EP4547433A1 - Metallbohrer und verfahren - Google Patents

Metallbohrer und verfahren

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EP4547433A1
EP4547433A1 EP23732523.8A EP23732523A EP4547433A1 EP 4547433 A1 EP4547433 A1 EP 4547433A1 EP 23732523 A EP23732523 A EP 23732523A EP 4547433 A1 EP4547433 A1 EP 4547433A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blind hole
shaft
drilling direction
drill
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23732523.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Wettstein
Pauric DOHERTY
Elise Janssen
Pablo Niesutta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP4547433A1 publication Critical patent/EP4547433A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/10—Bits for countersinking
    • B23B51/108—Bits for countersinking having a centering drill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/0006—Drills with cutting inserts
    • B23B51/0007—Drills with cutting inserts with exchangeable cutting insert
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B51/00—Tools for drilling machines
    • B23B51/009—Stepped drills
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B33/00—Features common to bolt and nut
    • F16B33/004—Sealing; Insulation

Definitions

  • the present invention relates to a drill for hand-held drilling of a blind hole in a metal workpiece.
  • Drills which have a shaft defining a drilling direction with a cutting edge and a stop shoulder, the distance between which defines a blind hole depth.
  • the stop shoulder usually has an edge which creates a hole with a sharp edge in a possibly existing cover layer of a workpiece.
  • a sealing ring which may later cover the hole, can be damaged by the edge.
  • the invention is based on the object of providing a drill with which the risk of damage to a sealing element is reduced.
  • a drill for hand-held drilling of a blind hole with a blind hole diameter and a blind hole depth in a workpiece made of metal comprising a shaft which defines a drilling direction and has an axis of rotation oriented in the drilling direction, the shaft at its point pointing in the drilling direction End has a cutting edge and at a distance from the cutting edge that defines the blind hole depth and is measured against the drilling direction, a stop shoulder, the cutting edge defining the blind hole diameter by rotation about the axis of rotation, the shaft having an enveloping circle diameter that changes along the axis of rotation, which is larger at the stop shoulder than the blind hole diameter, the shaft having an enveloping circle diameter that changes along the axis of rotation and which is larger than the blind hole diameter at the stop shoulder, the shaft having a first shaft section which adjoins the stop shoulder in the opposite direction to the drilling direction and which reaches up to the stop shoulder and in which the enveloping circle diameter, starting from the stop shoulder, increases, preferably continuously, in the opposite direction to the
  • An enveloping circle diameter in the sense of the invention is the diameter of the smallest possible circle, which still completely envelops the shaft with a circle center on the axis of rotation.
  • the circular area of the enveloping circle is the area that the shaft covers when rotating about the axis of rotation.
  • the enveloping circle diameter is equal to the diameter of the circumferential line, i.e. the shaft diameter. Inward deviations of the circumferential line from the circular shape do not affect the enveloping circle diameter, but outward deviations increase the enveloping circle diameter.
  • the shaft has a centering tip at its end pointing in the drilling direction, through which the axis of rotation runs.
  • the stop shoulder has a stop surface that is aligned perpendicular to the axis of rotation and points in the drilling direction.
  • the shaft has a fastening section at its end pointing counter to the drilling direction for temporary fastening to a hand-held drill.
  • the fastening section is particularly preferably designed as an insertion end.
  • the first section has a conical shape.
  • An opening angle of the conical shape is preferably at least 60°, particularly preferably at least 90° or at least 120°.
  • the first section extends along the axis of rotation over at least 0.5 mm, preferably at least 1.0 mm, particularly preferably at least 1.5 mm or at least 2.0 mm.
  • the object is also achieved in a method for attaching a fastening element to a workpiece, in which a workpiece having a cover layer and a drill are provided as stated above, a blind hole is drilled through the cover layer into the workpiece using the drill, whereby the first shaft section of the drill creates a hole in the cover layer that enlarges in the opposite direction to the drilling direction, a fastening element having a sealing element being further provided and driven into the blind hole, the sealing element being pressed against the hole in the cover layer.
  • the fastening element is preferably screwed into the blind hole.
  • Fig. 1 a drill
  • Fig. 2 a workpiece
  • Fig. 3 shows a drill with a fastening element
  • Fig. 4 shows a workpiece with a sealing element.
