DE3125481A1 - Kernbohrer fuer metallische werkstuecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Span-Nuten versehenen Kernbohrer zum Bahren von Lächern in metallische Werkstücke.

Mit Span-Nuten versehene Kernbohrer, die Zähne aufweisen, welche radial voneinander beabstandete innere und äußere Schneidkanten bilden, eignen sich sehr gut zur Herstellung von Löchern in metallischen Werkstücken« Ein derartiger Bohrer ist beispielsweise im amerikanischen Reissue Patent No. 28416 des gleichen Erfinders beschrieben. Die Erfahrung hat gezeigt, daß mit Span-Nuten versehene Bohrer dieser allgemeinen Bauart zum Bohren von Löchern in Metall bis auf eine Tiefe von etwa einem Zoll einen sehr hohen Wirkungsgrad besitzen. Wsnn Löcher mit einer Tiefe über etwa einem Zoll gebohrt werden, nimmt der Wirlungsgrad eines derartigen Bohrers häufig stark ab, wobei manchmal Brüche des Bohrers auftreten und die Oberfläche des gebohrten Loches eine schlechtere Qualität erhält« Bei Werkstücken aus Stahl und

bei einigen anderen Metallen treten diese Probleme relativ tiefen Löchern auf, da die Span-Nuten der Bohrer in einem solchen Ausmaß mit Spänen aufgefüllt werden, daß die Span-Nuten blockiert werden. Obwohl diese Probleme etwas behoben werden können,. indem man die Span-Nuten größer oder breiter ausbildet, so daß diese eine größere Spanmasse aufnehmen können, stellt das Vergrößern der Span-Nuten keine vollständige Lösung dieses Problems dar» Wenn die Span-Nuten ver-

größert werden, wird der Bohrer normalerweise schwächer und die Anzahl der Schneidzähne im Bohrsr nimmt ab, wodurch die Schneidbelastung an jedem Zahn ansteigt.

Hauptziel der Erfindung ist es, einen mit Span-Nuten versehenen Kernbohrer zu schaffen, der zum Bohren von relativ tiefen Löchern in Metall sehr gut geeignet ist und der in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden kann.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, einen Kern~ bohrer zu schaffen, mit dem die vorstehend erwähnten Probleme vermieden werden können, indem alle Stege oder zumindest jeder übernächste Steg des Bohres verkürzt werden.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Bohrer besitzt einen Bohrerkörper in der Form eine^sumgekehrten Bechers, der um sein unteres Ende herum mit in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Zähnen versehen ist. Die Breite der abgelösten Späne wird auf einem Minimum gehalten, indem die Schneidzähne so ausgebildet sind, daß sie radial innere und radial äußere Schneidkanten bilden, von denen jede in der Lage ist, einen einzelnen Span zu schneiden, der eine Breite besitzt, die wesentlich geringer ist als die Wanddicks des Bohrers. Die von den äußeren Schneidkanten gelösten Späne werden über schraubenförmige Span-Nuten um den Außenumfang des Bohrers herum nach oben gelenkt, während die von den

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inneren Schneidkanten gelösten Späne durch Hohlkehlen, die benachbart zu den inneren Schneidkanten ausgebildet sind, nach oben und außen in die Span-Nuten des Bohrers gelenkt werden. Zumindest jede übernächste Span-Nut endet an ihrem oberen Ende in einer Ebene, die beträchtlich unterhalb des oberen Endes der Bohrerseitenwand angeordnet ist. Jede Schneidkante erzeugt einen kontinuierlichen Span, der in Umfangsrichtung gestützt und durch die vordere Seite des benachbarten Steges durch die Span-Nut nach oben gelenkt wird. Wenn jedoch die kontinuierlichen Späne, die von den Stegen gedreht und nach oben gelenkt werden, in eine Lage über den oberen Enden der Stege vorrücken, werden sie in Umfangsrichtung nicht mehr gestützt, obwohl sie noch zusammen mit dem Bohrer rotieren. Der Reibeingriff zwischen diesen nicht gestützten rotierenden Spänen und der Seitenwand des im Werkstück ausgebildeten Loches bewirkt, daß die Späne zu kleinen Teilen zerbrechen, die sehr rasch in dem Freiraum zwischen der Bohrerseitenwand und der Wand des Bohrloches durch die darunter zunehmerr gelösten Späne nach oben gefördert werden.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Bohrer mit hohem Wirkungsgrad ist so ausgebildet, daß die Späne relativ steif sind und somit sehr rasch zerbrechen können, und daß die Hohlkehlen und Span-Nuten so bemessen sind, daß die Späne relativ gerade bleiben, wenn sie in den Span-Nuten nach oben geführt werden. Dies steht im Gegensatz zu Ausführungsformen, bei denen die

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Späne eine gerollte Form in der Gestalt von flachen Spiralen einnehmen, was häufig zu einem Verstopfen der Span-Nut führt.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bohrers;

Figur 2 eine Endansicht des in Figur 1 dargestellten Bohrers;

Figur 3 einen Teilvertikalschnitt, in dem der Bohrer gezeigt ist, wie er durch ein metallisches Werkstück vorrückt; und

Figur 4 eine modifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bohrers.

