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1. Ein Bohrer mit einem Längskörper (10, 42) mit einer
Drehachse sowie einer Schneidespitze an einem Ende und einem
gegenüberliegenden Schaftende (12, 50), wobei der
Längskörper wenigstens eine an dessen Außenfläche ausgebildete
asymmetrische Spiralnute (14, 16, 44, 46, 48) aufweist,
die sich von der Schneidespitze zum Schaftende hin
erstreckt, und wobei die Spiralnute in einem Querschnitt
senkrecht zur Drehachse durch eine Vorderkante mit einem
positiven Spanwinkel sowie durch eine Hinterkante mit
einen negativen Spanwinkel definiert ist, dadurch
gekennzeichnet, daß wenigstens zwei asymmetrisch zueinander
liegenden Reliefflächen (24, 32, 52, 56, 62) an der
Schneidespitze des Bohrers angeordnet sind, wobei die
Reliefflächen (24, 32, 52, 56, 62) sich schneiden, um eine
Linie oder Linien zu bilden, die asymmetrisch bezüglich
der Drehachse ist bzw. sind.
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2. Ein Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Längskörper (10, 42) eine Vielzahl von zueinander
asymmetrischen versetzten Spiralnuten (14, 16, 44, 46, 48)
aufweist, welche an dessen Außenfläche ausgebildet sind,
wobei sich jede Spiralnute von der Schneidespitze hin zum
Schaftende erstreckt, und wobei jede Spiralnute in einem
Querschnitt senkrecht zur Drehachse durch eine
Vorderkante mit einem positiven Spanwinkel sowie durch eine
Hinterkante mit einem negativen Spanwinkel definiert ist,
und daß eine Vielzahl von Schneidekanten (26, 34, 54, 58,
62) an der Schneidespitze des Bohrkörpers angeordnet
sind, die asymmetrisch bezüglich der Drehachse der
Bohrkörpers liegen.
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3. Ein Bohrer nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reliefflächen (24, 32, 52, 56, 60) sich
schneiden, um eine Vielzahl von Schneidekanten (26, 34,
54, 58, 62) auszubilden, wobei jede Schneidekante
asymmetrisch bezüglich jeder der anderen Schneidekanten ist.
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Bohrer sind nach dem Stand der Technik gut bekannt und
werden zum Bohren nahezu jeden Materials, das herkömmlich
existiert, verwendet. Bohrer umfassen Bohrer zum Bohren von
Holz, Stahl, Kunststoff, Beton, Fliesen, Knochen, Zähnen und
so weiter. Bei einem typischen Bohrer wird häufig auf einen
"Spiralbohrer" Bezug genommen, der aus einem länglichen, im
allgemeinen zylindrischen Metallelement mit einer
Schneidespitze am einen Ende und einem Schaftende am anderen
Ende ausgebildet ist. Das Schaftende, an dem der Bohrer von
einem Bohrgerät oder einer anderen Vorrichtung zur Drehung
des Bohrers gehalten wird, ist zulaufend ausgebildet.
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Ein typischer Bohrer, insbesondere ein typischer
Spiralbohrer, weist Spiralnuten an der Außenfläche auf. Die
gebräuchlichste Art Spiralbohrer weist zwei Spiralnuten und
eine Schneidespitze mit zwei Schneidekanten auf. Die
Spiralnuten sind normalerweise symmetrisch in Bezug auf einen
Querschnitt der Längs- bzw. Drehachse des Bohrers und die
Spiralnuten sind typischerweise im wesentlichen miteinander
identisch. Die Schneidespitze des typischen Bohrers hat zwei
Spiralnuten, die zwei Schneidekanten aufweisen, wobei jede
Schneidespitze sich auf eine Länge ausdehnt, die in etwa dem
Radius der zylindrischen Grundkonfiguration des Bohrers
entspricht. Somit weisen die zwei Schneideflächen kombiniert
einen Kontaktbereich auf, der ungefähr gleich zum Durchmesser
des zylindrischen Bereichs des Bohrers ist. Dieser eher lange
Gesamt-Schneidekantenkontakt bedeutet, dass der Bohrer, um
eine schnelle Bohrgeschwindigkeit zu erreichen, normalerweise
durch Anpressdruck mit dem zu bohrenden Material in Kontakt
gebracht werden muss. Ferner hat der relativ große
Kontaktbereich der Schneidekante bzw. der Schneidekanten des
Bohrers die Tendenz, beim Bohrbetrieb übermäßige Hitze zu
bilden.
