-
Die Erfindung bezieht sich auf Wendelbohrer mit
Spannuten, die von einer Spitze des Bohrers zu einem Endpunkt auf
dem Schaft des Bohrers verlaufen. Die Bohrerspannuten definieren
eine Stegbreite, die entlang der Länge der Spannut von der Spitze
zu dem Endpunkt hin zunimmt. Herkömmliche Bohrer verwenden eine
Stegbreiten-Verjüngungsrate,
die von verschiedenen Standards in der Industrie empfohlen ist.
-
Herkömmlich gilt die Regel, dass
es ratsam ist, eine relativ flache Stegbreiten-Verjüngungsrate bei
Wendelbohrern zu verwenden, so dass die Spannutentiefe entlang der
Länge der
Spannut so groß wie
praktikabel ist. Das stellt das maximale Volumen für das Fördern von
Spänen
oder Sägestaub
von der Spitze zurück,
den Bohrer aufwärts
und aus dem Loch, das gebohrt wird, heraus, bereit: Diese Regel ist
in zwei Standards verkörpert,
nämlich
im Standard der American Society of Mechanical Engineers (ASME B94.11M–1993) und
im National Aerospace Standard der Aerospace Industries Association
of America, Inc. (NAS 907) (hierin nach- folgend als "Standards".
bezeichnet). Der Rechtsnachfolger durch Abtretung der vorliegenden
Erfindung hat herkömmliche
Bohrer gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 verkauft, die den Standards entsprechen und die herkömmliche
Stegbreiten-Verjüngungsraten zwischen
0,02.4 und 0,030 Zentimetern pro Zentimeter (oder Inches pro Inch)
aufweisen. Weiterhin hat er selbstzentrierende Bohrer mit einer
Führungsspitze unter
der Handelsmarke BULLET° verkauft,
die eine Stegbreiten-Verjüngungsrate
von etwa 0,027 Zentimetern pro Zentimeter (Inches pro Inch) der
Spannutenlänge
aufweisen. Dieser selbstzentrierende Bohrer war für den Endver braucher
ausgestaltet, von dem man annehmen kann, daß er eine tragbare Bohrmaschine
verwendet, insbesondere für
einen solchen Benutzer, der es wünscht,
einen Bohrer zu verwenden, der zum Bohren sowohl in Metall als auch
in Holz optimiert ist. Die ersten Versionen dieser Bohrer sind in
dem U.S. Patent Nr. 4,968,193, ausgegeben am 6. November 1990 an
Chaconas u.a., und Nr. 5,288,183, ausgegeben am 22. Februar 1994
an Chaconas u.a., offenbart, von denen jedes demselben Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung durch Abtretung übertragen wurde.
-
Es ist ermittelt worden, dass der
Benutzer, welcher den Bohrer in einer Handbohrmaschine verwendet,
sich eine erhöhte
Zähigkeit
oder Widerstandsfähigkeit
gegen Brechen (normalerweise im Spannutbereich des Bohrers) wünschen würde und dass
er sich für
den BULLET®-Bohrer
eine größere Robustheit
in dem Führungsbereich
und eine verringerte Tendenz, in laminierten Materialien. eine Scheibe
zu bilden, wünschen
würde,
wenn der Bohrer einen konventionellen BULLET®-Fischschwanzwinkel verwendet.
-
Die erhöhte Robustheit ist hauptsächlich deswegen
erwünscht,
weil der Benutzer dem Bohrer beträchtliche Beanspruchungen auferlegt,
wenn er Metall bohrt, die bei weitem nicht so stetig sind, als wenn
er eine Säulenbohrmaschine
verwendet. In Verbindung mit dem BULLET®-Bohrer,
der optimiert wurde, um sowohl in Metall als auch in Holz gut zu bohren,
bleibt jedoch weiterhin das Bedürfnis
bestehen, dass man in der Lage sein muss, Löcher durch Holz mit einem Minimum
von "Herumstochern im Holz" zu bohren, d. h. die Notwendigkeit,
dass der Anwender den Bohrer beim Bohren kontinuierlich entfernen
und neu einsetzen muss, um die Spannuten von Sägestaub zu reinigen. Schließlich besteht auch
ein Bedürfnis,
die Grenznutzungsdauer des BULLET®-Bohrers
zu erhöhen,
wenn er sich beim Bohren von insbesondere Metall in einem Überdrehzahlzustand
befindet.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Bohrer zur Verfügung
zu stellen, der eine verbesserte W der standsfähigkeit gegenüber Brechen
aufweist und das vorher angeführte
Problem mindert.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Wendelbohrer zur Verfügung
gestellt, mit:
einem Schaftbereich, einem Spannutenbereich
und einem dem Spannutenbereich benachbarten Spitzenbereich, wobei
der
Spannutenbereich mindestens eine vom Spitzenbereich ausgehende und
am Schaftbereich endende Spannut bildet,
die mindestens eine
Spannut einer vorbestimmten Spannutlänge hat,
der Spannutbereich
ferner einen Steg bildet,
der dem Spitzenbereich benachbarte
Steg eine vorbestimmte Stegbreite aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass
die Stegbreite vom Spitzenbereich zum Schaftbereich mit.
einer gleichförmigen
Neigungsrate im Bereich von etwa 0,050 cm bis etwa 0,071 Zentimeter pro
Zentimeter (oder Inches pro Inch) der Spannutenlänge zunimmt.
