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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein rotierende Bohrwerkzeuge
und im besonderen Bohrer.
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Die
Bohrwerkzeuge und insbesondere die Bohrer haben gewöhnlich einen
allgemein zylinderförmigen
Körper,
der mit einem Kopf abschließt,
und sie weisen im allgemeinen, mindestens auf einem Teil der Länge ihres
Körpers,
eine oder mehrere spiralförmige
Auskehlungen zum Ausräumen
auf, die dazu dienen, die beim Bohren erzeugten Rückstände (Stäube) aus
dem Arbeitsbereich des Kopfes und aus dem gebohrten Loch heraus
zu befördern.
Diese Auskehlungen sind üblicherweise
durch eine oder mehrere spiralförmige
glatte Rampen gebildet, die das Ausräumen von Stäuben infolge der Rotationsbewegung
des Werkzeugs nach dem Prinzip der archimedischen Spirale gewährleisten.
Bei dieser Art des Ausräumens
sind die Bohrstäube "passiv"; sie nehmen am Vorgang
des Ausräumens
nicht teil.
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Aus
Erfahrung ist bekannt, dass, falls die Ausräumkapazität der Auskehlungen nicht ausreicht oder
nicht funktionsfähig
ist, am Boden des Lochs, das gerade gebohrt wird, eine Anhäufung von
Stäuben
stattfinden kann; in diesem Fall wird die Korngröße dieser letzteren immer kleiner
und die so erzeugten feinen Partikel akkumulieren; sie verstopfen
dann am Boden des Lochs den Platz zum Ausräumen und verschleißen in höherem Maße den Karbideinsatz und
den Stahl am Kopf des Bohrers und am Körper des Werkzeugs. Außerdem verursacht
diese Anhäufung
von Stäuben
am Boden des Lochs einen Druckanstieg. Dieses letztere Phänomen kann
am Ausräumen
mitwirken: tatsächlich
gibt es oberhalb eines bestimmten Druckwerts einen Druckabfall (plötzlichen
Austritt) der akkumulierten Stäube,
die dann aus dem Arbeitsbereich entfernt werden. Allerdings ist
es notwendig, zu große
Druckanstiege zu verhindern, indem im Bereich der Auskehlungen zum Ausräumen eine
ausreichende Kapazität
vorgesehen wird, um deren Verstopfung zu vermeiden, insbesondere
nahe beim Werkzeugkopf; zu starke aufeinanderfolgende Druckanstiege
am Boden des Lochs verursachen Prellschläge während des Bohrens, wenn akkumulierte
Stäube
plötzlich
austreten (Druckabfall); diese Art des Betriebes ist für die Leistung
des Bohrers nachteilig, und zwar hinsichtlich der Bohrgeschwindigkeit
einerseits und hinsichtlich der Lebensdauer an dererseits, denn die
sukzessiven Druckanstiege im Bereich des Kopfes des Bohrers und/oder den
Ausfräsungen
erzeugen Belastungen, die zu dessen Beschädigung beitragen. Zur Zeit
wird bei den Bohrern dieser Druckanstieg nicht kanalisiert und man
versucht, diesen so weit wie möglich
zu vermeiden, indem einfach eine gute Kapazität der Auskehlungen zum Ausräumen vorgesehen
wird.
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Die
Dokumente
DE 3826239
A ,
US 2322894 A und
DE 2013327 B beschreiben
Bohrer mit spiralförmigen
Auskehlungen der hier betroffenen Art, bei denen ein Teil oder die
Gesamtheit der Fläche
dieser Auskehlungen Riefen oder Rillen hat, die diversen Zwecken
dienen: Verminderung der Reibung, Optimierung des Schneidens, Optimierung
des Nachschleifens, Transport der Abfälle durch Vibration. In all
diesen Schriften entsprechen die Riefen oder Rillen mit kleinen
Abmessungen einem Zustand der Oberfläche eines bereits vorbearbeiteten
Bohrers und ihr Effekt beruht auf der Oberflächenwirkung. Die Herstellung
dieser Riefen oder Rillen kann überdies einen
komplexen und kostspieligen Arbeitsgang bei der Herstellung dieser
Bohrer erfordern.
