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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer zum Bearbeiten von Metall.
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Technischer
Hintergrund
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Wenn
man in Metall bohrt, wird die Bohrkrone einer großen Beanspruchung
unterworfen. Der Bohrer wird oft schwer abgenutzt, wodurch die Genauigkeit
bei der Herstellung von Löchern
schnell beeinträchtigt
wird. Eine Möglichkeit,
das Problem zu lösen,
war die Verwendung von harten Materialien für die Herstellung von Bohrkronen.
Diese Art von Bohrern ist oft fest, zur gleichen Zeit aber spröde und läßt oft den
Bohrer mit Spänen
aus dem härteren
Material überzogen
werden, in welchem der Bohrer arbeitet. Dieses Überziehen mit Spänen bedeutet,
daß der Unterschied
zwischen der gewünschten
und der erreichten Genauigkeit beim Bohrungsdurchmesser oft erheblich
wird.
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Ferner
werden große
Anforderungen an die Betriebsdauer des Bohrers und die Qualität des Ergebnisses
gestellt, wenn man den Bohrer benutzt, insbesondere im Hinblick
auf die gewerbliche Benutzung.
EP
0,761,352 offenbart einen Bohrer, der mit einer gewissen
Verringerung an Verbrauchsmaterial ausgestaltet ist und eine leichtere
Bearbeitung von Metall einschließt. Dieses Dokument betrifft
Bohrer aus walzengeschmiedetem Stahl, der für gewerbliche oder andere berufliche
Benutzung nicht wirklich verwendbar ist, der aber entwickelt ist,
um das Bedürfnis
des niederen Marktanteils zu befriedigen. Jedoch zeigt
EP 0,761,352 , daß ein gewisser Aufbau der Schneidkanten
des Bohrers von der zentralen Spitze zu der Außenkante des Bohrers hin, in
welcher Richtung den Schneidkanten des Bohrers eine Neigung nach
oben gegeben ist, ein besseres Bohrloch erzeugt.
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Auch
DE 31 23 048 offenbart einen
Bohrer mit Bohrkronen, die zur Mittelachse des Bohrers hin geneigt
sind. Aufgrund dieser Gestaltung der Bohrkronen finden die Späne ihren
Weg zur Mitte hin anstelle zum Umfang des Loches, und es wird eine
bessere Genauigkeit im Hinblick auf den Durchmesser des Loches erreicht.
Noch eine andere Patentbeschreibung
DE
911 799 offenbart einen Bohrer, welcher das oben beschriebene
Prinzip verwendet, um die Späne
auf einem besseren Weg während
des eigentlichen Bohrens zu entfernen und somit das Risiko zu reduzieren,
daß der
Bohrer mit Spänen überzogen
bzw. beschichtet wird. Die Unterlagen der zwei zuletzt genannten
Bohrer zeigen klar, daß sie
für Materialien
gedacht sind, wie zum Beispiel Holz, Kunststoff, Beton und Mörtel.
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Für Metall
und speziell gewerbliche Bearbeitung verschiedener Metalle sind
vollständig
andere Metalleigenschaften der Bohrer erforderlich, da sie auf der
einen Seite oft strengeren Qualitätsnormen und Anforderungen
genügen
müssen
und andererseits einem heftigeren Abrieb und größeren Kräften unterworfen sind als andere
Arten von Bohrern. Beim Bohren in Metall werden auch die Bohrerspindel
und ihre Lager einer großen
Beanspruchung infolge großer
radialer Kräfte
unterworfen, wodurch es für
die Bohrerspindel notwendig wird, gewartet zu werden oder sogar
häufig
ausgewechselt zu werden.