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WO-A-9504624, auf der die Präambel von Anspruch 1
basiert, offenbart einen Bohrer mit einem Längskörper mit
einer Drehachse sowie einer Schneidespitze an einem Ende und
einem gegenüberliegenden Schaftende, wobei der Längskörper
wenigstens eine an dessen Außenfläche ausgebildete
asymmetrische Spiralnute aufweist, die sich von der
Schneidespitze zum Schaftende hin erstreckt, und wobei die
Spiralnute in einem Querschnitt senkrecht zur Drehachse durch
eine Vorderkante mit einem positiven Spanwinkel sowie durch
eine Hinterkante mit einem negativen Spanwinkel definiert
ist.
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EP-A-211106 offenbart einen Bohrer, der an der
Schneidespitze eine Schneidekante aufweist, die bezüglich der
Drehachse des Bohrkörpers asymmetrisch ist.
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Der Bohrer der vorliegenden Offenbarung enthält eine
Schneidespitze mit nicht symmetrischen Aussparungsflächen mit
Schneidekanten, deren Längen gegenüber denjenigen eines
typischen Spiralbohrers verringert sind, so dass dadurch die
während des Bohrbetriebs auf den Bohrer angewandte Kraft auf
eine kürzere Spitzen-Kontaktlänge im Vergleich zu einem
typischen Spiralbohrer konzentriert wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt einen Bohrer mit einem
Längskörper mit einer Drehachse sowie einer Schneidespitze an
einem Ende und einem gegenüberliegenden Schaftende bereit,
wobei der Längskörper wenigstens eine an dessen Außenfläche
ausgebildete asymmetrische Spiralnute aufweist, die sich von
der Schneidespitze zum Schaftende hin erstreckt, und wobei
die Spiralnute in einem Querschnitt senkrecht zur Drehachse
durch eine Vorderkante mit einem positiven Spanwinkel sowie
durch eine Hinterkante mit einem negativen Spanwinkel
definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei
asymmetrisch zueinander liegende Reliefflächen an der
Schneidespitze des Bohrers angeordnet sind, wobei die
Reliefflächen sich schneiden, um eine Linie bzw. Linien zu
definieren, die asymmetrisch bezüglich der Drehachse ist bzw.
sind.
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Gegenstand dieser Offenbarung ist ein verbesserter
Bohrer für den Einsatz in einem Rotationsenergie bietenden
Instrument. Der Bohrer lässt sich zum Bohren in beliebigem
Material, in dem normalerweise Bohrer eingesetzt werden,
anpassen - darunter Metall, Holz und Kunststoffe. Der hier
beschriebene Bohrer ist besonders gut anwendbar für den
Einsatz in einem Werkzeug, das eine relativ hohe
Drehgeschwindigkeit, d. h. eine hohe Drehzahl aufweist.
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Der Einsatz von Bohrern ist natürlich wohlbekannt. Der
Bohrer dieser Erfindung ist jedoch anders als die derzeit
allgemein im Markt verfügbaren Standard-Bohrer. Standard-
Bohrer haben eine symmetrische Bohrspitze. Das heißt, ein
Standard-Bohrer hat zwei Spiralnuten, die an der Bohrspitze
enden, wobei die Bohrspitze konisch zuläuft und zwei
gegenüber liegende Aussparungsflächen aufweist. Die
Aussparungsflächen treffen sich an der Drehachse des Bohrers
und definieren einen Drehpunkt, um den sich die Bohrfläche
dreht. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich insofern,
als sie eine asymmetrische Bohrspitze und asymmetrische
Schneidekanten aufweist.
