrichtung nachlaufend die Freifläche anschließt. Das Schneideck bildet somit insbesondere jeweils einen Endpunkt für die Hauptschneide und die Nebenschneide. Prinzipbedingt endet auch eine gedachte Grenzlinie zwischen der Führungsfase und der Freifläche im Schneideck. Insgesamt läuft aufgrund der verjüngten Ausgestaltung die Führungsfase spitz auf das Schneideck zu und endet dort. Das Schneideck selbst ist insgesamt eingefasst von der Führungsfase, der Freifläche, welche dem Schneideck nachläuft, und zusätzlich insbesondere von einer Spannut. Die Spannut schließt sich allgemein insbesondere an die Hauptschneide an und bestimmt somit einen Spanwinkel derselben. In radialer Richtung ist die Spannut vorzugsweise durch die Führungsfase, speziell durch die Nebenschneide begrenzt.
Bevorzugterweise ist die Freifläche insgesamt kantenfrei ausgebildet, insbesondere in der Ausgestaltung mit Axialfläche und Radialfläche. Grundsätzlich denkbar ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Mantelfläche und die Radialfläche, also eine Freifläche, welche der Hauptschneide nachläuft, durch eine Umlaufkante getrennt sind, welche in Umlaufrichtung um die Längsachse herum verläuft und im Schneideck endet. Durch die spezielle Freifläche, bei welcher zumindest die Axialfläche kantenfrei in die Radialfläche übergeht oder welche sogar insgesamt kantenfrei ausgebildet ist, endet die Umlaufkante jedoch vorzeitig und reicht gerade nicht bis zum Schneideck. Vielmehr beabstandet die Freifläche das Schneideck von einem Ende der Umlaufkante und liegt dazwischen, sodass in Umlaufrichtung hinter dem Schneideck ein abgerundeter und kantenfreier Übergang von der Frontseite auf die Seite des Körpers realisiert ist. Die Freifläche lässt sich so vorteilhaft in einem einzigen Zug und in einem einzigen Arbeitsschritt herstellen und wird vorzugsweise auch auf diese Weise hergestellt. Ausgehend von einem Halbzeug mit einer Umlaufkante, welche bis zum Schneideck reicht, wird also durch die Freifläche die Umlaufkante direkt hinter dem Schneideck abgerundet und dadurch in einer geeigneten Ausgestaltung auch das Schneideck verschoben.
Die Führungsfase weist allgemein eine Fasenbreite auf, welche vorliegend aufgrund des verjüngten Endabschnitts entlang der Führungsfase variiert, nämlich auf dem Endabschnitt geringer ist. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung entspricht die Fasenbreite außerhalb des Endabschnitts einer Normalbreite und die Freifläche weist entlang des Endabschnitts eine Breite auf, welche in Summe mit der Fasenbreite des Endabschnitts der Normalbreite entspricht. Die Freifläche und der Endabschnitt sind demnach zusammengenommen genauso breit wie die übrige Führungsfase. Die Fasenbreite ist entlang der Führungsfase außerhalb des Endabschnitts vorzugsweise konstant, sodass die Führungsfase durchgängig zumindest bis zum Endabschnitt die Normalbreite aufweist und die Fasenbreite dann erst entlang des Endabschnitts von der Normalbreite abweicht. Die Differenz zur Normalbreite wird durch die Freifläche ausgefüllt.
