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Die Erfindung betrifft zunächst einen Zylinderkopfbohrer, wie er in Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 näher umrissen ist.
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Ausgangspunkt für die Erfindung ist somit ein Zylinderkopfbohrer mit einem Einspannschaft und mit einem Bohrkopf, der eine Zentrierspitze und eine äußere Mantelwand mit zumindest im Wesentlichen zylindrischer Außenfläche umfasst, und bei dem zwischen der Zentrierspitze und der Außenfläche zumindest eine Hauptschneide angeordnet ist, die sich im Wesentlichen radial erstreckt, wobei im Bohrkopf zumindest ein sich an die Freifläche der Hauptschneide anschließender, zum Umfang hin offener, den Bohrkopf schräg durchdringender und die Mantelwand unterbrechender Spankanal angeordnet ist, und wobei die Außenfläche mit einer Vielzahl von Nuten versehen ist.
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Ein derartiger, mit zwei Hauptschneiden versehener Zylinderkopfbohrer ist bekannt, zum Ersten durch die Patentschrift der Anmelderin
DE 197 02 423 B4 und zum Zweiten, jedoch ohne jegliche Nuten, durch die Patentschrift der Anmelderin
DE 41 15 030 C1 .
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In den genannten Schriften ist die dortige Problemlage bei Zylinderkopfbohrern ausführlich erläutert, so dass auf eine detaillierte Wiederholung hier verzichtet werden kann. Insbesondere bei der erstgenannten Schrift wird, kurz gesagt, hauptsächlich angestrebt, einen Zylinderkopfbohrer zu schaffen, der sich beim Arbeiten möglichst wenig erwärmt. Als Lösung wird unter anderem vorgeschlagen, dass die Außenfläche der ansonsten glattwandigen Mantelwand durch sogenannte radiale Ausbuchtungen, also Nuten, unterbrochen ist. Wie alle Ausführungsbeispiele zeigen, sind diese Nuten relativ breit und verlaufen entweder genau axial oder schräg axial, damit sie zur Bildung von mehreren Vorschneiden dienen können, die dann zusammen einen Bohrkranz bilden.
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Insbesondere die in der erstgenannten Schrift behandelte Erfindung hat sich hervorragend bewährt. Hieran will die Erfindung anknüpfen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das Bestreben zu Grunde, den Zylinderkopfbohrer so weiter zu entwickeln, dass die beim Bohren zwangsläufige auch an der relativ großflächigen Mantelwand auftretende Prozesswärme deutlich vermindert wird, um die Zerspanungsleistung sowohl quantitativ als auch qualitativ zu verbessern.
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Ausgehend von einem Zylinderkopfbohrer der eingangs genannten Art wird folglich vorgeschlagen, dass die Nuten die Form von zumindest im Wesentlichen tangential umlaufenden schmalen Rillen haben.
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Beim Stand der Technik sind die dort Ausbuchtungen genannten Nuten relativ breit und dienen zwar auch der Auflockerung der Außenfläche, jedoch insbesondere zur Bildung eines Bohrkranzes mit mehreren Vorschneiden. Hierzu verlaufen sie axial oder haben eine relativ große Steigung von z. B. größer als der Durchmesser des Zylinderkopfbohrers. Die erfindungsgemäßen relativ schmalen – aber gegebenenfalls tiefen – Rillen der Erfindung dienen zunächst allein dem Zweck, die Außenfläche so weit wie möglich quasi zu zerklüften, um diese dadurch effektiv zu vergrößern.
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Durch die relativ schmale Ausbildung der Rillen kann eine Vielzahl von Rillen in die Außenfläche eingebracht werden. Hierdurch wird die tatsächliche Außenfläche durch die zusätzlichen Seitenflächen der Rillen einerseits deutlich vergrößert, andererseits bleiben die Stabilität der Mantelwand, ihre Führungshöhe und damit ihre Führungsfunktion voll erhalten; denn die Mantelwand wird durch die schmalen Rillen nur geringfügig geschwächt. Durch die nun quasi nach innen vergrößerte Außenfläche wird die äußere Kontaktfläche mit der Materialwand vermindert und kann die an der Mantelwand entstehende Reibungswärme besser an die die Außenfläche umgebende Luft, nämlich auch in den Rillen, abgegeben werden.
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Die Erfindung kann zunächst bei einem Zylinderkopfbohrer einfacher oder älterer Bauart, wie sie beispielsweise in der zweitgenannten Schrift beschrieben ist, mit Vorteil eingesetzt werden.
