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Die Erfindung betrifft einen Spiralbohrer mit einer stufenstrukturierten Schneidspitze, der ein auswechselbares Zubehörteil für eine Bohrmaschine darstellt und gattungsgemäß aus der
EP 3 305 447 A1 bekannt ist.
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Zu aus dem Stand der Technik bekannten Bohrern gehören auch Spiralbohrer und Stufenbohrer, die für unterschiedliche Anwendungen vorgesehen sind.
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Mit Spiralbohrern können Löcher jeweils eines vorbestimmten Durchmessers durch Materialien gebohrt werden, die eine Materialdicke kleiner der Länge des Führungsbereiches (Länge des Spiralbohrers abzüglich eines Schaftbereiches) des Spiralbohrers aufweisen. Der eigentliche Schneidvorgang erfolgt hier durch zwei an der Bohrerspitze des Bohrers ausgebildete Hauptschneiden, die sich von einer die Bohrerachse kreuzenden Querschneide bis hin zur Bohrerumfangsfläche erstrecken und an die sich entlang des Führungsbereiches zwei sich um die Bohrerachse windende Spannuten anschließen. Während des gesamten Bohrvorganges werden gleiche Materialmengen geschnitten, wofür ein entsprechendes Drehmoment aufgebracht werden muss. Je größer der Durchmesser eines zu durchbohrenden Loches ist, desto länger sind die Schneiden, desto größer ist der Schneiddruck auf die Schneiden und desto kleiner muss die Schneidgeschwindigkeit gewählt werden.
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Stufenbohrer werden eingesetzt, um Löcher durch dünnwandiges Material zu bohren oder Löcher in einem dünnwandigen Material aufzubohren. Da eine typische Länge für einen Bohrer wesentlich größer ist als die Dicke eines zu durchbohrenden dünnwandigen Materials, ergibt sich die Möglichkeit, dass über die Bohrerlänge mehrere Schneidstufen ausgebildet sind, mit denen schrittweise jeweils ein zunehmend größeres Loch gebohrt werden kann.
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Stufenbohrer weisen entlang einer Bohrerachse grundsätzlich einen Schaft und einen Schneidkopf auf, der unmittelbar an den Schaft oder mittelbar über ein Übergangsstück mit dem Schaft verbunden ist. Der Schneidkopf weist eine Schneidspitze mit einem Paar erster Hauptschneiden und einer Vielzahl von Schneidstufen auf. Die Schneidstufen sind koaxial zur Bohrerachse angeordnet und weisen beginnend an der Schneidspitze bis hin zum Schaft gestuft einen jeweils größeren Durchmesser als die vorangehende Schneidstufe auf. Die Schneidstufen müssen dabei jeweils eine Stufenhöhe aufweisen, die größer ist, als das zu durchbohrende Material dick ist, damit Durchgangslöcher mit einem jeweiligen Durchmesser gebohrt werden können. Die Schneidstufen weisen immer einen zylindrischen Stufenabschnitt, der hier jeweils die Funktion eines Führungsbereiches übernimmt, und einen konischen Stufenabschnitt, der zwei benachbarte zylindrische Stufenabschnitte miteinander verbindet und an dem sich jeweils weitere Paare von Hauptschneiden befinden, auf.
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Das heißt, je dicker das zu durchbohrende Material ist, desto weniger Schneidstufen kann ein dafür geeigneter Stufenbohrer aufweisen. Damit nach dem Herstellen eines Bohrloches mit einem gewünschten Durchmesser sicher vermieden wird, dass die Hauptschneiden der nächsten Schneidstufe nicht bereits in den Eingriff kommen, ist die Stufenhöhe wenigstens geringfügig höher, als das zu durchbohrende Material dick ist. Zum Abtransport der entstehenden Bohrspäne erstrecken sich über die gesamte Länge des Schneidkopfes zwei Spannuten. Funktionsfähig wäre der Stufenbohrer auch mit nur einer Spannut. Es gäbe dann pro Schneidstufe auch nur eine Hauptschneide. Der Stufenbohrer kann auch mehr als zwei Spannuten aufweisen. Diese können grundsätzlich parallel zur Bohrerachse verlaufen oder aber sich vorteilhaft, wie bei Spiralbohrern, um die Bohrerachse winden.
