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HINTERGRUND
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf rotierende Schneidwerkzeuge und spezieller auf rotierende Schneidwerkzeuge mit mindestens einer Spiralnut und einem Schneidrücken, die mindestens zwei Führungsfasen am Schneidrücken haben. Zusätzlich bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zur Herstellung solcher Schneidwerkzeuge.
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Hintergrundinformation
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Doppelführungsfasen-Bohrer, wie der in 1 gezeigte Tiefloch-Spiralbohrer 50, sind bekannt. Solche Bohrer haben eine allgemein zylindrische Form und enthalten einen Einbauteil 52, der sich an oder nahe einem ersten Ende 51 des Bohrers 50 zum Einbau des Bohrers 50 in einen Spannfuttermechanismus (nicht gezeigt) einer Maschine befindet, einen gegenüberliegenden Kopfteil 54, der sich an oder nahe einem gegenüberliegenden zweiten Ende 53 des Bohrers 50 befindet, um in ein Werkstück einzugreifen und es zu schneiden (nicht gezeigt), und einen Körperhinterschliffteil 56, der zwischen dem Einbauteil 52 und dem Kopfteil 54 angeordnet ist. Der Körperhinterschliffteil 56 hat einen geringeren Durchmesser als der Kopfteil 54, um einen möglichen unnötigen Kontakt mit den Kanten eines geschnitten werdenden Lochs zu vermeiden, da der Körperhinterschliffteil kein Materialschneiden durchführen, sondern den Transfer von Schneidabfall vom Kopfteil 54 zum Einbauteil 52 unterstützen soll.
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Immer noch unter Bezug auf 1 enthält der Tiefloch-Spiralbohrer 50 weiter eine Anzahl von Spiralnuten 58, die sich je vom zweiten Ende 53 des Bohrers 50 entlang des Kopfteils 54 und des ganzen oder eines Teils des Körperhinterschliffteils 56 erstrecken. Die Nuten 58 sorgen für die Abfuhr von Spänen (die durch die Schneidvorgänge an einem Werkstück geformt werden) vom zweiten Ende 53 allgemein zum Einbauteil 52, nach außen vom vorderen Ende eines geformt werdenden Lochs. Jede Nut 58 des Kopfteils 54 wird durch ein Paar von Führungsfasen-Schneidrücken 60 begrenzt. Zwischen den Führungsfasen-Schneidrücken 60 benachbarter Nuten 58 befindet sich die Führungsfasen-Hinterschlifffläche 62, die allgemein von jedem der Führungsfasen-Schneidrücken 60 nach innen zurückversetzt ist. Wie in 1 gezeigt, erstrecken sich solche Führungsfasen-Hinterschliffflächen 62 vom zweiten Ende 53 des Bohrers 50 entlang des ganzen Kopfteils 54 und enden allgemein am Körperhinterschliffteil 56. Typischerweise ist der Außendurchmesser (ohne Bezugszeichen) des Bohrers 50 im Körperhinterschliffteil 56 gleich dem oder kleiner als der Durchmesser (ohne Bezugszeichen) des Bohrers 50 an jeder der zurückversetzten Führungsfasen-Hinterschliffflächen 62, so dass jede der Führungsfasen-Hinterschliffflächen allgemein gleichmäßig in die Außenfläche 64 des Körperhinterschliffteils übergeht oder sich zu ihr verjüngt.
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Solche Doppelführungsfasen-Bohrer liefern eine Anzahl von Vorteilen im Vergleich mit anderem Rotationsschneidsystemen. Es gibt aber immer noch Verbesserungsmöglichkeiten.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese und andere Anforderungen werden von Ausführungsformen der Erfindung erfüllt, die sich, auf ein rotierendes Schneidwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines rotierenden Schneidwerkzeugs beziehen.
