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Spiralbohrer mit einer besonders weiten, offenen Nutenform.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralbohrer mit einer besonders
weiten, offenen Nutenform und einem Seitenspanwinkel (früher Drall- oder Spiralwinkel
genannt) von etwa 40°.
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Für den konstruktiven Aufbau des erfindungsgemäßen Bohrers wurden
folgende Merkmale von bisher bekannten Spiralbohrertypen herangezogen, die für eine
optimale Leistung beim Bohren erfahrungsgemäß ausschlaggebend sind.
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Um den Rückdruck in Bohrerachse zu verringern, ist es erforderlich,
den Kerndurchmesser des Spiralbohrers und damit die an der Bohrerspitze entstehende
Querschneide möglichst klein zu halten. Das Ausspritzen der Querschneide bzw. die
Anbringung eines Kreuzanschliffes zur Reduzierung der Querschneidenbreite führt
zwar auch zur Verminderung des Rückdruckes, kann sich aber negativ auf den Spanabfluß
auswirken.
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Betrachtet man die Festigkeitseigenschaften am Spiralbohrer, so sind
diese vom Querschnitt und zusätzlich vom
Seitenspanwinkel abhängig,
da es sich um einen doppelgenuteten, runden Stab handelt, wobei die Nuten in Form
einer Wendel in den Stab eingearbeitet wurden. Ein runder Stab nuß an seiner Peripherie
die maximale Verdrehspannung aufnehmen, also ist für die Erhöhung des Widerstandsiomentes
gegen Verdrehung beim genuteten runden Stab eine Materialverstärkung nahe am Außendurchmesser
(Spiralbohrer-Rücken) wesentlich günstiger, als in seinen Zentrum (Vergrößerung
des Kerndurchmessers). Weiterhin ist die Größe des Seitenspanwinkels ausschlaggebend
für die Erhöhung des Widerstandsmomentes gegen Torsion, d.h. mit möglichst großem
Seitwenspanwinkel (sehr enge Verdrallung~ wird das Widerstandsmoment größer.
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Die Folgerung aus den vorstehenden Überlegungen ist, daß die Festigkeitseigenschaften
eines Spiralbohrers weitgehend von zwei Merkmalen abhängig sind, nämlich der Ausbildung
des Spiralbohrer-Rückenteils und dem möglichst großen Seitenspanwinkel. Berücksichtigt
man diese beiden Merkmale zur erreichung der optimalen Festigkeit, so muß bei der
Ausbildung des Spiralbohrer-Nutenprofiles ein vernünftiger Mittelwert zwischen dem
nahe am Außendurchmesser verstärkten Rücken und einer extrem weiten und offenen
Nutenform gefunden werden.
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Bei den bisher bekannten W (nact DIN 1414) ist die Rückenfläche -
im Axialschnitt geschen - als Zylindermantel ausgebildet, wobei das Nutenprofil
tau Rückenprofil durch eine Kante unterteilt ist.
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Die Schleif- bzw. Fräsriefen verlaufen auf der REckenfläche in den
neigten bekannten Fällen quer zur Richtung der Spänsabfuhr.
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Bei den bisher im Sprachgebrauch als Flachnut-Spiralbohrer bekannten
Werkzeugen ist die Rückenfläche - im Axialschnitt geschen - als Kegelmantel ausgebildet,
wobei die Nutenforn ohne Kante in die Rückenform übergeht und die Schleif- bzw.
Fräeriefen über das gesamt Profil in
Richtung der Spanabfuhr verlaufen.
Diese bekannten Bohrer haben einen verstärkten Kerndurehmesser, der in vielen Fällen
das Zweifache des Kerndurchmessers an genormten Spiralbohrern erreicht, während
der Querschnitt nahe am Außendurchmesser sehr klein ist im Vergleich zu genormten
Spiralbohre rn.
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Es sind auch Spiralbohrer bekannt, deren Rückenfläche - im axialschnitt
gesehen - nur zu einem geringen Teil als Zylindermantel und zum größeren Teil als
Kegelmantel ausgebildet ist. Auch hier entsteht eine Kante beim tbergang der Zylindermanteifläche
zur Kegelmantelfläche, und der Kerndurchmesser ist stark vergrößert.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Spiralbohrertypen
zu beseitigen und einen Spiralbohrer der eingangs beschriebenen Art zu schaffen
welcher hohes Widerstandsmoment gegen Torsionsbeanspruchungen, gute Späneabfuhr,
günstigen Kühlmittelnachfluß und geringe Wärmeentwicklung während des Bohrens ergibt.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Nutenprofil
ohne Kante von der Nebenschneidecke bis zur Fuhrungs-fase verläuft, wobei die Rückenform
im Axialschnitt durch einen Radius festgelegt ist, dessen Wert ein Drittel bis zwei
Fünftel des Spiralbohrer-Außendurchmessers beträgt und dessen Mittelpunkt einen
Abstand von der Spiralbohrer-Achse hat, der ungefähr einem Zehntel des Spiralbohrer-Außendurchmessers
entspricht, und wobei der Kerndurchmesser des Spiralbohrers maximal bis zum 1,5-fachen
Wert des normalen (genormten) Spiralbohrerkernmaßrichtwertes vergrößert ist.