-
Es hat sich herausgestellt, dass
eine radikal vergrößerte Stegbreiten-Verjüngungsrate
einen viel robusteren Bohrer ergibt. Weiterhin hat es sich herausgestellt,
dass ein bestimmter Bereich der vergrößerten Stegbreiten-Verjüngungsraten
eine ausreichend erhöhte
Robustheit oder Festigkeit beim Bohren in Metall bereitstellt, während gleichzeitig
ein Bohrer zur Verfügung
gestellt wird, der den Umfang des Herumstocherns im Holz beim Bohren
von Holz minimiert. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
einen Wendelbohrer herzustellen, der eine Stegbreitenverjüngungsrate über die
Spannutlänge
hat, die etwa doppelt so groß,
ist, wie die Stegbreiten-Verjüngungsrate
von herkömmlichen
Bohrern, wodurch beim Bohren in Metall eine we sentlich erhöhte Widerstandfähigkeit
gegen Brechen gewährleistet
wird, sogar für
Bohrer mit Nenndurchmessern von 0,0635 cm (0,0250 Inches) oder größer, wodurch es
dem Benutzer ermöglicht
wird, Löcher
in 3,81 cm (einundeinhalb Inch) dickem Holz zu bohren.
-
Es hat sich herausgestellt, dass
Bohrer, welche die vorliegende Erfindung verwenden, eine wesentlich
erhöhte
Zähigkeit
und Widerstandsfähigkeit gegenüber Brechen
aufweisen., insbesondere wenn sie von einem Anwender einer tragbaren
Bohrmaschine verwendet werden.
-
Es ist eine besondere Aufgabe der
bevorzugten Ausführungen
der Erfindung, einen Wendelbohrer zur Verfügung zu stellen, bei dem die
Stegbreite von dem Spitzen- zu dem Schaftbereich in einer gleichmäßigen Neigungsrate
entlang der Länge
der Spannut im Bereich von etwa 0,050 cm bis etwa 0,071 Zentimeter
pro Zentimeter (Inches pro Inch) Spannutlänge zunimmt. Es ist eine noch
andere besondere Aufgabe der bevorzugten Ausführungen der Erfindung, einen
Bohrermarkierungsbereich am Schaftbereich des Bohrers, der sich
außerhalb
des Schaftbereiches befindet, der normalerweise durch die Spannbacken
eines Futters, in das der Bohrer eingesetzt ist, ergriffen wird,
zur Verfügung
zu stellen.
-
Ein Merkmal, durch das die vorher
angeführten
Aufgaben gelöst
werden können,
ist das Bilden der Spannuten mit einer Stegbreien-Verjüngungsrate der
vorliegenden Erfindung entlang der Spannutlänge, die kleiner ist, als die
Spannutlänge,
die für
einen vorbestimmten Nenndurchmesser von dem ASME-Standard B94.1.1–M-1993 vorgeschrieben
ist, spezifisch durch Verringern der Spannutlänge um etwa 0,762 cm bis etwa
1,778 cm (0,3 Inch bis etwa 0,7 Inch). Optimal ist die Spannutlange
um etwa 1,27 cm (0,5 Inch) für
alle Nenndurchmesser der Wendelbohrer verringert. Ein bevorzugtes
Merkmal ist, solche Zeichen zu bilden, wie die Nenngröße des Bohrers
in dem Markierungsbereich, so dass bei Eingriff des Spannfutters
mit dem Bohrerschaft die Zeichen nicht beseitigt werden.
-
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wendelbohrers zur
Verfügung
gestellt, mit einer Spitze, einem Schaft und zwei Spannuten, die
an der Spitze eine vorbestimmte Stegbreite festlegen, umfassend:
Ausrichten
einer einen vorbestimmten Durchmesser aufweisenden Schleifscheibe
unter einem vorbestimmten Winkel zur Achse eines Abschnitts eines Bohrerrohlings
für eine
im Wesentlichen quer erfolgende Bewegung auf den Bohrerrohling zu
und von ihm weg,
Ausrichten der Schleifscheibe bezüglich der
Spitze des Bohrerrohlings, um zur Erzeugung einer nach dem Ausbilden
der beiden Spannuten vorhandenen, vorbestimmten Stegbreite an der
Spitze eine ausreichende Materialmenge zu entfernen, und Bewirken einer
relativen, axialen Bewegung zwischen Schleifscheibe und Bohrerrohling,
während
der Bohrerrohling um seine Achse dreht, um im Bohrer eine Spannut
mit vorbestimmter Spannutenlänge
zu schleifen, so dass die Spannut eine gleichförmige Stegbreitenverjüngungsrate
hat, die über
im Wesentlichen die gesamte Länge
der Spannut im Bereich zwischen 0,050 bis etwa 0,071 cm pro cm Spannutenlänge liegt.
-
Ein anderes Merkmal, durch das die
vorher angeführten
Aufgaben gelöst
werden können,
ist, durch Bewirken der relativen, axialen Bewegung zwischen einer
Schleifscheibe und Bohrerrohling, während der Bohrerrohling um
seine Achse dreht, die Spannut mit der gewünschten Spannutlange mit der Stegbreitenverjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung zu schleifen und die Schleifscheibe von
dem Bohrerrohling zurückzuziehen,
wenn eine Stelle erreicht ist, die sich in einem vorbestimmten Abstand von
der Spitze befindet, an der die Spannut am Schaft enden würde, wenn
die Neigungsrate beibehalten würde.
-
Es ist noch eine andere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, die Robustheit von selbstzentrierenden Bohrern
mit Führungsspitze
des Typs, der unter der Handelsmarke BULLET® verkauft
wird, zu erhöhen.
