DE1238743B - Bohrkopf - Google Patents

Description

DEUTSCHES #TO PATENTAMT Deutschem.: 49 a-45/01

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1238 743

Aktenzeichen: H 420911 b/49 a

1 238 743 Anmeldetag: 22.März 1961

Auslegetag: 13. April 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrkopf, insbesondere zum Bohren tiefer Bohrungen, mit mindestens zwei diesen längs der Bohrungswandung führenden Stützflächen, die von der der Bohrungswandung zugekehrten Seite mindestens eines Schneidenkörpers und gegebenenfalls von Führungsleisten gebildet sind und die Schnittkräfte aufnehmen, wobei durch den Zwischenraum zwischen dem Bohrkopf und der Bohrungswandung sowie durch mindestens einen Kanal im Bohrkopf ein Kühlmittel geleitet wird, das durch die Relativdrehung zwischen Bohrkopf und Werkstück in keilförmige Spalten eingepreßt wird und dort einen tragenden Schmiermittelfilm bildet.

Bei einem bekannten rohrförmigen Bohrerschaft für Metallbohrer der obengenannten Art ist die Außenfläche des Schaftes unrund profiliert und bildet Stützflächen, durch die sich der Bohrerschaft in seiner ganzen Länge über einen von der Kühlflüssigkeit gebildeten Schmiermittelfilm an der Bohrlochwandung zentrisch abstützt, um dadurch die Lebensdauer eines solchen Bohrers durch Dämpfung von Biegungs- und Drehschwingungen im Bohrerschaft zu verlängern und die Vorschubgeschwindigkeit zu steigern. Bei diesem bekannten Bohrerschaft sind die durch die unrunde Profilierung des Schaftes gebildeten Rippen so ausgebildet, daß zwischen ihnen und der Bohrlochwand die keilförmigen Spalten gebildet werden, in welche das Kühlmittel eingepreßt wird und tragende Schmiermittelfilme von Kühlflüssigkeit bildet.

Die Schnittkräfte des Schneidkörpers werden bei diesem bekannten Bohrerschaft von Führungsleisten aufgenommen, die auf der der Bohrungswandung zugekehrten Seite entsprechend der Bohrungswandung verlaufende Stützflächen bilden. Um die Schnittkräfte aufnehmen zu können, müssen diese Stützflächen verhältnismäßig groß sein. Dieses führt jedoch dazu, daß der Kühlmittelfilm zwischen Stützflächen und der Bohrungswandung nicht allen Zerspanungsarbeiten, insbesondere beim An- und Aufbohren, gewachsen ist.

Durch das Abreißen des Kühlmittelfilmes zwischen den Stützflächen der Führungsleisten und der Bohrungswand kommt es zu Grenzreibung und Trockenreibung. Bei Hochleistungswerkzeugen ist es dann nur eine Frage von Sekunden, bis es danach zu Preßschweißungen zwischen dem Hartmetall der Führungsleisten und der Bohrungswandung kommt. Das Preßschweißen führt aber zum Aufreißen der Bohrungswandung, wodurch das aufgebohrte Werkstück in vielen Fällen unbrauchbar wird. Mindestens wird Bohrkopf

Anmelder:

Gebrüder Heller, Uphusen 157 (Kr. Verden/Aller)

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Bernd Reinhold Ludwig Greuner,
ίο Bremen-Osterholz

aber die Qualität des Werkstückes dadurch wesentlich beeinträchtigt.

Weiterhin zerstört das Preßschweißen die aus Hartmetall bestehenden Führungsleisten nach ganz kurzer Zeit. Das Hartmetall wird aus der Führungsleiste herausgerissen und gerät durch den Kühhnittelstrom zur Schneide des Werkzeuges, wodurch dieses in sehr vielen Fällen beschädigt wird. Dieser Nachteil tritt häufig bei den hochwertigen Werkstoffen auf, die heute in der Technik mit zunehmendem Maß verwendet werden. Besonders der Zusatz von Nickel erhöht die Aufschweißbereitschaft des Werkstoffes gegenüber dem Hartmetall.

Um das Zerstören der Führungsleisten möglichst lange zu verhindern, müssen diese in ihrer ganzen Länge aus einem kostspieligen Hartmetall hergestellt werden, wodurch die Kosten des Bohrkopfes wesentlich erhöht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohrkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die obengenannten Preßschweißungen zwisehen den Stützflächen der Führungsleisten und der Bohrungswandung nicht auftreten können, so daß der Bohrkopf eine möglichst lange Lebensdauer hat. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Stützfläche durch eine sich in ihrer Längsrichtung verlaufende Linie in eine zur Bohrungswand im wesentlichen parallele Rastfläche und eine den keilförmigen Spalt bildende Einlauffläche unterteilt ist.