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Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Bohrer 10 ist mit einer ringförmigen Seitenwand 12 versehen, die an ihrem oberen Ende mit einem Schaft 14 verbunden ist. Der Schaft 14 kann mit einem Kanal 15 zur Zuführung eines Kühlmittels ausgestattet sein* Wie in Figur 3 dargestellt ist, bestimmt die Höhe der Wand 12 die maximale Lochtiefe, die der Bohrer zu bohren vermag« Das untere Ende der Seitenwand 12 ist mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstande— ten Zähnen 16 versehen. Bei dem dargestellten Bohrer ist jeder Zahn 16 mit einer radial inneren Schneidkante 1B, einer radial äußeren Schneidkante 20 und einer radial dazwischen befindlichen Schneidkante 22 ausgestattet. Die Schneidkante 18 ist am unteren Ende der hinteren Seite einer ersten Hohlkehle 24 angeordnet. Die Schneidkante 22 befindet sich am unteren Ende der hinteren Seite einer zweiten Hohlkehle 26. Die Schneidkante 20 ist am unteren Ende der vorderen Seite eines Steges 2B angeordnet. Aufeinanderfolgende Stege 2Θ sind mit Abstand um den Umfang des Bohrers herum angeordnet, so daß sie zwischen sich schraubenförmige Span-Nuten 30 bilden. Jeder Steg 28 ist an seinem Außenumfang mit einem engen ersten Stegabschnitt 32 und einem breiten Unterstegabschnitt 34 versehen. Diese spezielle Stegform ist üblich und setzt den Reibungswiderstand zwischen dem Bohrer und der Wand des zu bohrenden Loches herab.

Wie man am besten den Figuren 2 und 3 entnehmen kann, sind die Hohlkehlen 24, 26 am Stegabschnitt 36 der Seitenwand 12 ausgebildet. Die Hohlkehle 24 besitzt eine vertikale

Abmessung, die etwas geringer ist als die der Hohlkehle 26, und ihr oberes Ende ist radial auswärts und aufwärts in die Hohlkehle 26 geneigt. Der obere Endabschnitt der Hohlkehle 26 ist ebenfalls radial auswärts und aufwärts in die benachbarte Span-Nut 30 geneigt. Die Schneidkanten 18, 22, 20 sind in Umfangsrichtung entgegen der Drehrichtung des Bohrers zunehmend gegeneinander versetzt angeordnet. Die Unterseite eines jeden Zahnes ist so geschliffen, daß sie entgegengesetzt geneigte Back-off-F3ächen 40, 42 aufweist, die sich entlang einer Scheitellinie 44 miteinander schneiden. Aufgrund der Neigung der Back-uff-Flächen 40, 42 sind die Schneidkanten 18, 22, 20 in Axialrichtung geneigt, wie in Figur 3 dargestellt ist. De·- bislang beschriebene Bohrer entspricht im wesentlichen iem in der schwebenden amerikanischen Patentanmeldung mit dem Titel "Annular Gutter" des gleichen Erfinders besciriebenen Bohrer und unterscheidet sich von dem in dem erwähnten Reissue Patent No. 28416 offenbarten Bohrer in erster Linie dadurch, daß der Stegabschnitt 36 des Bohrers mit zwei Schneidkanten 18, 22 anstelle einer einzigen Schneidkante versehen ist.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Bohrer unterscheidet sich gegenüber dem vorstehend beschriebenen Bohrer in erster Linie durch das vertikale Ausmaß der Stege 28, die die Span-Nuten 30 bilden. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, erstreckt sich die Seitenwand des Bohrers nach oben bis zu dem ringförmigen Abschnitt 45. Die oberen

