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Dieses Patent beansprucht die Priorität der US-Provisional Application Nr. 61/330,069, welche am 30. April 2010 eingereicht wurde, deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme mit umfasst ist.
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Gebiet
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Dieses Patent betrifft das Gebiet von sogenannten Drillbits bzw. Werkzeugelementen, und eine Kombination eines Fräselements bzw. Fräsers und eines Senkbohr-Drillbits bzw. Bohrers oder Bohrelements.
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Hintergrund
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Drillbits werden häufig zum Bohren von Löchern in verschiedenen Materialien verwendet, einschließlich Holz, Holzlaminate, Platten aus Plastikmaterial, Metall und andere natürliche oder künstliche Materialien. Allgemein kann ein Drillbit verwendet werden, um Bohrlöcher in einem Werkstück durch Senk-Schneiden in das Werkstück entlang der Achse des Drillbits zu bilden. Zusätzlich zu der Möglichkeit Löcher zu bohren, umfassen einige Drillbits ebenso die Möglichkeit, andere Gestaltungsvorgänge auszuführen. Beispielsweise sind einige Drillbits bzw. Werkzeuge mit einer hohen Genauigkeit geschliffen, um eine Aufweitbohrungs-Funktion bereitzustellen. Weitere Drillbits umfassen Schneid-Merkmale, so dass man das Werkzeug als eine Fräs-Einrichtung bzw. Fräselement verwenden kann, wobei das Drillbit verwendet wird, um eine seitliche Richtung zu schneiden (das heißt, eine Richtung senkrecht zu der Achse des Drillbits.
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Obwohl Drillbits mit einer Senk- und Fräs-Fähigkeit in Metall in der Vergangenheit bereitgestellt worden sind, haben diese kombinierten Bohr- und Fräs-Werkzeuge nicht in optimaler Weise funktioniert, um sie zum Gestalten von Plastikmaterialien zu verwenden. Beispielsweise bilden viele Drillbits Kanten und Grate entlang von Bohrlöchern und gefrästen Nuten. Zusätzlich kann die relative Weichheit von Plastikmaterialien zu einem Kontrollverlust über die Bildung einer Nut oder eines axialen Schnittes führen, wenn ein Werkzeug in einem handbetriebenen Gerät verwendet wird. Der Kontrollverlust tritt auf, da sich ein Werkzeug in aggressiver Weise in das weiche Material „beißen” kann. Daher können kleinere Unregelmäßigkeiten im Einsatzwinkel beträchtliche außerhalb der Mitte führende Kräfte erzeugen, welche ein Nutzer möglicherweise nicht kontrollieren kann.
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Dementsprechend ist ein Vielzweck-Werkzeug erwünscht, einschließlich Merkmalen, welche das Werkzeug stabilisieren und es „in Linie” halten, und zwar beim Beginn des Bohrens eines Loches in ein Werkstück. Ebenso ist ein Vielzweck-Werkzeug erwünscht, welches saubere Schnitte erzeugt und daher nicht zu Graten oder Kanten in weicheren Materialien führt. Weiterhin besteht ein Bedarf nach einem Vielzweck-Werkzeug, welches einfacher zu kontrollieren bzw. zu steuern ist, wenn auch weichere Materialien gestaltet werden sollen.
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Zusammenfassung
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Hierin ist ein Werkzeug offenbart, welches eine Kombination aus einem Bohrer und einem Fräser bereitstellt. Das Werkzeug umfasst in einer Ausführungsform einen Arbeitsabschnitt mit einer sich longitudinal erstreckenden Mittelachse, einer sicher entlang der Mittelachse erstreckenden O-Nut, und einer an einem spitzen Abschnitt des Arbeitsabschnitts gebildeten Kante, wobei die Kante bzw. „Zahn” von der Mittelachse beabstandet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Werkzeug einen Arbeitsabschnitt mit einer sicher longitudinal erstreckenden Mittelachse, einer sich entlang des Arbeitsabschnitts hin zu einem oberen Abschnitt des Arbeitsabschnitts erstreckenden O-Nut, eine nachfolgende Kante, welche durch einen Übergang von einer nachfolgenden Fläche und einem ersten oberen Endabschnitt der O-Nut definiert ist, einer Schneidkante, welche durch einen Übergang einer führenden Fläche und einem zweiten oberen Endabschnitt der O-Nut definiert ist, und eine Kante, welche teilweise durch die führende Fläche definiert ist, wobei die Kante sich entlang der Mittelachse zu einer Stelle erstreckt, welche höher als die nachfolgende Fläche angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine hintere Draufsicht auf eine Ausführungsform auf eine Kombination eines Bohrers und eines Fräsers gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt die Kombination von Bohrer und Fräser aus 1 in einem Handwerkzeug angeordnet;
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3 zeigt eine vergrößerte rückwärtige perspektivische Ansicht eines Bohrendes des Werkzeuges aus 1;
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4 zeigt eine Draufsicht auf das Werkzeug aus 1;
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5 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht des Körpers des Werkzeuges aus 1, wobei der Kern des Körpers gezeigt wird;
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6 zeigt eine teilweise Vorderansicht des Werkzeugs aus 1, jedoch um 90° hinsichtlich der Ansicht aus 3 rotiert;
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7 zeigt eine teilweise Seitenansicht von links des Werkzeuges aus 1; und
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8 zeigt eine teilweise Vorderansicht des Werkzeuges aus 1.