Durch diese Unterteilung der Stützfläche werden auf Grund bekannter hydrodynamischer Gesetze so große hydrodynamische Kräfte erzielt, daß die ganzen Schnittkräfte des Schneidenkörpers von der Schmiermittelflüssigkeit aufgenommen werden, die durch die Relativdrehung zwischen Bohrkopf und Werkstück in den keilförmigen Spalt zwischen Stützfläche und Bohrungswandung eingepreßt wird. Die Berechnung der Öffnung des keilförmigen Spaltes erfolgt auf

709 549/118

Grund der dem Fachmann aus der allgemeinen Hydrodynamik bekannten mathematischen Beziehungen, so daß die Erfindung es ermöglicht, durch entsprechende Ausbildung der Stützfläche mit Sicherheit ein Zerreißen des Schmiermittelfilmes zu vermeiden.

Da der Bohrkopf nunmehr schwimmend in der Bohrung liegt, wird nicht nur die Gefahr der Preßschweißung vermieden, sondern auch die Abnutzung der Führungsleiste auf ein Minimum verringert. Die Erfindung ermöglicht es daher, an Stelle kostspieliger, sehr harter und zäher Werkstoffe billigere und weichere Werkstoffe zu verwenden, ohne daß dadurch ein Nachteil in Kauf genommen werden muß. Da aber beim Anbohren einer Bohrung der gemäß der Erfindung angestrebte Zweck noch nicht eintritt, kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß sowohl der Schneidenkörper als auch die Führungsleiste durch eine sich quer zu ihrer Längsrichtung erstreckende Trennfläche in einen zum Bohren bzw. Anbohren der Bohrung aus einem harten und zähen Werkstoff bestehenden Kopf und einem weicheren Werkstoff bestehenden Hauptteil unterteilt ist. Dadurch wird erreicht, daß derjenige Teil des Stützflächenträgers, der einer höheren Abnutzung unterworfen ist, aus einem entsprechend harten und zähen Werkstoff besteht und so eine gewisse Lebensdauer des Stützflächenträgers gewährleistet und daß der übrige Teil aus einem billigeren Werkstoff hergestellt werden kann, ohne daß dadurch die Lebensdauer des Werkzeuges beeinträchtigt wird.

Diese Aufteilung des Stützflächenträgers durch eine sich quer zur Längsachse des Stützflächenträgers erstreckende Trennfläche kann auch vorteilhaft dazu ausgenutzt werden, im Kopf beispielsweise einer Führungsleiste entstehende Risse auf den Kopf zu beschränken, da diese sich über die Trennfläche nicht fortpflanzen können. Tritt nach längerem Gebrauch ein Riß im Kopf der Führungsleisten auf, dann wird dieser Kopf einfach bis zur Trennfläche abgeschliffen, und in die Führungsleiste wird um das abgeschliffene Stück vorgeschoben. Man kann auf diese Weise eine Führungsleiste aus durch mehrere solche sich quer zu ihrer Längsachse erstreckende Flächen unterteilten Stücken zusammensetzen, so daß dann ein mehrfaches Verkürzen der Führungsleiste möglich ist. Natürlich müssen in einem solchen Fall die einzelnen Stücke der Führungsleisten aus gleichwertigem Material bestehen.

Die Einlauffläche der Stützfläche ist praktisch überhaupt keiner Abnutzung ausgesetzt. Um hier eine weitere Einsparung an kostbarem Material zu erreichen, kann der Stützflächenträger durch eine sich im wesentlichen radial zum Bohrkopf erstrekkende Trennfläche in eine die Rastfläche bildende Teilleiste aus härterem Werkstoff und eine die Einlauffläche bildende Teilleiste aus weicherem Werkstoff unterteilt sein. Man hat es also in der Hand, auch z. B. bei der Ausbildung des Hauptteiles des Stützflächenträgers noch weitere Einsparungen vornehmen zu können.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Bohrkopf während des Bohrens einer Bohrung in einem ebenfalls im Schnitt dargestellten Werkstück,

F i g. 2 eine Stirnansicht des Bohrkopfes nach F i g. 1 in größerer Darstellung.

In F i g. 1 ist ein Werkstück 1 dargestellt, in das mittels eines an einem Bohrrohr 2 befestigten Bohrkopfes 3 eine Bohrung 4 gebohrt wird. Der Bohrstelle wird durch den Ringraum 5 zwischen dem Bohrrohr 2 und dem Bohrkopf 3 einerseits und der Wandung der Bohrung 4 andererseits ein Kühlmittel zugeführt, das durch einen im Bohrkopf 3 vorgesehenen Kanal 6 abgeführt wird und dabei die beim Bohren erzeugten Späne 7 mitnimmt.

Bei dem dargestellten Bohrkopf 3 handelt es sich um einen einschneidigen Bohrkopf mit nur einer Schneide 8, die an einem Schneidenkörper 9 vorgesehen ist, der an einer Seitenwandung des Kanals 6 befestigt ist. Die beim Bohren von der Schneide 8 verursachten unsymmetrischen Schnittkräfte werden durch zwei Führungsleisten 11 aufgenommen.

