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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Einlippenbohrer nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
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Einlippenbohrer werden im Allgemeinen als Tieflochbohrer eingesetzt. Derartige Einlippen-Tieflochbohrer sowie andere Ausgestaltungen von Tieflochbohrern sind in der VDI-Richtlinie VDI 3210 dargestellt. Die Einlippen-Tieflochbohrer werden hauptsächlich zur Herstellung von Bohrungen mit vergleichsweise kleinem Durchmesser eingesetzt, der vorwiegend im Bereich von 0,5 mm bis 50 mm liegt, wobei die Bohrtiefe jedoch ein Vielfaches des Bohrdurchmessers betragen kann.
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Allgemein bestehen Einlippenbohrer aus einem Bohrkopf und einem Bohrerschaft mit einem Einspann-Ende. Am Bohrkopf ist eine Schneide ausgebildet, die sich von der Bohrermittelachse bis zum Bohrerumfang erstreckt. Weiterhin können ein am Bohrerumfang angeordnete Führungselemente vorgesehen sein. Der Bohrkopf und der Bohrerschaft sind entweder formschlüssig miteinander verbunden oder sie sind aus einem Stück hergestellt. Vorhanden ist wenigstens ein im Bohrerschaft und Bohrkopf verlaufender Kanal, der am Bohrkopf und am Einspann-Ende Öffnungen aufweist. Durch diesen Kanal wird vom Einspann-Ende ausgehend Kühlmittel unter Druck zugeführt, das am Bohrkopf austritt und neben der Kühlung des Bohrkopfes beziehungsweise der Schneide insbesondere die Aufgabe hat, die beim Bohren entstehenden Späne durch eine im Bohrkopf und im Bohrerschaft vorhandene V-förmige Spanabfuhrnut herauszuspülen.
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Der in der
DE 25 22 565 A1 beschriebene Einlippenbohrer enthält eine auswechselbare Schneidplatte, die beidseitig eingesetzt werden kann. Die Schneiden auf beiden Seiten der Schneidplatte weisen jeweils eine Stufe zur Teilung der Späne auf.
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Die in der
JP 59 196108 A1 beschriebene Schneide eines Bohrers weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Kerbe auf, die als Spanteiler wirkt. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Stufe in der geradlinigen Schneide vorgesehen, welche einen Hinterschnitt mit einem vorgegebenen Winkel aufweist.
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Die
US 2009/0110501 A1 offenbart ein Schneidwerkzeug, wie es zum Tieflochbohren verwendet wird. Das Schneidwerkzeug verfügt über einen auf einem Schaft montierten Schneidkopf. Der Schneidkopf ist bezüglich einer Längsachse asymmetrisch ausgebildet und weist mindestens eine Schneide auf. Der Schneidkopf weist Führungssegmente auf, die sich von einem vorderen Ende zu einem hinteren Ende des Schneidkopfs erstrecken. Jedes der Führungssegmente weist an seinem Umfang eine Führungsauflage auf. Ein vorderes Ende des Führungspolsters liegt auf einer zylindrischen Hülle, die durch den Schneiddurchmesser des Schneidwerkzeugs definiert ist. Ein hinterer Eingriffsabschnitt des Schneidkopfes greift in einen vorderen Eingriffsabschnitt des Schafts ein. Der Schneidkopf besteht aus gesinterten Hartmetallpulvern und die Führungspolster sind integraler Bestandteil des Schneidkopfes.
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Der in dem Gebrauchsmuster
DE-G 74 41 010 beschriebene Bohrer weist zwei Schneiden auf. In beiden Schneiden sind rechteckförmige Aussparungen vorgesehen, die als Spanteiler wirken. Aufgrund der rechteckförmigen Aussparungen weisen diese Spanteiler jeweils einen Hinterschnitt in Bezug auf die Bohrrichtung auf.
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Bei dem im Gebrauchsmuster
DE 203 21 368 U1 beschriebenen Einlippen-Tieflochbohrer ist der Schneide dagegen ein dort als Spanformer bezeichneter Spanbrecher zugeordnet, der entlang der äußeren Schneide angeordnet ist und der ein Abbrechen der Bohrspäne bewirken soll, damit ein zuverlässiger Abtransport der Bohrspäne durch eine V-förmige Nut im Einlippenbohrer ermöglicht wird. Die Schneide des bekannten Einlippenbohrers weist einen geradlinigen Standard-Anschliff mit zwei geraden Schneiden auf.