  • FIG. 1 shows a drill 10, which is suitable for hand-held drilling of a blind hole in a metal workpiece (not shown), in a side view.
  • the drill 10 comprises a shaft 20, which defines a drilling direction 30 and has an axis of rotation oriented in the drilling direction 30.
  • the shaft 20 has a cutting edge 50 and a further cutting edge, not shown, which are arranged opposite one another and symmetrically with respect to the axis of rotation and together define a blind hole diameter of the drilled blind hole by rotation about the axis of rotation.
  • the shaft 20 has a stop shoulder 55 with a stop surface 60 that is aligned perpendicular to the axis of rotation and points in the drilling direction 30.
  • the stop shoulder 55 abuts a surface of the workpiece, so that the distance of the stop surface 60 from the cutting edge 50, measured against the drilling direction 30, defines a blind hole depth of the drilled blind hole.
  • the shaft 20 has an insertion end, not shown, for temporary attachment to a hand-held drill.
  • the shaft 20 has an envelope circle diameter that changes along the axis of rotation. At the stop shoulder 55, the enveloping circle diameter is larger than the blind hole diameter. Furthermore, the shaft 20 has a centering tip 70 at its end pointing in the drilling direction 30, through which the axis of rotation runs. The entire shaft 20 including the cutting edge 50 and the centering tip 70 is formed in one piece, so that the stop shoulder 55 and the cutting edge 50 consist of the same material, preferably a metal or an alloy, particularly preferably a steel.
  • the shaft 20 has two spiral-shaped grooves 90 which extend through the stop shoulder 55 and are delimited by the cutting edge 50 or by the further cutting edge.
  • the shaft 20 has a first shaft section 40 which adjoins the stop shoulder 55 in the opposite direction to the drilling direction 30, which reaches up to the stop shoulder 55 and in which the enveloping circle diameter, starting from the stop shoulder 55, increases steadily against the drilling direction 30.
  • the first shaft section has a conical shape with an opening angle of 140° and extends over 2.5 mm along the axis of rotation.
  • Fig. 2 shows a workpiece 100 with a cover layer 110.
  • the workpiece has a blind hole 120, which was created, for example, using the drill 10 from Fig. 1.
  • the first shaft section of the drill has created a hole 130 in the cover layer that enlarges in the opposite direction to the drilling direction.
  • Fig. 3 shows a drill 150 with a bit holder 160 and a fastening element 170, which has a sealing element 180 designed as a sealing ring and is driven, for example, into the blind hole 120 from Fig. 2.
  • FIG. 4 shows the workpiece 100 with the cover layer 110 after a fastening element, of which only one sealing element 190 is shown, has been driven into the blind hole 120.
  • the sealing element 190 is pressed against the hole 130 in the cover layer, which enlarges in the opposite direction to the drilling direction. Due to the conical shape of the hole 130, the sealing element 190 is protected from excessive stress.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Drilling Tools (AREA)

Abstract

Bohrer (10) zum handgeführten Bohren eines Sacklochs mit einem Sacklochdurchmesser und einer Sacklochtiefe in ein Werkstück aus Metall, umfassend einen Schaft (20), welcher eine Bohrrichtung (30) definiert und eine in der Bohrrichtung orientierte Drehachse aufweist, wobei der Schaft an seinem in die Bohrrichtung weisenden Ende eine Schneidkante (50) und in einem die Sacklochtiefe definierenden und entgegen die Bohrrichtung gemessenen Abstand zur Schneidkante eine Anschlagschulter (55) aufweist, wobei die Schneidkante durch Drehung um die Drehachse den Sacklochdurchmesser definiert, wobei der Schaft einen sich entlang der Drehachse ändernden Hüllkreisdurchmesser aufweist, welcher an der Anschlagschulter grösser als der Sacklochdurchmesser ist, wobei der Schaft einen sich entgegen die Bohrrichtung an die Anschlagschulter anschliessenden ersten Schaftabschnitt (40) aufweist, welcher bis an die Anschlagschulter heranreicht und in welchem sich der Hüllkreisdurchmesser, ausgehend von der Anschlagschulter, entgegen die Bohrrichtung vergrössert.

Description

Metallbohrer und Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bohrer zum handgeführten Bohren eines Sacklochs in ein Werkstück aus Metall.