Die Führungsfase ist von der Seite her betrachtet insbesondere streifenförmig ausgebildet, auch der Endabschnitt ist an sich streifenförmig ausgebildet und ebenso vorzugsweise auch die Freifläche entlang des Endabschnitts. Genauer gesagt sind die Freifläche und der Endabschnitt in etwa nadelförmig oder trichterförmig ausgebildet, mit einem zulaufenden Abschnitt, auf welchen ein gerader Abschnitt mit konstanter Breite folgt, auf welchen dann wiederum eine weiter verjüngter Abschnitt folgt, welcher vorzugsweise in einer Spitze endet. Die Freifläche, speziell deren Axialfläche, und der Endabschnitt verlaufen dabei sozusagen parallel zueinander, zumindest entlang der geraden Abschnitte, sodass die Freifläche und die Führungsfase von der Seite her betrachtet gleichsam ineinandergreifen. Mit anderen Worten: eine gedachte Trennlinie zwischen dem Endabschnitt und der Freifläche verläuft parallel zur Führungsfase, d.h. in deren Richtung. Die Breite der Freifläche entlang des Endabschnitts ist in Richtung zur Rückseite hin insbesondere konstant oder abnehmend, nicht jedoch zunehmend. Umgekehrt ist die Fasenbreite entlang des Endabschnitts in Richtung zur Frontseite hin ebenfalls insbesondere konstant oder abnehmend. Eine neuerliche Aufweitung in Richtung des jeweiligen Endes erfolgt also nicht, vielmehr sind die Breite der Freifläche und die Fasenbreite zum jeweiligen Ende hin vorzugsweise monoton abnehmend. Der beschriebene parallele Verlauf von Endabschnitt und Freifläche ist nicht zwingend und in einer geeigneten Variante verläuft eine gedachte Trennlinie zwischen dem Endabschnitt und der Freifläche nicht wie vorstehend beschrieben parallel zur Führungsfase, sondern schräg dazu.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Freifläche entlang des Endabschnitts eine Breite auf, welche zwischen 20% und 60% einer Fasenbreite der Führungsfase entlang des Endabschnitts beträgt. Dabei sind die Breite und die Fasenbreite insbesondere auf einem jeweiligen geraden Abschnitt wie zuvor beschrieben gemessen. Besonders bevorzugt ist eine Breite von 30% bis 50% der Fasenbreite des Endabschnitts. Die absolute Breite und die absolute Fasenbreite sind von der konkreten Ausgestaltung und Dimensionierung des Bohrers abhängig. Lediglich beispielhaft beträgt in einer Ausgestaltung die Normalbreite 2 mm, die Fasenbreite verjüngt sich dann auf dem Endabschnitt beispielsweise auf 1,3 mm, bevor die Führungsfase dann weiter verjüngend spitz auf das Schneideck zuläuft. Entsprechend beträgt die Breite der Freifläche dann 0,7 mm.
Grundsätzlich ist es möglich und auch geeignet, die Freifläche über die gesamte Länge der Führungsfase auszubilden, sodass der Endabschnitt der gesamten Führungsphase entspricht. Bevorzugt ist aber eine Ausgestaltung, bei welcher der Endabschnitt kürzer ist als die gesamte Führungsfase, also lediglich einen Teil derselben bildet. In einer geeigneten Ausgestaltung weist der Endabschnitt eine Länge auf, welche 4% bis 40% eines Durchmessers des Bohrers entspricht, wobei die Länge und die Gesamtlänge entlang der Führungsfase gemessen sind. Beispielsweise ist bei einem Bohrer mit 20 mm Durchmesser der Endabschnitt dann 0,8 mm bis 8 mm lang. Die konkreten Längen hängen jedoch von der tatsächlichen Dimensionierung des Bohrers ab.
Zur Herstellung des Bohrers wird der Endabschnitt verjüngt ausgebildet, indem die Führungsfase endseitig angeschliffen wird. Dies erfolgt insbesondere mittels einer Schleifscheibe.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Endabschnitt dadurch verjüngt ausgebildet wird, dass ein Teil der Führungsfase abgeschliffen wird, indem eine Freifläche eingeschliffen wird, welche von der Frontseite des Körpers ausgehend auf eine Seite des Körpers weitergeführt ist. Ausgehend von einem Halbzeug mit Führungsfase mit insbesondere durchgängig kontanter Fasenbreite wird dann die Führungsfase endseitige teilweise entfernt und dadurch die Freifläche ausgebildet. Vorzugsweise wird die Freifläche beim Einschleifen einer Stirngeometrie des Bohrers ausgebildet, d.h. beim Einschleifen der Werkzeugspitze. Die Freifläche wird dann zweckmäßigerweise von der Hauptschneide aus seitlich des Körpers fortgeführt, indem die Schleifscheibe insbesondere in einem Zug um die Umlaufkante in die Mantelfläche und die Führungsfase hineingeführt wird oder umgekehrt.