Ein Merkmal, durch das die vorher genannte Aufgabe gelöst werden
kann, ist das wahlweise Versehen des Bohrerspitzenbereiches mit
einem Fischschwanzwinkel von weniger als 180°. Ein noch-anderes bevorzugtes
Merkmal ist das Ausbilden einer Anfasung benachbart zu dem Fischschwanz,
so dass eine Schneidkante auf der Anfasung eine Schneidlippe auf
dem Fischschwanz mit dem Außendurchmesser
des Bohrers verbindet. Ein noch anderes bevorzugtes Merkmal ist,
einen Führungsbereich
mit einem Hinterschnittwinkel in axialer Richtung zu versehen. Ein
noch anderes Merkmal ist, einen Hinterschnittwinkel vorzusehen,
der negativ ist und mindestens 1° negativ
ist und noch ein anderes Merkmal ist, die Breite oder den Durchmesser
des Führungsbereichs
so zu dimensionieren, dass er etwa dem halben Nenndurchmesser des
Bohrers entspricht.
-
Andere Aufgaben, Merkmäle und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen, den beigefügten Ansprüchen und
den beiliegenden Zeichnungen deutlich.
-
Die beiliegenden Zeichnungen, in
denen gleiche Bezugszeichen in derselben Figur oder in anderen Figuren
gleiche, Teile bezeichnen, zeigen in
-
1 eine
schematische seitliche Aufrissansicht eines herkömmlichen Bohrers, auf den eine Kraft
F in einem solchen Maße
aufgebracht ist, dass er in dem Spannutenbereich bricht;
-
Fig. 2 eine
schematische seitliche Aufrissansicht eines Wendelbohrers gemäß der vorliegenden Erfindung,
in der eine viel größere Kraft
F aufgebracht werden, muss, um den Bohrer zu zerbrechen;
-
3 eine
schematische seitliche Aufrissansicht eines Wendelbohrers gemäß, einer
anderen Ausführung
der vorliegenden Erfindung, auf den eine Kraft F aufgebracht ist,
um das Brechen des Bohrers außerhalb
des Spannutenbereichs zu bewirken;
-
4 eine
schematische Detailansicht der Bohrer von 2 und 3,
welche die Stegbreiten-Verjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung verwenden, überlagert von dem Bohrer von 1;
-
Fig. 5 ist Fig. 4
ähnlich,
stellt jedoch nur eine StegbreitenVerjüngungsrate der vorliegenden
Erfindung in Kombination mit einer Führungsspitze der vorliegenden
Erfindung dar;
-
6 ist 5 ähnlich, stellt jedoch nur die Stegbreiten-Verjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung in einem herkömmlichen Wendelbohrer dar;
-
7 eine
Ansicht ähnlich
der von 5, die eine
Ausführung
der vorliegenden Erfindung darstellt, in welcher die Spannutenlänge die
gleiche ist, wie die herkömmliche
Spannutenlänge;
-
8 eine
schematische Aufrissansicht des Prozesses für das Ausbilden der Stegbreiten-Verjüngungsrate
der, vorliegenden Erfindung;
-
9 eine
schematische Detail-Aufrissansicht des Spitzenbereichs eines selbstzentrierenden Bohrers
mit einer Führungsspitze;
-
10 eine
Ausführung
eines verbesserten Spitzenbereichs gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 11 eine
andere Ausführung
des Spitzenbereichs der vorliegenden Erfindung;
-
Fig. 12 eine
andere Ausführung
des Spitzenbereichs der vorliegenden Erfindung;
-
13 eine
weitere andere Ausführung
des Spitzenbereichs gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
14 eine
teilweise vergrößerte Detail-Aufrissansicht
des Bohrers von 9, gedreht
um einen zweiten Lippen-Freiwinkel ("F"); und
-
15 eine
vergrößerte schematische
Detailansicht für
das Ausbilden eines Bereichs des Spitzenbereichs von Fig.
9.
-
Zuerst auf 1 Bezug nehmend, ist dort ein herkömmlicher
Wendelbohrer, allgemein mit 10 bezeichnet, dargestellt
und weist einen Schaftbereich 12, einen Spannutenbereich 14,
der zwei Spannuten 16 enthält, und einen Spitzenbereich 18 auf.
Beim Bohren in Metall ist der Bohrer von Zeit zu Zeit, insbesondere
wenn er in einer tragbaren Bohrmaschine verwendet wird, Kräften F quer
zu der Achse des Bohrers ausgesetzt, die größer sind als die normalen Kräfte F, wie
es schematisch in 1 dargestellt ist. Wenn
die Kraft F groß genug
ist, bricht der Bohrer oder versagt, wie es bei 15 dargestellt
ist. Ein Testlauf mit einem herkömmlichen
Wendelbohrer mit einem. Durchmesser von 0,653 cm (1/4 Inch) hat
ergeben, dass der Bruch 15 vornehmlich in dem Spannutenbereich
14 auftritt, wenn. der Bohrer am Bruch einer Spitzenkraft von 68,04
bis 79,38 kg (150 bis 175 Pounds) ausgesetzt war.
-
Ein Wendelbohrer, welcher die Verjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung verwendet, ist allgemein mit 20 bezeichnet
in 2 dargestellt und
weist einen Schaftbereich 22, einen Spannutenbereich 24 mit
zwei Spannuten 26 und einen Spitzenbereich 28 auf.
