DE19807609A1 - Spiralbohrer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralbohrer, der in einem Drall- bzw. Rollwalzverfahren hergestellt ist, wobei am oberen Ende ein Schaft angeordnet ist und das untere Ende als Arbeitsende mit einer Bohrerspitze ausgebildet ist und wobei sich vom Schaft zu der Bohrerspitze ein Paar von Spiralnuten mit Führungsfasen erstreckt, das unter einem vorbestimmten Steigungswinkel ausgebildet ist und einen Kern aufweist, der sich von dem Schaft zur Bohrerspitze hin verjüngt.

Durch die EP 0 761 352 A1 ist ein walzgeschmiedeter Bohrer bekannt, der einen Schaft zum Einsetzen in ein Bohrspannfut­ ter aufweist. Der anschließende Schaft ist mit einem spiral­ förmig ausgebildeten Kern mit einer Schneidspitze versehen. Die Schneidspitze weist eine zentrale Querschneide und zwei abgewinkelte Schneidkanten auf. Die Schneidspitze wird nach dem Walzschmieden angeformt, wobei die Querschneide von zwei Spanflächen umschlossen ist.

Bei dem bekannten walzgeschmiedeten Bohrer verjüngt sich der Kern stetig zur Schneide hin. Der Kern weist dabei an der Schneide eine Dicke von nicht mehr als 30% der größten Dicke des Kernes am Übergang zum Schaft auf.

Die Bohrleistung des Bohrers ist bei einer gleichbleibenden Standzeit erhöht. Durch die verringerte Dicke des Kernes im Bereich der gesamten Länge der Spannuten aufgrund der steti­ gen Verjüngung zur Schneide hin bis auf einen Wert von nicht mehr als 30% ist die Torsionsfestigkeit des Bohrers verrin­ gert. Hierdurch ergeben sich Abweichungen bei der Bohrungs­ rundheit und es können Bohrungsübermaße auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spiralbohrer, der in einem Drall- bzw. Rollwalzverfahren hergestellt ist, wobei am oberen Ende ein Schaft angeordnet ist und das untere Ende als Arbeitsende mit einer Bohrerspitze ausgebildet ist und wobei sich vom Schaft zu der Bohrerspitze ein Paar von Spiralnuten mit Führungsfasen erstreckt, das unter einem vor­ bestimmten Steigungswinkel ausgebildet ist und einen Kern aufweist, der sich vom Schaft zur Bohrerspitze hin verjüngt, zu schaffen, der bei effizienten Schnittbedingungen eine hohe Torsionsfestigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kern mit einer vorgesehenen Kerndicke von dem Bereich des Auslau­ fes der Spiralnuten in den Schaft bis in einen vorbestimmten Längenbereich oberhalb der Bohrerspitze auf eine verringerte Kerndicke stetig verjüngt ist und anschließend eine weitere gewalzte größere Kernverjüngung aufweist, deren vorderes Ende eine zusätzlich gewalzte verminderte Kerndicke aufweist, die eine verminderte Querschneide ergibt.

Mit dem erfindungsgemäßen Spiralbohrer werden effiziente Schnittbedingungen erreicht, indem die Vorschubkraft und die Drehmomente reduziert werden. Hierdurch sind beim Bohren eine geringere Anpreßkraft sowie eine geringere Antriebsleistung erforderlich. Der Spiralbohrer ist damit besonders zum Ein­ satz in einem Akku-Schrauber geeignet.