Figurenliste
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

1 einen Bohrer in einer perspektivischen Ansicht,
2 den Bohrer aus 1 in einer Frontansicht,
3 einen Ausschnitt des Bohrers aus 1 in einer Detailansicht,
4 den Bohrer aus 1 in einer anderen perspektivischen Ansicht,
5 den Bohrer aus 1 in einer Seitenansicht,
6 den Bohrer aus 1 in einer anderen Seitenansicht,
7 eine Variante des Bohrers aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
8 den Bohrer aus 7 in einer Seitenansicht,
9 eine weitere Variante des Bohrers aus 1 in einer perspektivischen Ansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 1 bis 6 ist ausschnittsweise ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in unterschiedlichen Ansichten gezeigt. Dargestellt ist jeweils ein Bohrer 2, welcher insgesamt zum Bohren eines Bohrlochs in ein nicht gezeigtes Werkstück dient. Der Bohrer 2 weist einen länglichen Körper 4 auf, welcher sich entlang einer Längsachse L von einer Rückseite B bis zu einer Frontseite F erstreckt. Auf der Rückseite B weist der Bohrer 2 einen nicht dargestellten Schaft auf, zur Halterung in einer Werkzeughalterung. Auf der Frontseite F weist der Bohrer 2 eine Werkzeugspitze 6 auf und weiter weist der Körper 4 zumindest eine, hier zwei Hauptschneiden 8 auf, welche ein Teil der Werkzeugspitze 6 sind. In den 7 und 8 ist der Bohrer 2 der 1 bis 6 mit zusätzlichen, nicht näher bezeichneten Kühlmittelkanälen gezeigt. 9 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Variante des Bohrers 2.
Der Körper 4 weist weiter wenigstens eine Führungsfase 10 auf, welche sich in axialer Richtung A und zur Frontseite F hin erstreckt, wobei die axiale Richtung A parallel zur Längsachse L verläuft, d.h. in Längsrichtung. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Führungsfase 10 gewendelt ausgebildet und verläuft helixartig um die Längsachse L herum. Die Führungsfase 10 ist auf einer seitlichen Mantelfläche 12 des Bohrers 2 angeordnet und dient im Betrieb der Führung des Bohrers 2 im Bohrloch und ist somit derjenige Teil des Körpers 4, welcher im Betrieb in radialer Richtung R, d.h. seitlich und senkrecht zur Längsachse L, in Kontakt mit der Innenwand des Bohrlochs steht. Der übrige Körper 4 des Bohrers 2 und speziell dessen Mantelfläche 12 sind in radialer Richtung R gegenüber der Führungsfase 10 zurückgesetzt, wie z.B. in 1 erkennbar ist.
Die Führungsfase 10 läuft in den gezeigten Ausführungsbeispielen in Umlaufrichtung U des Bohrers 2 betrachtet der Mantelfläche 12 vor. Dabei trennt die Führungsfase 10 die Mantelfläche 12 von einer Spannut 14 im Körper 4. Denkbar und ebenfalls geeignet sind aber auch nicht gezeigte Ausgestaltungen, bei welchen die Führungsfase 10 der Mantelfläche 12 nachläuft oder diese in Umlaufrichtung U in mehrere Teilmantelflächen teilt.
Weiter weist die Führungsfase 10 zudem eine sogenannte Nebenschneide 16 auf, welche in Umlaufrichtung U vorläuft und somit eine Vorderkante der Führungsfase 10 bildet.
Vorliegend weist die Führungsfase 10 zur Frontseite F hin einen Endabschnitt 18 auf, welcher verjüngt ausgebildet ist. Mit anderen Worten: Die Führungsfase 10 verläuft zur Frontseite F hin und endet in dieser Richtung in einem Endabschnitt 18, welcher gegenüber der übrigen Führungsfase 10 verjüngt ist. Der Endabschnitt 18 bildet ein Ende der Führungsfase 10, sodass diese endseitig und zur Frontseite F hin eine reduzierte Fasenbreite 20 aufweist, wobei die Fasenbreite 20 senkrecht zur Führungsfase 10 gemessen ist. Besonders zweckmäßig ist eine solche Führungsfase 10 mit verjüngtem Endabschnitt 18 bei einem Bohrer 2, dessen Körper 4 sich zur Rückseite R hin verjüngt, d.h. welcher einen sogenannten „taper“ aufweist, wie z.B. bei dem Bohrer 2 in 5 erkennbar ist. Ein solcher Körper 4 ist leicht kegelförmig ausgebildet, sodass dessen Durchmesser an der Frontseite F um beispielsweise 1% bis 5% größer ist. Ein verjüngter Endabschnitt 18 ist darüber hinaus aber auch für andere Bohrer 2 vorteilhaft.