Bei Testen von Wendelbohrern mit einem Nenndurchmesser von 0,635
cm (1/4 Inch), die, eine Verjüngungsrate
gemäß der vorliegenden
Erfindung aufweisen, wurde eine Spitzen-Bruchkraft im Bereich von
113,4 kg bis 136,08 kg (250 bis 300 Pounds) aufgewendet, um den
Bohrer zu zerbrechen. In den meisten Fällen trat der Bruch nicht in
dem Spannutenbereich 24, sondern in dem kräftigten
Teil des Bohrers, nämlich
in dem Schaftbereich 22 auf. Dieses Ergebnis wurde erzielt,
obwohl es keine Veränderung
hinsichtlich des Industriestandards bezüglich der Härte des Bohrerstahls gab, der
beinhaltet, dass die ersten drei Viertel des Spannutenbereichs in Richtung
von dem Spitzenbereich weg eine volle Härte aufweisen, die sich an
dieser Stelle bis zum Ende des Schaftes hin zu einer zäheren Härte hin verringert.
-
3 zeigt
eine andere Ausführung
eines Wendelbohrers mit einer Stegbreitenverjüngungsrate der vorliegenden
Erfindung und zeigt seine, Fähigkeit,
gut in Holz zu arbeiten, während
er seine stark erhöhte
Festigkeit für
das Bohren in Metall beibehält. Es
hat sich herausgestellt, dass ein gemäß der Erfindung hergestellter
Wendelbohrer, wie er in 3 dargestellt
ist, der einen Nenndurchmesser von 0,635 cm (1/4 Inch) besitzt,
verwendet werden kann, um ein Loch durch ein Stück Holz mit einer Dicke von
2,54 bis 3,81 cm (1 – 1/2
Inch) zu bohren, ohne dass der Bohrer zurückgezogen werden muss, um den
Bohrstaub aus den Spannuten zu entfernen und dann der Bohrer wieder
eingesetzt werden muss, um das Loch fertig zu bohren. Das Holz ist
mit 30 bezeichnet und hat zum Beispiel die Abmessungen
5,08 × 10,16
cm (2 × 4
Inch). Somit verringert die vorliegende Erfindung, wie sie in dem
in Fig. 3 dargestellten Wendelbohrer
verkörpert
ist, den Umfang des "Herumstocherns im Holz" mit dem Bohrer, das
der Anwender durchführen
muss, um Löcher
in das Holz zu bohren. In dem Beispiel eines 0,635 cm (1/4 Inch)
Bohrers, der ein Stück
mit den Abmessungen von 5,08 × 10,16 cm
(2 × 4
Inch) durchbohrt, kann der Anwender einen Metallbohrer verwenden,
um in einem Arbeitsgang ein Brett zu durchbohren, wie es durch den
Pfeil 32 gekennzeichnet ist. Die Stegbreiten-Verjüngungsraten
der vorliegenden Erfindung sind in den verschiedenen Ausführungen
in Fig. 4 bis 7 dargestellt.
-
4 zeigt
schematisch die Stegneigung (kurz gestrichelt dargestellt) der vorliegenden
Erfindung, überlagert
von der herkömmlichen
Stegneigung (lang und kurz gestrichelt). Das Profil der herkömmlichen
Stegneigung ist mit 34 bezeichnet und das Stegprofil der
vorliegenden Erfindung mit 36.
-
An dieser Stelle sollte bemerkt werden,
dass die betreffenden Verbesserungen der vorliegenden Erfindung
besonders wirksam sind, wenn sie in der Umgebung eines Bohrers verwendet
werden, der sowohl für
das Metall-Bohren als auch für
das Holz-Bohren mit einer Handbohrmaschine ausgelegt ist, wobei
der Anwender mehr Querbeanspruchungen auf den Bohrer aufbringen
kann, als zum Beispiel der Anwender einer Bohrereinspannvorrichtung,
wie zum Beispiel einer solchen, die durch eine Säulenbohrmaschine angetrieben
wird. Daher ist der gebräuchlichste
Bohrer, der von der Person, die mit einer Handbohrmaschine arbeitet,
verwendet wird, die Basis, auf welcher sich die Verbesserungen der
vorliegenden Erfindungen stützen.
Dieser Bohrer ist als "Jobber's-length. drill bit" (kurzer Spiralbohrer
mit Zylinderschaft) bekannt. Richtlinien für ihn sind in der Industrie
gebräuchlich
und sie" sind in solchen Standards wie ASME 894.11 M-1993 und NAS
907 angeführt.
Diese beiden Standards legen gemeinsam allgemein akzeptierte Bereiche
von Bohrerparametern für
verschiedene Nenndurchmesser der Bohrer fest und spiegeln weiterhin
die herkömmlichen
Erkenntnisse im Fachgebiet der Technik der Spiralbohrer wider. Diese
Erkenntnisse sagen aus, dass je mehr Späne oder Sägestaub eine Spannut aus dem
Bohrloch entfernen kann, desto besser. Daher diktieren die herkömmlichen
Erkenntnisse, dass die Stegbreite ausgehend von der Spitze zu dem
Schaft hin sich sehr allmählich
verändert.
So schreibt zum Beispiel der Sandard NAS 907 vor, dass die Stegbreiten-Verjüngungsrate
für kurze
Spiralbohrer mit Zylinderschaft der Typen. "A", "B" und "J" eine
gleichförmige Neigung
von 0,0432 cm, 0,061 cm bzw. 0,0152 cm (0,017 Inch,.0,024 Inch bzw.