Durch die Ausbildung des Kernes mit zwei verschiedenen Ver­ jüngungswinkeln wird erreicht, daß der Spiralbohrer im oberen Bereich eine relativ große Kerndicke aufweist, während im Bereich der Bohrerspitze die nach dem Spitzenschleifen er­ reichte Querschneide vergleichbare Abmessungen wie eine aus­ gespitzte Querschneide aufweisen kann. Auf diese Weise werden zwei an sich widersprechende Forderungen verwirklicht, näm­ lich eine hohe Torsionsfestigkeit des Spiralbohrers und gleichzeitig ein Bohren ohne Ankörnen durch die relativ ge­ ringe Breite der Querschneide. Die Stabilität des Spiralboh­ rers ermöglicht gleichzeitig ein nahezu kreisrundes Bohrloch in hoher Güte.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kerndicke im Bereich des Auslaufes der Spiralnuten am Schaft, die Kern­ dicke am oberen Ende der größeren Kernverjüngung und die Kern­ dicke an der Bohrerspitze in Abhängigkeit von dem Bohrer­ durchmesser in einem Bereich von
K3 = 0,30-0,43 D
K2 = 0,17-0,23 D
K1 = 0,095-0,12 D
ausgebildet sind.

Vorzugsweise entspricht die Länge der größeren Kernverjüngung dem ein- bis zweifachen Bohrerdurchmesser, wobei die Steigung der größeren Kernverjüngung von der Kerndicke an der Bohrer­ spitze bis zur Kerndicke am oberen Ende der größeren Kernver­ jüngung größer als die Steigung des Kernes von der Kerndicke am oberen Ende der größeren Kernverjüngung bis zur Kerndicke im Bereich des Auslaufes der Spiralnuten am Schaft ist.

Der Spiralbohrer kann dabei zwei oder vier Führungsfasen auf­ weisen. Bei dem Einsatz von vier Führungsfasen wird die Bohr­ genauigkeit weiter erhöht.

Die Schnittbedingungen des Spiralbohrers können bei einer hohen Torsionsfestigkeit noch verbessert werden, wenn die Bohrerspitze als eine Kegelmantelspitze mit der verminderten Querschneide ausgebildet ist, die einen Spitzenwinkel von 118°, einen Seitenfreiwinkel von 10°-15° sowie einen Quer­ schneidenwinkel zur Hauptschneide von 48°-55° aufweist.

Besonders effiziente Schnittbedingungen werden erreicht, wenn die Bohrerspitze als eine Pilotspitze mit der verminderten Querschneide ausgebildet ist, die eine Vorschneidespitze mit einem Durchmesser von 0,5-0,7 des Bohrerdurchmessers auf­ weist, wobei die Vorschneidespitze einen Spitzenwinkel von 118°-122° hat, während der Winkel der anschließenden Schneiden zueinander 174°-176° und der Seitenfreiwinkel 6°-8° beträgt.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläu­ tert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Seitenansicht eines Spiralbohrers,

Fig. 2 die Seitenansicht des Spiralbohrers nach Fig. 1 im Längsschnitt,

Fig. 3 die Seitenansicht des Arbeitsendes eines Spiralboh­ rers mit einer Bohrerspitze mit Kegelmantelschliff und zwei Führungsfasen in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 die Bohrerspitze nach Fig. 3 bei einer Drehung um 90°,

Fig. 5 die Vorderansicht der Bohrerspitze nach Fig. 3,

Fig. 6 die Seitenansicht des Arbeitsendes eines Spiralboh­ rers mit einer Bohrerspitze mit Kegelmantelschliff und vier Führungsfasen in vergrößerter Darstellung,

Fig. 7 die Bohrerspitze nach Fig. 6 bei einer Drehung um 90°,

Fig. 8 die Vorderansicht der Bohrerspitze nach Fig. 6,

Fig. 9 die Seitenansicht des Arbeitsendes eines Spiralboh­ rers mit einer Bohrerspitze mit Pilotanschliff und vier Führungsfasen in vergrößerter Darstellung,

Fig. 10 die Bohrerspitze nach Fig. 9 bei einer Drehung um 90°,

Fig. 11 die Vorderansicht der Bohrerspitze nach Fig. 9,

Fig. 12 eine Tabelle mit Multiplikatoren des Bohrerdurchmes­ sers zur Ermittlung von Kerndicken.