Es sind Bohrer bekannt, welche einen eine Bohrrichtung definierenden Schaft mit einer Schneidkante und einer Anschlagschulter aufweisen, deren Abstand zueinander eine Sacklochtiefe definiert. Üblicherweise weist die Anschlagschulter eine Kante auf, welche in einer unter Umständen vorhandenen Deckschicht eines Werkstücks ein Loch mit einem scharfkantigen Rand erzeugt. Ein Dichtring, welcher gegebenenfalls später das Loch abdecken soll, kann von dem Rand beschädigt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Bohrer zur Verfügung zu stellen, mit dem die Gefahr der Beschädigung eines Dichtelements reduziert ist.
Die Aufgabe ist gelöst bei einem Bohrer zum handgeführten Bohren eines Sacklochs mit einem Sacklochdurchmesser und einer Sacklochtiefe in ein Werkstück aus Metall, umfassend einen Schaft, welcher eine Bohrrichtung definiert und eine in der Bohrrichtung orientierte Drehachse aufweist, wobei der Schaft an seinem in die Bohrrichtung weisenden Ende eine Schneidkante und in einem die Sacklochtiefe definierenden und entgegen die Bohrrichtung gemessenen Abstand zur Schneidkante eine Anschlagschulter aufweist, wobei die Schneidkante durch Drehung um die Drehachse den Sacklochdurchmesser definiert, wobei der Schaft einen sich entlang der Drehachse ändernden Hüllkreisdurchmesser aufweist, welcher an der Anschlagschulter grösser als der Sacklochdurchmesser ist, wobei der Schaft einen sich entlang der Drehachse ändernden Hüllkreisdurchmesser aufweist, welcher an der Anschlagschulter grösser als der Sacklochdurchmesser ist, wobei der Schaft einen sich entgegen die Bohrrichtung an die Anschlagschulter anschliessenden ersten Schaftabschnitt aufweist, welcher bis an die Anschlagschulter heranreicht und in welchem sich der Hüllkreisdurchmesser, ausgehend von der Anschlagschulter, entgegen die Bohrrichtung vergrössert, bevorzugt stetig vergrössert. Bevorzugt weist der Schaft an seinem in die Bohrrichtung weisenden Ende zwei oder mehr Schneidkanten auf, welche durch Drehung um die Drehachse den Sacklochdurchmesser gemeinsam definieren und besonders bevorzugt symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind.
Ein Hüllkreisdurchmesser im Sinne der Erfindung ist der Durchmesser des kleinstmöglichen Kreises, welcher mit einem Kreismittelpunkt auf der Drehachse den Schaft noch vollständig umhüllt. Mit anderen Worten, für jeden Punkt entlang der Drehachse ist die Kreisfläche des Hüllkreises ist die Fläche, welche der Schaft bei Drehung um die Drehachse überdeckt. Bei einer kreisförmigen Umfangslinie ist der Hüllkreisdurchmesser gleich dem Durchmesser der Umfangslinie, also dem Schaftdurchmesser. Abweichungen der Umfangslinie von der Kreisform nach innen beeinflussen den Hüllkreisdurchmesser nicht, Abweichungen nach aussen vergrössern dagegen den Hüllkreisdurchmesser.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaft an seinem in die Bohrrichtung weisenden Ende eine Zentrierspitze auf, durch welche die Drehachse verläuft.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Anschlagschulter eine senkrecht zur Drehachse ausgerichtete und in die Bohrrichtung weisende Anschlagfläche auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaft an seinem entgegen die Bohrrichtung weisenden Ende einen Befestigungsabschnitt für eine vorübergehende Befestigung an einer handgeführten Bohrmaschine auf. Besonders bevorzugt ist der Befestigungsabschnitt als Einsteckende ausgebildet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Abschnitt eine konische Form auf. Ein Öffnungswinkel der konischen Form beträgt bevorzugt mindestens 60°, besonders bevorzugt mindestens 90° oder mindestens 120°.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der erste Abschnitt entlang der Drehachse über mindestens 0,5 mm, bevorzugt mindestens 1 ,0 mm, besonders bevorzugt mindestens 1,5 mm oder mindestens 2,0 mm.