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Durch den aus der
DE 203 21 368 U1 bekannten, der Schneide zugeordneten Spanbrecher ist eine verbesserte Formung der Bohrspäne und damit eine erhöhte Vorschubrate (Vorschub/Umdrehung) beim Bohren erreichbar. Dies ist jedoch nur bis zu einem gewissen Grad möglich. Nimmt die Vorschubrate zu, wird auch durch einen solchen Spanbrecher die Formung der Bohrspäne immer ungünstiger, wodurch Späne entstehen können, deren Abfuhr durch die Spanabfuhrnut nicht mehr ohne Weiteres gewährleistet ist. Vielmehr können sich die Späne in der Spanabfuhrnut verklemmen und so Staus hervorrufen, die eine Beschädigung des Tieflochbohrers und/oder des zu bearbeitenden Werkstücks verursachen. Durch den Spänestau, der durch sich zwischen der Bohrungswand und der Spanabfuhrnut verklemmenden Späne entsteht, kann es im schlimmsten Fall sogar zu einem Bohrerbruch mit der dabei einhergehenden Beschädigung des zu bearbeitenden Werkstücks kommen.
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Durch Spanteiler wird zwar eine Teilung der Späne und damit eine Verkleinerung der Späne und mit dieser einhergehend eine bessere Spanabfuhr erreicht. Bei hoher Vorschubrate weisen aber auch die geteilten Späne eine nicht unbeträchtliche Länge auf, wodurch wiederum die vorstehend beschriebenen Nachteile entstehen, nämlich ein Spänestau in der Spanabfuhrnut mit all den oben geschilderten Nachteilen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Einlippenbohrer zu vermitteln, der eine hohe Vorschubrate bei gleichzeitig unproblematischer Abfuhr der Späne durch die Spanabfuhrnut ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Grundidee der Erfindung ist es, bei einem Einlippenbohrer sowohl einen der wenigstens einen Schneide zugeordneten Spanbrecher als auch wenigstens einen Spanteiler in der Schneide vorzusehen. Es werden mit anderen Worten die Vorteile von Spanbrechern mit den Vorteilen von Spanteilern kombiniert. Hierdurch wird eine Reduzierung der Größe sowohl hinsichtlich der Breite als auch hinsichtlich der Länge der Späne auf äußerst vorteilhafte Weise erzielt. Durch die Kombination von Spanbrecher und Spanteiler werden sehr kleine und schmale Späne bei der spanabhebenden Bearbeitung des Werkstücks erreicht, die auf besonders optimale Weise in der Spanabfuhrnut abtransportiert werden.
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Der erfindungsgemäße Einlippenbohrer ermöglicht insbesondere eine gegenüber den bekannten Einlippenbohrern wesentlich höhere Vorschubrate, die in einer industriellen Fertigung eine entsprechend höhere Fertigungsgeschwindigkeit gestattet. Hierdurch können mehr als dreifach höhere Vorschubraten als mit bekannten Einlippenbohrern erzielt werden.
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Die Verbesserungen werden durch die vorteilhafte Formung der beim Bohren entstehenden Späne erreicht. Der/die Spanteiler sorgt/sorgen für eine Teilung des Spans in Längsrichtung, sodass die Spanbreite begrenzt wird. Der der wenigstens einen Schneide zugeordnete Spanbrecher sorgt für eine Begrenzung der Länge der Späne. Ein Abtransport der Späne ist auf diese Weise auch mit einer reduzierten Kühlmittelzufuhr gewährleistet. Hierdurch wird mit dem erfindungsgemäßen Einlippenbohrer eine hohe Prozesssicherheit erzielt. Insbesondere wird ein Bohrerbruch, der die Zerstörung des zu bohrenden Werkstücks zur Folge hätte, durch das Vermeiden einer Verstopfung der Spanabfuhrnut zuverlässig vermieden.
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Der erfindungsgemäße Einlippenbohrer weist daher insgesamt erhebliche Vorteile beim Einsatz insbesondere in der industriellen Serienfertigung auf.
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Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Einlippenbohrers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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So sieht eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung vor, dass der wenigstens eine Spanteiler als Nut realisiert ist. Alternativ kann der wenigstens eine Spanteiler als Stufe realisiert sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Anzahl der Spanteiler in Abhängigkeit vom Durchmesser des Einlippen-Tieflochbohrers festgelegt ist, wobei mit zunehmendem Bohrerdurchmesser entsprechend mehrere Spanteiler vorgesehen sein können.