In Fig. 1 ist ein Spiralbohrer 1, vorzugsweise mit einem Boh­ rerdurchmesser D in einem Bereich von 3-14 mm, gezeigt, der in einem Drall- bzw. Rollwalzverfahren hergestellt ist. Der Spiralbohrer 1 weist an seinem oberen Ende einen Schaft 2 zum Befestigen in einem Bohrfutter auf. Das untere Ende des Spi­ ralbohrers 1 ist das Arbeitsende mit einer Bohrerspitze 5. Von dem Schaft 2 erstreckt sich zu der Bohrerspitze 5 ein Paar von Spiralnuten 3, das unter einem vorbestimmten Stei­ gungswinkel ausgebildet ist. Die Spiralnuten 3 weisen einen Kern 6 auf.

Wie in Fig. 2 gezeigt, verjüngt sich der Kern 6 vom Bereich des Auslaufes der Spiralnuten 3 in den Schaft 2 bis zur Boh­ rerspitze 5. Um die Querschneide 8 der Bohrerspitze 5 zu ver­ kürzen, erhält der Spiralbohrer 1 im Bereich seines Arbeits­ endes eine gewalzte größere Kernverjüngung 7. Die Kerndicke K1 des Kernes 6 an der Bohrerspitze 5 ist die Voraussetzung der verminderten Breite der Querschneide 8, wobei die Kern­ dicke K1 bis auf das Ausspitzmaß verringert sein kann. Die gewalzte größere Kernverjüngung 7 weist vorzugsweise eine Länge L des ein- bis zweifachen Bohrerdurchmessers D auf. Am oberen Ende der größeren Kernverjüngung 7 hat der Kern 6 eine Kerndicke K2, die der Kerndicke eines an sich bekannten Spi­ ralbohrers im Bereich der Bohrerspitze entspricht. Die Quer­ schneide 8 am unteren Ende des Spiralbohrers 1 ist durch die größere Kernverjüngung 7 wesentlich kürzer als bei den be­ kannten Spiralbohrern.

Von dem oberen Ende der größeren Kernverjüngung 7 mit der Kerndicke K2 nimmt die Dicke des Kernes 6 bis zu einer Kern­ dicke K3 im Bereich des Auslaufes der Spiralnuten 3 in den Schaft 2 zu. Die Kernsteigung liegt dabei um 30% höher als bei bekannten Spiralbohrern.

Die Kerndicken K1; K2; K3 können in Abhängigkeit vom Bohrer­ durchmesser D mit einem Multiplikator M1; M2; M3 wie folgt berechnet werden:
K1 = M1 × D
K2 = M2 × D
K3 = M3 × D.

Die Bereiche der Multiplikatoren M1; M2; M3 betragen dabei:
Bereich M1 = 0,095-0,12
Bereich M2 = 0,17-0,23
Bereich M3 = 0,30-0,43.

In der Fig. 12 ist eine Tabelle mit den Multiplikatoren M1; M2; M3 des Bohrerdurchmessers D zur Ermittlung von Kerndicken K1; K2; K3 gezeigt. Die Bohrerdurchmesser D liegen dabei in einem Bereich von D = 3,0 mm ∅ - 14 mm ∅. In der Tabelle sind die Multiplikatoren M1; M2; M3 aus den vorstehend ange­ gebenen Bereichen bestimmten Bohrerdurchmessern D zugeordnet. Damit können bevorzugte Kerndicken K1; K2; K3 ermittelt wer­ den.

Durch die Ausbildung des Spiralbohrers 1 mit dem vorstehend beschriebenen Kern 6 und der im Arbeitsbereich angewalzten größeren Kernverjüngung 7 werden die Schnittbedingungen des Spiralbohrers 1 wesentlich verbessert. Durch Versuche wurde ermittelt, daß eine geringere Vorschubkraft sowie ein gerin­ geres Drehmoment und damit eine geringere Antriebsleistung beim Bohren von Löchern erforderlich sind. Dadurch ist es möglich, Antriebsaggregate mit geringen Leistungen einzuset­ zen. So ist der Spiralbohrer 1 sehr gut für den Einsatz in einem Akku-Schrauber geeignet.

