DE7312692U - Bohrwerkzeug mit innerem Abführkanal - Google Patents

Description

Dr.-lng. Wolff H. Bartels Dipl.-Chem. Dr. Brandes Dr.-lng. Held Dipl.-Phys. Wolff

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5.Februar 1973

Reg.-Nr. 123 894/75O8rlh

Firma Gebrüder Heller*, 2801 üphusen 157

Bohrwerkzeug mit innerem Abführkanal

Telefonische Auskünfte und Aufträge sind nur nach schrlfticher Bestätigung verbindlich

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Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei zwei- und mehrschneidigen Bohrwerkzeugen dieser Art wird während des Bohrons die Kühlflüssigkeit der Bohrstelle von außen zugeführt. Die kritische Bohrtiefe dieser bekannten Bohrwerkzeuge beträgt L/D = 5 bei Durchmessern D vor 1 bis 25 mm.

( Diese bekannten Werkzeuge haben den Nachteil, daß die Wand der nut dit sen Werkzeugen hergestellten Bohrung ungenau ist, so daß eine exakte Führung des Bohrwerkzeuges nicht gegeben ist. Dies hat zur Folge, daß diese bekannten Bohrwerkzeuge in der Bohrung oft der theoretischen Achse der herzustellenden Bohrung nicht folgen und daher zum Tiefbohren von Bohrungen mit einer kritischen Bohr tiefe L/D> 20 nicht geeignet sind.

Um Tiefbohrungen mit einer kritischen Bohrtiefe L/D ^>20 zu bohren, wurden daher einen inneren Abführkanal aufweisende Kernbohrwerkzeuge mit einer Schneide und zwei Stützleisten ( verwendet, die beim Bohren an der Wand der gebohrten Bohrung anliegen und dadurch die durch den Zerspanvorgang verursachten Kräfte auffangen. Durch diese Kräfte, die sich durch Verschleiß verdoppeln und verdreifachen können, entsteht eine hohe Reibung zwischen den Stützleisten und der Bohrungswand, so daß das beim Bohren aufzubringende Drehmoment wesentlich höher ist als es für die Zerspanarbeit notwendig wäre. Auch sind die Stützleisten beim Bohren und bekanntlich insbesondere beim Anbohren sehr stark belastet. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten einschneidigen Bohrwerkzeuge besteht darin, daß der Anfang einer Bohrung nach dem Eindringen der Führungsleisten in die Bohrung etwa um das Übermaß der Bohrbuchse

gegenüber dem Werkzeug größer ist als der Werkzeugdurchmesser. Erst bei einer Bohrtiefe von 10 bis 15 mm stimmt der Bohrungsdurchmesser mit dem V'erkzeugdurchmesser überein.

Wenn auch ein erhöhter Verschleiß der Führungsleisten durch Grenzschmierfilme bei der Verwendung von SpezialÖlen vermieden wird, sind die Führungsleisten besonders auf dem ersten DrHtel der Bohrung und insbesondere beim Anbohren einem erheblichen Verschleiß unterworfen, der häufig zu Schwingungen der Bohr- r stange führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bohrwerkzeug mit axial durchgehendem Abführkanal und mit mindestens zwei Schneiden zu schaffen, mittels dessen exaKte Tiefbohrungen insbesondere auch in schwer zerspanbaren Werkstoffen gebohrt werden können, ohne daß hierbei ein wesentlicher Verschleiß von Bohrwerkzeugteilen zusätzlich zu dem beim Zerspanen unvermeidlichen Verschleiß des Schneidenkörpers auftritt und bei denen für das Bohren im wesentlichen nur das für das Zerspanen notwendige Drehmoment aufgewendet werden muß.