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Aus dem Stand der Technik sind zwar schon schmale außenliegende Rillen bei Bohrern anderer Bauart bekannt. So sind durch die
FR 1 274 316 A oder
WO 1998 35 777 A1 bei Spiralbohrern sogenannte Rundfasen oder Führungsfasen bekannt. Diese Rundfasen, Rillen oder Nuten dienen zum besseren Rundlauf, zur besseren oder zusätzlichen Schneidwirkung an den Spiralkanten oder zur Anzeige der Bohrtiefe.
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Im Gegensatz zu den relativ langen und schlanken Spiralbohrern beträgt bei einem relativ dicken und kurzen Zylinderkopfbohrer der Bohrerdurchmesser ein Mehrfaches der Mantelhöhe. Beim Zylinderkopfbohrer sorgen schon die Zentrierspitze und die äußere Mantelfläche für eine geradlinige Bohrung eines relativ großen Bohrdurchmessers. Aus der
WO 1998 35 777 A1 entnimmt der Fachmann auf Seite 3 unten und Seite 4 oben, dass der dortige mit Rillen versehene Spiralbohrer vorzugsweise für das Bohren von langen Löchern durch ein Werkstück hindurch bestimmt ist, nicht jedoch zur Bildung von – meist relativ kurzen – Löchern, insbesondere Sacklöchern. Letzteres ist jedoch die typische Aufgabe eines Zylinderkopfbohrers.
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Das Merkmal ”schmal” ist hier variabel und in Relation zum Durchmesser des Zylinderkopfbohrers zu sehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Breite einer Rille, in Abhängigkeit vom Außendurchmesser, 0,5 mm bis 2,0 mm beträgt: Je größer der Bohrerdurchmesser ist, desto breiter kann die Rille sein.
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Die Erfindung setzt zunächst nur einen Zylinderkopfbohrer mit einer Mantelwand und einer einzigen Hauptschneide voraus. Sie wird jedoch vorzugsweise bei einem Zylinderkopfbohrer mit zwei bis vier Hauptschneiden eingesetzt.
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Die Erfindung kann zudem in sehr unterschiedlicher Weise verwirklicht werden. So kann in einer ersten Ausführung zumindest eine Rille – von vielen – in der selben axialen Ebene verlaufen, was die Herstellung sehr vereinfacht.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest eine Rille leicht wendelförmig verläuft. Leicht wendelförmig soll hier bedeuten, dass die Steigung relativ gering ist, was bedeutet, dass die Steigung zumindest möglichst kleiner ist als der Bohrerdurchmesser, worauf unten noch näher eingegangen werden wird.
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Hierbei kann eine solche Rille rechtsdrehend verlaufen. Dann wird beim Drehen des Bohrers ein axiales Moment in Richtung der Zentrierspitze, quasi ein Einzugsmoment erzeugt.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest zwei Rillen wendelförmig und parallel zueinander verlaufen. So kann der vorgenannte positive Effekt noch verstärkt werden.
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Ein besonders markantes Muster ergibt sich auf der Außenfläche des Bohrkopfes, wenn zumindest zwei Rillen wendelförmig und mit gegenläufiger Steigung so verlaufen, dass sie sich kreuzen. Deren Steigung kann vorzugsweise gleich, aber auch unterschiedlich sein.
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Es hat sich erweisen, dass es im Sinne der Erfindung vorteilhaft ist, wenn zumindest die Hälfte der Außenfläche durch die Rillen unterbrochen ist.
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Der Querschnitt der relativ schmalen Rillen kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein, insbesondere teilkreisförmig, halbkreisförmig, V-förmig oder U-förmig. Auch hier kann durch die Wahl oder Kombination von in Form und/oder Größe unterschiedlichen Querschnitten ein besonderes Muster auf dem Zylinderkopfbohrer erzeugt werden, das auch zur Kennzeichnung des Herstellers oder Anbieters dienen kann.
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Alle vorgenannten Ausführungen können schon bei einem relativ einfachen Zylinderkopfbohrer verwirklicht werden, nämlich wenn eine glatte Außenfläche zur Verfügung steht, wie z. B. bei der oben zweitgenannten Schrift. Besonders vorteilhaft wird die Erfindung jedoch bei einem Zylinderkopfbohrer genutzt, der wie bei der erstgenannten Schrift ausgebildet ist. Ein solcher Zylinderkopfbohrer ist somit derart ausgebildet, dass die Außenfläche zusätzlich durch axial oder schräg axial verlaufende und in Verhältnis zu den Rillen breitere Ausnehmungen oder Ausbuchtungen zur Bildung von Vorschneiden in Form eines Bohrkranzes unterbrochen ist. Hier wird die Verminderung der an der Reibung beteiligten Außenfläche extrem reduziert, und der Abtransport der entstehenden Wärme wird deutlich beschleunigt.