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Angesichts
dieses Standes des Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die Leistungen
der Bohrwerkzeuge hinsichtlich Schnelligkeit und Langlebigkeit zu
verbessern und gleichzeitig eine Reduzierung der Herstellkosten
der betreffenden Werkzeuge zu ermöglichen.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung im wesentlichen einen Bohrer,
bei dem die Auskehlung oder die Auskehlungen zum Ausräumen über zumindest
einen Teil ihrer Länge
durch eine Abfolge von Facetten begrenzt sind, die aufeinander folgen.
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Demnach
liegt die Grundidee der Erfindung in der Tatsache, dass die Auskehlungen
zum Ausräumen
der Stäube,
die von dem durch das Werkzeug ausgebohrten Material herrühren, nicht
mehr durch eine kontinuierliche spiralförmige Form gebildet sind, sondern
durch kleine aufeinanderfolgende Flächen, „Facetten" genannt, die miteinander verbunden
sind und unterschiedliche Formen aufweisen können. Genauer gesagt werden
die Facetten für
die Ausführung von
vielfältigen
Auskehlungen gewonnen, die spiralförmigen Erzeugenden folgen oder
nicht, einer Bahn folgen, die sich abwechselnd, regelmäßig oder
unregelmäßig, der
Längsachse
des Bohrers nähert
und von ihr entfernt. Diese Erzeugenden, die im Winkel und/oder
axial gegeneinander verschoben sind, erlauben es, Auskehlungen zum
Ausräumen
von Stäuben
zu erzeugen. Die Formen der Facetten, die die Auskehlungen zum Ausräumen definieren,
können regelmäßig oder
unregelmäßig, eben
oder konkav oder konvex und mehr oder weniger komplex sein. Diese
Facetten können
durch scharfe Grate oder durch Verbindungsradien mit konvexer oder
konkaver Form miteinander verbunden sein.
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Im
einzelnen ist die Abfolge der Facetten so gestaltet, dass sie über die
gesamte Länge
jeder Auskehlung zum Ausräumen
oder über
einen Teil davon eine Wechselfolge von Abschnitten mit geringer Tiefe
und/oder Breite bilden, „Verdichtungsgänge" genannt, sowie Abschnitten
mit größerer Tiefe und/oder
Breite, „Auflockerungskammern" genannt. Diese Wechsel
der Tiefe und/oder Breite können mehr
oder weniger regelmäßig oder
im Gegenteil zufällig
sein.
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Eine
solche Konfiguration erlaubt beim Einsatz des Bohrers, in den Auskehlungen
zum Ausräumen
eine Erscheinung auszunutzen und lokal aufrechtzuerhalten, bei der
die Bohrstäube
unter Druck gesetzt und aufgelockert werden, um ihr Ausräumen zu
verbessern. Demnach wird in einem ersten Arbeitstakt der Staub im
Bereich der „Verdichtungsgänge" komprimiert, wobei
Energie akkumuliert wird; dann erfolgt die Restitution dieser gespeicherten
Energie bei der Entspannung des Staubs im Bereich der „Auflockerungskammern". Darüber hinaus
verhindert die konstante Steuerung des Druckaufbaus der Bohrstäube über die
ganze Länge
des Werkzeugkörpers, dass
diese aufgrund der Wirkung der Schwerkraft auf den Boden des gebohrten
Lochs zurückfallen.
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Es
ist klar, dass die Abfolge der Facetten des Bohrers, der Gegenstand
der Erfindung ist, die räumliche
oder volumenmäßige Konfiguration
der Auskehlungen dieses Bohrers definiert, anders gesagt, die gesamte
Form des Bohrers definiert und nicht an einen Zustand der Oberfläche angepasst
werden kann, wie etwa demjenigen, der sich aus den Riefen oder Rillen
ergibt, die in den oben zitierten früheren Dokumenten auftreten.