Diese Aufgabe ist bei einem Bohrwerkzeug der im Oberbegriff C des Anspruchs 1 genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Dadurch wird erreicht, daß beim Umlaufen des Bohrwerkzeuges der äußere Schneidenschenkel auf einer äußeren Kegelfläche und der innere Schneidenschenkel auf einer inneren Kegelfläche umlaufen, die in einer durch die Umlaufbahn der Spitze gebildeten Kreislinie aufeinanderstoßen. Dadurch wird schon beim Anbohren durch die Spitzen der beiden Schneiden und die sich an die Spitzen unmittelbar anschließenden Schneidenteile im Werkstück eine ringförmige Rille gebildet, die sich immer mehr erweitert und deren beide kegelförmigen Wandungen die Schneidenschenkel und damit das ganze Werkzeug einwandfrei nach der theoretischen

Eohrungsachse zentriert führen, wobei die beim Bohren auftretenden Zerspanungskräfte der beiden symmetrisch angeordneten Schneidan sich gegeneinander aufheben. Dies hat zunächst den Vorteil, daß beim Anbohren eine Bohrbuchse als Führung für das Bohrwerkzeug nicht erforderlich ist und lediglich dazu benötigt wird, die Kühlflüssigkeit von außen dem Werkzeug zuzuführen, so daß die Bohrbuchse beim «Anbohren entlastet ist und eine wesentlich größere Lebensdauer hat als die Bohrbuchsen der bisherigen einschneidigen Tiefbohrwerk zeuge. Dies ist wirtschaftlich von großer Bedeutung, da bisher die Bohrbuchse bevorzugt aus Hartmetall hergestellt wurde. Bei Bohrwerkzeugen gemäß der Erfindung kann jedoch die Bohrbuchse aus einem weicheren Material, z.B.

auch aus einem geeigneten Kunststoff, hergestellt werden.Auch hat die Bohrung von Anfang an don gewünschten Durchmesser.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug auch sehr dünnwandige Rohre gebohrt werden können, weil die Bohrwandung keinen radialen Kräften ausgesetzt ist, wie das bei den bisher bekannten einschneidigen Bohrwerkzeugen der Fall ist, wo die Zerspanungskräfte durch die Stützleisten an der Bohrungswand aufgefangen werden.

Da bei den bekannten einschneidigen Bohrwerkzeugen die Stützleisten mit starkem Druck an die Bohrungswand gedrückt werden und längs dieser gleiten, wird die Oberfläche der Bohrung verdichtet. Dies ist für Nachfolgeoperationen, wie Höhnen od.dgl. von Nachteil. Das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug hat demgegenüber den Vorteil, daß die mit diesem Bohrwerkzeug hergestellte Bohrung eine nicht verdichtete Oberfläche hat, was für Nachfolgeoperationen von Vorteil ist.

Bei den bekannten zweischneidigen Vollbohrwerkzeugen, bei denen der die beiden Schneiden tragende Schneidenkörper in der Mitte des Werkzeuges eine Spitze bildet, ist diese Spitze für das

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Bohren wertlos, da in der Mitte des Bohrwerkzeuges fast überhaupt keine Zerspanung eintritt. Demgegenüber dient bei dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug die sich im Abstand von der Bohrwerkzeugachse befindliche Spitze als Spitze zum Anreißen eines Spanes. Sieht man hierbei vor, daß die Spitze sich in einem kleineren Abstand von der Mittelachse des Bohrwerkzeuges befindet als vom Umfang, dann wird dadurch erreicht, daß gerade in der Mitte des Bohrwerkzeuges, wo die geringste Zerspanwirkung eintritt, durch die Schneidenspitze ein kurzer Span angerissen wird, der sich dann auch leicht in der Mitte der Bohrung löst. Dadurch verringert sich die für das Bohren notwendige Vorschubkraft und das Drehmoment.

Dadurch, daß das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug beim Bohren durch die Schneiden selbst exakt geführt wird, sind Führungsleisten, falls diese überhaupt verwendet werden, weitgehend entlastet, so daß sie kaum verschleißen und aus einem weicheren Material hergestellt werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die im Anspruch 3 genannten Merkmale vorgesehen. Dadurch wird erreicht, daß die Stützleisten die Bohrungswand überhaupt nicht berühren und die Abstützung des Bohrwerkzeuges an der Bohrungswand durch einen Film der Kühlflüssigkeit erfolgt. Der Verschleiß der Führungsleisten wird dadurch so weit herabgesetzt, daß diese sogar aus einem geeigneten Kunststoff, z.B. aus Polyietrafluoräthylen hergestellt werden können. Besonders vorteilhaft ist es hierbei vorzusehen, daß die Stützfläche der Stützleiste stärker gekrümmt ist als die zylindrische Umlauffläche der Umfangsschneide der Schneidenkörpers.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten zweischneidigen Werkzeuge besteht darin, daß der Schneidenkörper in der Mitte sehr großen entgegengesetzten Kräften ausgesetzt ist. Da der Schneidenkcrper aus einem spröden Material besteht, führen diese entgegengesetzt gerichteten Kräfte oft da2u, daß der