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Durch die besonders vorteilhafte Ausführungsform des gesamten Nutenprofils,
das über seine gesamte Länge ohne Kante verläuft, wobei die Schleif- bzw. Fräsriefen
die Richtung der Späneabfuhr haben, wird eine optimale Späneabfuhr erzielt. Die
Späne werden beim Schneidvorgang
nicht gestaucht und werden auch
aus tieferen Bohrungen ohne Stauungen abgeführt, die Reibungswärme wird geringer
und Materialaufschweißungen in den Nuten werden vermieden.
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Gleichzeitig wird durch die weite und offene Nutenform erreicht, daß
ein besonders guter Kühlmittelnachfluß zur Zerspanungsstelle zustande kommt. Versuche
haben gezeigt, daß der neuerungsgemäße Spiralbohrer beim Bohren ohne Ausspänen nach
Erreichen einer Bohrtiefe von etwa dem Dreifachen seines Nenndurchmessers wesentlich
weniger Wärme entwickelt, als Spiralbohrer mit den bisherigen Nutenprofilen.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.
Zum Vergleich mit der erfindungsgemäßen Ausführung wurden auch die bisher üblichen
Ausführungsformen dargestellt. Es stellen dar: Fig. 1 einen Axialschnitt durch den
genuteten Teil des erfindungsgemäßen Spiralbohrers, der das von der Schneidecke
bis zur FührungslEase ohne Kante verlaufende Nutenprofil und den ein Drittel bis
zwei Fünftel des Spiralbohre r-Außendurchme s sers betragenden Rückenradius zeigt,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Spiralbohrer, der die Materialverstärkung
nahe am Außendurchmesser bei gleichzeitiger, nur unwesentlicher Vergrößerung des
Kerndurchmessers zeigt, Fig. 3 eine Ansicht des Spiralbohrers, welche die weite,
offene Nutenform bei einem Seitenspanwinkel von 40° und den Spitzenwinkel von 1300
zeigt, Fig. 4 einen Axialschnitt durch einen bisher bekannten Spiralbohrer w, Fig.
5 einen Querschnitt durch einen Spiralbohrer des Types W gemäß Fig. 4, Fig. 6 einen
Axialschnitt durch einen bisher im Sprachgebrauch als Flachnut-Spiralbohrer bekannten
Bohrer,
Fig. 7 einen Querschnitt durch den Flachnut-Spiralbohrer gemäß Fig. 6, Fig. 8 einen
Axialschnitt durch einen bisher bekannten Spiralbohrer, dessen Rückenfläche nur
zu einem geringen Teil als Zylindermantel und zum größeren Teil als Kegelmantel
ausgebildet ist, und Fig. 9 einen Querschnitt des in Fig. 8 im Axialschnitt dargestellten
Spiralbohrers, der den erheblich vergrößerten Kerndurchmesser zeigt.
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Der in Fig. 1 gezeigte Axialschnitt entspricht einem erfindungsgemäß
gestalteten Spiralbohrer mit weiten und offenen Nuten. Hierbei verläuft das Nutenprofil
1 ohne eine die Spanabfuhr hindernde Kante von der Nebenschneidecke 2 bis zur Führungs-Iase
3, wobei die Rückenform durch den Radius r gekennzeichnet ist, dessen Wert ein Drittel
bis zwei Fünftel des Spiralbohrer-Außendurchmessers d ist, und dessen Mittelpunkt
M von der Spiralbohrerachse A einen Abstand hat, der einem Zehntel des Spiralbohrer-Außendurchmessers
entspricht.
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Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch den neuen Bohrer.
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Auch hier ist das Nutenprofil 1' gezeigt, das bogenförmig ohne Kante
von der Nebenschneidecke 2' bis zur Führungsfase 3' verläuft. Gleichzeitig ist der
nur unwesentlich vergrößerte Kerndurchmesser k abgebildet. Die Materialverstärkung
4 liegt nicht im Kernbereich, sondern nahe an Außendurchme .5er.