Unter Berücksichtigung
der vorangegangenen Erklärungen
zeigt sich auch, dass die Abfolge von Facetten während des Einsatzes des Bohrers
eine volumenmäßige Wirkung
entfaltet und nicht eine Oberflächenwirkung.
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Diese
Konfiguration hat möglicherweise auch
zur Folge, dass die Dicke des Kerns und/oder der Fasen (oder Führungsstränge) des
Bohrers variieren, je nachdem, ob das Profil bezogen auf die Längsachse
des Werkzeugs symmetrisch ist oder nicht. Im letzteren Fall ermöglichen
es die Unregelmäßigkeiten
im Bereich der Fasen, die Führungsfunktion
des Bohrers im Loch zu optimieren (durch das Vorhandensein von „breiten" Bereichen), wobei gleichzeitig
die Reibung gegen die Wände
des Lochs begrenzt wird (durch das Vorhandensein von „engen" Bereichen). Außerdem erhält man in
den Bereichen, wo die Fase breit ist, einen stützenden Widerstand gegen die
Komprimierung im Bereich der Verbindungsradien oder der Verbindungen
anderer Form, die die „Verdichtungsgänge" bilden.
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Aufgrund
dieser Funktionsweise und insbesondere aufgrund der Wirkung des
abwechselnd auftretenden Druckanstiegs/Druckabfalls wird der Vorgang
des Ausräumens
von Stäuben
verstärkt
und kann optimiert werden, indem das für das Ausräumen angebotene Volumen ausreichend
groß gemacht wird.
Auf diese Weise erreicht man eine Verbesserung der Bohrgeschwindigkeit,
die ihrerseits zur Verlängerung
der Lebensdauer des Bohrers beiträgt, da das bessere Ausräumen der
Stäube
die Belastungen am Körper
des Werkzeugs einschränkt.
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Während die
Auskehlungen zum Ausräumen der
klassischen Bohrer obligatorisch durch fortlaufende spiralförmige Bearbeitung
hergestellt werden, können
die Facetten, die die Auskehlungen zum Ausräumen des erfindungsgemäßen Bohrers
abgrenzen, durch einen geradlinigen oder nicht geradlinigen Durchlauf
eines oder mehrerer Werkzeuge mit Materialbeseitigung ausgeführt werden,
aber auch durch Verfahren der Verformung des Materials, das den Körper des
Bohrers bildet, insbesondere durch Warmschmieden, was die Herstellkosten
der betreffenden Bohrer senken kann.
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Die
Erfindung wird besser verstanden werden mit Hilfe der folgenden
Beschreibung mit Bezug auf den beigefügten schematischen Zeichnungssatz, der
beispielhaft einige Ausführungsformen
dieses Bohrers zeigt.