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Beschreibung
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Zum Zwecke des besseren Verständnisses der Grundgedanken der Erfindung wird nun Bezug genommen auf die Ausführungsformen, welche in den Zeichnungen dargestellt sind und in der folgenden Beschreibung erläutert sind. Es wird davon ausgegangen, dass es dadurch keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung geben soll. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass die vorliegende Erfindung beliebige Änderungen und Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen mit umfasst und auch weitere Anwendungen der Grundgedanken der Erfindung mit umfasst, wie es dem Fachmann normalerweise in den Sinn kommen würde, den diese Erfindung betrifft.
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Mit Bezug auf 1 ist eine Ausführungsform eines Werkzeuges in der Form einer Kombination eines Bohrers und eines Fräsers gezeigt. Das Werkzeug 100 umfasst einen Schaftabschnitt 102, einen Arbeitsbereich 104 und einen Washout-Bereich 106, welcher zwischen dem Schaftabschnitt 102 und dem Arbeitsbereich 104 angeordnet ist. Das Werkzeug 100 kann aus einem Carbid-Material hergestellt sein, wie zum Beispiel ein WA2-Grat-Carbid, so dass das Werkzeug 100 verwendet werden kann, um Metalle und andere harte Materialien zu bohren. Weitere Materialien können für andere Anwendungen verwendet werden.
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Der Schaftabschnitt 102 ist dazu ausgebildet, mit einem elektrischen Handbohrer oder einem anderen rotierenden Gerät in Eingriff zu kommen. Daher zeigt 2 das Werkzeug 100 eingespannt in einem Bohrfutter 120 eines Handbohrgeräts 122, um eine Bohrung in einem Werkstück 138 herzustellen. Der Arbeitsabschnitt 104 umfasst einen Körperabschnitt 108 und einen oberen Abschnitt 110.
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Der Körperabschnitt 108 umfasst eine O-Nut 112 und eine Anzahl von Ausnehmungs- bzw. Entlastungsflächen 114 bzw. -Fasen, welche sich nach oben von dem Washout-Bereich 106 zu dem oberen Bereich 110 erstrecken. Sowohl die O-Nut 112 und die Entlastungsflächen 114 erstrecken sich spiralförmig um eine Mittelachse 116 des Werkzeuges 100 in der Ausführungsform der 1. Die O-Nut 112 und die Mittelachse 116 definieren einen Spiralwinkel 118 der O-Nut 112. In einer Ausführungsform ist der Spiralwinkel 118 größer als 25° und vorzugsweise zwischen 30° und 35°. In der Ausführungsform der 1 beträgt der Spiralwinkel 118 etwa 33°.
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1 zeigt das Werkzeug 100 mit einer Anzahl von Entlastungsflächen 114. In anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger Entlastungsflächen umfasst sein, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung. Beispielsweise ist das Werkzeug 100 in 3 mit sieben Entlastungsflächen 114 dargestellt. Im Allgemeinen können etwa sieben bis zehn Entlastungsflächen nach Bedarf bereitgestellt sein.
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Mit Bezug auf die 3 und 4 umfasst der obere Abschnitt 110 eine führende Fläche 124 und eine nachfolgende Fläche 126. Die führende Fläche 124 bildet eine Schneidkante 128 mit einem oberen Abschnitt der O-Nut 112. Die Schneidkante 128 erstreckt sich von dem oberen Abschnitt 110 durch den Körperabschnitt 108. Innerhalb des Körperabschnitts 108 definieren ein Außenumfang 130 und die O-Nut 112 einen Schräg-Winkel 132 wie in 5 dargestellt ist. In einer Ausführungsform beträgt der Schräg-Winkel 132 etwa 25°.