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Das
Problem des Erreichens einer hohen Qualität des bearbeiteten Materials,
ohne gleichzeitig übermäßige Radialkräfte zu erhalten,
welche die Betriebsdauer sowohl der Bohrer als auch der Spindeln verkürzt, bleibt
somit zu lösen,
wenn man Metall bohrt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaffung eines
Bohrers, der eine im Verhältnis
zum bekannten Stand der Technik verbesserte Lösung für das Problem mit den Bohrspänen und ihrer
negativen Wirkung auf die Herstellung von Löchern bietet, ohne gleichzeitig übermäßige Radialkräfte zu erhalten,
wenn man in Metall bohrt. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch
einen Bohrer derjenigen Art gelöst,
die eingangs dargelegt ist mit den Merkmalen, die aus Anspruch 1
ersichtlich sind. Bevorzugte Ausführungsformen des Bohrers ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Somit
bezieht sich die Erfindung auf eine Bohrkrone zur Bearbeitung von
Metall, welche eine zentrale Spitze hat, die in Schneidkanten führt, die sich
zum Umfang hin erstrecken, und eine Mittellinie hat, wobei die Bohrkrone
einen Schneidwinkel (α) von
1–20° zwischen
der Normalrichtung der Bohrachse und einer Schneidkante hat, die
somit zur Mittellinie (A) hin geneigt ist, und daß die zentrale
Spitze einen Winkel (η)
einer spitzen Rippe von 90 ± 2° und eine
Basis bildet, welche bis zu 23–45%
oder vorzugsweise 30–40%
und am meisten bevorzugt etwa ein Drittel des gesamten Durchmessers
der Bohrkrone einnimmt.
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Das
oben beschriebene Verhältnis
zwischen der Erstreckung der Basis der Bohrkrone und dem Durchmesser
der Bohrkrone sowie die Neigung der Schneidkanten zu der Mitte des
Bohrers hin bedeutet, daß die
Radialkräfte
verringert sind und gleichzeitig ein Überziehen des Bohrers mit Spänen vermieden
ist. Mit einem Winkel einer spitzen Rippe von 90° wird eine scharf markierte
spitze Rippe erhalten, welche die zentrale Spitze und eine Spanfläche aufweist. Der
Winkel einer spitzen Rippe wird als der Winkel zwischen einer Linie
in der Normalrichtung der Bohrerachse und der spitzen Rippe definiert,
welche die Seite der zentralen Spitze aufweist, und wird hier mit (η) bezeichnet.
Da die Bohrkrone vorzugsweise doppelschneidend gemacht ist, gibt
es genug Raum, um die Späne
zu entfernen.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat die Bohrkrone einen Spitzenwinkel (β) von 90 ± 10°. Der Spitzenwinkel
ist hier als der Winkel zwischen zwei Linien definiert, die jeweils
eine imaginäre
Verlängerung
der Zentralspitzenseite bilden, und dieser Spitzenwinkel wird hier
mit (β)
bezeichnet. In diesem Winkelbereich für den Spitzenwinkel hat der
Bohrer die optimale Leistung für
die Metallbearbeitung. Metalle, für deren Bearbeitung die Bohrkrone
bevorzugt vorgesehen ist, sind Messing, Kupfer und Leichtmetalle,
wie zum Beispiel Aluminium.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung hat die Bohrkrone einen Schneidwinkel (α) von 10 ± 3° zwischen
der Normalrichtung der Bohrerachse und einer Schneidkante, die somit
zu der Mittellinie (A) hin geneigt ist und diesen Winkel durchgehend
bis zum Umfang der Bohrerkrone beibehält.
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Diese
Gestaltung der Schneidkanten und der oben definierten Form und Ausdehnung
des Spitzenwinkels bedeutet, daß die
zentrale Spitze das Material zuerst erreicht. Somit werden Vibrationen
und Bewegungen der Spindel stabilisiert, bevor die Schneidkanten
mit der Bearbeitung des Materials beginnen. Der Abstand zwischen
der Zentralspitze und den Kantenenden sollte nicht zu lang sein,
insbesondere wenn die Bohrkrone für dünnere Metallbleche verwendet
werden soll. Die zentrale Spitze drückt dann das Metallblech nieder
und deformiert es, bevor die Schneidkanten mit dem Metallblech in
Eingriff kommen, und kann sogar verursachen, daß das Metallblech aufgespaltet
wird. Der Winkel der Schneidkanten darf nicht zu steil sein, denn
dies würde
die Betriebsdauer der Schneidkanten verkürzen.