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Der oder die Spanteiler sind in/an den Schneiden angeordnet, die einen Spanbrecher aufweisen. Sie sind dabei so in/an den Schneiden angeordnet, dass sie diese im Wesentlichen in annähernd gleich lange Abschnitte unterteilen, um so den Span in mehrere im Wesentlichen gleich breite Abschnitte zu unterteilen.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass der Spanteiler einen Freischnittwinkel bezogen auf eine Parallele zur Bohrermittelache von größer 0° aufweist. Der dadurch entstehende Hinterschnitt des Spanteilers bildet gewissermaßen eine Schneide und erhöht die Zuverlässigkeit der Spanteilung. Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass der Freischnittwinkel in Abhängigkeit vom Material des zu bohrenden Werkstücks festgelegt ist. Der Freischnittwinkel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1° bis 60°, speziell im Bereich von 8° bis 12°.
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Die Spanbrecher sind auf der Spanfläche des Werkzeugs angeordnete Veränderungen mit dem Ziel, die Späne zu brechen, zu formen oder zu lenken. Die Geometrie eines Spanbrechers wird in Bezug auf die Werkzeugschneiden-Normalebene, das heißt die Ebene senkrecht zur Schneidkante, definiert und beschrieben.
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Als Spanwinkel des Spanbrechers wird der Tangentenwinkel des Spanbrechers an der Stelle bezeichnet, die der Schneidkante am nächsten ist. Der Spanwinkel des Spanbrechers liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30°, insbesondere im Bereich von 15 bis 25°.
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Der Spanbrecher ist in zwei Bereiche unterteilt, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. Ein erster Bereich dient der Leitung der Späne nach dem Abspanen vom Werkstück. Dieser Bereich kann unterschiedlich gekrümmt sein und weist vorzugsweise einen möglichst positiven Tangentenwinkel auf. Dadurch wird der Span nur gering umgeformt und kann leicht abgespant werden. Der Übergang vom ersten zum zweiten Bereich ist durch den Übergang von positivem zu negativem Tangentenwinkel definiert. Der Zweite Bereich dient als Aufprallfläche für die Späne. Dieser Bereich ist meist stärker gekrümmt und weist immer negativer werdende Tangentenwinkel auf bis zu dem Punkt, wo die Aufprallfläche in die Spanfläche übergeht. In diesem zweiten Bereich werden die Späne beim Entlanggleiten immer stärker umgeformt bis sie brechen.
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Die Form des Spanbrechers ist abhängig vom zu bearbeitenden Werkstoff und seinem Umformungsvermögen, den Prozessparametern, dem verwendeten Kühlschmierstoff und anderen Faktoren festzulegen. Der Spanbrecher kann Bereiche mit unterschiedlich großem Tangentenwinkel aufweisen, um so den Span, der entlang des Spanbrechers gleitet, in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich stark zu stauchen bzw. zu verformen. Die Form des Spanbrechers kann zur Erzielung optimalen Spanbruchs auch entlang der Schneidkante variieren.
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Als Abstand des Spanbrechers wird der Abstand von der Schneidkante bis zum Übergang der Aufprallfläche in die Spanfläche bezeichnet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung liegt der Abstand im Bereich von 0,1 bis 2 mm, insbesondere im Bereich von 0,3 bis 0,8 mm. Der Abstand des Spanbrechers kann entlang der Schneidkante variieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Spanbrecher als eingeformte Vertiefung oder Nut in der Spanfläche des Werkzeugs ausgeführt sein. Die den Spanbrecher bildende Fläche wird dabei als Spanbrecherfläche bezeichnet. Der Winkel zwischen der Spanfläche und der Tangente an die Spanbrecherfläche wird als Tangentenwinkel bezeichnet. Er ist positiv, wenn der Winkel zwischen Tangente an die Spanbrecherfläche und Schnittrichtung größer als 90° ist, dabei weist die Tangente immer von der Schneidkante weg.
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Der Spanbrecher kann direkt an die Schneidkante angrenzen oder es kann noch eine Fläche zum Schutz der Schneide vorgesehen sein, die zwischen Schneidkante und Spanbrecher angeordnet ist.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf einen Spanbrecher vorbeschriebener Art beschränkt ist, sondern rein prinzipiell alle denkbaren Formen von Spanbrechern miterfasst sind, insbesondere andere Formen als eine U-förmige Gestalt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Einlippen-Tieflochbohrer aus einem Bohrkopf und einem Bohrerschaft zusammengesetzt ist oder dass der Bohrkopf und der Bohrerschaft aus einem Stück hergestellt sind. Alternativ kann ein auswechselbarer Bohrkopf vorgesehen sein.