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Als ein Aspekt der Erfindung wird ein rotierendes Schneidwerkzeug geliefert. Das rotierende Schneidwerkzeug enthält einen allgemein zylindrischen Körper mit einem ersten Ende, einem gegenüberliegenden zweiten Ende und eine Längsachse, die sich dazwischen erstreckt. Ein Einbauteil ist an oder nahe dem ersten Ende angeordnet, und ein Kopfteil mit einem Außendurchmesser ist an oder nahe dem zweiten Ende angeordnet, wobei der Kopfteil strukturiert ist, um in ein Werkstück einzugreifen und es zu schneiden. Ein Körperhinterschliffteil ist zwischen dem Einbauteil und dem Kopfteil angeordnet, wobei der Körperhinterschliffteil einen geringeren Außendurchmesser als der Außendurchmesser des Kopfteils hat. Eine Anzahl von Nuten erstreckt sich von dem zweiten Ende des allgemein zylindrischen Körpers entlang des Kopfteils und entlang mindestens eines Teils des Körperhinterschliffteils, wobei jede der Anzahl von Nuten allgemein von einer ersten Kante und einer zweiten Kante begrenzt wird. Der Kopfteil enthält eine Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen, wobei jede der Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen zwischen einer benachbarten ersten Kante und zweiten Kante der Anzahl von Nuten angeordnet ist und einen Abstand zum Außendurchmesser des Kopfteils einfügt. Jede der Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen erstreckt sich vom zweiten Ende des allgemein zylindrischen Körpers und endet an einer Führungsfasendichtung innerhalb des Kopfteils.
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Die Anzahl von Nuten kann einem allgemein spiralförmigen Pfad folgen, der von einem Spiralwinkel bezüglich der Längsachse definiert wird. Die Anzahl von Nuten kann allgemein parallel zur Längsachse ausgerichtet sein.
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Jede Führungsfasendichtung kann einen Wandteil enthalten, der sich zwischen einer entsprechenden der Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen und dem Außendurchmesser des Kopfteils erstreckt. Der Wandteil kann allgemein lotrecht zur Längsachse des zylindrischen Körpers ausgerichtet sein. Der Wandteil kann allgemein lotrecht zur entsprechenden der Führungsfasen-Hinterschliffflächen ausgerichtet sein. Der Wandteil kann in einem Winkel bezüglich der entsprechenden der Führungsfasen-Hinterschliffflächen ausgerichtet sein. Der Wandteil kann in einem Winkel bezüglich der Längsachse des allgemein zylindrischen Körpers ausgerichtet sein.
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Der allgemein zylindrische Körper kann eine Länge haben, wobei das Verhältnis der Länge zum Außendurchmesser des Kopfteils mindestens 7 zu 1 ist.
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Als weiterer Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines rotierenden Schneidwerkzeugs geliefert. Das rotierende Schneidwerkzeug enthält einen allgemein zylindrischen Körper mit einem ersten Ende und einem gegenüberliegenden zweiten Ende, einen Einbauteil, der an oder nahe dem ersten Ende angeordnet ist, und einen Körperhinterschliffteil, der zwischen dem Einbauteil und dem Kopfteil angeordnet ist. Der Kopfteil ist an oder nahe dem zweiten Ende angeordnet und strukturiert, um in ein Werkstück einzugreifen und es zu schneiden. Der Körperhinterschliffteil hat einen geringeren Außendurchmesser als der Außendurchmesser des Kopfteils. Das Verfahren enthält das Formen einer Anzahl von Nuten im allgemein zylindrischen Körper, wobei die Anzahl von Nuten sich vom zweiten Ende des allgemein zylindrischen Körpers entlang des Kopfteils und entlang mindestens eines Teils des Körperhinterschliffteils erstreckt. Jede der Anzahl von Nuten wird allgemein von einer ersten Kante und einer zweiten Kante begrenzt. Das Verfahren enthält weiter das Formen einer Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen, wobei jede Führungsfasen-Hinterschlifffläche einer ersten Kante und einer zweiten Kante der Anzahl von Nuten benachbart angeordnet ist und sich vom zweiten Ende des zylindrischen Körpers erstreckt und an einer Führungsfasendichtung im Kopfteil endet.