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Es hat sich gezeigt, dass die Abmessungen der Rillen in Bezug auf die übrigen Abmessungen des Zylinderkopfbohrers eine wesentliche Rolle spielen. So wird bei einer geringen Steigung vorgeschlagen, dass das Verhältnis von Außendurchmesser des Zylinderkopfbohrers zur Steigung einer Rille, je nach der Größe des Durchmessers, 8 bis 30 zu 1 beträgt.
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Die Steigung einer Rille kann insbesondere 1 bis 3,5 mm betragen. Beispiele: Bei einem Durchmesser von 8 mm beträgt die Steigung 1 mm, bei einem Durchmesser von 30 mm 2 mm und bei einem Durchmesser von 60 mm 3,5 mm.
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Einerseits vergrößert die Tiefe der Rillen die Außenfläche in positiver Weise, andererseits kann sie die Mantelwand zu sehr schwächen. Je größer der Durchmesser des Zylinderkopfbohrers ist, desto tiefer kann eine Rille sein. Es hat sich als sehr günstig erwiesen, wenn die Tiefe einer Rille, in Abhängigkeit des Durchmessers, vorzugsweise 0,1 mm bis 0,65 mm beträgt. Vorzugsweise soll das Verhältnis von Außendurchmesser des Zylinderkopfbohrers zur Tiefe einer Rille 80 bis 160 zu 1 betragen. Im übrigen wird der Fachmann auf eine größere Tiefe immer dann verzichten, wenn er durch übermäßge Wegnahme von Werkstoff die Stabilität des Zylinderbohrers bedroht sieht.
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Je nach Ausbildung der Geometrie des Bohrkopfes können somit auch Rillen mit unterschiedlicher Breite und/oder Tiefe eingebracht sein: Zum Beispiel kann an Stellen mit mehr ”Fleisch” in der Mantelwand, wie in ihrem Fußbereich, zum Einspannschaft hin, und insbesondere bei einem relativ großen Zylinderkopfbohrer mit relativ dicker Mantelwand, wie über 40 mm oder sogar 100 mm Durchmesser, eine tiefere und eventuell auch breitere Rille eingebracht werden, ohne den Bohrkopf in übermäßiger Weise zu schwächen.
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Schließlich wird zur weiteren Verbesserung der Kühlung des Bohrkopfes vorgeschlagen, dass auch an der ringförmigen Fußfläche des Bohrkopfes, die sich an die bisher betrachtete Außenfläche anschließt, mehrere axiale Rillen und/oder zumindest eine spiralförmige Rille angeordnet sind bzw. ist. Auch hier ist die relativ schmale Breite und eventuelle Tiefe der Rille bzw. Rillen von den schon geschilderten Verhältnissen abhängig und vom Fachmann einzuordnen.
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Die Erfindung gibt dem Fachmann eine Fülle von Möglichkeiten an die Hand, einen Zylinderkopfbohrer ganz einfacher oder auch der eingangs genannten speziellen Bauart so auszubilden, dass die am Bohrkopf insgesamt und insbesondere an der Mantelwand beim Bohren zwangsläufig entstehende Wärme schnellstmöglich und effektiv abgeführt wird. Die erfindungsgemäße Gestaltung führt daher zu einer Senkung der Wärmeentwicklung, zu einer längeren Standzeit des Zylinderkopfbohrers und zu einer verbesserten Qualität der erzeugten Bohrung. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, dem Zylinderkopfbohrer ein markantes, eigenständiges und ansehnliches Äußeres zu geben.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nun näher beschrieben werden.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform als Weiterbildung des Zylinderkopfbohrers nach der
DE 197 02 423 B4 mit einer Rille in derselben Ebene und mit einer wendelförmigen Rille.
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1a zeigt den Zylinderkopfbohrer nach 1 in einer anderen Perspektive.
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1b zeigt den Zylinderkopfbohrer nach 1a in der Seitenansicht.
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1c zeigt den Zylinderkopfbohrer nach 1a in Stirnansicht.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform als Weiterbildung des Zylinderkopfbohrers nach der
DE 41 15 030 C1 , mit Rillen entsprechend der
1.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform, ähnlich der 1, mit einer Rille in derselben Ebene und mit sechs parallelen, wendelförmigen Rillen.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsform, ähnlich der 2, mit Rillen entsprechend der 3
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5 zeigt eine fünfte Ausführungsform, ähnlich der 1, mit einer Rille in derselben Ebene und mit acht rechtsdrehenden Rillen, die acht linksdrehende Rillen kreuzen.