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Weitere Ausgestaltungen betreffen den Bohrkopf, der aus Hartmetall hergestellt sein kann und/oder mit einer Beschichtung, beispielsweise einer Hartstoffschicht versehen sein kann. Mit diesen Maßnahmen kann die Standzeit des Einlippen-Tieflochbohrers erheblich verlängert werden.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Einlippenbohrers sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Einlippenbohrer gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine erste Ausgestaltung einer Schneide des erfindungsgemäßen Einlippen-Tieflochbohrers;
- 3 die Vorderansicht des in 2 dargestellten Tieflochbohrers;
- 4 eine weitere Ausgestaltung einer Schneide eines erfindungsgemäßen Tieflochbohrers;
- 5 die Vorderansicht des in 4 dargestellten Tieflochbohrers und
- 6 schematisch und in geschnittener Darstellung ein Spanbrecher, wie er bei einem erfindungsgemäßen Einlippenbohrer zum Einsatz kommen kann.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt einen Einlippen-Tieflochbohrer 10, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Einlippen-Tieflochbohrer 10 enthält ein Einspann-Ende 11 zur Aufnahme des Einlippen-Tieflochbohrers 10 in ein in 1 nicht näher gezeigtes Bohrfutter, und einen Bohrerschaft 12 mit einem Bohrkopf 13. Der Bohrerschaft 12 und der Bohrkopf 13 sind einstückig realisiert. Im Bohrerschaft 12 ist wenigstens ein Kühlmittelkanal 14 vorgesehen, der am vorderen Ende des Bohrkopfes 13 mündet. Das durch den Kühlmittelkanal 14 gepumpte Kühlmittel hat nicht nur die Aufgabe, den Bohrkopf 13 zu kühlen, sondern dient auch zum Abtransport der beim Bohren entstehenden Späne durch eine V-förmige Spanabfuhrnut 15, die an der Schneide 16 des Einlippen-Tieflochbohrers 10 beginnt und sich nahezu über die gesamte Länge des Bohrerschafts 12 erstreckt. Am Umfang des Bohrkopfes 13 kann wenigstens ein Führungselement 17 vorgesehen sein.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tieflochbohrers ist in 2 und 3 schematisch dargestellt.
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Dieser Tieflochbohrer weist eine Schneidkante 23 auf, die schräg zur Bohrermittelachse A verläuft. Der Schneidkante 23 zugeordnet ist ein Spanbrecher 25, der bevorzugt einen positiven Spanwinkel aufweist und beispielsweise als U-förmige Nut ausgebildet ist, wobei der Spanwinkel in der Nut von einem positiven Wert bis zum Wert 0° am Nutgrund in einem ersten Bereich und in einem zweiten Bereich vom Wert 0° bis zu einem negativen Spanwinkel am der Schneidkante abgewandten Rand der Nut verläuft. Hierdurch wird der Span in seiner Länge begrenzt, indem er beim Abheben entlang der Fläche des Spanumbrechers gleitet, dort gestaucht wird und an einer definierten Stelle bricht. In der Schneidkante ist ein Spanteiler 24 beispielsweise in Form ebenfalls einer Nut angeordnet, wobei diese Nut derart schräg zur Schneidkante verläuft, dass ein „Hinterschnitt“ in Vorschubrichtung entsteht. Der Spanteiler 24 weist einen sogenannten Spanteiler-Freischnittwinkel α bezogen auf die Bohrmittelachse von größer als 0° auf.
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Der Spanteiler ist so in der Schneidkante 23 angeordnet, dass er die Schneide in annähernd gleich lange Abschnitte a und b aufteilt. Ein abgespanter Span wird so ebenfalls in im Wesentlichen annähernd gleich breite Teile a und b zerteilt. In 2 ist ein einziger Spanteiler in Form der Nut 24 dargestellt. Es versteht sich, dass die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist, sondern dass rein prinzipiell mehrere Spanteiler vorgesehen sein können, die wiederum bevorzugt so angeordnet sind, dass sie die Schneide in annähernd gleich lange Abschnitte unterteilen.
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Der Spanteiler 24 teilt den Span hinsichtlich seiner Breite in zwei Teile auf, wohingegen der Spanbrecher den Span in seiner Länge begrenzt.
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An eine Spitze 27 schließt sich eine weitere Schneidkante 26 an, die bis zur Mittelachse A schneidet und die in diesem Ausführungsbeispiel keinen Spanbrecher oder Spanteiler aufweist.
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Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, ist in dem Bohrkopf 22 ein Kühlmittelkanal 28 angeordnet, durch den Kühlmittel unter Druck zugeführt wird. Dieses Kühlmittel dient insbesondere auch zur Spanabfuhr in den Spanabfuhrkanal 30.