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Das Formen der Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen und mindestens eines Teils der Anzahl von Nuten kann gleichzeitig erfolgen. Die Anzahl von Nuten kann durch Verfolgen eines allgemein spiralförmigen Pfads geformt werden, der durch einen Spiralwinkel bezüglich der Längsachse des allgemein zylindrischen Körpers definiert wird. Die Anzahl von Nuten kann in einer Ausrichtung allgemein parallel zur Längsachse des allgemein zylindrischen Körpers geformt werden. Das Formen mindestens einer der Anzahl von Nuten und der Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen kann durch einen Schleifvorgang erfolgen. Das Formen mindestens einer der Anzahl von Nuten und der Anzahl von Führungsfasen-Hinterschliffflächen kann durch einen Formvorgang erfolgen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung kann umfassend verstanden werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen:
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1 eine isometrische Ansicht eines bekannten rotierenden Schneidwerkzeugs ist;
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2 eine isometrische Ansicht eines rotierenden Schneidwerkzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine Seitenansicht des rotierenden Schneidwerkzeugs der 2 ist;
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4 eine isometrische Ansicht eines Teils des rotierenden Schneidwerkzeugs der 2 ist;
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5 eine Endansicht des zweiten Endes des rotierenden Schneidwerkzeugs der 2 ist;
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6 eine detaillierte Seitenansicht eines Teils des rotierenden Schneidwerkzeugs wie in A in 3 gezeigt ist; und
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7 eine detaillierte Seitenansicht ist, die eine alternative Ausführungsform des in 6 gezeigten Teils zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Hier verwendete richtungweisende Ausdrücke wie zum Beispiel links, rechts, vorne, hinten, oben, unten, und Ableitungen davon, beziehen sich auf die in den Zeichnungen gezeigte Ausrichtung der Elemente und schränken die Ansprüche nicht ein, es sei denn, es wird dort ausdrücklich erwähnt. Gleiche Bauteile sind in allen Zeichnungen mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wie hier verwendet, wird der Begriff ”Anzahl” verwendet, um eine Menge ungleich Null zu bezeichnen (d. h. eins oder eine beliebige Menge größer als eins).
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Die 2–6 stellen ein Beispiel eines rotierenden Schneidwerkzeugs 10 von allgemein zylindrischer Form gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung dar, das ein erstes Ende 12, ein gegenüberliegendes zweites Ende 14 und eine zentrale Längsachse 16 hat, um Schneidvorgänge an einem Werkstück (nicht gezeigt) durchzuführen, wenn das Schneidwerkzeug 10 um die zentrale Längsachse 16 gedreht wird. Obwohl das Schneidwerkzeug 10 in Form eines Tiefloch-Bohrers gezeigt ist, versteht es sich, dass die hier beschriebenen Konzepte auch bei anderen rotierenden Schneidwerkzeugen angewendet werden können, wie zum Beispiel bei Reibwerkzeugen, ohne sich vom Schutzumfang der Erfindung zu entfernen.
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Unter Bezug auf 3 enthält das Schneidwerkzeug 10 einen Einbauteil 18, der am oder nahe dem ersten Ende 12 zum Einbau des Schneidwerkzeugs 10 in einen Spannfuttermechanismus (nicht gezeigt) einer Maschine angeordnet ist, einen Kopfteil 20, der am oder nahe dem zweiten Ende 14 zum Eingreifen in und Schneiden eines Werkstücks (nicht gezeigt) angeordnet ist, und einen Körperhinterschliffteil 22, der zwischen dem Einbauteil 18 und dem Kopfteil 20 angeordnet ist. Wie in 3 gezeigt, hat der Kopfteil 20 einen Außendurchmesser D, der größer ist als der Außendurchmesser d des Körperhinterschliffteils 22, was dazu beiträgt, das Mitziehen des Körperhinterschliffteils 22 zu reduzieren, wenn ein Loch tiefer als der Kopfteil 20 gebohrt wird.
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Immer noch unter Bezug auf 3 enthält das Schneidwerkzeug 10 weiter eine Anzahl von Nuten 24, die je allgemein von einer ersten Kante 23 und einer zweiten Kante 25 begrenzt werden und sich vom zweiten Ende 14 des Schneidwerkzeugs 10 entlang des Kopfteils 20 und des ganzen oder eines Teils des Körperhinterschliffteils 22 erstrecken. Im gezeigten Beispiel folgen die Nuten 24 einem allgemein spiralförmigen Pfad, der von einem Spiralwinkel φ bezüglich der Längsachse 16 definiert wird. Wie in der Technik allgemein bekannt, sorgen die Nuten 24 für die Abfuhr von Spänen (die durch Schneidvorgänge an einem Werkstück geformt werden) vom zweiten Ende 14 allgemein zum Einbauteil 18, nach außen von dem vorderen Ende eines geformt werdenden Lochs. Im in den Figuren gezeigten Beispiel wird eine solche Abfuhr von Spänen durch einen unter Druck stehenden Strom von Kühlmittel (nicht gezeigt) unterstützt, das an das zweite Ende 14 durch eine Anzahl von Kühlmittelkanälen 26 geliefert wird (2, 4 und 5). Wie allgemein bekannt, hilft ein solches Kühlmittel zusätzlich zu seiner Unterstützung bei der Abfuhr von Spänen beim Schneidvorgang, indem es das Schneidwerkzeug vor Überhitzung bewahrt und die Schmierung liefert.