Die der Wandung der Bohrung 4 zugekehrte Stützfläche der Führungsleiste ist durch eine sich in Längsrichtung der Leiste erstreckenden Anschliff in eine zur Bohrungswandung im wesentlichen parallele Rastfläche 12 und eine mit der Bohrungswandung einen Einlaufkeil 13 bildende Einlauffläche 14 unterteilt. Weiterhin ist jede Leiste 11 durch eine sich quer zu ihrer Längsrichtung erstreckende Trennfläche 15 (F i g. 1) in einen aus einem harten und zähen Werkstoff bestehenden Kopf 16 und einen aus einem weicheren Werkstoff bestehenden Hauptteil 17 unterteilt.

Dreht sich der Bohrkopf 3 in Richtung des Pfeiles 3' relativ zum Werkstück 1, dann entsteht bei entsprechender, mathematisch verhältnismäßig leicht zu ermittelnder Weite 13' der öffnung des Einlaufkeiles 13 ein so großer Staudruck des sich im Ringraum 5 befindlichen Kühlmittels, daß durch den auf die Einlauffläche 14 wirkenden hydrodynamischen Druck die Führungsleiste 11 und damit also auch die Rastfläche 12 von der Wandung der Bohrung 4 etwas abgehoben wird. Die Rastfläche 12 gleitet also auf einem Ölfilm und wird dadurch beim Bohren kaum abgenutzt, so daß die Führungsleiste 11 aus einem verhältnismäßig billigen Werkstoff hergestellt werden kann. Durch den Kopf 16 aus hartem und zähem Werkstoff wird darüber hinaus erreicht, daß die nicht zu vermeidende Beanspruchung der Führungsleiste an ihrem vorderen Ende nicht vorzeitig zu einer Zerstörung dieses Endes führt. Man kann hierbei für den Kopf 16 einen besonders hochwertigen Stoff nehmen, ohne daß dadurch der Bohrkopf 3 wesentlich verteuert wird, da der Kopf 16 nur einen kleinen Teil der Führungsleiste 11 ausmacht.

Da der die Rastfläche 12 bildende Teil des Hauptteiles 17 der Führungsleiste etwas größeren Beanspruchungen ausgesetzt ist als der die Einlauffläche 14 bildende Teil, kann der Hauptteil 17 durch eine sich im wesentlichen radial zum Bohrkopf erstrekkende Trennfläche 18 in eine die Rastfläche 12 bildende Teilleiste 12' aus härterem Werkstoff und eine die Einlauffläche 14 bildende Teilleiste 14' aus weicherem Werkstoff unterteilt sein.

Um die gleiche Wirkung wie bei der Stützfläche 12, 14 der Führungsleistenil auch bei der Stützfläche des Schneidenkörpers 9 zu erreichen, ist diese ebenfalls in eine einen Einlaufkeil 13 bildende Einlauffläche 14 und eine Rastfläche 12 unterteilt. Diese Flächen sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel verhältnismäßig klein, weil die Zerspanungskräfte der Schneide 8 in der Hauptsache auf die Leiste 11 übertragen werden. Bei Bohrern mit mehreren Schneiden

Claims (4)

können aber die Schneidenkörper ebenso ausgebildet sein wie die Führungsleiste 11, wobei auch die gleiche Unterteilung durch radiale Flächen und quer zur Längsachse verlaufende Flächen möglich ist. Patentansprüche:

1. Bohrkopf, insbesondere zum Bohren tiefer Bohrungen, mit mindestens zwei diesen längs der Bohrungswandung führenden Stützflächen, die von der der Bohrungswandung zugekehrten Seite mindestens eines Schneidenkörpers und gegebenenfalls von Führungsleisten gebildet sind und die Schnittkräfte aufnehmen, wobei durch den Zwischenraum zwischen dem Bohrkopf und der Bohrungswandung sowie durch mindestens einen Kanal im Bohrkopf ein Kühlmittel geleitet wird, das durch die Relativdrehung zwischen Bohrkopf und Werkstück in keilförmige Spalten eingepreßt wird und dort einen tragenden Schmiermittelfilm bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (12, 14) durch eine sich in ihrer Längsrichtung verlaufende Linie in eine zur Bohrungswandung im wesentlichen parallele Rastfläche (12) und eine den

keilförmigen Spalt (13) bildende Einlauffläche (14) unterteilt ist.

2. Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützflächenkörper (9, 11) durch eine sich quer zu seiner Längsrichtung erstreckende Trennfläche (15) in einen zum Anbohren der Bohrung (4) aus einem harten und zähen Werkstoff bestehenden Kopf (16) und einen aus einem weicheren Werkstoff bestehenden Hauptteil (17) unterteilt ist.

3. Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützflächenkörper durch mehrere sich quer zu seiner Längsrichtung erstreckende Trennflächen unterteilt ist.

4. Bohrkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützflächenkörper (9, 11) durch eine sich im wesentlichen radial zum Bohrkopf (3) erstreckenden Trennfläche (18) in eine die Rastfläche (12) bildende Teilleiste (12') aus härterem Werkstoff und eine die Einlauffläche (14) bildende Teilleiste (14') aus weicherem Werkstoff unterteilt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 048 117.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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