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6 zeigt eine sechste Ausführungsform, ähnlich der 2, mit Rillen entsprechend der 5.
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7 zeigt eine siebente Ausführungsform, ähnlich der 1, mit einer Rille in derselben Ebene und mit acht rechtsdrehenden Rillen.
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8 zeigt eine achte Ausführungsform, ähnlich der 2, mit Rillen entsprechend der 7.
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9 zeigt einen Bohrkopf eines weiteren Zylinderkopfbohrer mit weiteren Rillen.
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Der in den 1 bis 1c gezeigte Zylinderkopfbohrer 101 setzt sich zusammen aus einem Einspannschaft 102 und einem im Prinzip nahezu topfförmigen Bohrkopf 103, der eine in der Bohrerachse X-X leicht vorstehende Zentrierspitze 104 und eine äußere Mantelwand 105 mit im Wesentlichen zylindrischer Außenfläche 106 umfasst. Zwischen der Zentrierspitze 104 und der Außenfläche 106 erstrecken sich etwa radial zwei Hauptschneiden 107. Im Bohrkopf 103 schließen sich an jede Hauptschneide 107 zwei Freiflächen 108 an, die ihrerseits in zwei Spankanäle 109 übergehen, Die Spankanäle 109 durchdringen den Bohrkopf 103 von den Hauptschneiden 107 ausgehend schräg bis auf den sich anschließenden runden Teil des Einspannschaftes 102. Hierdurch unterbrechen die Spankanäle 109 die Mantelwand 105 bis in den Fußteil 110 hinein, so dass am Bohrkopf 103 sowohl die Mantelwand 105 – und damit ihre Außenfläche 106 – als auch der Fußteil 110 in zwei Abschnitte geteilt sind.
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An der Außenfläche 106 sind insgesamt acht schräg axial verlaufende und im Grund abgerundete Nuten 111 eingebracht, die im Stand der Technik als Ausbuchtungen bezeichnet sind und zur Bildung von Vorschneiden 112 dienen, die zusammen einen geteilten Bohrkranz 113 bilden. Der Durchmesser D des Zylinderkopfbohrers 101 beträgt hier 50 mm. Die Anzahl der Vorschneiden 112 kann variieren und ist insbesondere dem jeweiligen Durchmesser des Zylinderkopfbohrers anzupassen.
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Zusätzlich zu den schrägen Nuten 111 sind an der geteilten Außenfläche 106 schmale Rillen 114 eingebracht, die tangential um die Außenfläche 106 bzw. koaxial zur Bohrerachse X-X verlaufen. Die Rillen 114 bestehen hier aus einer ersten oberen Rille 114.1, die in derselben axialen Ebene umläuft, und aus einer Rille 114.2, die wendelförmig und rechtsdrehend so nach unten verläuft und sie die Außenfläche 106 mehrmals umrundet.
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Die Breite B einer Rille 114, 114.1 und 114.2 beträgt hier, bei diesem Durchmesser D, etwa 1,6 mm, die Tiefe T etwa 0,6 mm und die Steigung S etwa 3,5 mm. Der Querschnitt Q ist teilkreisförmig mit einem Radius R von etwa 1,2 mm. Durch die sehr große Zerklüftung der Außenfläche 106 – nämlich durch die schräg axialen Nuten 111 und durch die tangentialen Rillen 114 – ist die ursprüngliche Außenfläche auf weniger als die Hälfte vermindert.
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Die 1a bis 1c zeigen den Zylinderkopfbohrer 101 nach 1 in weiteren Ansichten, um dessen räumlichen Aufbau zu verdeutlichen.
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In
2 ist ein Zylinderkopfbohrer
101a dargestellt, der zwar im Wesentlichen der
1 entspricht, jedoch eine einfachere Form eines sog. Forstnerbohrers hat: Hier ist kein Bohrkranz mit Vorschneiden vorhanden, da auf die Nuten
111 verzichtet wurde, wie dies im Prinzip die
DE 41 15 030 C1 zeigt. Die Anordnung der Rillen
114,
114.1 und
114.2 entspricht der Anordnung in
1.
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In 3 ist ein Zylinderkopfbohrer 101b dargestellt, wie er der 1 zugrundeliegt. Hier erstreckt sich zwar die erste obere Rille 114.1 ebenfalls in derselben axialen Ebene, darunter sind jedoch sechs parallel verlaufende, rechtsdrehende, wendelförmige Rillen 114.3 angeordnet.