Vorliegend ist der Endabschnitt 18 dadurch verjüngt, dass seitlich am Körper 4 und entlang der Führungsfase 10 eine Freifläche 22 ausgebildet ist. Diese ist seitlich am Körper 4 angeordnet und ersetzt einen Teil der Führungsfase 10, sodass diese zu deren Ende hin schmaler ausgebildet ist. Dies ist besonders deutlich in den 1, 3, 5 und 8 erkennbar. Die Freifläche 22 ist gegenüber der Führungsfase 10 in radialer Richtung R zurückgesetzt. Auf dem Endabschnitt 18 verlaufen die Freifläche 22 und die Führungsfase 10 in axialer Richtung A unmittelbar nebeneinander und grenzen somit direkt aneinander an. Die Freifläche 22 zeichnet sich gegenüber der Führungsfase 10 nun dadurch aus, dass der Bohrer 2 auf der Freifläche 22 einen geringeren Durchmesser D aufweist. Im Betrieb liegt lediglich die Führungsfase 10 an der Innenwand des Bohrlochs an, die Freifläche 22 jedoch nicht, sodass die Kontaktfläche des Bohrers 2 zum Bohrloch entlang des Endabschnitts 18 reduziert ist.
Die Freifläche 22 ist insofern ähnlich zur Mantelfläche 12, als dass die Freifläche 22 ebenfalls gegenüber der Führungsfase 10 in radialer Richtung R zurückgesetzt ist. Die Freifläche 22 ist jedoch zumindest auf der Seite des Körpers 4 betrachtet deutlich kleiner als die Mantelfläche 12. Zudem ist die Freifläche 22 separat zur Mantelfläche 12 ausgebildet und gerade kein Teil derselben, grenzt allerdings an die Mantelfläche 12 an. Während sich die Mantelfläche 12 entlang der gesamten Führungsfase 10 erstreckt, erstreckt sich die Freifläche 22 in axialer Richtung A lediglich entlang des Endabschnitts 18, und reicht demnach gerade nicht bis zur Rückseite B des Bohrers 2. Weiter ist die Mantelfläche 12 typischerweise mit einem konstanten Radius ausgebildet, während die Freifläche 22 nicht zwingend einen konstanten Radius aufweist, sondern hiervon abweicht. Die Freifläche 22 steht zudem gegenüber der Mantelfläche 12 in radialer Richtung R hervor und liegt somit hinsichtlich des Radius zwischen der Führungsfase 10 und der Mantelfläche 12.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen läuft die Freifläche 22 dem Endabschnitt 18 in Umlaufrichtung U unmittelbar nach. Die Führungsfase 10 und deren Nebenschneide 16 laufen somit der Freifläche 22 voraus, sodass der Endabschnitt 18 in Umlaufrichtung U betrachtet nachlaufend in die Freifläche 22 übergeht, welche dann in radialer Richtung R abfällt und dadurch hinter der Führungsfase 10 zu einem reduzierten Durchmesser D des Körpers 4 führt. An die Freifläche 22 schließt sich schließlich in Umlaufrichtung U dann nachlaufend die Mantelfläche 12 an. Zwischen der Freifläche 22 und der Mantelfläche 12 ist in den beiden gezeigten Ausgestaltungen eine Stufe 24 ausgebildet, in einer anderen, nicht gezeigten Ausgestaltung geht die Freifläche 22 dagegen kantenfrei in die Mantelfläche 12 über. Die Freifläche 22 geht in den gezeigten Ausführungsbeispielen auch stufenfrei, d.h. kantenfrei, in die Führungsfase 10 über. Am Übergang zwischen Führungsfase 10 und Freifläche 22 ist dann gerade keine Kante oder Stufe vorhanden, sondern der Übergang ist insgesamt kontinuierlich und abgerundet ausgebildet.