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Nachforschungen bezüglich des Stands der
Technik im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung ergaben
die folgenden US-Patente, die zu Referenzzwecken aufgenommen
werden, um Hintergrundinformationen im Hinblick auf Bohrer
und insbespndere Bohrer mit symmetrischen Schneideflächen zur
Verfügung zu stellen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Vorderansicht eines Bohrers, bei der die
Prinzipien dieser Offenbarung Anwendung finden. Der Bohrer
aus Fig. 1 weist zwei konzentrische Spiralnuten auf, die in
einer Fläche des Bohrers enden, die man als "Bohrfläche"
bezeichnen kann. Die Bohrfläche ist so konfiguriert, dass sie
Schneidekanten ausbildet.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 von
Fig. 1. Fig. 2 zeigt den Bohrkörper mit zwei gegenüber
liegenden Spiralnuten. Die herkömmliche Herstellungsart für
einen Bohrer wie er heute benutzt wird weist einen Bohrkörper
mit gegenüber liegenden Spiralnuten auf, die jedoch in der
Querschnitts-Konfiguration halbkreisförmig sind. Fig. 2
zeigt, dass bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung die
Spiralnuten vorzugsweise in der Querschnitts-Konfiguration
nicht halbkreisförmig sind, sondern stattdessen Vorderkanten
mit einem positiven Spanwinkel und Hinterkanten mit einem
negativen Spanwinkel aufweisen.
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Fig. 3 ist eine leicht vergrößerte Endansicht des
Bohrers aus Fig. 1, die die nicht-symmetrische Konfiguration
des Bohrers und dessen ausgebildete Schneideflächen zeigt.
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Fig. 4 ist eine vergrößerte Teil-Vorderansicht im
Querschnitt, die einen Bohrer dieser Erfindung bei der
Ausbildung eines Lochs in einem Gegenstand zeigt. Fig. 4
zeigt das Loch, wie es anfänglich zu Beginn des Bohrbetriebs
ausgebildet wird.
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Fig. 5 ist eine wie in Fig. 4 gezeigte Teil-
Vorderansicht im Querschnitt, wobei jedoch der Bohrer zu
einem weiter fortgeschrittenen Zeitpunkt des Lochbohrens in
einen Gegenstand gezeigt wird. Fig. 5 zeigt den um 180º
gedrehten Bohrer im Vergleich zu Fig. 4.
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Fig. 6 ist eine Vorderansicht einer alternativen
Ausführung der Erfindung. Der Bohrer nach Fig. 6 weist drei
konzentrische Spiralen auf. Ferner hat der Bohrer nach Fig. 6
einen Bohr-Teil, der einen geringeren Durchmesser im
Vergleich zum Schaft-Teil des Bohrers aufweist.
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Fig. 7 ist ein Querschnitt entlang der Linie 7-7 von
Fig. 6, der den Bohrkörper im Querschnitt zeigt, mit drei
symmetrischen Nuten in einer Anordnung, bei der die Nuten
halbkreisförmig sind.
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Fig. 8 ist eine Endansicht des Bohrers nach Fig. 6, die
die am Bohrer ausgeformten Schneidekanten zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Bezugnehmend auf die Abb. 1, 2 und 3 werden
zunächst die Grundkonzepte des verbesserten Bohrers gezeigt.
