DE2416157A1

DE2416157A1 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE2416157A1
Application number: DE2416157A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr Ing Greuner; Mohamed Prof Dr Osman
Original assignee: Gebrueder Heller GmbH
Current assignee: Gebrueder Heller GmbH
Priority date: 1974-04-03
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1975-10-23
Also published as: US3966349A; DE2416157C2

Description

PATENTANWÄLTE

Dr.-lng. Wolff H. Bartels

2416157 Dipl.-Chem. Dr. Brandes

Dr.-lng. Held
Dipl.-Phys. Wolff

7 Stuttgart 1, Lange Straße 51

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27.März 1974/7508 Reg.-Nr. 124 335

Firma Gebrüder Heller Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung, 2801 üphusen 157

Bohrwerkzeug

Telefonische Auskünfte und

CDQQ/ O /fin/ Π Aufträge sind nur nach schriftlicher

bU9o4J/UU4 / Bestätigung verbindlich

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit mindestens zwei an einem Werkzeugkörper angeordneten Schneidkörpern und mindestens drei Stützflächen, die mit der Wandung der von Schneiden der Schneidkörper hergestellten Bohrung Spalte für einen Schmiermittelfilm begrenzen, über den sich das Bohrwerkzeug beim Bohren an der Bohrungswand abstützt, wobei die Schneidkörper solche Stützflächen bilden.

Bohrwerkzeuge dieser Art dienen zum Herstellen von Tiefbohrungen, d.h. Bohrungen, deren Tiefe größer ist als dreimal der Bohrungsdurchmesser. Die Stützflächen dienen hierbei dazu, um ein seitliches Verlaufen des Werkzeuges von der Achse der herzustellenden Bohrung zu vermeiden. Bei den bekannten Bohrwerkzeugen dieser Art sind mindestens zwei Stützflächen von Stützleisten gebildet. Hierbei ist bei den bekannten Bohrwerkzeugen ein ungleichmäßiger Verschleiß dieser Stützleisten und der Schneiden nicht zu vermeiden, wodurch sich eine Neigung des Werkzeuges zum Mittenverlauf, kurze Standlängen und beim Bohren Schwingungen ergeben. Das führt zu unrunden Bohrungen mit welligen Bohrungsoberflächen, für die keine genauen Toleranzen eingehalten werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bohrwerkzeug mit mindestens zwei Schneidkörpern und mindestens drei Stützflächen zu schaffen, mit dem runde glatte Bohrungen mit äußerst geringen Toleranzen gebohrt werden können.

Diese Aufgabe ist bei einem Bohrwerkzeug der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schneidkörper so angeordnet sind, daß die Resultierende der an den Schneiden beim Bohren erzeugten Schnittkräfte eine von Null verschiedene Größe besitzt, die von dem Schmiermittelfilm einer Stützfläche ohne Unterbrechung abstützbar ist, und daß diese Stützfläche von einer einzigen Stützleiste gebildet ist. Durch die Benutzung der bekannten theoretischen Kenntnisse und durch

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die Auswertung praktischer Versuchsergebnisse können die beim Bohren auftretenden Schnittkräfte der einzelnen Schneiden so-V7ohl hinsichtlich ihrer Größe als auch hinsichtlich ihrer Richtung ermittelt werden. Auch sind die Kräfte bekannt, die von dem Schmiermittelfilm einer einzigen Stützfläche bei den verschiedenen Drehzahlen von Bohrwerkzeugen ohne Unterbrechung abstützbar sind. Der Stand der Technik bietet daher dem Fachmann die Mittel, die erfindungsgemäße Lehre anzuwenden und die Schneidkörper an einem Bohrwerkzeug so anzuordnen, daß die Resultierende der an den Schneiden beim Bohren erzeugten Schnittkräfte eine von Null verschiedene Größe besitzt, die jedoch noch so klein ist, daß sie von dem Schmiermittelfilm einer einzigen Stützfläche ohne Unterbrechung abstützbar ist. Durch die Ermittlung der Größe und der Richtung der Resultierenden der Schnittkräfte kann die Lage der einzigen Stützleiste exakt ermittelt werden, bei der die Resultierende der Schnittkräfte voll durch den Schmiermittelfilm an der durch die Stützleiste gebildeten Stützfläche aufgenommen werden kann. Das'hat aber zur Folge, daß beim Bohren mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug die Lebensdauer der einen Stützleiste wesentlich erhöht wird. Daraus ergibt sich eine erhöhte Lebensdauer des Bohrwerkzeuges. Durch die exakte Führung des Bohrwerkzeuges durch die Stützleiste ist es möglich, die Genauigkeit der Bohrung im Bereich weniger Hundertstel Millimeter und die Welligkeit im Bereich bis zu 20 Mikrometer zu halten. Auch wird ein Verlaufen der Bohrung aus der Mitte vermieden.