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In 4 ist ein Zylinderkopfbohrer 101c dargestellt, wie er der 2 zugrundeliegt. Hier erstrecken sich die Rillen 114.1 und 114.3 wie zu der 3 erläutert.
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In 5 ist ein Zylinderkopfbohrer 101d dargestellt, wie er der 1 zugrundeliegt. Hier erstreckt sich die erste oberste Rille 114.1 in derselben axialen Ebene, darunter sind jedoch acht parallel und mit etwas Abstand zueinander verlaufende, rechtsdrehende wendelförmige Rillen 114.4 angeordnet, die sich mit acht entsprechend ausgebildeten und angeordneten, aber linksdrehenden wendelförmigen Rillen 114.4 kreuzen. Die Steigung S ist hier etwas größer ausgebildet als in den vorstehenden Ausführungen mit einer Drehrichtung.
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In 6 ist ein Zylinderkopfbohrer 101e dargestellt, wie er der 2 zugrundeliegt. Hier erstrecken sich die Rillen 114.1 und 114.4 wie zu der 5 erläutert. Dabei wird besonders der ein Rautenmuster ergebende Kreuzungsverlauf der Rillen 114.4 deutlich.
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In 7 ist ein Zylinderkopfbohrer 101f dargestellt, wie er der 1 zugrundeliegt. Hier erstreckt sich auch die erste oberste Rille 114.1 in derselben axialen Ebene, darunter sind jedoch acht Rillen 114.5 angeordnet, die parallel und mit etwas Abstand zueinander verlaufen sowie rechtsdrehende Wendeln bilden.
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In 8 ist ein Zylinderkopfbohrer 101g dargestellt, wie er der 2 zugrundeliegt. Die Rillen 114.1 und 114.5 erstrecken sich wie zu der 7 erläutert.
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In 9 ist ein Bohrkopf 113 eines weiteren Zylinderkopfbohrers 101h nach der Erfindung dargestellt, der etwa dem Aufbau nach 1 entspricht. Hier ist die Fußfläche 115, also die zweigeteilte Fläche zwischen der Außenfläche 106 und dem runden Teil des Einspannschaftes 102, ebenfalls mit Rillen 116 versehen. Dabei kann auch eine eventuell zwischen der Außenfläche 106 und der Fußfläche 115 liegende Abrundung mit Rillen 116 versehen sein.
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Diese Rillen 116 können entweder konzentrisch zur Bohrerachse X-X verlaufende Rillen sein oder aus einer oder mehreren spiralförmig verlaufenden Rillen bestehen. Auch hier können diese Rillen 116 in Form und Ausmaß den beschriebenen Rillen 114 an der Außenfläche 106 entsprechen oder ähneln. Falls es die Dicke von Wand 105 oder Fuß 110, die auch vom Durchmesser des Bohrkopfes 113 abhängt, es zulässt, können diese Rillen 116 auch wesentlich tiefer und/oder breiter ausgebildet sein. Zumal die Fußfläche 115 keine Führungsfunktion hat wie die Außenfläche 106, jedoch hier auch zur Abführung der an der Mantelwand 105 entstehenden Reibungswärme dient.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Zylinderkopfbohrer
- 101a
- Zylinderkopfbohrer
- 101b
- Zylinderkopfbohrer
- 101c
- Zylinderkopfbohrer
- 101d
- Zylinderkopfbohrer
- 101e
- Zylinderkopfbohrer
- 101f
- Zylinderkopfbohrer
- 101g
- Zylinderkopfbohrer
- 101h
- Zylinderkopfbohrer
- 102
- Einspannschaft
- 103
- Bohrkopf
- 104
- Zentrierspitze
- 105
- Mantelwand
- 106
- Außenfläche
- 107
- Hauptschneide
- 108
- Freifläche
- 109
- Spankanal
- 110
- Fußteil
- 111
- Nut
- 112
- Vorschneide
- 113
- Bohrkranz
- 114
- Rille
- 114.1
- Rille
- 114.2
- Rille
- 114.3
- Rille
- 114.4
- Rille
- 114.5
- Rille
- 115
- Fußfläche
- 116
- Rille
- B
- Rillenbreite
- D
- Durchmesser
- Q
- Querschnitt
- R
- Radius
- S
- Steigung
- T
- Rillentiefe
- X-X
- Bohrerachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19702423 B4 [0003, 0030]
- DE 4115030 C1 [0003, 0034, 0047]
- FR 1274316 A [0011]
- WO 199835777 A1 [0011, 0012]