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Fig. 1 zeigt eine Vorderansicht eines Bohrers, der einen
Schaftteil 12, eine erste Nute 14 und eine zweite Nute 16
aufweist. Die Nuten 14 und 16 sind ineinander verschlungen
und zueinander konzentrisch. Die Verwendung von zwei
gegenüberliegenden spiralförmigen Nuten ist in der
Herstellung von Bohrern gebräuchlich. Während die Nuten 14
und 16 in ihrer Querschnittskonfiguration halbkreisförmig
sein können, sind die Nuten 14 und 16 in der bevorzugten
Anordnung für den Bohrer dieser Offenbarung nicht
halbkreisförmig. Wie in Fig. 2 gezeigt ist die Nute 14 mit
einer Form des Bohrkörpers 10 versehen, so dass die erste
Kante 18 einen positiven Spanwinkel und eine zweite Kante 20
einen neutralen Spanwinkel aufweist. Falls also eine Tangente
zum Kreis gezeichnet wird, der vom sich drehenden Bohrkörper
am Punkt 18 ausgebildet wird, bildet die Form der Nute an
diesem Punkt einen spitzen Winkel zur Tangente, das heißt
einen Spanwinkel, der in jede Oberfläche schneiden würde, auf
die der sich drehende Bohrer angesetzt wird, so dass man für
die Kante von einem positiven Spanwinkel spricht.
Andererseits weist die Nute am anderen Ende von Nute 14 am
Punkt 20 im Bezug auf eine durch den Punkt 20 gezeichnete
Tangente einen neutralen Spanwinkel auf, das heißt, die
Nutenoberfläche verläuft am Punkt 20 etwa senkrecht zu der
durch den Punkt 20 gezeichneten Tangente ein. Die Form der
Nute 14 könnte auch so ausgebildet sein, dass im Punkt 20 ein
negativer Spanwinkel erreicht wird, so dass die
Nutenoberfläche sich im stumpfen Winkel mit einer Tangente
schneidet und bezüglich jeder Oberfläche, auf die der sich
drehende Bohrer angesetzt wird, gleiten würde.
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Nute 16 ist wie Nute 14 konfiguriert, wobei eine der
Nutenkanten einen positiven Spanwinkel und der andere
Nutenwinkel einen neutralen Spanwinkel aufweist.
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Fig. 3 ist eine Endansicht des Bohrers 10 entlang der
Linie 3-3 von Fig. 1. Die Drehrichtung des Bohrers ist im
Uhrzeigersinn, was bei den meisten heute kommerziell
erhältlichen Bohrern gebräuchlich ist. Wenn man jedoch eine
Endansicht eines Bohrers betrachtet, der sich im
Uhrzeigersinn drehen soll, ist die Drehrichtung wie durch die
Pfeile 22 angezeigt entgegen dem Uhrzeigersinn.
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Fig. 3 zeigt die Nuten 14 und 16. Eine Schneidefläche
wird durch eine erste Oberfläche 24 mit einer Schneidekante
26 definiert. Das Zentrum der Drehung der Schneidefläche von
Fig. 3 wird durch Ziffer 28 angezeigt. Die Schneidekante 26
erstreckt sich von der Bohrer-Außenfläche 30 bis zu dem
Bereich, an dem die vorwärts gerichtete Kante der ersten
Oberfläche 26 angrenzend an das Zentrum der Drehung 28 liegt.
Die Bohrerfläche von Fig. 3 wird ferner von einer
zweiten Oberfläche 32 definiert, die in einer zweiten
Schneidekante 34 endet. Die Schnittlinie der zweiten
Oberfläche 32 mit der zweiten Schneidekante 34 weist einen
positiven Spanwinkel an der Schneidekante auf. Der folgende
Teil der zweiten Oberfläche 32, angezeigt durch die Ziffer
36, ist abgerundet, um eine nicht kontaktierende Oberfläche
auszubilden. In einer Ausführung können die Oberflächen 32
und 36 eine normale ebene Fläche sein.
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Fig. 4 zeigt den Bohrer der Abb. 1-3 beim
Eindringen in ein Arbeitsstück 38. Das Arbeitsstück 38 kann
aus Metall, Kunststoff, Holz oder anderem Material sein. Aus
Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Konfiguration des Lochs 40
vom Bohrer 10 ausgebildet wird und völlig anders ist als ein
von einem herkömmlichen Bohrer ausgebildetes Loch, das nach
unten konisch zuläuft. Im Gegensatz dazu weist der Boden des
Lochs mit dem Bohrer dieser Offenbarung eine Spitze auf.
