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Spiralbohrer, insbesondere zum Bohren weicher Werkstoffe Die Erfindung
betrifft einen Spiralbohrer, insbesondere zum Bohren weicher Werkstoffe, mit einem
Einspann- und einem Nutenschaft mit spiralig gewundenen, sich vom Einspannschaft
bis zur Bohrerspitze erstreckenden, den Spanwinkel definierenden Spannuten.
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Bei Spiralbohrern der bekannten, eingangs beschriebenen Art wird die
Steigung der Wendel, entlang deren sich die Spannuten am Nutenschaft erstrecken,
durch die Grösse des Spanwinkels bestimmt.
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Die Grösse des Spanwinkels ist bekanntlich abhängig von der Art des
aufzubohrenden Materials, wobei dieser um so grösser zu wählen ist, je weicher das
zu bearbeitende Material ist. Demgemäss erstrecken sich die Spiralnuten auch zur
Bohrbearbeitung von Stahl entlang verhältnismässig enger Wendeln, aus denen sich
die Späne aus der Bohrung herauswinden müssen. Es entsteht deshalb beim Bohren mehr
Wärme durch Reibung in den durch die Spannuten und die Innenumfangsfläche der Bohrung
definierten Kanälen als durch den eigentlichen Zerspanungsvorgang im Bereich der
Bohrer schneide.
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Je grösser deshalb der Spanwinkel zu wählen ist bzw. je kleiner die
Steigung der spiralig gewundenen Spannuten ist, desto grösser sind die für die Zerspanung
notwendige Kraft, das Drehmoment und der Axialdruck.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Spiralbohrer konstruktiv
derart zu verändern, dass die Zerspanungskräfte, das Drehmoment und der Axialdruck
gegenüber konventionellen Spiralbohrern wesentlich kleinere Werte erreichen und
damit die Wärmeentwicklung erheblich vermindert bzw. die Belastbarkeit solcher Bohrer
erhöht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Spiralwinkel
der Spannuten an der Bohrerspitze einen Grösstwert und, sich über die Länge des
Nutenschaftes konstant verändernd, am oberen Schaftende einen Kleinstwert hat.
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Erfindungsgemässe Spiralbohrer zeichnen sich demgemäss dadurch aus,
dass sich die Steigung ihrer Spiralnuten von der Bohrerspitze
aus,
an der der Spiralwinkel der Spannuten dem erforderlichen Spanwinkel entspricht,
sich ständig vergrössert. Demgemäss liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis
zugrunde, durch eine kontinuierliche Veränderung des Spiralwinkels den Weg, den
die Späne aus der Bohrung zurückzulegen haben, zu minimieren und damit die wärmeerzeugende
Reibung entsprechend zu vermindern.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Spiralwinkel
der Spannuten an der Bohrerspitze ungefähr 200 bis 400, vorzugsweise 350, und im
Bereich des anderen Nutenschaftendes ungefähr 50 bis 15°, vorzugsweise 10°, beträgt.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemässen Spiralbohrers
besteht darin, dass die Weite der Spannuten in Richtung ihres hinteren Endes ständig
zunimmt, wodurch die Spiralnuten nach hinten offener und dadurch der Spanraum im
Querschnitt grösser und dementsprechend die Spanreibung entsprechend kleiner wird.
Diese Veränderung der Weite der Spannuten ergibt sich dabei zwangsläufig, wenn bei
der Herstellung der Spannuten durch Schleifen oder Fräsen das zu erzeugende Werkzeug,
nämlich eine Formschleifscheibe oder ein Fräser, das im Bereich der Bohrerspitze
zur Erzeugung des geforderten Spanwinkels parallel zur herzustellenden Spiralnute
eingestellt wird, diese Einstellung während der Herstellung der Spiralnut über deren
gesamte Länge unverändert beibehalten wird. Es entsteht also bei der zur Veränderung
der Nutensteigung notwendig werdenden Verstellung des Bohrers relativ zum Werkzeug
zwangsläufig eine Profilverzerrung, die zur Folge hat, dass die Weite der herzustellenden
Spiralnute sich ihrem hinteren Ende zu entsprechend vergrössert.
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Handelt es sich um einen insbesondere aus Hartmetall bestehenden und
zur Herstellung von Bohrungen mit einem Durchmesser von 2 mm
und
weniger bestimmten Spiralbohrer, so ist es günstig, wenn dieser einen sich in bekannter
Weise nach hinten konstant vergrösserten Querschnitt des Bohrerkernes aufweist,
wodurch gerade bei Spiralbohrern mit relativ kleinem Durchmesser das Drehmoment
und der Axialdruck noch erheblich gesteigert werden können, ohne dem Spiralbohrer
schädlich zu sein.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt
ein Spiralbohrer gezeigt, dessen Durchmesser kleiner als 2 mm ist. Hierbei zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt des Spiralbohrers, wie ihn dieser unmittelbar hinter der
Bohrerspitze aufweist, Fig. 2 einen Querschnitt des Spiralbohrers im Bereich des
hinteren Endes seines Nutenschaftes.