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1 ist
eine Seitenansicht eines Bohrers entsprechend der Erfindung in einer
ersten Ausführungsform;
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2 ist
eine perspektivische Teilansicht in vergrößertem Maßstab, die im Detail den Bereich
des Kopfes des Bohrers der 1 zeigt;
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3 ist
eine andere Seitenansicht dieses Bohrers entlang dem Pfeil F1 der 1;
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4 ist
eine Querschnitt-Ansicht des gleichen Bohrers, entlang IV-IV der 3;
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5 ist
eine andere Querschnitt-Ansicht entlang V-V der 3;
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6 ist
eine Seitenansicht eines Bohrers entsprechend der Erfindung in einer
zweiten Ausführungsform;
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7 ist
eine perspektivische Teilansicht in vergrößertem Maßstab, die im Detail den Bereich
des Kopfes des Bohrers der 6 zeigt;
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8 ist
eine andere Seitenansicht dieses Bohrers entlang dem Pfeil F2 der 6;
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9 ist
eine Querschnitt-Ansicht des gleichen Bohrers entlang IX-IX der 8;
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10 ist
eine andere Querschnitt-Ansicht entlang X-X der 8;
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11 ist
eine Seitenansicht eines Bohrers entsprechend der Erfindung in einer
dritten Ausführungsform;
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12 ist
eine perspektivische Teilansicht in vergrößertem Maßstab, die im Detail den Bereich
des Kopfes des Bohrers der 11 zeigt;
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13 ist
eine andere Seitenansicht dieses Bohrers entlang dem Pfeil F3 der 11;
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14 ist
eine Querschnitt-Ansicht des gleichen Bohrers entlang XIV-XIV der 13;
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15 ist
eine andere Querschnitt-Ansicht entlang XV-XV der 13;
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16 ist
eine Seitenansicht eines Bohrers entsprechend der Erfindung in einer
vierten Ausführungsform;
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17 ist
eine perspektivische Teilansicht in vergrößertem Maßstab, die im Detail den Bereich
des Kopfes des Bohrers der 16 zeigt;
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18 ist
eine andere Seitenansicht dieses Bohrers entlang dem Pfeil F4 der 16;
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19 ist
eine Querschnitt-Ansicht des gleichen Bohrers entlang XIX-XIX der 18;
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20 ist
eine andere Querschnitt-Ansicht entlang XX-XX der 18.
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Die
Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungsformen eines Bohrers,
der allgemein einen zylinderförmigen
Bohrerkörper 2 umfasst,
der an einem Ende mit einem Kopf 3 abschließt, der
mit einem Einsatz 4 aus Karbid ausgestattet ist, während das
andere Ende (nicht sichtbar) des Bohrerkörpers 2 für seine
Einspannung vorgesehen ist. Ausgehend vom Kopf 3 erstrecken
sich auf mindestens einem Teil der Länge des Bohrerkörpers 2 allgemein
spiralförmig verlaufende
Auskehlungen 5, die zum Ausräumen von Stäuben dienen, während der
Bohrer ein Loch bohrt. Die Auskehlungen 5 zum Ausräumen sind durch
allgemein spiralförmig
verlaufende reliefartige Bereiche 6 voneinander getrennt,
die gewöhnlich
als „Fasen" bezeichnet werden.
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Entsprechend
der Erfindung ist jede Auskehlung 5 zum Ausräumen durch
eine Abfolge von Facetten 7 abgegrenzt. Genauer gesagt
sind beim ersten Ausführungsbeispiel,
das in den 1 bis 5 dargestellt
ist, die Facetten 7 der Auskehlungen 5 durch Verbindungsbereiche 8 miteinander
verbunden, die einen bestimmten Krümmungsradius haben.
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Was
die Fasen 6 betrifft, so zeigen sie in regelmäßigem oder
unregelmäßigem Wechsel
enge Bereiche 9 und breite Bereiche 10.
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Bei
dem in den 1 bis 5 dargestellten Beispiel
hat der Bohrer zwei Auskehlungen 5 und 5' zum Ausräumen, und
die zuvor beschriebenen Formen, sowohl für diese Auskehlungen 5 und 5' als auch für die Fasen 6,
wiederholen sich in einem Abstand P.
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Während des
Betriebs des Bohrers bilden die Facetten 7 der Auskehlungen 5 und 5' mit der Wand
des gebohrten Lochs „Kammern
zur Auflockerung",
während
die Verbindungsbereiche 8 als „Verdichtungsgänge" dienen.