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Mit dem Bohrer der Abb. 1-3 findet der primäre
Schneideneingriff mittels einer zweiten Schneidekante 34
statt, die den Außenumfang des Lochs schneidet, wobei der
Innenteil des Lochs in erster Linie von der ersten
Schneidekante 26 geschnitten wird. Ein wichtiger Aspekt des
Bohrers dieser Offenbarung ist die Tatsache, dass mit einem
Bohrer, der das Loch von außen nach innen schneidet, eine
verbesserte Bohreffizienz erzielt wird.
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Die Effizienz des Bohrers, wie in Figs. 1-3 gezeigt,
wird aufgrund der charakteristischen Merkmale bei der
Lochbohrung verbessert, da das erste und tiefste Eindringen
des Bohrers in ein Arbeitsstück am Außenumfang des Bohrlochs
stattfindet. Das meiste Material, das entfernt werden muss,
um ein Loch mit kreisrundem Querschnitt zu bohren, ist
angrenzend an den Außenumfang des Lochs. Daher entfernt die
Kante 34 trotz ihrer relativ kurzen Länge wirkungsvoll einen
nennenswerten Teil des Materials, das zur Ausbildung eines
Lochs 40 im Arbeitsstück 38 entfernt werden muss.
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Figs. 6, 7 und 8 zeigen eine alternative Ausführung der
Erfindung, wobei der Bohrkörper 42 drei Nuten 44, 46 und 48
aufweist. Die Nuten sind zueinander konzentrisch. In der
Ausführung von Fig. 6 weist der Bohrteil einen verringerten
Durchmesser im Vergleich zum Schaft-Teil 50 auf, allerdings
dient dies nur Illustrationszwecken, da Design und der
Betrieb des Bohrers gleich sind, unabhängig davon, ob der
Schaft 50 den selben Außendurchmesser wie der Bohrkörper 42
aufweist.
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Wie in Fig. 7 gezeigt weisen die Nuten 44, 46 und 48
halbkreisförmige Konfiguration auf, im Gegensatz zu den Nuten
der Ausführung nach Fig. 2 und 3. Allgerdings ist klar, dass
ein Bohrer, der die Prinzipien dieser Offenbarung anwendet,
drei Nuten mit der Nutenkonfiguration wie in Figs. 2 und 3
gezeigt aufweisen kann.
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Fig. 8 zeigt die Schneidefläche des Bohrers, die von
vier Oberflächen ausgebildet wird. Die erste Oberfläche 52
endet in einer ersten Schneidekante 54. Es ist zu erkennen,
dass die Schneidekante 54 sich an der äußeren Begrenzung des
Bohrkörpers befindet und die voher für die Schneidekante 34
aus Fig. 3 beschriebenen Vorteile erzielt. Die erste
Oberfläche 52 ist geneigt und bildet einen positiven
Spanwinkel für die Schneidekante 54 aus.
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Eine zweite Oberfläche 56 endet in einer zweiten
Schneidekante 58. Oberfläche 56 ist geneigt, so dass die
Schneidekante 58 einen positiven Spanwinkel aufweist.
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Eine dritte Oberfläche 60 weist eine dritte Kante 62
auf. Eine vierte Oberfläche 64 verbindet die Oberflächen 52,
56 und 60. Die Ausführung aus Figs. 6 bis 8 weist drei
Schneidekanten auf. In der Ausführung der Bohrer-Version mit
drei Nuten wie in Figs. 6, 7 und 8 gezeigt haben die End-
Oberflächen der Bohrer-Fläche die Funktion, den Bohrer so zu
führen, dass die Rundheit gewahrt wird und dass die Größe des
Bohrloches so ist, wie durch den Durchmesser des Bohrers
definiert.