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In der
DE 200 15 550 U1 ist ein Stufenbohrer offenbart, der die Merkmale eines Stufenbohrers aufweist, wie er allgemein als aus dem Stand der Technik bekannt beschrieben wurde, und der sich dadurch auszeichnen soll, dass er zylindrische Abschnitte aufweist, die eine unterschiedliche axiale Länge aufweisen. Als ein zu lösendes Problem wird hier angegeben, dass zum einen die zu bohrenden Löcher dazu dienen, dass beispielsweise ein Gewindebolzen durch sie gesteckt und mittels einer Gegenmutter in einem Blechteil fixiert wird, und zum anderen eine selbstschneidende Schraube in das Durchgangsloch eingeschraubt wird. Die beiden Befestigungsarten werden in der Regel alternativ verwendet, in Abhängigkeit von der Materialdicke. Um alternativ Löcher für beide Verbindungsarten zu bohren, wird hier vorgeschlagen, den Stufenbohrer mit abwechselnd langen Schneidstufen auszuführen.
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Aus der
DE 203 03 656 U1 ist ein Stufenbohrer bekannt, mit Schneidstufen, jeweils umfassend eine oder auch mehrere ineinander übergehende konische Stufenabschnitte sowie einen zylindrischen Stufenabschnitt. Sowohl die konischen Stufenabschnitte als auch die zylindrischen Stufenabschnitte können für die einzelnen Schneidstufen eine gleiche, aber auch eine unterschiedliche Länge in axialer Richtung aufweisen. Insbesondere ist angegeben, dass die zylindrischen Stufenabschnitte abwechselnd eine kleinere und eine größere axiale Länge aufweisen können. Dabei soll vorteilhafterweise die Länge der kürzeren Abschnitte ≤ 3 mm und die Länge der längeren Stufenabschnitte ≥ 3 mm und ≤ 6 mm sein und mit einem zylindrischen Stufenabschnitt mit kleinerer axialer Länge hinter der Schneidspitze begonnen werden. Mehrere ineinander übergehende konische Stufenabschnitte pro Schneidstufe führen dazu, dass schmalere Späne entstehen, die sich über die Spannuten besser abtransportieren lassen.
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Es lässt sich für Stufenbohrer zusammenfassen, dass die einzelnen Schneidstufen eine axiale Länge aufweisen, die dadurch bestimmt ist, wie dick das zu bohrende Material ist, und dass die Durchmesserdifferenzen aneinandergrenzender Schneidstufen davon bestimmt sind, welche Lochdurchmesser mit dem Stufenbohrer gebohrt werden sollen. Die zylindrischen Stufenabschnitte dienen jeweils zur Führung des Stufenbohrers.
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Aus der eingangs genannten
EP 3 305 447 A1 ist ein Spiralbohrer mit einer stufenstrukturierten Schneidspitze bekannt, der sowohl Merkmale eines klassischen Spiralbohrers, aber auch die eines Stufenbohrers in sich vereint. Ein solcher Spiralbohrer mit stufenstrukturierter Schneidspitze enthält einen Schaftbereich, wie alle Bohrer, einen Führungsbereich, wie Spiralbohrer, und eine stufenstrukturierte Schneidspitze mit Bohrerspitze, ähnlich einem Schneidkopf eines Stufenbohrers.
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Entlang der Schneidspitze sind, einer Bohrerspitze, an der sich ein erstes Paar Hauptschneiden befindet, koaxial nachgeordnet, mehrere Schneidstufen vorhanden, die jeweils einen konischen Stufenabschnitt (Schneidstufenabschnitt) und einen zylindrischen Stufenabschnitt (Setzstufenabschnitt) aufweisen, wobei die Setzstufenabschnitte zum Schaft hin einen jeweils größeren Durchmesser aufweisen. Die Schneidstufen sind durch zwei Spannuten unterbrochen, die sich von der Bohrerspitze bis hin zum Schaft entlang des Führungsbereiches um die Bohrerachse winden. Die Kanten entlang der Spannuten sind entsprechend den Schneidstufen gestuft und bilden die Vielzahl von Paaren weiterer Hauptschneiden (hier erste Schneiden) an den Schneidstufenabschnitten und Nebenschneiden (hier zweite Schneiden) an den Setzstufenabschnitten. Die Haupt- und die Nebenschneiden weisen somit eine stufenähnliche Struktur auf, wobei die Hauptschneiden und die Nebenschneiden jeweils einen Winkel zwischen 90° und 140° miteinander einschließen. Die Hauptschneiden sollen bevorzugt parallel zueinander verlaufen, womit sie jeweils einen gleichen Winkel mit der Bohrerachse einschließen.