0,006 Inch) hat, mit jeweiligen Toleranzen. von plus oder minus
0,0076 cm (0,003 Inch), plus oder. minus 0,0076 cm (0,003 Inch) bzw.
plus oder minus 0,0051 cm (0,002 Inch). Die Verjüngungssraten der von dem Rechtsnachfolger der
vorliegenden Erfindung verkauften Bohrer gleichen sich dicht an
die der Standards an. So weisen zum Beispiel die unter der Handelsmarke
DeWALT® verkauften
Bohrer eine Verjüngungsrate
von, 0,061 cm (0,024 Inch) für
Bohrer-Nenndurchmesser bis zu und einschließlich 0,476 cm (3/16 Inch)
und eine Stegbreiten-Verjüngungsrate
von 0,030 Zentimetern pro Zentimeter oder Inches pro Inch Spannutenlänge für Bohrer
mit Nenndurchmessern größer als
0,476 cm (3/16 Inch) auf. Selbstzentrierende Bohrer mit Führungsspitzen
der Handelsmarke BULLET® haben eine Stegbreiten Verjüngungsrate
von 0,027 Zentimetern pro Zentimeter (oder Inches pro Inch) Spannutenlänge. Wieder
auf 4 Bezug nehmend
spiegeln sich die von den Standards empfohlenen und sich aus der
allgemeinen Verwendung ergebenden Stegbreiten-Verjüngungsraten
in einer tiefen Spannut wider, die den Spannutenbereich 24 an
einem Endpunkt 38 mit dem Außendurchmesser des Schaftbereiches 22 abschließt, wobei
der Schaftbereich als der Bereich des Bohrers außerhalb des Teils, der die
Spannut enthält
und der in das Spannfutter einer Bohrmaschine eingesetzt wird, definiert ist.
Hierbei ist die Stegbreite des herkömmlichen Stegprofils 34 von
einer Dicke T auf eine mit 40 bezeichnete Dicke vergrößert; wodurch
eine große Spannuttiefe 42 für die Aufnahme
der Späne
oder von Bohrstaub erreicht wird. Das steht in deutlichem Gegensatz
zu der Geometrie der Spannut, die einen Steg definiert, welcher
die Neigungsrate der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Steg-Neigungsprofil 36 schließt an einem
Spannut-Endpunkt 44 ab. Das ergibt einen viel dickeren
Steg 46 an dem Spannut-Endpunkt 44 und erzeugt
eine sehr geringe Spannuttiefe 48 an diesem Punkt. Es ist
zu beachten, dass die Schleifscheibe einen relativ großen Radiusbereich 50 an
dem herkömmlichen
Spannut-Endpunkt und einen relativ kleinen Radius 52 an
dem Spannut-Endpunkt 44 der vorliegenden Erfindung hinterlässt.
-
Eine gleichförmige Stegbreiten-Verjüngungsrate
von 0,068. Zentimetern pro Zentimeter (oder Inches pro Inch) der
Spannutenlänge
wurde gewählt
und die sich ergebende Lebensdauer und Leistungsfähigkeit
des Bohrers überschritt
weit die Erwartungen. Die Querkraft F, die auf einen sich drehenden,
einseitig eingespannten Bohrer aufgebracht wurde, überstieg
113,4 kg (250 Pounds) (für
einen Bohrer mit einem Nenndurchmesser von. 0,635 cm (1/4 Inch),
wobei sehr akzeptable Späneentfernungskennwerte
beim Bohren in Metall erreicht wurden. Bei einer anderen Ausführung der
vorliegenden Erfindung wurde die Stegbreitenverjüngungsrate auf 0,054 Zentimeter
pro Zentimeter (oder Inches pro Inch) der Spannutenlänge (plus
oder minus 0,0076 cm (0,003 Inch) für alle Bohrergrößen von
einem Nenndurchmesser von 0,3175 cm (1/8 Inch) bis zu einem Nenndurchmesser
von 1,27 cm (1/2 Inch) festgelegt. Der Bohrer dieser zweiten Ausführung widerstand
nicht nur einem Bruch bei einer Spitzenkraft von 113,4 bis 136,08
kg (250 bis 300 Pounds) für
einen Bohrer mit einem Nenndurchmesser von 0,635 cm (1/4 Inch),
sondern er zeigte beim Bohren von Holz auch Eigenschaften, die ein
Herumstochern im Holz mit dem Bohrer erübrigen. Er war in der Lage, ein
Loch in 1,27 cm (1/2 Inch) dickes Holz (wie zum Beispiel in einem
Stück mit
den Abmessungen 5,08 × 10,16
cm (2 × 4
Inch) in einem Arbeitsgang zu bohren. Somit wurde ein Bohrer offenbart,
der beim Bohren in Metall viel fester als herkömmliche Bohrer, jedoch noch
vielseitig genug war, um beim Bohren in Holz die Notwendigkeit des
Herumstocherns mit dem Bohrer zu verringern.