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Der Bohrer dieser Offenbarung ist in der Praxis
bevorzugt so einzusetzen, dass der Bohrer mit hoher Drehzahl
betrieben wird. Der Grund, warum eine hohe Drehzahl bevorzugt
wird, ist, dass es bei vielen Anwendungen nicht praktikabel
ist, den Bohrer um eine feste Drehachse abzustützen und das
Arbeitsstück in Bezug auf die fixe Drehachse des Bohrers
unbeweglich zu halten. Die Schneidekante 34 (Fig. 3) greift
beim Vorrücken von Bohrer 10 zuerst in das Arbeitsstück 38
ein. Wenn Bohrer 10 mit hoher Drehzahl gedreht wird, bildet
der Schneideneingriff an Oberfläche 34 schnell einen
ringförmigen Schnitt in der Oberfläche des Arbeitsstücks aus;
und nachdem der ringförmige Schnitt anfänglich ausgebildet
wurde, benötigt der Bohrer keinen Mittelpunkt der Drehung
mehr, da er sich dann selbst innerhalb des anfänglichen
Umfangsschnitts zentriert, der von den Bohrer-Schneidekanten
angrenzend zur Bohrer-Außenfläche ausgebildet wird.
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Obgleich der Bohrer dieser Erfindung nicht auf eine
spezielle Anwendung eingeschränkt ist, ist er besonders gut
zum Bohren in nicht-metallische Arbeitsstücke anwendbar. Ein
gutes Beispiel für die Anwendung dieses Bohrers ist die
Zahnmedizin: dort kann der Bohrer in einem Handstück, wie es
von Zahnärzten benutzt wird, betrieben werden, die Bohrer
typischerweise mit hohen Drehzahlen betreiben, wenn es darum
geht, in einen Zahn zu bohren. Ein weiteres
Anwendungsbeispiel für diese Erfindung ist das Bohren von
Löchern in Kunststoff- und Faserstoff-basierte Leiterplatten
wie sie in der Elektronikindustrie eingesetzt werden.
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Der Bohrer dieser Offenbarung ist besonders geeignet zum
Bohren in lebenden Knochen, wie beispielsweise beim Einsatz
durch einen Zahnarzt zum Bohren eines Loches in einen
Kieferknochen zur Befestigung eines Dentalpfeilers. Der
offenbarte Bohrer hat im Vergleich mit einem Standardbohrer-
Design, wie es derzeit allgemein auf dem Markt verfügbar ist,
den Vorteil, dass er beim Bohren eines Loches weniger Hitze
produziert. Hitze ist beim Bohren in lebendes Knochenmaterial
besonders schädlich, da übermäßige Hitze das den Knochen
umgebende Gewebe zerstören kann. Der Bohrer dieser
Offenbarung produziert weniger Hitze, da er im Gegensatz zu
einem Standard-Bohrer bei einem Loch nicht von der Mitte nach
außen schneidet, sondern in erster Linie von der äußeren
Begrenzung des Lochs nach innen.
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Die Tatsache, dass der Bohrer dieser Offenbarung weniger
Hitze entwickelt, ist in anderen Anwendungen von Vorteil, da
übermäßige Hitzeentwicklung ein sehr negativer Faktor für die
Lebensdauer eines Bohrers ist.
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Obgleich keine erschöpfenden Tests fertiggestellt
wurden, deuten erste Prüfungen darauf hin, dass der Bohrer
dieser Offenbarung im Vergleich zu den derzeit allgemein
verfügbaren Standard-Bohrern, die mit einem Drehmittelpunkt
arbeiten, eine verbesserte Durchdringungsrate bietet.
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Die Ansprüche und die Spezifikation beschreiben die
vorgelegte Erfindung und die in den Ansprüchen verwendeten
Begriffe leiten ihre Bedeutung von der Verwendung dieser
Begriffe in der Spezifikation ab. Gleiche Begriffe, die im
Stand der Technik angewendet werden, sind gegebenenfalls in
der Bedeutung breiter gefasst als die spezifisch hierfür
verwendeten. Sollten Fragen hinsichtlich der nach dem Stand
der Technik verwendeten breiteren Begriffsdefinition und der
spezifischeren Verwendung der hier verwendeten Begriffe
aufkommen, ist die spezifischere Bedeutung gemeint.