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Die
zwei Auskehlungen 5 und 5' mit ihren Facetten 7 und
ihren Verbindungsradien 8 können in diesem Fall durch Fräsen mehrerer
Auskehlungen entlang spiralförmigen
Erzeugenden realisiert werden, die einer Bahn folgen, die sich regelmäßig oder unregelmäßig abwechselnd
von der Längsachse
des Bohrers entfernt oder sich ihr nähert, wobei diese Erzeugenden
von einer Auskehlung zur anderen axial und im Winkel verschoben
sind, um spezielle Formen der Auskehlungen 5 und 5' zum Ausräumen mit
ihren Facetten 7 und ihren Verbindungsradien 8 zu
erzeugen.
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Die 6 bis 10 zeigen
eine erste Variante des erfindungsgemäßen Bohrers, wobei die Elemente
denjenigen entsprechen, die zuvor beschrieben wurden und mit den
gleichen numerischen Kennziffern bezeichnet sind.
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Bei
dieser Variante hat der Bohrerkörper 2 vier
Auskehlungen 5, 5', 5'' und 5''', die allgemein
spiralförmig,
verlaufen. Diese Auskehlungen sind durch aufeinanderfolgende Facetten 7 mit
abgerundetem Profil gekennzeichnet, die sich entlang der Grate bildenden
Linien 8' aneinander
anschließen.
Darüber hinaus
weisen die Erzeugenden, die die Facetten 7 und ihre Verbindungen 8' definieren,
von einer Auskehlung zu einer anderen eine axiale Verschiebung auf,
haben aber keinerlei Winkel-Verschiebung.
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Die 11 bis 15 zeigen
eine zweite Variante, ähnlich
dem Ausführungsbeispiel
der 6 bis 10, das als Besonderheit einen
Bohrerkörper 2 mit
vier Auskehlungen 5, 5', 5'', 5''' zum
Ausräumen umfasst.
Die Facetten 7 dieser Auskehlungen haben auch hier Verbindungen 8' ohne Krümmungsradius, und
sie werden von Erzeugenden definiert, die eine axiale Verschiebung
aufweisen, aber keinerlei Winkel-Verschiebung
von einer Auskehlung zur anderen zeigen. Im Gegensatz zum vorherge henden
Ausführungsbeispiel
haben die Auskehlungen 5 bis 5'' in diesem
Fall kein abgerundetes Profil.
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Schließlich zeigen
die 16 bis 20 eine
dritte Variante, bei der der Bohrerkörper 2 drei Auskehlungen 5, 5' und 5'' mit Facetten 7 hat, die Verbindungen 8' ohne Krümmungsradius
umfassen, und die von Erzeugenden definiert sind, die eine axiale
Verschiebung, aber keine Winkel-Verschiebung von einer Auskehlung
zur anderen zeigen. Die Auskehlungen 5, 5' und 5'' zum Ausräumen haben in diesem Fall ein
nicht abgerundetes Profil.
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Man
würde den
Rahmen der Erfindung, wie sie in den anhängenden Ansprüchen definiert
ist, nicht verlassen:
- – wenn man die Zahl der Auskehlungen
zum Ausräumen
der Stäube ändert, die
im Bohrerkörper ausgeführt sind,
oder die Konformation des Kopfes dieses Bohrers und seines Einsatzes
aus Karbid, selbst wenn man diesen Einsatz weglässt;
- – wenn
man die Zahl der Facetten ändert,
die diese Auskehlungen abgrenzen, sowie die Formen dieser Facetten ändert, die
einfach oder komplex sein können,
sich in der Längsrichtung
oder Richtung der Breite erstrecken, eben oder konkav oder konvex
usw. sein können;
- – wenn
man die Verbindungen zwischen Facetten mit allen möglichen
Krümmungsradien
ausführt, die
von einem Wert Null (was einem scharfen Grat entspricht) bis zu
hohen Werten gehen können;
- – wenn
man die Facetten und ihre Verbindungen durch alle möglichen
Bearbeitungs- oder Formungs-Verfahren realisiert;
- – wenn
man diesen Bohrer für
den Einsatz bei allen möglichen
Arten von Material: Stein, Beton, Metall ... bestimmt und daran
anpasst.