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Wie aus den beiden Figuren zu ersehen ist, handelt es sich um einen
Spiralbohrer, dessen Kern a im Bereich der Bohrerspitze eine Kerndicke a' und im
Bereich des Hinterendes seines Nutenschaftes eine Kerndicke a" aufweist, d.h. der
Querschnitt des Bohrerkernes vergrössert sich in bekannter Weise von der Bohrerspitze
bis zum Hinterende des Nutenschaftes. Der Spiralbohrer weist an dessen durch die
beiden Bohrerführungsfasen 10 definierten Nutenschaft zwei spiralig gewundene Spannuten
12, 14 auf, deren Spiralwinkel im Bereich der Bohrerspitze dem Spanwinkel der Bohrerschneiden
entspricht, dessen Grösse entsprechend einem Erfahrungswert gewählt ist, der für
die Härte des zu bearbeitenden Werkstoffes ein optimales Arbeitsergebnis gewährleistet.
Der Spiralwinkel der beiden Spannuten 12, 14 hat demgemäss im Bereich der Bohrerspitze
einen Grösstwert. Die
Steigung der Wendel, entlang deren sich die
Spannuten erstrecken, verändert sich hierbei über die Länge des Nutenschaftes konstant
in dem Sinne, dass am hinteren Schaftende diese einen Kleinstwert hat. Dies bedeutet,
dass die beiden Wendeln von der Bohrerspitze aus in Richtung zum hinteren Ende des
Nutenschaftes gesehen, sich stets erweitern. Aus dieser Veränderung der Wendelführung
resultiert gegenüber einer gleichbleibenden Wendelsteigung eine beträchtliche Verkürzung
des Weges, den ein an der Bohrerspitze erzeugter Span zurückzulegen hat, bis er
bei einer verhältnismässig tiefen Bohrung aus der aufgebohrten Werkstückoberfläche
austritt. Ein Vergleich eines erfindungsgemäss ausgebildeten Spiralbohrers mit einem
Spiralbohrer herkömmlicher Ausbildung möge dies verdeutlichen, wobei angenommen
sei, dass es sich um Spiralbohrer handelt mit einem Durchmesser von 1 mm, einem
den Spanwinkel definierenden Spiralwinkel von 35° und mit einer Länge der Spiralnuten
von 14 mm. Bei einem herkömmlichen Spiralbohrer dieser Ausbildung sind für dessen
Spiralnuten, gemessen an der Bohrerachse, beispielsweise drei volle Windungen erforderlich.
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Bei einem erfindungsgemäss ausgebildeten Spiralbohrer, dessen Spiralnuten
am hinteren Ende des Nutenschaftes einen Spiralwinkel von beispielsweise 10° haben,
ist für die Spiralnuten, ebenfalls an der Bohrerachse gemessen, bei einer gleichen
Spirallänge von 14 mm lediglich noch eine volle Windung erforderlich. Hieraus ergibt
sich, dass ein an der Bohrerspitze erzeugter Span bis er am Hinterende des Nutenschaftes
aus der Spiralnut austreten wird, einen Weg zurückzulegen hat, der um ca. 20 % kleiner
ist als bei einem gleichen Spiralbohrer der herkömmlichen Bauart.
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Es wurde nicht für notwendig erachtet, in der Zeichnung eine Darstellung
des Spiralbohrers aufzunehmen, aus der die Verringerung
des Spiralwinkels
von einem Grösstwert an dessen Bohrerspitze zu einem Kleinstwert an dessen hinterem
Schaftende ersichtlich ist.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung nimmt die Weite der Spannuten,
wie dies aus Fig. 1 und 2 deutlich zu ersehen ist, in Richtung ihres hinteren Endes
ständig zu, wobei deren konkave Krümmung zwangsläufig flacher wird. Diese Erweiterung
der Spannuten im Vergleich zu einem Spiralbohrer der herkömmlichen Bauart, dessen
Bohrerkern in Richtung des hinteren Nutenschaftendes ebenfalls sich konstant vergrössert,
ist aus Fig. 2 ersichtlich, in der strichpunktiert der Querschnitt eines herkömmlichen
Spiralbohrers eingezeichnet ist.
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Durch die veränderte Weite der Spannuten gemäss Fig. 2 wird trotz
gleichbleibender Verstärkung des Bohrerkernes a eine Vergrösserung des durch die
Spannuten und die Innenumfangsfläche der hergestellten Bohrung definierten Spankanales
erreicht, sodass also der zunehmende Querschnitt des Bohrerkernes keinen nachteiligen
Einfluss auf den Spänefluss innerhalb der Spannuten hat.
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Im Gegenteil wird im Gegensatz zu den herkömmlichen Spiralbohrern,
bei denen der Spanraum am Nutenende wesentlich kleiner ist als am Nutenanfang, und
sich daher der Span komprimiert, eine Vergrösserung des Spanraums und eine bessere
Abfuhr des Bohrmehls trotz gleichbleibender Kernverstärkung erreicht.
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Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemässen Bohrerkonstruktion
ist ferner darin zu sehen, dass im Vergleich zu einem herkömmlichen Spiralbohrer
gleicher Abmessungen bei gleichbleibender Spirallänge, in der Bohrerachse gemessen,
die Länge der Spannuten, an der Mantellinie des Nutenschaftes gemessen, wesentlich
verkürzt ist.