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Gemäß der Idee
der Erfindung haben die Schneidkanten der Bohrkrone eine Spanfläche bei einer
spitzen Rippe, die an dem äußeren Umfang
der Bohrkrone mindestens 0,7 mm beträgt. Da die Kante gerade statt
spitz zulaufend ist, wird die Genauigkeit des Bohrens über längere Zeit
beibehalten, wodurch die Betriebsdauer des Bohrers erhöht wird.
Die Ausdehnung der spitzen Rippe kann selbstverständlich im
Hinblick auf das Maß des
Bohrers verändert
werden. Die Erstreckung der spitzen Rippe wird auch durch den oben
erwähnten
Winkel einer spitzen Rippe bestimmt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat die Bohrkrone eine Schneidkante mit einem primären Freiwinkel
von 10 ± 3° bezüglich der Normalrichtung
der Bohrerachse. Dieser primäre Freiwinkel
wird hier mit (φ)
bezeichnet. Wenn der Primärwinkel
des Freiraums bzw. primäre
Freiwinkel größer als
die oben angegebene Obergrenze ist, wird die Wärmeerzeugung während der
Bearbeitung sehr hoch. Ein kleinerer Winkel als die oben angegebene Grenze
ist im Hinblick auf die Bearbeitung speziell der oben erwähnten Metalle
ungeeignet. Am meisten bevorzugt sollte der primäre Freiwinkel 10–12° sein.
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Gemäß einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der Bohrkrone hat die Schneidkante einen sekundären Freiwinkel von 25 ± 5° bezüglich der
Normalrichtung der Bohrerachse. Dieser sekundä re Freiwinkel wird hier mit
(θ) bezeichnet.
Wegen des zweiteiligen Freiraumes, der oben beschrieben ist, erhält der Bohrer
einen kontinuierlicheren Übergang
von den Schneidkanten nach unten zu den schraubenförmigen Führungskanten
hin. Durch diese Ausgestaltung wird ein Raum für das Entfernen von Spänen und
anderen Restprodukten vorgesehen. Durch die Möglichkeit eines schnellen und
wirksamen Entfernens der Späne
wird das Risiko örtlicher
Fehlstellen und einer hohen Reibwärme reduziert.
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Beide
oben erwähnten
Freiwinkel haben eine abnehmende Neigung in Richtung entgegen der Drehrichtung
des Bohrers. Der Freiraum kann zum Beispiel durch Schneiden der
Hülloberfläche des
Konus in Facetten oder durch Schleifen dieser Oberfläche geschaffen
werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Bohrkrone ist diese aus Hartmetall hergestellt. Die Bohrkrone
weist bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform einen Diamantabschnitt
auf. Auch andere Materialien mit Materialeigenschaften, die gut genug
sind, können
für die
Herstellung von Bohrkronen der oben erwähnten Gestaltung verwendet
werden. Eine Bohrkrone, die eines oder mehrere der oben erwähnten Merkmale
hat, ist vorzugsweise in einem Spiralbohrer eingeschlossen. Der
Steigungswinkel beträgt
vorzugsweise 0–30°, die Erfindung
ist aber nicht auf einen speziellen Steigungswinkel beschränkt. Im
Rahmen der Erfindung im Hinblick auf einen Bohrer oder ein Bohrkrone
der oben erwähnten Art
können
die oben beschriebenen Merkmale selbstverständlich auch frei kombiniert
werden oder als separate Ausführungsformen
gegeben sein.
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Derzeit
gibt es eine Vielzahl von Bohrerarten, welche Mittel für eine Innenkühlung haben.
Der oben beschriebene Bohrer ist diesbezüglich keine Ausnahme, kann
aber ohne Schwierigkeiten mit Mitteln für eine Innenkühlung versehen
werden. Es gibt zum Beispiel Lösungen,
bei denen ein Kühlmittel
in eine Leitung gelangt, die innen in dem Bohrer angeordnet ist.
Diese Lösung
kann für
diesen Bohrer auch verwendet werden, wenn bei der Produktion solche
Forderungen gestellt werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung in größerer Einzelheit
anhand eines Beispieles und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben, bei welchen
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1 eine
Seitenansicht der Bohrkrone ist,
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2 eine
Seitenansicht der um 90° gedrehten
Bohrkrone ist und
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3 eine
Vorderansicht der Bohrkrone ist.