Die Aufgabe ist ebenfalls gelöst bei einem Verfahren zum Befestigen eines Befestigungselements an einem Werkstück, bei dem ein eine Deckschicht aufweisendes Werkstück und ein Bohrer wie oben ausgeführt zur Verfügung gestellt werden, ein Sackloch durch die Deckschicht hindurch in das Werkstück mittels des Bohrers gebohrt wird, wobei der erste Schaftabschnitt des Bohrers ein sich entgegen der Bohrrichtung vergrösserndes Loch in der Deckschicht erzeugt, wobei weiterhin ein ein Dichtelement aufweisendes Befestigungselement zur Verfügung gestellt und in das Sackloch eingetrieben wird, wobei das Dichtelement an das Loch in der Deckschicht angepresst wird. Bevorzugt wird das Befestigungselement in das Sackloch eingeschraubt. Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Bohrer,
Fig. 2 ein Werkstück,
Fig. 3 eine Bohrmaschine mit einem Befestigungselement und
Fig. 4 ein Werkstück mit einem Dichtelement.
Figur 1 zeigt einen Bohrer 10, welcher sich zum handgeführten Bohren eines Sacklochs in ein nicht dargestelltes Werkstück aus Metall eignet, in einer Seitenansicht. Der Bohrer 10 umfasst einen Schaft 20, welcher eine Bohrrichtung 30 definiert und eine in der Bohrrichtung 30 orientierte Drehachse aufweist. An seinem in die Bohrrichtung 30 weisenden Ende weist der Schaft 20 eine Schneidkante 50 und eine nicht dargestellte weitere Schneidkante auf, welche in Bezug auf die Drehachse einander gegenüberliegend und symmetrisch angeordnet sind und durch Drehung um die Drehachse gemeinsam einen Sacklochdurchmesser des gebohrten Sacklochs definieren. Weiterhin weist der Schaft 20 eine Anschlagschulter 55 mit einer senkrecht zur Drehachse ausgerichteten und in die Bohrrichtung 30 weisenden Anschlagfläche 60 auf. Während des Bohrens des Sacklochs schlägt die Anschlagschulter 55 an einer Oberfläche des Werkstücks an, so dass der entgegen die Bohrrichtung 30 gemessene Abstand der Anschlagfläche 60 zur Schneidkante 50 eine Sacklochtiefe des gebohrten Sacklochs definiert. An seinem entgegen die Bohrrichtung 30 weisenden Ende weist der Schaft 20 ein nicht dargestelltes Einsteckende für eine vorübergehende Befestigung an einer handgeführten Bohrmaschine auf.
Der Schaft 20 weist einen sich entlang der Drehachse ändernden Hüllkreisdurchmesser auf. An der Anschlagschulter 55 ist der Hüllkreisdurchmesser grösser als der Sacklochdurchmesser. Weiterhin weist der Schaft 20 an seinem in die Bohrrichtung 30 weisenden Ende eine Zentrierspitze 70 auf, durch welche die Drehachse verläuft. Der gesamte Schaft 20 einschliesslich die Schneidkante 50 und die Zentrierspitze 70 ist aus einem Stück gebildet, so dass die Anschlagschulter 55 und die Schneidkante 50 aus demselben Material, bevorzugt einem Metall oder einer Legierung, besonders bevorzugt einem Stahl, bestehen.
Zur Abfuhr von Metallspänen, welche während des Bohrens von der Schneidkante 50 und der weiteren Schneidkante erzeugt werden, weist der Schaft 20 zwei spiralförmige Nuten 90 auf, welche sich durch die Anschlagschulter 55 hindurch erstrecken und von der Schneidkante 50 beziehungsweise von der weiteren Schneidkante begrenzt werden.
Der Schaft 20 weist einen sich entgegen die Bohrrichtung 30 an die Anschlagschulter 55 anschliessenden ersten Schaftabschnitt 40 auf, welcher bis an die Anschlagschulter 55 heranreicht und in welchem sich der Hüllkreisdurchmesser, ausgehend von der Anschlagschulter 55, entgegen die Bohrrichtung 30 stetig vergrössert. Der erste Schaftabschnitt weist eine konische Form mit einem Öffnungswinkel von 140° auf und erstreckt sich entlang der Drehachse über 2,5 mm.
Fig. 2 zeigt ein Werkstück 100 mit einer Deckschicht 110. Das Werkstück weist ein Sackloch 120 auf, welches beispielsweise mittels des Bohrers 10 aus Fig. 1 erzeugt wurde. Der erste Schaftabschnitt des Bohrers hat ein sich entgegen der Bohrrichtung vergrösserndes Loch 130 in der Deckschicht erzeugt.