Ende"46 der Stege 28 besitzen jedoch einen beträchtlichen Abstand von dem ringförmigen Abschnitt 45 und erstrecken sich nicht über die Gesamthöhe der Seitenwand 12. Die auf diese Weise durch die Stege 28 gebildeten verkürzten Span-Nuten 30 sorgen für das verbesserte Betriebsverhalten des Bohrers, wenn dieser zum Bohren von relativ tiefen Löchern verwendet wird, d.h. Löcher in metallischen Werkstücken, die eine größers Dicke als etwa 1 Zoll besitzen. Dies kann man am besten der Figur 3 entnehmen. Jede Schneidkante 18, 20, schneidet einzelne Späne von kontinuierlicher Länge. Der von der Kante 18 gelöste Span wird durch die Hohlkehle 24 in die Span-Nut 30 nach außen und oben gelenkt. Der von der Kante 22 gelöste Span wird durch die Hohlkehle 26 nach oben und außen in die Span-Nut 30 gelenkt, während der von der Kante 20 gelöste Span nach oben in die Span-Nut 30 gelenkt wird» Alle drei Späne zusammen werden innerhalb der Span-Nut 30 mehr oder weniger kontinuierlich durch die vordere Seite des benachbarten Steges 28 nach oben gelenkt. Folglich drehen sich die Späne, wenn sie gelöst werden, zusammen mit dem Bohrer und werden in Umfangsrichtung gestützt und durch die Vorderseite des benachbarten Steges in der Nut nach oben gelenkt. Wenn jedoch ein kontinuierlicher Span nach oben über das obere Ende 46 eines Steges 28 hinaus vorrückt, wird er nicht mehr durch den Steg unterstützt und tritt mit der Seitenwand 48 des im Werkstück ausgebildeten Loches in Reibeingriff. Die kontinuierliche Rotation des Bohrers bewirkt zusammen mit dem Reibwiderstand zwischen den Spänen

und der Wand 48 des Bohrloches, daß der Span in kleine Stücke aufbricht, wenn er nach oben über das obere Ende 46 der Stege 28 hinaus vorrückt. Die kleinen zerbrochenen Späne werden ohne Schwierigkeiten in den vorhandenen Freiraum zwischen der Wand 48 des Bohrloches und der äußeren Umfangsflache des Stegabschnittes 36 durch die sich zunehmend nach oben bewegenden, darunter befindlichen kontinuierlichen Späne, die durch die Kanten 18, 22, 20 abgelöst werden, nach oben geführt. Eine Blockierung der Span-Nuten 30 wird somit verhindert und ein stetiger Fluß von zerbrochenen Spänen zur Oberseite des Werkstückes W sichergestellt.

Der in Figur 4 dargestellte E)ohrer unterscheidet sich von der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform dadurch, daß er zum Bohren von weitaus tieferen Löchern ausgelegt ist. Folglich besitzt die Seitenwand 12a eine wesentlich größere Länge als die Seitenwand 12. Bei einem ausgesprochen tiefen Bohrloch ist es wünschenswert, daß sich einige der Stege über die Gesamthöhe der Bohrerseitenvvand erstrecken. Somit enden die Stege 28 bei 46 in der Nähe des unteren Endes der Seitenwand 12a, während sich die Stege 28a über die volle Länge der Seitenwand 12a erstrecken. Die kurzen Stsge 28 fördern das Aufbrechen der Späne in kleine Bruchstücke, wie vorstehend erwähnt. Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsfarm sind die Stege 28a im Abstand zwischen den Stegen 28 angeordnet. Mit anderen Worten,

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jeder übernächste Steg besitzt eine kurze Vertikalabmessung. Die kontinuierlich ausgebildeten vertikalen Stege 28a tragen zum Fördern der zerbrcchenen Späne zum oberen Ende des Bohrloches bei und führen nicht zu einem Verstopfen der Span-Nuten, da die Abschnitte der Span-Nuten über den oberen Enden 46 der Stege 28 relativ breit sind und somit einen ausreichend großen Querschnitt zur Aufnahme der Späne zur Verfugung stellen.