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Schneidenkörper in der Mitte reißt und dadurch das Bohrwerkzeug anbrauchbar wird. Auch haben diese bekannten zweischneidigen Werkzeuge den Nachteil, daß die Schneide immer-in der Bewegungsrichtung der Schneide beim Bohren gesehen-vor einer zur Schneide parallelen Radialebene des Bohrwerkzeuges liegen muß. Mit zunehmendem Abstand der Schneide von der entsprechenden parallelen Radialebene des Bohrwerkzeuges nehmen jedoch die beim Bohren erforderliche Vorschubkraft und das Drehmoment zu.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges sind bei diesem die im Anspruch 4 genannten Merkmale vorgesehen. Dadurch wird erreicht, daß die entgegengesetzt gerichteten, auf die Schneiden des Bohrwerkzeuges wirkenden Kräfte vom Werkzeugkörper selbst aufgenommen werden, der aus einem elastischeren Material hergestellt werden kann als He Schneidenkörper.

Ein weiterer Vorteil dieöer Ausführungsform besteht darin, daß nun die beiden Schneiden unmittelbar auf oder hinter eine zur Schneide parallele Radialebene des Bohrwerkzeuges angeordnet werden können, wodurch beim Bohren die erforderliche Vorschubkraft und das Drehmoment sinken. Dadurch steigt die Lebensdauer des Bohrwerkzeuges beträchtlich an. Diese Maßnahmen sind eine besonders wertvolle Weiterentwicklung des Bohrwerkzeuges gemäß dem Anspruch 1, weil dadurch der durch die inneren Schenkel bedingte Einschnitt des Schneidenträgers, der hei einem für bei^e Schneiden gemeinsamen Schneidenträger diesen gerade in der Mitte, wo er die meisten Kräfte aufnehmen muß, schwächt. Durch die Maßnahmen gemäß dem Anspruch 3 wird nun erreicht, daß diese Wirkung der inneren Schneiden für die Standzeit des Bohrwerkzeuges ohne Bedeut ng ist.

In der folgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele von Bohrwerkzeugen gemäß der Erfindung im einzelnen erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht eines ersten Ausführung sbeispiels ;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Ausftfhrungsbeispiels nach Fig. 1;

Fig. 3 und 4 den Fig. 1 bzw. 2 entsprechende

Darstellungen eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines Bohrwerkzeuges gemäß der Erfindung weist einen Werkzeugkörper 11 auf, der mit einem inneren, axial durchgehenden Abführkanal 12 zum Abführen von Bohrspänen und einer Kühlflüssigkeit versehen ist. Dieser Abführkanal 12 mündet mit zwei Zweigkanälen 13 und 14 in die Stirnfläche des Bohrwerkzeuges. Diese Zweigkanäle sina auf der in der Drehrichtung des Bohrwerkzeuges nacheilenden Seite durch die eine in einer Radialebene des Bohrwerkzeuges liegende seitliche ebene Fläche eines Schneidenkörpers 15 bzw. 16 begrenzt. Die obere Kante der in der Radialebene liegenden Seitenfläche der Schneidenkörper und 16 bildet je eine Schneide 17, 18, die zwei Schneidenschenkel 17 und 18 aufweist, die einen überstumpfen Winkel begrenzen, dessen Scheitel eine Spitze 21 bildet, die in die Bohrrichtung des Bohrwerkzeuges gerichtet ist. Beide Spitzen 2\ befinden sich jeweils in gleichen radialen Abständen von der Werkzeugachse 19. "'eide Schneidenkörp^r 15 und 16 reichen mit

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ihrer in einer Radialebene des Werkzeugkörpers liegenden Seitenfläche bis zur Achse 19, wo sich die zu dieser Achse parallelen Kanten der beiden Schneidenkörper 15 und 16 berühren. Die den Zweigkanälen 13 und 14 abgekehrten ebenen Seitenflächen der Schneidenkörper 15 und 16 liegen an entsprechenden ebenen Flächen des taerkzeuqkörpers 11 an und sind an diesen Flächen befestigt, z. B. angelötet, angeklebt oder angeklemmt. Die radial äußeren Enden der Schneidenkörper 15 und ragen aus dem zylindrischen Werkzeugkörper 11 heraus, wo sie eine konvex gewölbte Stützfläche 22 bilden, deren in der Drehrichtung vordere Kante als Umfangsschneide 23 ausgebildet ist.