-
Die anderen Parameterzeichen, die
für den in 4 dargestellten Bohrer (und
für die
anderen in den Zeichnungen dargestellten Ausführungen) verwendet werden,
bedeuten: "D" steht für
den Nenndurchmesser des Bohrers, "BL" steht für die Bohrerlänge (dabei
ist zu beachten, dass sie sieh nicht bis zu der Spitze erstreckt,
sondern statt dessen zu dem in axialer Richtung vordersten Punkt
des Bohrers, an dem die Spannut den Außendurchmesser des Bohrers
schneidet, "FL1" steht für
die Spannutlänge
einer Spannut mit einer herkömmlichen
Stegbreitenverjüngungsrate
und ist die Spannutenlänge
bezogen auf die vorher angeführten
Standards, "FL2" ist die Spannutenlänge einer der bevorzugten Ausführungen
der vorliegenden Erfindung, erzeugt durch Verringern von FL1 um
einen vorbestimmten Betrag MZ. Wie nachfolgend beschrieben wird,
verleiht die Wahl von FL2 in dieser Weise dem Bohrern der vorliegenden Erfindung
zwei Vorzüge.
-
Noch auf 4 Bezug nehmend, gehört der größte Teil der gerade vorher
angeführten
und der in den Standards enthaltenen Parameter zu einem kurzen Spiralbohrer
mit Zylinderschaft und Doppel-Spannut.
Es wird jedoch angenommen, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung
auch in der Umgebung eines Bohrer mit einer Einzel-Spannut Gültigkeit
hat. In diesem Fall würde
anstatt des Messens der Verjüngungsrate
einer Stegbreite T die Verjüngungs rate
der kürzesten
radialen Distanz zwischen der Spannut und der Achse 54 des
Bohrers (T/2) vorgeschrieben sein. In jedem Fall reicht die bevorzugte Stegbreitenverjüngungsrate
von etwa 0,050 bis etwa 0,071 Zentimetern pro Zentimeter (Inches
pro Inch) der Spannutenlänge,
und die Spannutenlänge
FL ist etwa 0,762 cm bis etwa 1,778 cm (0,3 Inch bis etwa 0,7 Inch)
kleiner als die Spannutenlänge,
die durch den ASME-Standard vorgeschrieben ist, wenn ein bestimmter
Bohrer einen bestimmten Nenndurchmesser hat.
-
Es hat sich herausgestellt, dass
Idealerweise die Distanz MZ etwa 1,27 cm (1/2 Inch) beträgt. Das wird
nachfolgend ausführlicher
behandelt.
-
Obwohl die Stegbreiten-Verjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, dass sie in einem Bohrer
mit einer herkömmlichen
Querschneidenspitze oder einer Spitze mit verdünntem Steg (wie zum Beispiel
eine geteilte Spitze), wie in 6 dargestellt,
vorteilhaft wirkt, ist sie bei dem selbstzentrierenden Metall und
Holz bohrenden Bohrer mit Führungsspitze,
der von dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung entwickelt
wurde, besonders nützlich.
Diese Ausführungen
sind in Fig. 4, und 5 dargestellt,
die ihrerseits mit jedem der Spitzenbereiche 28 ausgestattet
werden können,
die in 9 bis 13 dargestellt sind. Die
Parameter-Nomenklatur für diese
Ausführung
ist in 9 angegeben,
wobei der Spitzenbereich 28 einen Fischschwanzbereich 56 und
einen Führungsbereich 58 aufweist,
der sich axial von dem Fischschwanzbereich nach außen erstreckt.
Der Fischschwanzbereich weist Fischschwanz-Schneidlippen 62 auf,
die unter einem Fischschwanzwinkel 60 angeordnet sind.
In der vorliegenden Ausführung
erstrecken sich die Schneidlippen von dem Führungsbereich zu dem Außendurchmesser
des Bohrers. Der Führungsbereich 58 erstreckt
sich über
eine Distanz "L" von dem Fischschwanzbereich 56 und hat
einen Durchmesser "d", der klei ner ist als der Nenndurchmesser
"D" des Bohrers. Der Führungsbereich
definiert eine angewinkelte Führungswand 64,
die sowohl radial als auch axial hinterschliffen ist, wie aus den
vorher angeführten
Patenten von Chaconas u.a. ersichtlich ist. Der Führungsbereich 58 wird
mit den Führungs-Schneidlippen
gebildet, die unter einem Spitzenwinkel 68 angeordnet sind
und die in der bevorzugten Ausführung
eine geteilte Spitze 66 definieren. Der Führungsbereich
ist mit dem Fischschwanzbereich 56 durch eine radial hinterschliffene
Hohlkehle 70 mit dem Radius "R" verbunden. In der in 9 dargestellten Ausführung ist
die Geometrie des Spitzenbereiches 28 dieselbe, wie bei
dem gegenwärtig aüf dem Markt
befindlichen Bohrer. Der Fischschwanzwinkel 60 ist größer als
180°, nämlich etwa 190° und die
Ausrichtung der Führungswand definiert einen
axialen Hinterschnittwinkel 65 von etwa 5°. An dieser
Spitze wird zwecks Ausgewogenheit der vor- liegenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführun- gen die Regel angewendet,
dass ein Hinterschnittwinkel an der Führung 58, der von
dem Spitzenende 66 des Bohrers 20 nach innen in
Richtung auf den Fischschwanzbereich gerichtet ist, als ein "positiver"
Winkelangesehen wird, während
ein Hinterschnittwinkel, der radial nach außen gerichtet ist, wie es in 13 durch die Bezugszahl 67 gekennzeichnet
ist, als ein "negativer" Hinterschnittwinkel angesehen wird. Ein
vernachlässigbarer
Hinterschnittwinkel ist bezeichnet mit 69 in der in 12 dargestellten Ausführung gezeigt.
Für den
Zweck der vorliegenden Beschreibung bedeutet "vernachlässigbar"
den Bereich von weniger als minus 1° bis weniger als positiv 1°.