Durch die geringe Breite der Querschneide 8 infolge des An­ walzens der größeren Kernverjüngung 7 ist ein verbessertes, weitgehend verlaufsfreies Anbohren und damit der Wegfall des Ankörnens des zu bohrenden Materials möglich. Außerdem wird durch den steilen Anstieg des Kernes 6 von der größeren Kern­ verjüngung 7 zum Schaft 2 ein verbessertes Torsionsverhalten des Spiralbohrers erreicht.

In den Fig. 3 bis 11 sind die Arbeitsenden eines Spiralboh­ rers 1 mit der Bohrerspitze 5 und Führungsfasen 4 gezeigt. Hierbei sind unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt.

In den Fig. 3 bis 5 ist das Arbeitsende eines Spiralbohrers 1 mit einer Kegelmantelspitze 9 gezeigt. Der Spiralbohrer 1 weist vorzugsweise einen Bohrerdurchmesser D in einem Bereich von 3-14 mm ∅ auf. Die Kegelmantelspitze 9 hat einen Spit­ zenwinkel δ von 118° (Fig. 3). Der Seitenfreiwinkel α beträgt zwischen 10°-15° (Fig. 4).

Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, daß die Querschneide 8 durch die gewalzte größere Kernverjüngung 7 relativ schmal ausge­ bildet ist. Der Spiralbohrer 1 ist mit zwei Führungsfasen 4 an den Spiralnuten 3 versehen.

In den Fig. 6 bis 8 ist das Arbeitsende einer weiteren Aus­ führungsform eines Spiralbohrers 1 mit einer Kegelmantelspit­ ze 9 gezeigt.

Der Bohrerdurchmesser D des Spiralbohrers 1 liegt vorzugswei­ se in einem Bereich von 3-14 mm ∅. Die Kegelmantelspitze 9 weist ebenfalls einen Spitzenwinkel δ von 118° sowie einen Seitenfreiwinkel α zwischen 10°-15° auf. Die Querschneide 8 ist bei dieser Ausführungsform infolge der gewalzten ver­ größerten Kernverjüngung 7 relativ schmal ausgebildet.

Wie in Fig. 8 dargestellt, weist der Spiralbohrer 1 vier Füh­ rungsfasen 4 an den Spiralnuten 3 auf. Hierdurch wird eine verbesserte Führung des Spiralbohrers 1 erreicht. Damit er­ gibt sich bei der Bohrung ein geringeres Bohrungsübermaß und es ergeben sich geringere Abweichungen zu der Bohrungsrund­ heit. Bei einem Querschneidenwinkel γ von 48°-55° zur Hauptschneide 12 sind besonders gute Leistungswerte erreich­ bar.

In den Fig. 9 bis 11 ist das Arbeitsende eines Spiralbohrers 1 mit einer Pilotspitze 10 und vier Führungsfasen 4 gezeigt.

Der Bohrerdurchmesser D des Spiralbohrers 1 liegt vorzugswei­ se ebenfalls zwischen 3-14 mm ∅. Die Pilotspitze 10 ist für ein verlaufsfreies Bohren sowie für das Bohren in dünn­ wandigen Werkstücken, d. h. mit einer Materialdicke, die in etwa dem Bohrerdurchmesser D entspricht, besonders gut geeig­ net. Die Pilotspitze 10 weist eine Vorschneidespitze 11 mit einem Durchmesser d von 0,5-0,7 Bohrerdurchmesser D sowie zwei gegenüberliegende Schneidkanten 13 auf. Die Vorschneide­ spitze 11 hat einen Spitzenwinkel δ1 von 118°-122°. Die den Schneidkanten 13 sich anschließenden zwei einander gegen­ überliegenden Schneiden 14 bilden den Winkel δ2 von 174°-176° und der Seitenfreiwinkel α derselben beträgt 6°-8°.

Der Spiralbohrer 1 weist hierbei vier Führungsfasen 4 auf. Bei einem Querschneidenwinkel γ von ca. 26° bis zu einem Durchmesser von 6,5 mm ∅ des Spiralbohrers 1 und ca. 38° < 6,5 mm ∅ zur Schneide 14 werden besonders günstige Lei­ stungswerte beim Bohren erreicht.