In der Drehrichtung gesehen ist hinter jedem Schneidenkörper 15 und 16 in einem Winkelabstand von etwas weniger als 90 je eine Stützleiste 24 bzw. 25 angeordnet, deren radial äußere Stützfläche 26 konkav gewölbt ist. Die von der Werkzeugachse 19 am weitesten entfernte Mantellinie einer jeden dieser beiden Stützleisten 2-4. und 25 hat einen kleineren Abstand von der Werkzeugachse als die Ümfangsschneiden 23 der Schneidenkörper 15 und. 16, wobei diese ümfangsschneiden gleichzeitig die von der Werkzeugachse am weitesten entfernten Mantellinien der Stützflächen 22 bilden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist das in den Fig. 1 und 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel ein zweischneidiges Vollbohrwerkzeug, dessen beide Schneiden von den ümfangsschneiden 23 bis zur Werkzeugachse 19 reichen. Beim Bohren dreht sich das Werkzeug bei der Darstellung nach Fig. im Geqenuhrzeigersinn, so daß auf die Schneidenkörper 15 und

in Fig. 1

16/im wesentlichen nach unten bzw. nach oben, also entgegengesetzt gerichtete Kräfte wirken. Dadurch, daß die beiden Schneidenkörper 15 und 16 sich im wesentlichen mit ihrer ganzen einen Seitsnfläche am Werkzeugkörper unabhängig voneinander abstützen, werdpn diese Kräfte vom Werkzeugkörper 11 auf-

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genommen, der aus einem wesentlich elastischeren Material besteht als die Schneidenkörper, so daß er diese Belastungen ohne weiteres aufnehmen kann. Dadurch, daß sich die Spitzen 21 in einem gleichen Abstand von der Werkzeugachse 19 befinden, wird beim Anbohren des Werkzeuges durch diese Spitzen zunächst eine IUlIe gefräst, deren Seitenwände Führungen für die Schneidenschenkel 17 und 18 bilden, so daß das Bohrwerkzeug sofort nach dem Ansetzen auf das Werkstück einwandfrei axial geführt ist. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, sind die inneren Schneidenschenkel IS wesentlich kürzer als die äußeren Schneidenschenkel 17. Das hat zur Folge, daß in der Nähe der Werkzeugachse 19 sich nur ein schmaler Span bildet, der von der Spitze 21 angerissen auch von den der Werkzeugachse 19 benachbarten Teilen des Schneidenschenkels 18 vom Werkstück leicht gelöst werden kann. Dies hat zur Folge, daß in der Nachbarschaft der Werkzeugachse keine Stauchung, sondern eine einwandfreie Spanabhebung erfolgt, wodurch eine einwandfreie Vollbohrung erzeugt wird.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diejenigen Teile, die funktionell den Teilen des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 und 2 entsprechen, mit um 100 größeren Bezugszahlen bezeichnet, so daß durch diesen Hinweis auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2 Bezug genommen wird.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 weist ebenso wie das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 zwei Schneidenkörper 115 und 116 auf. Bei gleichem Werkzeugdurchmesser sind hier jedoch die Werkzeugschneiden 117, 118 kürzer als die Schneiden 17, 18, so daß die inneren Schneidenschenkel 118 in einem Abstand von der Werkzeugachse 119 enden. Die beiden Zweigkanäle 113 und 114 sind hier in der Mitte durch eine Bohrung 127 im Werkzeugkörper 111 verbunden, die für

einen beim Bohren mit diesem Bohrwerkzeug übrig bleibenden Kern 128 vorgesehen ist. Im übrigen weisen auch hier die Schneiden in gleichen radialen Abständen von der Werkzeugachse 119 Spitzen 121 auf. Auch ist dieses Bohrwerkzeug mit Stützleisten 124 und 125 versehen.