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Die O-Nut 112 ist weiterhin eingerichtet, um innerhalb des Körperabschnitts 108 einen Kern von etwa 60% aufrecht zu erhalten. Der „Kern” bezieht sich auf die Menge an Material in dem Körperabschnitt 108, im Vergleich zu dem Volumen, welches für einen gegebenen effektiven Durchmesser des Körperabschnitts 108 möglich ist. Daher wird in 5 der wirksame Umfang des Körperabschnitts 108 identifiziert durch den gestrichelten Kreis 134. Von der durch den effektiven Umfang 134 umkreisten Fläche macht der Körperabschnitt 108 etwa 60% aus. Der Kern ist daher eine Funktion der relativen Anordnung der O-Nut 112 innerhalb des wirksamen Umfangs 134 als auch einer Tiefe 136 der O-Nut 112. In einer Ausführungsform weist die O-Nut 112 eine Tiefe 136 von 1,27 mm innerhalb eines Körperabschnitts 108 mit einem effektiven Radius von 1,5 mm auf.
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Wiederum mit Bezug auf 3 und 4 umfasst der obere Abschnitt 110 weiterhin eine Schräge 140 bzw. Schrägfläche, welche zwischen einer Schneide bzw. einem „Zahn” 142 und einer Fläche 144 angeordnet ist, welche im Allgemeinen gegenüber der führenden Fläche 124 ist. Zwei Flächen 146 und 148 sind am Umfang entlang zwischen der führenden Flächen 124 und der gegenüberliegenden Fläche 144 angeordnet. Eine weitere Beschreibung des oberen Abschnitts 110 wird zusätzlich mit Bezug auf 6 bis 8 bereitgestellt.
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Die Schneide bzw. „Zahn” 142 ist teilweise durch die führende Fläche 124 definiert und erstreckt sich entlang der Mittelachse 116 auf einer Höhe, welche höher als der höchste Abschnitt der nachfolgenden Fläche 126 ist. Eine obere Schneide 140 des „Zahns” 142 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse 116 bei Ansicht von der linken Seite auf das Werkzeug 100 (siehe zum Beispiel 7). Der „Zahn” 142 ist jedoch von der Mittelachse 116 abgesetzt bzw. beabstandet, wie es am Besten in 4 dargestellt ist. Die obere Kante 150 und die Schräge 140 definieren einen Schrägen-Winkel 152, wie es am Besten in 7 dargestellt ist. In einer Ausführungsform beträgt der Schrägen-Winkel 152 etwa 25°.
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Die Fläche, welche durch die führende Fläche 124 definiert ist, und die Linie, welche durch einen Übergang 154 der gegenüberliegenden Fläche 144 und der Fläche 146 definiert ist, definiert einen wie in 8 dargestellten Spitzen-Winkel 156. Der Spitzen-Winkel 156 ist nicht um eine Achse 158 symmetrisch, welche parallel zu der Mittelachse 116 ist. Vielmehr ist ein führender Winkel 160 zwischen der Achse 158 und der führenden Fläche 124 kleiner als ein nachfolgender Winkel 162 zwischen der Achse 158 und dem Übergang 154. In einer Ausführungsform bildet der Spitzen-Winkel 156 beispielsweise etwa 100° mit dem führenden Winkel 160, welcher etwa 40° beträgt, und mit dem nachfolgenden Winkel 162, welcher etwa 60° beträgt.
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Bei Betrieb wird der Schaft 102 des Werkzeugs 100 in dem Bohrfutter eines Bohrers oder einem anderen Rotationsgerät angeordnet. Das Gerät lässt das Werkzeug 100 um die Mittelachse 116 in Richtung des Pfeils 170 in 4 rotieren. Um ein Loch zu bohren, platziert der Nutzer den oberen Abschnitt 110 des Werkzeuges 100 gegen ein Werkstück, wie zum Beispiel ein Stück aus Plastikmaterial, an einer gewünschten Stelle und drückt das Werkzeug 100 gegen das Werkstück.