Die Querschneide 8 weist an der Vorschneidespitze 11 infolge der gewalzten vergrößerten Kernverjüngung 7 ebenfalls eine relativ geringe Breite auf.

Es ist natürlich auch möglich, einen Spiralbohrer 1 mit einer Pilotspitze 10 sowie zwei Führungsfasen 4 auszubilden. Die Ausbildung des beschriebenen Kernes 6 mit der größeren Kern­ verjüngung 7 an einem Spiralbohrer 1 kann auch eingesetzt werden bei einer anderen Ausbildung des Arbeitsbereiches, beispielsweise mit einer anders gestalteten Bohrerspitze 5.

Claims (6)

1. Spiralbohrer, der in einem Drall- bzw. Rollwalzverfahren hergestellt ist, wobei am oberen Ende ein Schaft angeord­ net ist und das untere Ende als Arbeitsende mit einer Bohrerspitze mit einer Querschneide ausgebildet ist und wobei sich vom Schaft zu der Bohrerspitze ein Paar von Spiralnuten mit Führungsfasen erstreckt, das unter einem vorbestimmten Steigungswinkel ausgebildet ist und einen Kern aufweist, der sich von dem Schaft zur Bohrerspitze hin verjüngt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (6) mit einer vorgesehenen Kerndicke (K3) von dem Bereich des Auslaufes der Spiralnuten (3) in den Schaft (2) bis in einen vorbestimmten Längenbereich oberhalb der Bohrer­ spitze (5) auf eine verringerte Kerndicke (K2) stetig verjüngt ist und anschließend eine weitere gewalzte größere Kernverjüngung (7) aufweist, deren vorderes Ende eine zusätzlich gewalzte verminderte Kerndicke (K1) auf­ weist, die eine verminderte Querschneide (8) ergibt.

2. Spiralbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerndicke (K3) im Bereich des Auslaufes der Spiralnu­ ten (3) am Schaft (2), die Kerndicke (K2) am oberen Ende der größeren Kernverjüngung (7) und die Kerndicke (K1) an der Bohrerspitze (5) in Abhängigkeit von dem Bohrerdurch­ messer (D) in einem Bereich von
K3 = 0,30-0,43 D
K2 = 0,17-0,23 D
K1 = 0,095-0,12 D
ausgebildet sind.

3. Spiralbohrer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Länge der größeren Kernverjüngung (7) dem ein- bis zweifachen Bohrerdurchmesser (D) entspricht, wobei die Steigung der größeren Kernverjüngung (7) von der Kerndicke (K1) an der Bohrerspitze (5) bis zur Kern­ dicke (K2) am oberen Ende der größeren Kernverjüngung (7) größer als die Steigung des Kernes (6) von der Kerndicke (K2) am oberen Ende der größeren Kernverjüngung (7) bis zur Kerndicke (K3) im Bereich des Auslaufes der Spiral­ nuten (3) am Schaft (2) ist.

4. Spiralbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralbohrer (1) zwei oder vier Führungsfasen (4) aufweist.

5. Spiralbohrer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrerspitze (5) als eine Kegelmantelspitze (9) mit der verminderten Quer­ schneide (8) ausgebildet ist, die einen Spitzenwinkel (δ) von 118°, einen Seitenfreiwinkel (α) von 10°-15° sowie einen Querschneidenwinkel (γ) zur Hauptschneide (12) von 48°-55° aufweist.

6. Spiralbohrer nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrerspitze (5) als eine Pilotspitze (10) mit der verminderten Querschneide (8) ausgebildet ist, die eine Vorschneidspitze (11) mit einem Durchmesser (d) von 0,5-0,7 Bohrerdurchmesser (D) aufweist, wobei die Vorschneidspitze (11) einen Spitzen­ winkel (δ1) von 118°-122° hat, während der Winkel (δ2) der Schneiden (14) zueinander 174°-176° und der Seiten­ freiwinkel (α) 6°-8° beträgt.