Der Abstand der inneren Schneidenschenkel 118 von der Werk' zeugachse 119 kann beliebig klein gewählt werden, so daß ohne wesentliche Beeinträchtigung des Bohrvorganges mit einem beliebig dünnen Bohrkern 128 gebohrt werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind diejenigen Teile, die dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 entsprechen, mit um 200 größeren Bezugszahlen bezeichnet, so daß durch diesen Hinweis auf die vorhergehenden Ausführungsbeispiele Bezug genommen wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch, daß hier anstelle von zwei Schneidenkörpern 115 und 116 drei Schneidenkörper 215, 216 und 229 vorgesehen sind, deren Schneiden 217, 218 auf miteinander Zentriwinkel von 120° einschließenden Radialebenen angeordnet sind und deren innere Schneidenschenkel 218 wie beim Kernbohrwerkzeug nach den Fig. 3 und 4 in einem Abstand von der Werkzeugachse 219 enden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine den Stützleisten 124 und 125 entsprechende Stützleisten vorgesehen, da hier der Bohrer allein durch die Stützflächen der Schneidenkörper 215, 216 und 229 ausreichend radial nach außen abgestützt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel verzweigt sich natürlich der Abführkanal 212 in drei Zweigkanäle 213, 214 und 231. Auch hier begrenzen die beiden Schneidenschenkel 217 und 218 eines jeden Schneidenkörpers 215, 216 und 229 je einen überstumpfen Winkel, dessen Scheitel eine Spitze 221 bildet.

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Die Schneiden I"⁷, 18; 117, 118 und 217, 218 können auch in einem Abstand hinter einer den Schneiden parallelen Radialebene angeordnet bein, weil die auf verschiedenen Seiten der Werkzeugachse 1?, 119, 219 liegenden Schneidenkörper 15, 16 bzw. 115, 116 bzw. 215, 216, 229 nicht aus einem Stück bescehen.

Claims (5)

• · -U- SCHUTZANSPRÜCHE

1) Bohrwerkzeug bestehend aus einem Werkzeugkörper mit einem inneren, axial durchgehenden Abführkanal zum Abführen von Bohrspänen und einer Kühlflüssigkeit und mit mindestens zwei Schneiden, von denen sich jede von einer Umfangsschneide einer an ihrem Schneidenkörper ausgebildeten, radial äußeren Stützfläche nach innen erstreckt, die zum Abstüt-

™ zen des Bohrwerkzeuges an der Wand der vom Bohrwerkzeug gebohrten Bohrung vorgecehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schneide zwei Schneidenschenkel (17, 18; 117, 118; 217, 218) aufweist, die einen überstumpfen Winkel begrenzen, dessen Scheitel eine Spitze (21; 121; 221) bildet, die in die Bohrrichtung des Bohrwerkzeuges gerichtet ist, und daß die Spitzen (21; 121; 221) aller Schneiden sich in gleichen radialen Abständen von der Werkzeugachse (19; 119; 219) befinden.

2) Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Abstand der Spitze (21; 121; 221) von der V»arkzeugachse (19; 119; 219) kleiner ist als von der Umfangsschneide (23).

3) Bohrwerjczeug nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß hinter jedem Schneidenkörper (15, 16; 115, 116) mindestens eine Stützleiste (24, 25; 124, 125) mit einer konvexen Stützfläche (26) vorhanden ist, deren von der Werkzeugachse (19; 119) am weitesten entfernte Mantellinie einen kleineren Abstand von der Werkzeugachse (19; 119) hat als die entsprechende Mantellinie der Stützfläche (22) des Schneidenkörpers (15, 16; 115, 116).

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4) Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (26) der Stützleiste (24, 25; 124, 125) stärker gekrümmt ist als die zylindrische Umlauffläche der Umfangsschneide (23) des Schneidenkörpers (15, 16; 115, 116).

5) Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurc'i gekennzeichnet, daß jede Schneide an einem eigenen Schneidenkörper (15, 16; 115, 116; 215, 216, 229) ausgebildet ist, der vom Umfang des Bohrwerkzeuges höchstens bis zur Werkzeugachse (19; 119; 219) reicht und unabhMngig von dem Schneidenkörper der anderen Schneide an dem Werkzeugkörper (II; 111) befestigt ist, und daß die Schneiden nicht vor einer den Schneiden parallelen Radialebene des Bohrwerkzeuges liegen.