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Die Schneide bzw. der „Zahn” 142 ist der Höchstpunkt des Werkzeuges 100 entlang der Mittelachse 116. Dementsprechend berührt, wenn das Werkzeug 100 in Kontakt mit dem Werkstück kommt, der „Zahn” bzw. die Schneide 142 zuerst das Werkstück. Eine Rotation des Werkzeuges 100 in der Richtung des Pfeils 170 aus 4 lässt die Schneidkante 128 entlang der Schneide bzw. des „Zahnes” 142 einen kreisförmigen Pfad in das Werkstück schneiden. Abgetragenes Bohrgut, welches durch die Schneide 142 gebildet wird, wird durch die nachfolgende Fläche 126 in die O-Nut 112 geleitet. Eine Vortriebsrate des Werkzeuges 100 in das Werkstück wird durch den Übergang 154 kontrolliert bzw. gesteuert, da der nachfolgende Winkel 162 größer als der führende Winkel 160 ist. Mit anderen Worten, der Übergang 154 ist senkrechter zu der Mittelachse 116 als die Fläche 124, womit der Vortrieb in das Werkstück begrenzt wird. Überdies erhöht der große Spitzen-Winkel 156 deutlich die Stärke des oberen Abschnitts 110, welcher der Abschnitt des Werkzeuges 100 ist, welcher normalerweise die nutzbare Lebensdauer des Werkzeuges 100 für Bohrungen beschränkt.
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Bei weiterem Vortrieb des Werkzeuges 100 in das Werkstück beginnt die Schneidkante 128 an dem Übergang der führenden Fläche 124 und dem oberen Abschnitt der O-Nut 112 abgetragenes Bohrgut zu erzeugen. Dieses Bohrgut wird in die O-Nut 112 geleitet. Die O-Nut 112 ist entlang des Körperabschnitts 100 mit glatter Oberfläche versehen. Dementsprechend wird Bohrgut in „sanfter” Weise weg von dem Kontaktbereich zwischen der Schneidkante 128 und dem Werkstück abgetragen.
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Für den Fall, dass der Nutzer wünscht, eine Nut in dem Werkstück zu bilden, wird ein seitlicher Druck auf das Werkzeug 100 ausgeübt. Der Druck drückt den Außenumfang 130 des Körperabschnitts 108 gegen das Werkstück an einem seitlichen Arbeitsbereich, welcher sich entlang der Achse 116 des Werkzeugs 100 erstreckt. Wenn die O-Nut 112 sich ausrichtend mit der Richtung der auf den seitlichen Arbeitsbereich ausgeübten Kraft rotiert, kann das Werkzeug 100 in Richtung der ausgeübten Kraft vorgetrieben werden. Bei weiterer Rotation des Werkzeuges 100 rotiert die durch die O-Nut 112 und den Außenumfang 130 gebildete Kante in den seitlichen Arbeitsbereich und funktioniert als eine seitliche Schneidkante. Das durch die seitliche Schneidkante erzeugte Bohrgut wird in die O-Nut geleitet und weg von dem Kontaktbereich zwischen dem Werkzeug 100 und dem Werkstück abgetragen.
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Der Schräg-Winkel 132 beeinflusst somit zusammen mit dem von einem Nutzer ausgeübten Betrag an seitlicher Kraft die „Aggressivität”, mit welcher sich das Werkzeug 100 in den seitlichen Arbeitsbereich des Werkstückes „beißt”, wenn das Werkzeug 100 als ein Fräser verwendet wird. Der Vortrieb des Werkzeuges 100 in den seitlichen Arbeitsbereich wird jedoch durch die Entlastungsflächen 114 gesteuert, welche das Werkstück an Stellen angrenzend an die O-Nut 112 (zum Beispiel oberhalb und unterhalb der O-Nut 112) in dem seitlichen Arbeitsbereich berühren. Überdies reduziert für eine gegebene Nut-Breite der erhöhte Spiral-Winkel 118 den axialen Abstand zwischen Kontaktpunkten der Entlastungsflächen 114 an Stellen angrenzend an die O-Nut 112 in dem seitlichen Arbeitsbereich. Entsprechend hat ein Nutzer eine verbesserte Kontrolle der Bewegung des Werkzeuges 100 im Werkstück, was zu einem gleichmäßigeren Schnitt führt.
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Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung dargestellt und erläutert wurde, sollte dies als darstellend und nicht beschränkend betrachtet werden. Es wird davon ausgegangen, dass lediglich die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt wurden und dass jegliche Änderungen, Modifikationen und weitere Anwendungen mit abgedeckt sein sollen, welche dem Grundgedanken der Erfindung entsprechen.