Um eine Resultierende der an den Schneiden beim Bohren erzeugten Schnittkräfte zu erhalten, die von Null verschieden ist, können die Schneiden mit einem von Null oder 180° verschiedenen Winkel zueinander angeordnet werden. Hierbei können z.B. für das Kernbohren mehrere Schneiden vorhanden sein, die sich über die ganze zu zerspanende Zone erstrecken.

Die Schneiden der beiden Schneidkörper können jedoch auch verschieden lang sein. Hierbei kann eine Schneide eine sich über

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die ganze zu zerspanende Zone und die andere eine sich nur über einen radial äußeren Teilbereich der zu zerspanenden Zone erstreckende kürzere Länge aufweisen. Auch hier können dann insbesondere für das Vollbohren mehrere kürzere Schneiden verschiedener Länge vorhanden sein. Durch die Anwendung mehrerer Schneiden wird der Vorschub pro Umdrehung des Bohrwerkzeuges gesteigert, wobei durch die Anordnung der Schneiden mit verschiedenen Winkeln zueinander erreicht werden kann, daß sich die Schnittkräfte teilweise aufheben und nur die gewünschte Resultierende der Schnittkräfte erzeugt wird, die dann von der einzigen Stützleiste aufgenommen wird. Da bei der Anwendung mehrerer kürzerer Schneiden verschiedener Länge diese Schneiden sich bis zum äußeren Umfang des Flugkreises des Bohrwerkzeuges erstrecken, damit ihre Schneidkörper dort die entsprechenden Stützflächen bilden können, ergibt sich der Vorteil, daß am äußeren Umfang, nämlich dort, wo zwangsläufig die höchste Umfangsgeschwindigkeit auftritt, eine Reihe von Schneiden vorhanden ist, während abgestuft zum Zentrum hin, wo die Umfangsgeschwindigkeit abnimmt, die Anzahl der wirkenden Schneiden abnimmt. Damit ergibt sich eine gleichmäßige Abnutzung der verschiedenen Schneiden und damit eine Erhöhung der Lebensdauer des Bohrwerkzeuges trotz der durch die Mehrzahl der Schneiden erhöhten Vorschubleistung des Bohrwerkzeuges.

Um jedoch bei einer eventuellen geringfügigen verschiedenen Abnutzung der Schneiden und einer damit verbundenen Änderung der Resultierenden der Schnittkräfte sicherzustellen, daß diese Resultierende richtig von der einzigen Stützleiste an der Bohrungswand über den Schmiermittelfilm abgestützt wird, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die Stützleiste in einem elastisch nachgiebigen Dämpfungsmaterial schwimmend und/oder pendelnd gelagert ist. Dadurch wird erreicht, daß sich die Stützleiste immer auf die neue Richtung der Resultierenden einstellen kann.

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Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen von Bohrwerkzeugen gemäß der Erfindung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht eines ersten Ausführungs

beispieles eines Kernbohrwerkzeuges;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II des

Kernbohrwerkzeuges nach Fig. 1 und der von diesem gebohrten Bohrung;

Fig. 3 und 4 der Fig. 1 entsprechende Darstellungen eines zweiten und dritten Ausführungsbeispieles von VoI lbohrv/erk ζ eugen.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Kernbohrwerkzeuges weist in einem Werkzeugkörper 11 vier Schneidkörper 12 auf, deren radial äußere Schmalflächen Stützflächen 13 bilden und deren Schneiden 14 sich über die ganze zu zerspanende Zone erstrecken. Hierbei v/eist jede Schneide 14 zwei Schneidenschenkel auf, die einen überstumpfen Winkel begrenzen, dessen Scheitel eine Spitze 15 bildet, die in die Bohrrichtung des Bohrwerkzeuges gerichtet ist. Alle Spitzen 15 aller Schneiden 14 befinden sich in gleichen radialen Abständen von der Werkzeugachse 16. Durch diese Ausbildung der Schneiden 14 wird eine vorteilhafte Zentrierung des Bohrwerkzeuges erreicht.