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Der erfindungsgemäße Einlippenbohrer zeichnet sich dadurch aus, dass er sowohl einen Spanbrecher 25 als auch einen Spanteiler 24 aufweist. Auf diese Weise wird der Span nicht nur hinsichtlich seiner Länge (durch den Spanbrecher 25), sondern auch hinsichtlich seiner Breite (durch den Spanteiler 24) bestimmt. Hierdurch entstehen kleine und schmale Späne, die eine besonders optimale Spanabfuhr mit Hilfe des Kühlmittels, das durch den Kühlmittelkanal 28 zugeführt wird, durch die Spanabfuhrnut 30 ermöglicht. Auf diese Weise kann die Vorschubgeschwindigkeit und ganz allgemein die Prozesssicherheit weiter verbessert werden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Einlippenbohrer ist in den 4 und 5 dargestellt, wobei in diesen Figuren gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie in den 2 und 3 bezeichnet sind, sodass bezüglich deren Beschreibung auf die vorstehenden Ausführungen vollinhaltlich Bezug genommen wird. Im Unterschied zu dem in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels ist bei dem in 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel der Spanteiler nicht durch eine Nut, sondern durch eine Stufe 24' realisiert. Auch diese Stufe 24' ist so angeordnet, dass sie die Schneidkante 23 im Wesentlichen in annähernd gleich lange Teile a, b aufteilt. Es ist auch hier zu bemerken, dass nicht nur ein Spanteiler vorgesehen sein kann, sondern mehrere Spanteiler - abhängig vom Bohrdurchmesser. Auch die Stufe ist schräg zur Bohrmittelachse angeordnet, das heißt sie weist einen Spanteiler-Freischnittwinkel α bezogen auf die Bohrmittelachse von größer als 0° auf, wodurch ein „Hinterschnitt“ ausgebildet wird.
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In 6 ist ein Spanbrecher im Querschnitt dargestellt. Der Spanbrecher grenzt an die Schneidkante 23 nicht unmittelbar an, sondern in einem Abstand dBn. Der Abstand des Spanbrechers von der Schneide IBn ist auf die Schneidkante 23 bezogen. An den Spanbrecher schließt sich eine Spanfläche Aγ an.
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Wie der 6 zu entnehmen ist, weist der Spanbrecher zwei Bereiche I und II auf. In einem ersten Bereich I ist der Tangentenwinkel γBT < 0°, er geht im Verlauf des Spanbrechers in einen negativen Tangentenwinkel γBT > 0° über. Der erste Bereich I dient der Leitung der Späne nach dem Abspanen vom Werkstück. Dieser Bereich kann rein prinzipiell unterschiedlich gekrümmt sein, bevorzugt weist er jedoch wie dargestellt einen positiven Tangentenwinkel auf. Hierdurch wird der Span nur gering umgeformt und kann leicht abgespant werden. Der Übergang vom ersten Bereich I zum zweiten Bereich II ist durch den Übergang vom positiven zum negativen Tangentenwinkel definiert. Der zweite Bereich II dient als Aufprallfläche für die Späne. Dieser Bereich ist meist stärker gekrümmt und weist immer größer werdende negative Tangentenwinkel γBT auf, bis zu dem Punkt, an dem die Aufprallfläche in die Spanfläche übergeht. In diesem zweiten Bereich II werden die Späne beim Entlanggleiten immer stärker umgeformt bis sie brechen.
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Die Form des Spanbrechers, die in 6 nur anhand eines Beispiels dargestellt ist, kann rein prinzipiell variieren und ist abhängig von dem zu bearbeitenden Werkstoff und seinem Umformungsvermögen, den Prozessparametern, dem verwendeten Kühlschmierstoff und anderen Faktoren festzulegen. Auch ist es prinzipiell möglich, dass der Spanbrecher mehr als zwei Bereiche mit unterschiedlich großem Tangentenwinkel aufweist, um so den Span, der entlang des Spanbrechers gleitet, in unterschiedlichen Bereichen unterschiedlich stark zu stauchen bzw. zu verformen. Die Form des Spanbrechers, sowie die Abstände dBn und IBn können zur Erzielung optimalen Spanbruchs auch entlang der Schneidkante variieren.
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Als Spanwinkel des Spanbrechers wird der Tangentenwinkel des Spanbrechers an der Stelle bezeichnet, die der Schneidkante am Nächsten ist. Der Spanwinkel des Spanbrechers liegt vorzugsweise im Bereich von 10° bis 30°, insbesondere im Bereich von 15° bis 25°. Der Abstand des Spanbrechers, also der Abstand von der Schneidkante 23 bis zum Übergang der Aufprallfläche in die Spanfläche Aγ liegt im Bereich von 0,1 bis 2 mm, insbesondere im Bereich von 0,3 bis 0,8 mm.