In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Freifläche 22 zwei Teilflächen 26, 28 auf, nämlich eine Axialfläche 28, welche seitlich am Körper 4 entlang des Endabschnitts 18 verläuft, und eine Radialfläche 26, welche auf der Frontseite F verläuft, sodass die Freifläche 22 insgesamt umgebogen ausgebildet ist, nämlich von einer Seite des Körpers 4 auf die Frontseite F hin. Die Grenze zwischen der Axialfläche 28 und der Radialfläche 26 ist in den 5 und 8 durch eine gestrichene Linie angedeutet. Somit ergibt sich ein weiterer Unterschied zwischen der Mantelfläche 12 und der Freifläche 22 derart, dass die Mantelfläche 12 lediglich in axialer Richtung A bis zu einer Umlaufkante 30 verläuft und somit an der Werkzeugspitze 6 endet, wohingegen die Freifläche 22 von der Seite des Körpers 4 und über die Umlaufkante 30 hinaus in die Werkzeugspitze 6 hineingeführt ist. Die beiden Teilflächen 26, 28 sind hier jeweils kantenfrei ausgebildet und gehen auch kantenfrei ineinander über, sodass die Freifläche 22 eine insgesamt kantenfrei gebogene Fläche ist. Durch die Axialfläche 28 wird der verjüngte Endabschnitt 18 auf der Seite des Körpers 4 ausgebildet. Die Radialfläche 26 ist dagegen auf der Frontseite F angeordnet, zeigt generell in axialer Richtung A und bildet einen Teil der Werkzeugspitze 6.
Bei den gezeigten Ausführungsformen verläuft die Radialfläche 26 entlang der Hauptschneide 8. Weiter läuft die Radialfläche 26 der Hauptschneide 8 in Umlaufrichtung U nach, schließt sich unmittelbar an diese an und bestimmt dadurch auch einen Freiwinkel der Hauptschneide 8. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Freifläche 22 eine erste Freifläche, welche sich nach innen hin lediglich entlang eines äußeren Teils der Hauptschneide 8 erstreckt und nach innen hin an eine zweite Freifläche 32 angrenzt, welche entlang eines inneren Teils der Hauptschneide 8 und bis ins Zentrum verläuft. Die erste Freifläche 22 wird auch als äußere Freifläche bezeichnet, die zweite Freifläche 32 dagegen als innere Freifläche. Der Übergang zwischen erster und zweiter Freifläche 22, 32 ist hier kontinuierlich, d.h. zwischen den beiden Freiflächen 22, 32 ist keine Kante ausgebildet, sodass die beiden Freiflächen 22, 32 zusammen auch als eine einzelne Freifläche 22 angesehen werden. Nach innen hin erstreckt sich die Freifläche 22 bis zu einem inneren Ende der Hauptschneide 8. Vorliegend schließt sich an das innere Ende der Hauptschneide 8 eine Querschneide 34 an, welche im Zentrum des Bohrers 2 verläuft und welche durch eine Ausspitzung 36 gebildet ist, welche sich hier nach innen hin an die Freifläche 22 unmittelbar anschließt.
Die Hauptschneide 8 und die Führungsfase 10, genauer deren Endabschnitt 18, enden gemeinsam in einem Schneideck 38, an welches sich in Umlaufrichtung U nachlaufend die Freifläche 22 anschließt. Das Schneideck 38 bildet somit jeweils einen Endpunkt für die Hauptschneide 8 und die Nebenschneide 16. Prinzipbedingt endet auch eine gedachte Grenzlinie G zwischen der Führungsfase 10 und der Freifläche 22 im Schneideck 38. Insgesamt läuft aufgrund der verjüngten Ausgestaltung die Führungsfase 10 spitz auf das Schneideck 38 zu und endet dort.
Das Schneideck 38 selbst ist insgesamt eingefasst von der Führungsfase 10, der Freifläche 22 und zusätzlich von der Spannut 14.
Die Freifläche 22 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen insgesamt kantenfrei ausgebildet. Grundsätzlich denkbar ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Mantelfläche 12 und die Radialfläche 26 durch eine Umlaufkante 30 getrennt sind, welche in Umlaufrichtung U um die Längsachse L herum verläuft und im Schneideck 38 endet. Durch die spezielle Freifläche 22 endet die Umlaufkante 30 jedoch vorliegend vorzeitig und reicht gerade nicht bis zum Schneideck 38. Vielmehr beabstandet die Freifläche 22 das Schneideck 38 von einem Ende der Umlaufkante 30 und liegt dazwischen, sodass in Umlaufrichtung U hinter dem Schneideck 38 ein abgerundeter und kantenfreier Übergang von der Frontseite F auf die Seite des Körpers 4 realisiert ist. Die Freifläche 22 lässt sich so in einem einzigen Zug und in einem einzigen Arbeitsschritt herstellen. Ausgehend von einem Halbzeug mit einer Umlaufkante 30, welche bis zum Schneideck 38 reicht, wird durch die Freifläche 22 die Umlaufkante 30 direkt hinter dem Schneideck 38 abgerundet und dieses dadurch auch zur Rückseite B hin verschoben.