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Um ein Bohrloch gleich dem Durchmesser eines Spiralbohrers zu schneiden, ist das dort vorhandene Paar von Hauptschneiden quasi in eine Vielzahl von Paaren von Hauptschneiden aufgeteilt. Das bei einem Spiralbohrer auf nur das eine Paar von Hauptschneide wirkende Moment, ist hier auf die Vielzahl entsprechend kürzerer Paare von Hauptschneiden aufgeteilt. Entsprechend ist es vorteilhaft, möglichst viele und dafür kürzere Hauptschneiden zu haben. Die axiale Länge der Setzstufenabschnitte ergibt sich hier durch die Anarbeitung der weiteren Hauptschneiden an den Bohrergrundkörper im Bereich des Schneidkopfes, der wie in
1 der vorgenannten
EP 3 305 447 A1 dargestellt, einen spitzen Flankenwinkel einer umhüllenden Umfangsfläche aufweist. Indem in diesen Grundkörper zueinander parallele Nuten eingebracht werden, entstehen die Schneidstufen mit den Schneidstufenabschnitten und den Setzstufenabschnitten.
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Wie bereits erwähnt, ist ein Vorteil eines aus der vorgenannten
EP 3 305 447 A1 bekannten Spiralbohrers mit einer stufenstrukturierten Schneidspitze darin zu finden, dass das auf den Bohrer wirkende Moment auf die einzelnen Hauptschneiden aufgeteilt wird. Der Schneiddruck, insbesondere auf die Ecken der Hauptschneide, wird somit vergleichsweise geringer, was zu einem geringeren Verschleiß und einer längeren Standzeit führt. Die Drehzahl zum Bohren eines Loches mit einem gleichen Durchmesser kann im Vergleich zu einem Spiralbohrer wesentlich erhöht werden, was den Bohrvorgang beschleunigt. Auf die einzelnen Hauptschneiden geringer wirkende Schneidkräfte führen außerdem zu einer geringeren Reibung und damit zu einer langsameren Erhitzung, was wiederum die Anforderungen an eine Kühlung reduziert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Spiralbohrer mit einer stufenstrukturierten Schneidspitze so zu verbessern, dass der Eintrag von Spannungen in den Spiralbohrer während des Bohrvorgang verringert wird und damit die Lebensdauer des Spiralbohrers erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird für einen Spiralbohrer mit einer stufenstrukturierten Schneidspitze, bestehend aus einem Schaft, einem Führungsbereich und der angrenzenden, stufenstrukturierten Schneidspitze, mit einer Stufenstruktur die von zwei sich um eine Bohrerachse windende Spannuten unterbrochen ist, wobei die stufenstrukturierte Schneidspitze eine Bohrerspitze, an der ein Paar erste Hauptschneiden ausgebildet ist, und eine Vielzahl von koaxial, hintereinander angeordneten Schneidstufen aufweist, die jeweils einen konischen Schneidstufenabschnitt, an dem jeweils ein Paar weiterer Hauptschneide ausgebildet ist, und einen Setzstufenabschnitt mit einer rotationssymmetrischen Umfangsfläche aufweisen, wobei sich die Setzstufenabschnitte untereinander durch zum Schaft hin zunehmend größere Durchmesser unterscheiden, dadurch gelöst, dass wenigstens zwischen dem Setzstufenabschnitt einer der Schneidstufen und dem Schneidstufenabschnitt der in Richtung zur Schneidspitze dahinter angeordneten Schneidstufe ein Freistich vorhanden ist.
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Vorteilhaft ist an einem Flächenübergang zwischen dem Setzstufenabschnitt einer der Schneidstufen und dem Schneidstufenabschnitt der in Richtung zur Schneidspitze dahinter angeordneten Schneidstufe, eine innere Kante bildend, ein Freistich vorhanden ist.
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Der Freistich ist bevorzugt ein Radial-Freistich oder ein kombinierter Axial-Radial-Freistich.
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Günstig ist, wenn an wenigstens einer Schneidstufe am Flächenübergang zwischen dessen Schneidstufenabschnitt und dessen Setzstufenabschnitt, eine äußere Kante, bildend eine Rundung ausgebildet ist.
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Ausführungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen:
- 1 einen Spiralbohrer mit stufenstrukturierter Schneidspitze gemäß dem Stand der Technik in einer stilisierten Seitenansicht,
- 1a ein vergrößerter Ausschnitt einer Ansicht des Spiralbohrers gemäß 1,
- 2 ein erfindungsgemäßer Spiralbohrer mit stufenstrukturierter Schneidspitze,
- 2a-2b ein vergrößerter Ausschnitt einer Ansicht des Spiralbohrer nach 2 in zwei verschiedene Ausführungen eines Freistiches und
- 3a-3b ein vergrößerter Ausschnitt einer Ansicht des Spiralbohrer nach 2 in zwei verschiedene Ausführungen eines Freistiches und mit abgerundeter Kante.