Bei Bohrern des vorstehend beschriebenen Typs ist es wünschenswert, etwas Spiel zwischen dem Außenumfang des Bohrers und der Seitenwand des Bohrloches und zwischen dem Innenumfang der Bohrerseitenwand und der äußeren Umfangsflache des von dem Bohrer herausgeschnittenen Kernes S vorzusehen. Das Spiel um den Außenumfang des Bohrers herum wird normalerweise dadurch erhalten, daß die Stege am unteren Ende des Bohrers mit einer geringfügigen Einwärtsneigung in Aufwärtsrichtung um etwa 3/8 Zoll geschliffen werden. Das Spiel zwischen dem Bohrer und dem Kern S kann erhalten werden, indem man den Innenumfang des Bohrers an seinem unteren Ende schräg schleift, und zwar um etwa 3/8 Zoll auswärts und aufwärts. Falls gewünscht, kann dieses Spiel auch vergrößert werden, ohne die Seitenwand des Bohrers wesentlich zu schwächen, indem der Innenumfang der Seitenwand relativ zum Außenumfang der Seiten~ wand geringfügig exzentrisch geschliffen wird. Dies ist beispielsweise in Figur 2 dargestellt. Man erkennt, daß der Außenumfang der Seitenwand konzentrisch zur mittleren

Achse A. des Bohrers geschliffen ist, während der Innenumfang der Bohrerseitenwand konzentrisch zur Achse A₂ geschliffen ist, die geringfügig gegenüber der Achse A. versetzt angeordnet ist.

Bei Kernbohrern, die für die Herstellung von Löchern in Flußstahl, dem am häufigsten angetroffenen Metall, bestimmt sind, wurde festgestellt, daß ein äußerst wirkungsvoller Bohr- und Spanausstoßvorgang erreicht wird, wenn bestimmte Abmessungen in den hier angegebenen Bereichen aufrechterhalten werden. Beispielsweise wird ein steifer, leicht zerbrechlicher Span (im Unterschied zu einem elastischen flexiblen Span) erhalten, wenn der vordere Neigungswinkel der Schneidkanten 18, 20, nicht mehr als etwa 20° beträgt. Derartige Späne brechen sehr schnell, wenn sie kaltgehärtet sind. Diejenigen Späne, die sich beim Schneiden zusammenrollen, werden sofort kaltgehärtet, wenn sie in einem relativ geraden Zustand gehalten werden,anstatt sie eine flache schraubenförmige Gestalt annehmen zu lassen. Die äußerste Breite der Hohlkehle 26 und der Span-Nut 30 wird durch die Umfangsweite der Hohlkehle 24 beeinflußt. Wenn die Breite der Hohlkehle 24 zwischen 0,030 und 0,090 Zoll liegt und die Schneidkante 22 in Umfangsrichtung gegenüber der Schneidkante 18 um α,030 bis 0,090 Zoll versetzt angeordnet ist, kann die Span-Nut 30 eine Umfangsweite besitzen, die der Breite der Hohlkehle 26 plus 0,025 bis 0,060 Zoll entspricht. Innerhalb der vorstehend angegebenen Dimensionsbereiche kann die Zahnteilung

bis auf 1/4 Zoll hinuntfrgehen,so daß ein Bohrer mit einem Durchmesser von 3/4 Zoll etwa acht Zähne besitzt.

Naturgemäß besitzen engnre Span-Nuten eine größere Neigung zum Verstopfen als brei :er ausgebildete Nuten. Folglich sollten die Span-Nuten, wenn siα relativ eng sind, eine relativ kurze Vertikalabmessung besitzen, d.h. vorzugsweise eine Höhe von nicht mehr als etwa 1/2 Zoll. Vom praktischen Gesichtspunkt her, sollten die Span-Nuten mindestens etwa 3/8 Zoll hoch sein, um den erforderlichen Führungseffekt der Stege innerhalb des Bohrloches zu erzie l.en und aufgrund der an den unteren Enden der Stege geschliffenen Schräge für das äußere Spiel. Diese Maximallänge der verkürzten Span-Nuten wird so festgelegt, daß die Späne in kleine Bruchstücke aufbrechen, bevor eine Span-Nut blockiert wird. Die !maximale Länge der verkürzten Span-Nuten ändert sich bei unterschiedlich lang ausgebildeten Bohrern. In jedem Falle sollten die oberen Enden der verkürzten Stege mindestens etwa 0,5 Zoll unter dem oberen Ende der Bohrerseitenwand enden, so daß für die Späne reichlich Raum vorhanden ist, um in kleine Bruchstücke aufzubrechen, bevor der Bohrer seine volle Tiefe erreicht. Dadurch wird verhindert, daß sich die Späne gegen das untere Ende der Hülse oder Welle aufbauen, in der das Werkzeug gelagert ist.