Die Richtung der Resultierenden der Schnittkräfte der Schneiden ist in Fig. 1 durch den Pfeil 17 angegeben. In der Richtung des -Pfeiles 17 ist in einer Axialnut 18 des Werkzeugkörpers 11 in einem elastisch nachgiebigen Dämpfungsmaterial 19 aus Guß, Bronze,

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Nylon oder dergleichen eine Stützleiste 21 schwimmend gelagert.

Die Schneidkörper 12 sind hierbei so angeordnet, daß die Resultierende der Schnittkräfte ihrer Schneiden 14 zwar größer als Null, aber immer noch so klein ist, daß der Schmiermittelfilm, der sich zwischen der Stützfläche 22 der Stützleiste 21 und der Bohrungswand ausbildet, in der Lage ist, ohne abzureißen diese Kraft auf die Bohrungswand zu übertragen.

Dadurch, daß der Schmiermittelfilm an der Stützleiste 21 beim Bohren durch die besondere vorher genau berechnete Anordnung der Schneidkörper 12 nicht abreißt, wird eine hohe Lebensdauer sowohl der Stützleiste 21 und damit auch des ganzen Bohrwerkzeuges erreicht. Durch die einwandfreie Führung durch die Stützleiste 21 werden die Schneiden 14 der Schneidkörper 12 gleichmäßig abgenutzt, was ebenfalls zur Lebensdauer des Bohrwerkzeuges beiträgt. Für den Fall, daß die Schneiden 14 doch geringfügig verschieden abnutzen und sich dadurch die Richtung der Resultierenden ändert, kann sich die Stützleiste 21 durch die Lagerung in dem elastisch nachgiebigen Dämpfungsmaterial 19 der veränderten Richtung der Resultierenden leicht anpassen, so daß immer gewährleistet isfc^ daß die Resultierende von der Stützleiste 21 gut über den Schmiermittelfilrn an der Bohrungswand abgestützt wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diejenigen Teile, die dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 entsprechen,, mit um 100 vergrößerten Bezugszahlen bezeichnet, so daß durch diesen Hinweis auf das erste Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird.

In Fig. 3 ist ein Vollbohrwerkzeug dargestellt, bei dem nur ein einziger Schneidkörper 112 vorgesehen ist, dessen Schneide 114 sich über die ganze zu zerspanende Zone erstreckt. Neben dem

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Schneidkörper 112 ist noch ein weiterer Schneidkörper 123 vorgesehen, dessen Schneide 124 sich längs eines Teiles einer Sehne ihres Flugkreises 125 erstreckt und dadurch wesentlich kürzer ist als die Schneide 114 des Schneidkörpers 112. Gleichzeitig ergibt sich dadurch, daß die Schneide 124 nicht auf die Achse 116 des Bohrwerkzeuges gerichtet ist und dadurch mit der entsprechenden Sadialebene des Bohrwerkzeuges einen spitzen Winkel einschließt. Durch diese Anordnung des Schneidenkörpers 123 kanrj die Resultierende der Schnittkräfte der Schneiden 114 und 124 im gewünschten Maße sowohl hinsichtlich ihrer Richtung als auch hinsichtlich ihrer Größe dimensioniert werden. In der durch den Pfeil 117 angegebenen Richtung dieser Resultierenden ist in einer Axialnut in einem elastisch nachgiebigen Dämpfungsmaterial 119 eine Stützleiste 121 pendelnd gelagert. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel hat das in Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel den Vorteil, daß hier am äußeren Umfang des Bohrwerkzeuges, nämlich dort, v/o die Umfangsgeschwindigkeit größer ist, die Besetzung mit Schneiden, nämlich mit den beiden Schneiden 114 und 124, größer ist als im zentralen Bereich, wo nur eine Schneide, nämlich die Schneide 114, vorhanden ist. Dadurch wird erreicht, daß dort, v/o die Geschwindigkeit der Schneide größer ist und dadurch die Schneide stärker abnutzt, mehr Schneiden zur Verfügung stehen, so daß dadurch an diesen Stellen die Abnutzung der Schneiden entsprechend verringert wird. Man erhält dadurch eine gleichmäßigere Abnutzung der Schneiden und dadur.ch eine größere Lebensdauer des Bohrwerkzeuges.