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Die Erfindung betrifft einen Spiralbohrer mit einer stufenstrukturierten Schneidspitze 3 (nachfolgend Bohrer), wie in den 2, 2a, 2b,3a und 3b dargestellt. Erweist, gleich aus dem Stand der Technik bekannter Bohrer, wie an einem Beispiel in den 1, 1a gezeigt, einen Schaft 1 auf, mittels dem der Bohrer in ein Bohrfutter einer Bohrmaschine eingespannt werden kann. An den Schaft 1 angrenzend, schließt sich in Richtung einer Bohrerachse 0 ein Führungsbereich 2 an, der eine Länge in Richtung der Bohrerachse 0 aufweist, die größer der Dicke eines zu bohrenden Werkstückes ist. An den Führungsbereich 2 schließt sich die stufenstrukturierte Schneidspitze 3 (nachfolgend Schneidspitze 3) an, deren Stufenstruktur von zwei sich um die Bohrerachse 0 windende Spannuten 5 unterbrochen ist. Ihr maximaler Außendurchmesser entspricht dem Außendurchmesser des Führungsbereiches 2. Die Schneidspitze 3 weist eine Bohrerspitze 3.1 auf, an der ein Paar erste Hauptschneiden 4.1 ausgebildet ist. Die ersten Hauptschneiden 4.1 stehen über eine Querschneide, die die Bohrerachse 0 kreuzt, miteinander in Verbindung. Da der Lochdurchmesser der mit dem Bohrer bohrbaren Bohrlöcher durch eine Vielzahl von Hauptschneiden hergestellt wird, kann der Durchmesser der Bohrerspitze 3.1 klein und die ersten Hauptschneiden 4.1 kurz ausgeführt sein, womit auch die Querschneide filigran ausgeführt sein kann, was eine gute Zentrierung des Bohrers erlaubt. An die Bohrerspitze 3.1 schließt sich eine beliebige Vielzahl von Schneidstufen 3.2 an, jeweils durch einen konischen Schneidstufenabschnitt 3.2.1 und einen Setzstufenabschnitt 3.2.2 gebildet. Auch wenn sich die Schneidstufen 3.2 in ihrer Dimensionierung, zumindest was den ersten und zweiten Durchmesser d1, d2 betrifft, zwangsläufig unterscheiden, soll für auf die Einführung unterschiedlicher Bezugszeichen verzichtet werden, da die Unterscheidung zwangsläufig und nicht für die Erläuterung der Erfindung erforderlich ist. Der Setzstufenabschnitt 3.2.2 der an den Führungsbereich 2 angrenzenden, letzten Setzstufe 3.2.2 geht in den Führungsbereich 2 über. An den Schneidstufenabschnitten 3.2.1 ist jeweils ein Paar weiterer Hauptschneiden 4.2 ausgebildet, die einen Schneidwinkel α miteinander einschließen. Die Setzstufenabschnitte 3.2.2 weisen zum Schaft 1 hin zunehmend größere Durchmesser auf.
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Es ist erfindungswesentlich, dass zwischen allen oder wenigstens einem der Setzstufenabschnitte 3.2.2 und dem jeweils in Richtung Schaft 1 unmittelbar angrenzenden Schneidstufenabschnitt 3.2.1 ein Freistich 6 mit einer Freistichtiefe t vorhanden ist. Durch den Freistich 6 werden bei einem Bohrvorgang in den Bohrer eingetragene Kräfte von einer inneren Kante 8, gebildet durch den Flächenübergang von zwei unmittelbar aneinander grenzenden Schneidstufen 3.2.1 weggelenkt, womit an dieser inneren Kante 8 das Entstehen von Spannungsspitzen vermieden wird.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung, dargestellt in 2a, ist der Freistich7 ein Radial-Freistich. Ebenso Vorteilhaft ist ein kombinierter Radial-Axial-Freistich, wie in 2 b gezeigt. Die Freistichtiefe t ist nur gering um die Stabilität des Bohrers weitestgehend nicht zu beeinflussen.
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Der Eintrag von Spannungen kann vorteilhaft weiter reduziert werden, wenn die durch den Flächenübergang zwischen dem Schneidstufenabschnitt 3.2.1 und dem Setzstufenabschnitt 3.2.2 einer selben Schneidstufe gebildete äußere Kante 9 eine Rundung aufweist, wie in den 3a und 3b dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3305447 A1 [0001, 0010, 0012, 0013]
- DE 20015550 U1 [0007]
- DE 20303656 U1 [0008]