Die Führungsfase 10 weist - wie bereits angedeutet - eine Fasenbreite 20 auf, welche vorliegend aufgrund des verjüngten Endabschnitts 18 entlang der Führungsfase 10 variiert, nämlich auf dem Endabschnitt 18 geringer ist. Vorliegend entspricht die Fasenbreite 20 außerhalb des Endabschnitts 18 einer Normalbreite und die Freifläche 22 weist entlang des Endabschnitts 18 eine Breite 40 auf, welche in Summe mit der Fasenbreite 20 des Endabschnitts 18 der Normalbreite entspricht. Die Freifläche 22 und der Endabschnitt 18 sind demnach zusammengenommen genauso breit wie die übrige Führungsfase 10. Die Fasenbreite 20 ist hier zudem entlang der Führungsfase 10 und außerhalb des Endabschnitts 18 konstant, sodass die Führungsfase 10 bis zum Endabschnitt 18 durchgängig die Normalbreite aufweist und die Fasenbreite 20 dann erst entlang des Endabschnitts 18 von der Normalbreite abweicht. In den gezeigten Ausführungsbeispielen wird Die Differenz zur Normalbreite durch die Freifläche 22 ausgefüllt.
Die Führungsfase 10 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen von der Seite her betrachtet streifenförmig ausgebildet, auch der Endabschnitt 18 ist an sich streifenförmig ausgebildet und ebenso auch die Freifläche 22 entlang des Endabschnitts 18. Genauer gesagt sind die Freifläche 22 und der Endabschnitt 18 in den gezeigten Ausführungsbeispielen in etwa nadelförmig oder trichterförmig ausgebildet, mit einem zulaufenden Abschnitt, auf welchen ein gerader Abschnitt mit konstanter Breite 20, 40 folgt, auf welchen dann wiederum eine weiterer verjüngter Abschnitt folgt, welcher hier jeweils in einer Spitze endet. Die Freifläche 22, speziell deren Axialfläche 28, und der Endabschnitt 18 verlaufen dabei sozusagen parallel zueinander, zumindest entlang der geraden Abschnitte, sodass die Freifläche 22 und die Führungsfase 10 von der Seite her betrachtet gleichsam ineinandergreifen. Mit anderen Worten: eine gedachte Trennlinie zwischen dem Endabschnitt 18 und der Freifläche 22 verläuft parallel zur Führungsfase 10, d.h. in deren Richtung. Die Breite 40 der Freifläche 22 entlang des Endabschnitts 18 ist in Richtung zur Rückseite B hin konstant oder abnehmend, nicht jedoch zunehmend. Umgekehrt ist die Fasenbreite 20 entlang des Endabschnitts 18 in Richtung zur Frontseite F hin ebenfalls konstant oder abnehmend. Insgesamt sind somit die Breite 40 der Freifläche 22 und die Fasenbreite 20 zum jeweiligen Ende hin monoton abnehmend.
In 9 ist eine Variante des Bohrers 2 gezeigt, bei welchem der Endabschnitt 18 und die Freifläche 22 gerade nicht parallel verlaufen, sondern schräg, sodass eine gedachte Trennlinie zwischen dem Endabschnitt 18 und der Freifläche 22 entsprechend schräg verläuft.
Vorliegend beträgt die Breite 40 der Freifläche 22 entlang des Endabschnitts 18 zwischen 20% und 60% der Fasenbreite 20 der Führungsfase 10 entlang des Endabschnitts 18. Dabei sind die Breite 40 und die Fasenbreite 20 auf einem jeweiligen geraden Abschnitt wie zuvor beschrieben gemessen. Die absolute Breite 40 und die absolute Fasenbreite 20 sind von der konkreten Ausgestaltung und Dimensionierung des Bohrers 2 abhängig.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Endabschnitt 18 deutlich kürzer als die gesamte Führungsfase 10 und bildet somit lediglich einen Teil derselben. Konkret weist der Endabschnitt 18 vorliegend eine Länge 42 auf, welche 4% bis 40% eines Durchmessers D des Bohrers 2 entspricht, wobei die Länge 42 entlang der Führungsfase 10 gemessen ist und der Durchmesser D ein maximaler Durchmesser D des Bohrers 2 ist.