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Beschreibung
einer Ausführungsform
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1 ist
eine Seitenansicht einer Bohrkrone 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Die Bohrkrone 1 ist hauptsächlich für die Bearbeitung
von Messung, Kupfer und Leichtmetallen gedacht, wie zum Beispiel
Aluminium. Auch Legierungen mit Leichtmetall werden als Leichtmetalle
betrachtet. Die Bohrkrone ist in vorteilhafter Weise bei einem Bohrer
eingeschlossen, der aus einem Stück aus
Hartmetall oder einem ähnlichen
Material hergestellt ist. Der Bohrer ist in zweckmäßiger Weise
geschliffen, um seine richtige Form zu erreichen.
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In
der Figur ist die zentrale Spitze 2 von der Seite gezeigt
und hat einen Winkel (η)
einer spitzen Rippe von im wesentlichen 90°. Der Winkel (η) einer spitzen
Rippe ist als der Winkel zwischen einer Linie in der normalen Richtung
B der Bohrerachse und dem Schärfen 7 definiert,
welches die zentrale Spitze 2 und die Spanfläche 6 aufweist.
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Ferner
wird die Neigung des primären
(φ) und
des sekundären
(θ) Freiwinkels
aus dieser Figur deutlich. Der primäre Freiwinkel erstreckt sich
abfallend nach unten in einer Richtung entgegen der Drehrichtung
des Bohrers unter einem Winkel von vorzugsweise 10–12°. Der sekundäre Freiwinkel, welcher
hier direkt dem primären
Winkel folgt, hat einen größeren Freiwinkel
und beträgt
vorzugsweise etwa 25°.
Diese Winkel sind nur als Beispiele der bevorzugten Ausführungsform
angegeben und sollten nicht als die Erfindung beschränkend betrachtet
werden. Um den oben beschriebenen Freiwinkel zu erhalten, kann die
Hülloberfläche des
Konus der Bohrerkrone geschliffen bzw. gewalzt sein, oder die Bohrerkrone
kann in Facetten geschnitten sein.
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Beide
diese Winkel werden von einer Normallinie B zu der Mittelachse und
in der entgegengesetzten Richtung relativ zur Vortriebsrichtung
des Bohrers definiert. Die Definition ergibt sich aus 1.
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2 zeigt
die Bohrkrone 1 von derjenigen Seite, die um ihre Achse
(A) um 90° gedreht
ist. Die zentrale Spitze 2 hat hier ihre verjüngende Seite
mit einem Spitzenwinkel (β)
von im wesentlichen 90°. Die
Schneidkanten 3, die auch einen Winkel einer spitzen Rippe
von 90° haben,
zeigen in der Figur eine Erstreckung, die zu der Mittellinie hin
geneigt ist. Dieser Winkel, der den Winkel der Schneikanten definiert
und auch Schneidwinkel (α)
bezeichnet wird, beträgt
bei einer bevorzugten Ausführungsform
im wesentlichen 10°.
Die Spanfläche 6 erstreckt
sich im wesentlichen eben entlang der Schneidkante 3. Die im
wesentlichen ebene Spanfläche
hat eine Erstreckung in der Vortriebsrichtung des Bohrers von etwa 1
mm durchgehend hinaus zum Umfang des Bohrers, selbstverständlich hängt die
Erstreckung aber auch von dem Bohrermaß ab.
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Bei
dieser Ausführungsform
bildet die Bohrkrone einen Teil eines Spiralbohrers. Der Steigungswinkel
der Führungskanten 8 bildet
bei einer bevorzugten Ausführungsform
einen Winkel von 25–30° relativ
zur Erstreckungsrichtung der Bohrerachse.
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3 zeigt
die Vorderseite der Bohrkrone, wobei sich das Verhältnis zwischen
der Basis der zentralen Spitze 2 und dem Gesamtdurchmesser
der Bohrkrone deutlich ergibt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
dieses Verhältnis
der Erstreckung bzw. Verlängerung
der Basis der zentralen Spitze zu dem Gesamtdurchmesser der Bohrkrone etwa
ein Drittel.