In Fig. 4 sind diejenigen Teile, die dem Ausführungsbeispiel

mit
nach Fig; 3 entsprechen,/um 100 größeren Bezugszahlen bezeichnet, so daß durch diesen Hinweis auf das zweite Ausführungsbeispiel Bezug genommen wird.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 handelt es sich ebenso wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 um ein Vollbohrwerkzeug mit nur einem einzigen Schneidenkörper 212, dessen Schneide 214 sich über die ganze zu zerspanende Zone er-

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streckt. Außerdem SchneidEHkörper 212 sind noch drei weitere Schneidenkörper 223, 233 und 243 mit Schneiden 224 bzw. 234 und 244 vorgesehen. Alle Schneiden bilden hierbei von Null und 180° verschiedene Winkel miteinander und erstrecken sich nur

über den äußeren Teil eines Radius ihres Flugkreises 225. Die

Stützeinzige/ leiste 221 ist ebenso wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 in einem elastisch nachgiebigen Dämpfungsmaterial 219 schwimmend gelagert.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist besonders darauf geachtet, daß die Zerspanungszonen mit größerer Umfangsgeschwindigkeit der Schneiden stärker besetzt sind als die Zerspanungszonen mit geringerer Umfangsgeschwindigkeit, wobei die Besetzung mit Schneiden zum Mittelpunkt stetig abnimmt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schneiden 214, 224, 234, 244 so angeordnet, daß die Resultierende ihrer Schnittkräfte zwar von Null verschieden, aber doch noch so klein ist, daß sie durch die von dem Schmiermittelfilm der Stützfläche 222. der Stützleiste 21 ohne Unterbrechung abstützbar ist, wobei die Stützleiste 221 in der durch den Pfeil 217 angegebenen Richtung dieser Resultierenden angeordnet ist.

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Claims

-ν- 9

Patentansprüche

[ I)J Bohrwerkzeug mit mindestens zwei an einem Werkzeugkörper an--— geordneten Schneidkörpern und mindestens drei Stützflächen,

die mit der Wandung der von Schneiden der Schneidkörper hergestellten Bohrung Spalte für einen Schmiermittelfilm begrenzen, über den sich das Bohrwerkzeug beim Bohren an der Bohrungswand abstützt, wobei die Schneidkörper solche Stützflächen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkörper (12) so angeordnet sind, daß die Resultierende der an den Schneiden (14) beim Bohren erzeugten Schnittkräfte eine von Null verschiedene Größe besitzt, die von dem Schmiermittelfilm einer Stützfläche (22) ohne Unterbrechung abstützbar ist, und daß diese Stützfläche (22) von einer einzigen Stützleiste (21) gebildet ist.
2) Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützleiste (21, 121) in einem elastisch nachgiebigen Dämpfungsmaterial (19, 119) schwimmend und/oder pendelnd gelagert ist.
3) Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (14) der beiden Schneidkörper (12) einen von Null und 180° verschiedenen Winkel miteinander bilden.
4) Bohrwerkzeug für das Kernbohren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schneiden (12) vorhanden sind, die sich über die ganze zu zerspanende Zone erstrecken.
5) Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (114, 124) der beiden Schneidkörper (112 bzw. 123) verschieden lang sind.

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6) Bohrwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneide (114) eine sich über die ganze zu zerspanende Zone und die andere (124) eine sich hur über einen radial äußeren Teilbereich der zu zerspanenden Zone erstreckende kürzere Länge aufweist.
7) Bohrwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzere Schneide (12 4) sich längs eines Teiles einer Sehne ihres Flugkreises (125) erstreckt.
8) Bohrwerkzeug für das Vollbohren nach einem der Ansprüche oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kürzere Schneiden (224,234,244) verschiedener Länge vorhanden sind.

50984 3./0047

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