Zur Herstellung des Bohrers 2 wird der Endabschnitt 18 verjüngt ausgebildet, indem die Führungsfase 10 endseitig angeschliffen wird. Dies erfolgt vorliegend mittels einer nicht gezeigten Schleifscheibe. Bei den gezeigten Ausführungsformen wurde der Endabschnitt 18 dadurch verjüngt ausgebildet, dass ein Teil der Führungsfase 10 abgeschliffen wurde, indem eine Freifläche 22 eingeschliffen wird, welche von der Frontseite F des Körpers 4 ausgehend auf eine Seite des Körpers 4 weitergeführt ist. Ausgehend von einem Halbzeug mit Führungsfase 10 mit durchgängig kontanter Fasenbreite 20 wird dann die Führungsfase 10 endseitige teilweise entfernt und dadurch die Freifläche 22 ausgebildet.

Claims

Bohrer (2), - welcher einen Körper (4) aufweist, welcher sich entlang einer Längsachse (L) von einer Rückseite (B) bis zu einer Frontseite (F) erstreckt, - wobei der Körper (4) auf der Frontseite (F) eine Hauptschneide (8) aufweist, - wobei der Körper (4) wenigstens eine Führungsfase (10) aufweist, welche sich in axialer Richtung (A) und zur Frontseite (F) hin erstreckt, - wobei die Führungsfase (10) zur Frontseite (F) hin einen Endabschnitt (18) aufweist, welcher verjüngt ausgebildet ist.
Bohrer (2) nach Anspruch 1, wobei der Endabschnitt (18) dadurch verjüngt ist, dass seitlich am Körper (4) und entlang der Führungsfase (10) eine Freifläche (22) ausgebildet ist.
Bohrer (2) nach Anspruch 2, wobei die Freifläche (22) dem Endabschnitt (18) in Umlaufrichtung (U) nachläuft.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Freifläche (22) stufenfrei in die Führungsfase (10) übergeht.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Freifläche (10) zwei Teilflächen (26, 28) aufweist, nämlich eine Axialfläche (28), welche seitlich am Körper (4) entlang des Endabschnitts (18) verläuft, und eine Radialfläche (26), welche auf der Frontseite (F) verläuft, sodass die Freifläche (22) insgesamt umgebogen ausgebildet ist.
Bohrer (2) nach Anspruch 5, wobei die Radialfläche (26) entlang der Hauptschneide (8) verläuft und dieser in Umlaufrichtung (U) nachläuft.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Hauptschneide (8) und die Führungsfase (10) gemeinsam in einem Schneideck (38) enden, an welches sich in Umlaufrichtung (U) nachlaufend die Freifläche (22) anschließt.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Freifläche (22) insgesamt kantenfrei ausgebildet ist.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Führungsfase (10) eine Fasenbreite (20) aufweist, welche außerhalb des Endabschnitts (18) einer Normalbreite entspricht, wobei die Freifläche (22) entlang des Endabschnitts (18) eine Breite (40) aufweist, welche in Summe mit der Fasenbreite (20) des Endabschnitts (18) der Normalbreite entspricht.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Freifläche (22) entlang des Endabschnitts (18) eine Breite (40) aufweist, welche zwischen 20% und 60% einer Fasenbreite (20) der Führungsfase (10) entlang des Endabschnitts (18) beträgt.
Bohrer (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Endabschnitt (18) eine Länge (42) aufweist, welche 4% bis 40% eines Durchmessers (D) des Bohrers (2) entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines Bohrers (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Endabschnitt (18) verjüngt ausgebildet wird, indem die Führungsfase (10) endseitig angeschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Endabschnitt (18) dadurch verjüngt ausgebildet wird, dass ein Teil der Führungsfase (10) abgeschliffen wird, indem eine Freifläche (22) eingeschliffen wird, welche von der Frontseite (F) des Körpers (4) ausgehend auf eine Seite des Körpers (4) weitergeführt ist.