Es versteht sich, daß nicht nur der Spanausstoß verbessert wird, sondern auch wirtschaftliche Vorteile erzielt werden, wenn die Span-Nuten eine wesentlich geringere Höhe besitzen als die

Seitanwand des Bahrers. Das tichleifen der öpan-Nuten um den Umfang eines Bohrers herum ist nämlich ein relativ teurer Vorgang. Folglich führt die Fieduzisrung der Länge der Span-Nuten zu einer Herabsetzung der Herstellungskosten des Bohrers. · -

Claims (9)

1. Patentansprüche

   M ./Kernbohrer zur Herstellung von Lächern in metallischen Werkstücken, gekennzeichnet durch einen Bohrerkörper in der Form eines umgekehrten Bechers, der mit einer allgemein zylindrischen Seitenwand (12, 12a} versehen ist, die eine Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Zähnen (15) um ihr unteres Ende herum aufweist und mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandeten schraubenförmigen Stegen (28, 2Ba) versehen ist, die sich von den Zähnen nach oben erstrecken und zwischen sich eine Vielzahl von aufwärts verlaufenden schraubenförmigen Span-Nuten (30) bilden, wobei die radial innere Seite einer jeden Span-Nut mit dem Innenumfang der Seitenwand zusammenwirkt und dazwischen einen Steg (36 ) bildet, der sich in Umfangsrichtung zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen (16) erstreckt, welche Zähne eine Reihe von radial verlaufenden, inneren Schneidkanten (18) und eine Reihe von radial verlaufenden, äußeren Schneidkanten (20) bilden, wobei die inneren Schneidkanten (18) in Umfangsrichtung zwischen den äußeren Schneidkanten (20) versetzt angeordnet und am Steg (36 ) ausgebildet sind und wobei die äußeren Schneidkanten (20) zumindest teil-weise die unteren Enden der vorderen Seiten der Stege (28, 28a) bilden, wobei der Stegabschnitt (36) mit einer Hohlkehle (24, 26) versehen ist, die sich von jeder inneren Schneidkante (18) aus

   nach oben erstreckt, wobei die oberen Enden der Hohlkehlen (24, 26) radial auswärts und aufwärts geneigt sind, so daß sie sich in die radial benachbarte Span-Nut (30) öffnen, wobei sich die Stege (28, 28a) nach oben beträchtlich über die oberen Enden der Hohlkehlen (24, 26) hinaus erstrecken und wobei mindestens .jeder übernächste Steg (2B) mit seinem oberen Ende in einer Ebene endet, die beträchtlich unter dem oberen Ende der Seitenwand (12, 12a) liegt, so daß der Bohrer in der Lage ist, bis auf eine Tiefe zu bohren, die wesentlich größer ist als die Höhe der kürzeren Stege (28), so daß beim rotierenden Vorrücken des Bohrers in ein Werkstück bis auf eine Tiefe, die größer ist als die Höhe der kürzeren Stege (28), jede der Schneidkanten (18, 20) einen einzelnen, kontinuierlichen Span löst, der in Umfangsrichtung gestützt und durch den Steg der benachbarten Span-Nut in einer schraubenförmigen Bahn aufwärts gelenkt wird und der beim Vorrücken über die oberen Enden der kürzeren Stege (28) hinaus in Umfangsrichtung nicht mehr gestützt wird und mit der Seitenwand des Bohrloches in Reibeingriff tritt und dadurch in kleine Bruchstücke zerlegt wird, die durch die darunter befindlichen, aufwärts vorrückenden Späne weiter nach oben aus dem Bohrloch heraus bewegt werden.

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2. 2. Kernbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (12, 12a) eine Länge von mindestens etwa einem Zoll besitzt«
3. 3. Kernbohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzeren Stege (28) mindestens etwa 0,5 Zoll unter dem oberen Ende der Seitenwand (12, 12a) enden.
4. 4. Kernbohrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

   sich die kürzeren Stege (28) von den Zähnen (16) eine Strecke von mindestens etwa 3/8 bis 0,5 Zoll nach oben erstrecken.
5. 5. Kernbohrer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Stege (28) in einer Ebene unter den oberen Enden der Seitenwand (12) enden«
6. 6. Kernbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkehlen (24, 26) eine Urafangsabmessung von etwa 0,030 bis 0,090 Zoll aufweisen.
7. 7. Kernbohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Schneidkanten (18, 20) nicht größer als etwa 20 ist.
8. 8. Kernbohrer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkehlen (24, 26) einen Umfangssteg von etwa 0,030 bis 0,090 Zoll aufweisen und daß die Span-Nuten (30) eine

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   Umfangsweite besitzen, die der Hohlkehlenbreite plus etwa 0,025 bis 0,060 Zoll entspricht.
9. 9. Kernbohrer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung zwischen aufeinanderfolgenden Zähnen nicht mehr als etwa 1/4 Zoll beträgt.