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Obwohl das in den Figuren gezeigte beispielhafte Schneidwerkzeug 10 zwei Nuten 24 enthält, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch ohne weiteres bei Schneidwerkzeugen, die nur eine einzige Nut haben, sowie bei Schneidwerkzeugen anwendbar ist, die mehr als zwei Nuten haben. Außerdem, obwohl die beispielhaften Nuten 24 eine allgemeine Spiralform haben, versteht es sich, dass auch andere Nutenprofile (z. B., ohne Einschränkung, allgemein gerade Nuten, die parallel zur zentralen Achse 16 ausgerichtet sind) verwendet werden können, ohne sich vom Schutzumfang der Erfindung zu entfernen.
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Wie detaillierter in den 4 und 5 gezeigt, ist der Kopfteil 20 des Schneidwerkzeugs 10 in etwa ähnlich einem Doppelführungsfasen-Bohrer, wie er in der Technik bekannt ist, aber mit einigen bemerkenswerten Unterschieden, wie weiter unten erörtert wird. Dementsprechend wird jede Nut 24 des Kopfteils 20 auf jeder Seite von einem Führungsfasen-Schneidrücken 28 begrenzt, der jeder der ersten und zweiten Kanten 23, 25 benachbart ist. Zwischen den Führungsfasen-Schneidrücken 28 der benachbarten Nuten 24 erstreckt sich eine Führungsfasen-Hinterschlifffläche 30, die, wie in der Technik bekannt, allgemein nach innen um einen Abstand t (siehe 5) zur zentralen Achse 16 von jedem der Führungsfasen-Schneidrücken 28 zurückversetzt ist. Anders als bekannte Führungsfasen-Hinterschliffflächen, die sich allgemein von einer Schneidspitze zum Körperhinterschliffteil des Schneidwerkzeugs 10 erstrecken, erstreckt sich jede der Führungsfasen-Hinterschliffflächen 30 der vorliegenden Erfindung allgemein nach hinten entlang des Kopfteils 20 vom zweiten Ende 14, endet dann aber an einer Führungsfasendichtung 32 im Kopfteil 20, die allgemein einen Abstand L zum Körperhinterschliffteil 22 in den Kopfteil 20 hat, wie in 6 gezeigt. Daher erstreckt sich jede der Führungsfasen-Hinterschliffflächen 30 anders als bekannte Gestaltungen von Doppelführungsfasen-Bohrern nicht bis zum Hinterschliffteil 22. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Abstand L allgemein im Bereich von etwa dem halben Durchmesser des Kopfteils 20 (L = 1/2D) bis zu etwa dem doppelten Durchmesser des Kopfteils 20 (L = 2D). Es versteht sich aber, dass andere Abstände L außerhalb dieses Bereichs innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Wie in 6 gezeigt, kann die Führungsfasendichtung 32 allgemein lotrecht zur zentralen Achse 16 ausgerichtet sein. Eine solche Führungsfasendichtung 32 kann üblicherweise während Bearbeitungsvorgängen erzeugt werden, die das Schneidwerkzeug 10 formen, indem der Schleifprozess oder die Schleifprozesse, die allgemein Führungsfasen 28 und Führungsfasen-Hinterschliffflächen 30 formen (typischerweise nach dem Formen der Nuten 24 durchgeführt), im Abstand L vor dem Erreichen des Körperhinterschliffteils 22 angehalten werden, wo solche Vorgänge am zweiten Ende 14 begonnen haben. Alternativ kann eine solche Führungsfasendichtung 32 durch den Beginn des Schleifprozesses im Abstand L nach innen vom Körperhinterschliffteil 22 und weiter zum zweiten Ende 14 erzeugt werden. In beiden Situationen wäre die Drehachse des Schleifrads (nicht gezeigt) allgemein parallel zur zentralen Achse 16 des Schneidwerkzeugs 10 ausgerichtet, wodurch eine Führungsfasendichtung 32 erzeugt wird, die allgemein quer zur zentralen Achse 16 ausgerichtet ist. Eine solche allgemein quer verlaufende Führungsfasendichtung kann mit einer allgemein geneigten Fläche 34 bezüglich der benachbarten Führungsfasen-Hinterschlifffläche 30 geformt werden, wie in der beispielhaften Führungsfasendichtung 32 der 6 gezeigt, oder kann alternativ eine Fläche 34' haben, die allgemein lotrecht zur benachbarten Führungsfasen-Hinterschlifffläche 30 ausgerichtet ist, wie in der beispielhaften Führungsfasendichtung 32' der 7 gezeigt, die weiter unten erörtert wird. In beiden Fällen kann der Winkel der Fläche der Führungsfasendichtung 32 durch Veränderung des Schneidprofils der Kante der Schleifscheibe variiert werden, die zum Formen der Führungsfasen-Hinterschlifffläche 30 verwendet wird.
