-
Die Erfindung bezieht sich auf den
Werkzeugbau und dabei auf einen Spiralbohrer, der in einem Drall-
bzw. Rollwalzverfahren hergestellt wird.
-
Aus der
DE 83 28 538 U1 ist ein
Vollhartmetallspiralbohrer zur Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe
bekannt, dessen Bohrkopf mindestens zwei Hauptschneiden mit je einer
Innenschneide und einer Außenschneide
aufweist, wobei die Innenschneiden im Bohrkopfzentrum durch eine
Querschneide verbunden sind. Die Bohrkopfspitze weist einen Durchmesser
der Spitzenbasis zwischen 0,3 × D
und 0,6 × D
auf, wobei D der Bohrdurchmesser ist. Ansonsten wird eine besondere
Spitzengeometrie beschrieben, ohne dass auf den Kern des Bohrers näher eingegangen
wird.
-
Durch die
EP 0 761 352 A1 ist ein
walzgeschmiedeter Bohrer bekannt, der einen Schaft zum Einsetzen
in ein Bohrspannfutter aufweist. Der anschließende Schaft ist mit einem
spiralförmig
ausbildeten 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 stetigen Verjüngung
zur Schneide hin bis auf einen Wert von nicht mehr als 30 % ist
die Torsionsfestigkeit des Bohrers verringert. Hierdurch ergeben
sich Abweichungen bei der Bohrungsrundheit und es können Bohrungsübermaße auftreten.
-
Der Spiralbohrer gemäß
DE 296 20 308 U1 umfasst
einen Schaft, einen zylindrischen Schneidteil mit sich vom Schaft
bis zur Spitze insgesamt in seiner Längsrichtung verjüngenden
Kern, wobei in Längsrichtung
vor dem sich verjüngenden
Teil des Kern ein zylindrischer Anspitzabschnitt vorgesehen ist.
Bei diesem Spiralbohrer ist der vordere Teil des sich verjüngenden
Kerns stärker
konisch ausgebildet und soll so ein einfacheres Nachschleifen gewährleisten. Trotz
des Nachschleifens soll der Kern im Bereich der Bohrerspitze unverändert bleiben.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, unter
effizienteren Schnittbedingungen eine höhere Torsionsfestigkeit zu
erreichen. Gelöst
wird diese Aufgabe mit einem Spiralbohrer nach Patentanspruch 1,
vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß ist ein Spiralbohrer vorgesehen,
der in einem Drall- bzw. Rollwalzverfahren hergestellt ist, mit
- - einem Schaft am oberen Ende,
- – einem
sich vom Schaft zur Bohrerspitze erstreckenden Paar von Spiralnuten
mit Führungsfasen,
- – einem
Kern, der sich vom Schaft zur Bohrerspitze hin verjüngt,
- – einer
ersten Kernverjüngung
von der Kerndicke (K3) im Bereich des Auslaufens der Spiralnuten
in den Schaft bis in einen Längenbereich
des ein- bis zweifachen Bohrerdurchmessers (D) von oberhalb der
Bohrerspitze auf die Kerndicke (K2),
- – einer
sich dann anschließenden
gewalzten größeren Kernverjüngung
- – mit
einer zusätzlich
verminderten Kerndicke (K1), die eine verminderte, Querschneide
ergibt am vorderen Ende der Kernverjüngung,
- – wobei
die Kerndicken (K3 – K1)
in Abhängigkeit von
dem Bohrerdurchmesser (D) in einem Bereich von
K3 = 0,30 – 0,43D
K2
= 0,17 – 0,23D
K1
= 0,095 – 0,12D.
ausgebildet
sind.
-
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 Einsatz in einem Akku-Schrauber geeignet.
-
Durch die Ausbildung des Kernes mit
zwei verschiedenen Verjüngungswinkeln
wird erreicht, daß der
Spiralbohrer im oberen Bereich eine relativ große Kerndicke aufweist, während im
Bereich der Bohrerspitze die nach dem Spitzenschleifen erreichte
Querschneide vergleichbare Abmessungen wie eine ausgespitzte Querschneide
aufweisen kann. Auf diese Weise werden zwei an sich widersprechende Forderungen
verwirklicht, nämlich
eine hohe Torsionsfestigkeit des Spiralbohrers und gleichzeitig
ein Bohren ohne Ankörnen
durch die relativ geringe Breite der Querschneide. Die Stabilität des Spiralbohrers ermöglicht gleichzeitig
ein nahezu kreisrundes Bohrloch in hoher Güte.