-
Erneut auf 9 Bezug nehmend, werden die Fischschwanz-Schneidlippen 62 mit
der axialen Wand des Führungsbereichs 58 durch
eine radial hinterschliffene Hohlkehle mit einem Radius "R" vereinigt.
Die Erzeugung dieser Oberfläche
ist schematisch in 15 dargestellt
und wird später
beschrieben.
-
Die anderen in 9 angeführten Parameter gelten auch
für 10 bis 13 und bei ihnen handelt es sich um die
Führungslänge "L",
den Führungsdurchmesser
"d" und einen Spitzenwinkel 68. In dem Bohrer von 9, der sich gegenwärtig auf
dem Markt befindet, ist der Spitzenwinkel 68 135° und der Fischschwanzwinkel 60 190°.
-
Nun auf die Ausführung in 10 Bezug nehmend, hat es sich gezeigt,
dass der Fischschwanzbereich 56 eine erhöhte Lebensdauer
zeigt; wenn der Fischschwanzwiinkel 60 verringert wird,
um in dem Bereich von etwa 168° bis
etwa 182° und
vorzugsweise 170° zu
liegen. Es hat sich auch gezeigt, dass der Führungsabschnitt eine erhöhte Lebensdauer
zeigt, wenn sein Durchmesser "d" etwa die Hälfte des Nenndurchmessers des
Bohrers beträgt.
-
Es ist außerdem noch ermittelt worden,
dass das Hinzufügen
eines Fasenbereiches 72, wie er in 11 dargestellt ist, die Lebensdauer des
Bohrers wesentlich erhöht,
wenn dieser unter Überdrehzahlbedingungen
betrieben wird. Der Faserbereich 72 weist mindestens eine
Fase 74 und in der bevorzugten Ausführung zwei Fasen auf. Die Fasen 74 sind unter
einem Fasenwinkel 76 ausgerichtet, der im Bereich von 75° bis etwa
140° liegt
und vorzugsweise bei etwa 90°.
In der Ein-Fasen-Ausführung
beträgt der
Fasenwinkel 78 etwa 45° oder
die Hälfte
des eingeschlossenen Winkels 76 der Zwei-Fasen-Ausführung. Die
Länge der
Fase 80 beträgt
von etwa 5% bis etwa 15% des Nenndurchmessers und vorzugsweise etwa
10% (d. h. vorzugsweise etwa 0,0635 cm (0,025 Inch)). Ferner verbleibt
in der in 11 dargestellten Ausführung der
eingeschlossene Winkel 68 bei etwa 135°. Der bevorzugte Hinterschnittwinkel
liegt jedoch in dem Bereich von 0° bis
5,5°, wobei
der bevorzugte Winkel 5° ist.
-
Die in 12 dargestellte
Ausführung
ist der Ausführung
von 11 sehr ähnlich,
mit der Ausnahme, das der Hinterschnittwinkel 69 vernachlässigbar ist.
Gleichermaßen
verwendet die in 13 dargestellte Ausführung einen
negativen Hinterschnittwinkel, der in dieser Ausführung größer als
minus 1° sein würde.
-
Nun auf 15 Bezug nehmend, ist, dort der Prozess
zum Erzeugen des Führungsbereichs 58, des
Fischschwanzbereiches 56 und der, radial hinterschliffenen
Hohlkehle 70 dargestellt. Der Bereich des Führungsdurchmesser-Hinterschliffs
ist bei 82, der Hohlkehlen-Hinterschliffbereich bei 84 und
der Bereich der Fischschwanz-Schneidlippen bei 86 dargestellt.
Es ist zu erkennen, dass bei dem in 15 dargestellten
Bohrer eine kontinuierliche Schneidkante durch die Fischschwanz-Schneidlippen 62,
die Hohlkehle 70 und die Führungswand-Schneidkante 65 erzeugt
wird. Um es diesen Kanten zu ermöglichen, ausreichend
zu schneidert, müssen
sie alle mit Hinterschliffflächen
versehen sein, wie es in 15 dargestellt
ist. Um solche Oberflächen
zu bilden, sind eine Schleifscheibe 88 und die Bohrerachse 54 relativ
zueinander so ausgerichtet, dass sich der Fischschwanzwinkel 60,
dividiert durch 2, in dem gewünschten Größenbereich befindet. Der Führungs-Hinterschnittwinkel 65 (positiv
oder negativ) wird dadurch erzielt, dass der Schleifscheibe 88 eine vorbestimmte
Form gegeben wird, welche auch die Form der Hohlkehle 70 definiert.
Um die gewünschten
Kanten und Oberflächen
zu erzeugen, wird der Bohrer in der gewünschten Winkelbeziehung zu
der Schleifscheibe 88 angeordnet und in die Richtung, die
durch den Pfeil 92 angegeben ist, um seine Achse 54 gedreht
und gleichzeitig in der durch den Pfeil 94 angeführten Richtung
in den Schleifscheibenbereich bewegt, wodurch der Hinterschliff
für die Schneidkante
erhalten wird, die durch die Führungskante 65,
die Hohlkehle 70 und die Fischschwanz-Schneidlippen 62 gebildet
wird. Der Prozeß wird
auf der gegenüberliegenden
Seite des Bohrers wiederholt, um beide Sätze von Schneidkanten und Hinterschliffen
zu erzeugen.