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Als eine Alternative zur in 5 gezeigten Ausrichtung kann die Führungsfasendichtung auch in einem Winkel 8 bezüglich der zentralen Achse 16 ausgerichtet sein, wie durch die Führungsfasendichtung 32' der 6 gezeigt ist. Ein solcher Winkel θ kann durch Ausrichten der Drehachse der Schleifscheibe(n) (nicht gezeigt) lotrecht zu einem solchen Winkel θ, oder allgemein parallel zu dem vorher erörterten Spiralwinkel φ (der verwendet werden könnte, um entweder eine geneigte oder eine lotrechte Fläche für die Führungsfasendichtung zu erzeugen, abhängig vom Profil der Schleifscheibe, wie vorher beschrieben), oder durch Ausrichten der Drehachse der Schleifscheibe(n) in dem Winkel θ (was eine geneigte Führungsfasendichtungsfläche erzeugen würde) erhalten werden.
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Während der Lochschneidevorgänge, bei denen der unter Druck stehende Strom von Kühlmittel durch jeden der Kühlmittelkanäle 26 an das zweite Ende 14 des Schneidwerkzeugs 10 geliefert wird, verursacht das Vorhandensein der Führungsfasendichtung 32 das Zurückfließen von unter Druck stehendem Kühlmittel in Taschen (ohne Bezugszeichen), die von den Führungsfasen 28, den Führungsfasen-Hinterschliffflächen 30 und den Wänden des geschnitten werdenden Lochs definiert werden, wenn die Tiefe des gebohrt werdenden Lochs die Führungsfasendichtung 32 erreicht hat (d. h. in etwa der ganz Kopfteil 20 mit Ausnahme des Abstands L befindet sich innerhalb des geschnitten werdenden Lochs). In Ausführungsformen der Erfindung, bei denen das Schneidwerkzeug 10 mit einer leichten Rückschräge geliefert wird, ist der Durchmesser des Kopfteils 20 an der oder um die Führungsfasendichtung 32 vorzugsweise gleich dem Durchmesser des Kopfteils 20 nahe dem zweiten Ende 14 des Schneidwerkzeugs 10 (allgemein der maximale Durchmesser des Schneidwerkzeugs 10), um die Gewährleistung der Ansammlung von unter Druck stehendem Kühlmittel in den vorher beschriebenen Taschen zu unterstützen.
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Die Reserve an unter Druck stehendem Kühlmittel liefert eine Anzahl von Vorteilen bei Schneidvorgängen über die in bekannten Gestaltungen festgestellten hinaus. Zum Beispiel hat das unter Druck stehende Kühlmittel die Tendenz, als ein hydrodynamisches Lager zu wirken, das eine erhöhte Stabilität des Bohrers 10 liefert. Zusätzlich wird eine verbesserte Kühlung jeder der Führungsfasen-Schneidrücken 28 durch das gegen jeden der Führungsfasen-Schneidrücken 28 gepresste Kühlmittel geliefert. Eine solche verbesserte Kühlung trägt dazu bei, die Lebensdauer des Schneidwerkzeugs 10 zu verlängern. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung, obwohl sie auf andere Anwendungen anwendbar ist, besonders vorteilhaft bei der Verwendung bei Tiefloch-Schneidvorgängen, bei denen das Verhältnis der Lochtiefe zum Lochdurchmesser allgemein von etwa 7:1 bis über 30:1 hinaus reichen kann. Ein solcher Vorteil wird bei bekannten Gestaltungen nicht geliefert, bei denen jedes entlang der Führungsfasen-Hinterschliffflächen vorhandene Kühlmittel frei entlang der Führungsfasen-Hinterschlifffläche und aus dem geschnitten werdenden Loch fließen kann, unabhängig von der Lochtiefe.
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Während spezifische Ausführungsformen der Erfindung detailliert beschrieben wurden, ist es dem Fachmann klar, dass verschiedene Veränderungen und Alternativen zu diesen Details angesichts der allgemeinen Gesamtlehre der Offenbarung entwickelt werden könnten. Dementsprechend sind die besonderen offenbarten Anordnungen nur veranschaulichend und nicht als den Schutzumfang der Erfindung einschränkend zu verstehen, der der ganze Umfang der beiliegenden Ansprüche und aller ihrer Äquivalente verliehen werden soll.