-
Vorzugsweise entspricht die Länge der
größeren Kernverjüngung dem
ein- bis zweifachen Bohrerdurchmesser, wobei die Steigung der größeren Kernverjüngung von
der Kerndicke an der Bohrerspitze bis zur Kerndicke am oberen Ende
der größeren Kernverjüngung 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
aufweisen. Bei dem Einsatz von vier Führungsfasen wird die Bohrgenauigkeit
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
Querschneidenwinkel 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 aufweist, 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 erläutert. In
den zugehörigen
Zeichnungen zeigen
-
1 die
Seitenansicht eines Spiralbohrers,
-
2 die
Seitenansicht des Spiralbohrers nach 1 im
Längsschnitt,
-
3 die
Seitenansicht des Arbeitsendes eines Spiralbohrers mit einer Bohrerspitze
mit Kegelmantelschliff und zwei Führungsfasen in vergrößerter Darstellung,
-
4 die
Bohrerspitze nach 3 bei
einer Drehung um 90°,
-
5 die
Vorderansicht der Bohrerspitze nach 3,
-
6 die
Seitenansicht des Arbeitsendes eines Spiralbohrers mit einer Bohrerspitze
mit Kegelmantelschliff und vier Führungsfasen in vergrößerter Darstellung,
-
7 die
Bohrerspitze nach 6 bei
einer Drehung um 90°,
-
8 die
Vorderansicht der Bohrerspitze nach 6,
-
9 die
Seitenansicht des Arbeitsendes eines Spiralbohrers mit einer Bohrerspitze
mit Pilotanschliff und vier Führungsfasen
in vergrößerter Darstellung,
-
10 die
Bohrerspitze nach 9 bei
einer Drehung um 90°,
-
11 die
Vorderansicht der Bohrerspitze nach 9,
-
12 eine
Tabelle mit Multiplikatoren des Bohrerdurchmessers zur Ermittlung
von Kerndicken.
-
In 1 ist
ein Spiralbohrer 1, vorzugsweise mit einem Bohrerdurchmesser
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 Spiralbohrers 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 Steigungswinkel
ausgebildet ist. Die Spiralnuten 3 weisen einen Kern 6 auf.
-
Wie in 2 gezeigt,
verjüngt
sich der Kern 6 vom Bereich des Auslaufes der Spiralnuten 3 in
den Schaft 2 bis zur Bohrerspitze 5. Um die Querschneide 8 der
Bohrerspitze 5 zu verkürzen,
erhält
der Spiralbohrer 1 im Bereich seines Arbeitsendes 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 Kerndicke 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 Spiralbohrers im Bereich der Bohrerspitze entspricht.
Die Querschneide 8 am unteren Ende des Spiralbohrers 1 ist
durch die größere Kernverjüngung 7 wesentlich
kürzer
als bei den bekannten Spiralbohrern.
-
Von dem oberen Ende der größeren Kernverjüngung 7 mit
der Kerndicke K2 nimmt die Dicke des Kernes 6 bis zu einer
Kerndicke 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 Bohrerdurchmesser 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 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 Ø.
In der Tabelle sind die Multiplikatoren M1; M2; M3 aus den vorstehend
angegebenen Bereichen bestimmten Bohrerdurchmessern D zugeordnet.
Damit können
bevorzugte Kerndicken K1; K2; K3 ermittelt werden.
-
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 geringeres Drehmoment und damit eine geringere Antriebsleistung
beim Bohren von Löchern erforderlich
sind. Dadurch ist es möglich,
Antriebsaggregate mit geringen Leistungen einzusetzen. So ist der
Spiralbohrer 1 sehr gut für den Einsatz in einem Akku-Schrauber
geeignet.
-
Durch die geringe Breite der Querschneide 8 infolge
des Anwalzens 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 Kernverjüngung 7 zum
Schaft 2 ein verbessertes Torsionsverhalten des Spiralbohrers
erreicht.
-
In den 3 bis 11 sind die Arbeitsenden
eines Spiralbohrers 1 mit der Bohrerspitze 5 und
Führungsfasen 4 gezeigt.
Hierbei sind unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt.
-
In den 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 Spitzenwinkel δ von
118° (3). Der Seitenfreiwinkel α beträgt zwischen
10° – 15° (4).
-
Aus der 5 ist ersichtlich, daß die Querschneide 8 durch
die gewalzte größere Kernverjüngung 7 relativ
schmal ausgebildet ist. Der Spiralbohrer 1 ist mit zwei
Führungsfasen 4 an
den Spiralnuten 3 versehen.
-
In den 6 bis 8 ist das Arbeitsende einer weiteren
Ausführungsform
eines Spiralbohrers 1 mit einer Kegelmantelspitze 9 gezeigt.
-
Der Bohrerdurchmesser D des Spiralbohrers 1 liegt
vorzugsweise 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 vergrößerten Kernverjüngung 7 relativ
schmal ausgebildet.
-
Wie in 8 dargestellt,
weist der Spiralbohrer 1 vier Führungsfasen 4 an den
Spiralnuten 3 auf. Hierdurch wird eine verbesserte Führung des
Spiralbohrers 1 erreicht. Damit ergibt sich bei der Bohrung ein
geringeres Bohrungsübermaß und es
ergeben sich geringere Abweichungen zu der Bohrungsrundheit. Bei
einem Querschneidenwinkel γ von
48° – 55° zur Hauptschneide 12 sind
besonders gute Leistungswerte erreichbar.
-
In den 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
vorzugsweise ebenfalls zwischen 3 – 14 mm ∅. Die Pilotspitze 10 ist
für ein
verlaufsfreies Bohren sowie für
das Bohren in dünnwandigen
Werkstücken, d.
h. mit einer Materialdicke, die in etwa dem Bohrerdurchmesser D
entspricht, besonders gut geeignet. 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 Vorschneidespitze 11 hat
einen Spitzenwinkel δ1 von
118° – 122°. Die den
Schneidkanten 13 sich anschließenden zwei einander gegenüberliegenden
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
Leistungswerte 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 Kernverjüngung 7 an
einem Spiralbohrer 1 kann auch eingesetzt werden bei einer
anderen Ausbildung des Arbeitsbereiches, beispielsweise mit einer
anders gestalteten Bohrerspitze 5.