-
Nun zu der Stegbreitenverjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung. zurückkehrend,
hat es sich gezeigt, dass, eine Modifikation der von den vorher angeführten Standards
empfohlenen Spannutenlänge
sowohl für
die Genauigkeit in den Spannutentoleranzen sowie auch bei der Erzeugung
eines speziellen Bohrermarkierungsbereichs "MZ"; in dem solche Angaben 96 wie
Bohrergröße ausgebildet
werden können,
und dadurch nicht mit den Spannbacken des Bohrer-Spannfutters, in welche der Bohrer eingesetzt ist,
in Berührung
kommen, vorteilhaft ist (siehe 4).
Das bedeutet, dass das Bohrer-Spannfutter die Bohrergröflen an
dem Schaft nicht unkennt-lich macht,
wie es bei herkömmlichen
Bohrern oft der Fall ist.
-
Wieder auf 8 Bezug nehmend, ist eine Schleifscheibe 98 unter
einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Achse 54 des
Bohrers 20 angebracht und mit dem Bohrer an dem Spitzenbereich 28 oder an
dem Anfangspunkt der Spannut in Berührung gebracht und wird radial
nach innen in die Position bewegt, die durch dem Pfeil 100 gekennzeichnet
ist. Es wird dann bewirkt, daß sich
der Bohrerrohling 20 und die Schleifscheibe 98 relativ
zueinander entlang einer axialen Richtung 102 bewegen.
In der bevorzugten Ausführung
wird die Schleifscheibe so gehalten, dass sie sich nur in Richtung
radial nach innen und nach außen
bewegt, wie es durch die Pfeile angezeigt ist. Der Bohrerrohling
wird axial in die Schleifscheibe bewegt.
-
Ein Nocken bewirkt dann, dass die
Schleifscheibe 98 sich radial nach außen bewegt, wie es dargestellt
ist, und dadurch die gewünschte
Stegbreitenverjüngungsrate
erzeugt. Wenn die Schleifscheibe 98 bei der Verjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung an dem Endpunkt 38 mit dem Bohrer
zurückzuziehen
ist, um eine Spannutenlänge
FLl gemäß der von
den Standards empfohlenen Spannutenlänge zu erzeugen, würde die
Kombination des Neigungswinkels, eine Veränderung in der Toleranz der
Spannutenlänge
FL1 mit einer unzulässigen
Variabilitätsbreite
erzeugen, wie es bei, 106 gezeigt. ist. Da die Spannutenlänge ein
sehr wichtiger Parameter bei der Bohrerherstellung ist, ist es vorzuziehen,
eine Veränderung
der Spannutlängen 108 auf
plus oder minus 0,318 cm (1/8 Inch), nämlich 0,635 cm (1/4 Inch) in der
Breite beizubehalten. Um die Veränderung
der Spannutenlängentoleranz
zu verringern, wurde ermittelt, dass, wenn die Schleifscheibe 98 an
dem Endpunkt 44 anstattt an dem Endpunkt 38 zurückgezogen
wird und dadurch einen kleinen Radius 52 hinterlässt, die
Veränderungen
in den Spannutenlängen 108 wesentlich
verringert werden könnten.
Es wird angenommen, dass das eine Funktion des Zusammenwirkens eines
solch großen
Stegbreitenverjüngungswinkels
und der Veränderungen
der Schleifscheibenoberflächen
und Schleifscheibengrößen, die
bei den Schleifscheiben selbst vor sich gehen, ist. Es hat sich
herausgestellt, dass, wenn die Schleifscheibe 98 an einem
Punkt 52 zurückgezogen
wird (welcher die Spannutenlänge FL1
ist), verringert um einen Betrag MZ, wobei MZ im Bereich von etwa 0,762
bis 1,778 cm (0,3 Inch bis etwa 0,7 Inch), und vorzugsweise etwa
1,27 cm (1/2 Inch), ist, die gewünschte
Steuerung der Spannutenlängentoleranzen
erreicht werden könnte.
-
Der Prozess ist abgeschlossen, wenn
eine zweite Spannut diametral der gerade beschriebenen Spannut gegenüberliegend
unter Verwendung des gleichen Prozesses gebildet ist. In den bevorzugten Ausführungen
bildet der Prozess eine modifizierte parabolische Spannut.
-
Obwohl angenommen wird, dass die
Stegbreitenverjüngungsrate
der vorliegenden Erfindung die Festigkeit von Bohrern, die eine
herkömmlichen Spitzengeometrie
aufweisen, wie sie schematisch in 6 dargestellt
ist, wesentlich erhöht,
hat sie auch einen besonderen Einfluss auf die Lebensdauer von Bohrern,
welche die in 9 bis 13 dargestellten Konfigurationen
der Spitzenbereiche 28 aufweisen. Das Zusammenwirken von
Verjüngungsrate,
Führungsbereichsbreite,
Hinterschnittwinkel und Anfasung der in 11 dargestellten Ausführung erzeugt einen Wendelbohrer,
der eine wesentlich erhöhte Festigkeit
in der Spannut und in den Spitzenbereichen beim Bohren in Metall
aufweist, es dem Benutzer jedoch auch ermöglicht, Löcher in Holz mit einem Minimum
des Herumstocherns mit dem Bohrer zu bohren, wobei das Attribute
sind, die für
jemanden, der eine Bohrmaschine sowohl für Metall als auch für Holz verwendet,
besonders erwünscht
sind.
-
Die vorher beschriebenen Ausführungen
wirken natürlich
nicht einschränkend
für die
vorliegende Erfindung. Modifikationen und andere Ausgestaltungen,
die im Schutzumfang der Erfindung liegen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert
ist, sind offensichtlich möglich.