Fig. 3 zeigt eine Bohrmaschine 150 mit einem Bithalter 160 und einem Befestigungselement 170, welches ein als Dichtring ausgebildetes Dichtelement 180 aufweist und beispielsweise in das Sackloch 120 aus Fig. 2 eingetrieben wird.
Fig. 4 zeigt das Werkstück 100 mit der Deckschicht 110, nachdem ein Befestigungselement, von dem nur ein Dichtelement 190 dargestellt ist, in das Sackloch 120 eingetrieben wurde. Das Dichtelement 190 ist an das sich entgegen der Bohrrichtung vergrössernde Loch 130 in der Deckschicht gepresst. Aufgrund der konischen Form des Lochs 130 ist das Dichtelement 190 vor zu grosser Belastung geschützt.
Die Erfindung wurde anhand des Beispiels eines Metallbohrers beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemässe Bohrer auch für andere Zwecke geeignet ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Bohrer zum handgeführten Bohren eines Sacklochs mit einem Sacklochdurchmesser und einer Sacklochtiefe in ein Werkstück aus Metall, umfassend einen Schaft, welcher eine Bohrrichtung definiert und eine in der Bohrrichtung orientierte Drehachse aufweist, wobei der Schaft an seinem in die Bohrrichtung weisenden Ende eine Schneidkante und in einem die Sacklochtiefe definierenden und entgegen die Bohrrichtung gemessenen Abstand zur Schneidkante eine Anschlagschulter aufweist, wobei die Schneidkante durch Drehung um die Drehachse den Sacklochdurchmesser definiert, wobei der Schaft einen sich entlang der Drehachse ändernden Hüllkreisdurchmesser aufweist, welcher an der Anschlagschulter grösser als der Sacklochdurchmesser ist, wobei der Schaft einen sich entgegen die Bohrrichtung an die Anschlagschulter anschliessenden ersten Schaftabschnitt aufweist, welcher bis an die Anschlagschulter heranreicht und in welchem sich der Hüllkreisdurchmesser, ausgehend von der Anschlagschulter, entgegen die Bohrrichtung vergrössert. Bohrer nach Anspruch 1, wobei sich der Hüllkreisdurchmesser in dem ersten Schaftabschnitt entgegen die Bohrrichtung stetig vergrössert. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Abschnitt eine konische Form aufweist. Bohrer nach Anspruch 3, wobei ein Öffnungswinkel der konischen Form mindestens 60°, insbesondere mindestens 90°, insbesondere mindestens 120° beträgt. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der erste Abschnitt entlang der Drehachse über mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 ,0 mm, insbesondere mindestens 1 ,5 mm, insbesondere mindestens 2,0 mm erstreckt. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaft an seinem in die Bohrrichtung weisenden Ende eine Zentrierspitze aufweist, durch welche die Drehachse verläuft. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlagschulter eine senkrecht zur Drehachse ausgerichtete und in die Bohrrichtung weisende Anschlagfläche aufweist.
8. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaft an seinem entgegen die Bohrrichtung weisenden Ende einen Befestigungsabschnitt, insbesondere ein Einsteckende, für eine vorübergehende Befestigung an einer handgeführten Bohrmaschine aufweist. 9. Verfahren zum Befestigen eines Befestigungselements an einem Werkstück, aufweisend die folgenden Schritte:
- Zur-Verfügung-Stellen eines eine Deckschicht aufweisenden Werkstücks;
- Zur-Verfügung-Stellen eines Bohrers nach einem der vorhergehdenden Ansprüche;
Bohren eines Sacklochs durch die Deckschicht hindurch in das Werkstück mittels des Bohrers, wobei der erste Schaftabschnitt des Bohrers ein sich entgegen der Bohrrichtung vergrösserndes Loch in der Deckschicht erzeugt;
- Zur-Verfügung-Stellen eines ein Dichtelement aufweisenden Befestigungselements;
Eintreiben des Befestigungselements in das Sackloch, wobei das Dichtelement an das Loch in der Deckschicht angepresst wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Eintreiben des Befestigungselements in das
Sackloch ein Einschrauben des Befestigungselements in das Sackloch umfasst.
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