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Der erfindungsgemäße Bohrer ist in Fig. 3 teilweise in der Ansicht
gezeigt. Die Zeichnung veranschaulicht die Räckenwulst 5, die dem bpiralbohrer ein
möglichst großes Widerstandsmoment gegen beim Bohren auftretende Torsionskräfte
gibt. Das wird unterstützt durch den großen Seitenspanwinkel von 40°. Weiterhin
ist der Spitzenwinkel von 1300 und die Ausspftzung 6 der Spiralbohrer-Querschneide
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gezeigt. Es werden gleichzeitig die weiten, offenen Nuten gezeigt,
die eine gute Späneabfuhr gewährleisten.
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Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt durch einen bisher bekannten Spiralbohrer
des Types -W. Die Profilformen der beiden weiteren herkömmlichen Standardtypen N
und H sind entsprechend. Der Typ W wurde für die Darstellung gewählt, weil die Größe
seines Seitenspanwinkels ähnlich der des erfindungsgemäßen Spiralbohrers ist. Hierbei
ist deutlich zu erkennen, daß der Spiralbohrerrücken 8 als Zylindermantel ausgebildet
ist und von der Spiralbohrernute 9 durch eine die Späneabfuhr hindernde Rückenkante
10 unterteilt ist.
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Der in Fig. 5 gezeigte Querschnitt entspricht ebenfalls dem herkömmlichen
Typ W. Auch hier ist gezeigt, daß der Spiralbohrerrücken 8' von der Spiralbohrernute
9' durch eine Rückenkante 10' unterteilt ist. Bei diesem Spiralbohrertyp ist ähnlich
wie bei dem erfindungsgemäßen Bohrer (siehe Fig. 2) die Materialverstärkung 12 nahe
am Außendurchmesser und der Kerndurchmesser 11 normal. Vergleicht man jedoch den
Spanraum der beiden Bohrer, so findet man beim neuen Bohrerquerschnitt eine wesentlich
größere Fläche, d.h. der neue Bohrer kann beim Bohren die Späne leichter abführen,
es treten weniger Spanstauungen und damit weniger Reibungswärme auf, und der große
Spanraum ermöglicht außerdem einen besseren Kühlmittelnachfluß zu seinen Hauptschneiden.
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Ein Axialschnitt durch einen bisher unter der Bezeichnung Flachnut-Spiralbohrer
bekannten Typ wird in Fig. 6 gezeigt. Zur Vergrößerung des Spanraum ist hier der
Spiralbohrerrücken 12 als Kegelmantelfläche ausgebildet. Hiermit wird, ähnlich wie
beim erfindungsgemäßen Spiralbohrer, eine sehr weite und offene Nutenform erreicht.
Das ist aus Fig.
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7 ersichtlich. Wie beim erfindungsgemäßen Bohrer verläuft das Nutenprofil
13 bogenförmig ohne Kante von der Nebenschneidecke 14 bis zur Führungsfase 15. Jedoch
ist der
Kerndurchmesser 16 gegenüber normalen Spiralbohrern wesentlich
vergrößert, und der Querschnitt nahe am Außendurchmesser 17 ist durch den als Kegelmantelfläche
ausgebildeten Rücken sehr geschwächt. Der Flachnut-Spiralbohrer kann also zwangsläufig
den beim Bohren auftretenden Verdrehspannungen nur ein geringes Widerstandsmoment
entgegensetzen.
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In Fig. 8 ist ein Axialschnitt durch einen herkömmlichen Spiralbohrer
gezeigt, der so gestaltet ist, daß sein Rückenprofil nur zu einem geringen Teil
als Zylindermantel 18 und zum größeren Teil als Kegelmantel 19 ausgebildet ist.
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Die Rückenform ist auch hier durch eine die Späne abfuhr störende
Kante 20 unterteilt.
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Fig. 9 zeigt diesen Spiralbohrer im Querschnitt mit der Xückenkante
20', die das als Zylindermantel ausgebildete Rückenprofil 18' von dem als Kegelmantel
ausgebildeten Rückenprofil 19' trennt. Der Kerndurchmesser 21 ist bei diesem Bohrertyp
so weit vergrößert, daß er etwa den doppelten Wert des Kerndurchmessers des normalen
Spiralbohrers erreicht. Eine Materialverstärkung nahe am Außendurchmesser wird praktisch
durch den großen Kerndurchmesser aufgehoben, so daß der Bohrerquerschnitt vom Kern
bis zur Rückenkante etwa die gleiche Profilbreite aufweist.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Spiralbohrers besteht
darin, daß der Spiralbohrer auch auf Werkstoffen eingesetzt werden kann, für die
sonst Bohrer erforderlich sind, die aus höher legierten Schnellarbeitsstählen hergestellt
werden müssen.
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Patentansprüche: