DE20004523U1

DE20004523U1 - Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE20004523U1
Application number: DE20004523U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Giess & Quanz & Co Kg De GmbH
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2010-03-11

Description

Reiner Quanz Damaschkestraße 5,42859 Remscheid Bohrwerkzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug mit einem um seine Längsachse rotierend antreibbaren Schneidenteil mit einer Bohrerspitze und mehreren etwa zylindrischen Abschnitten mit unterschiedlichen Durchmessern, mit konisch ausgebildeten Übergangsbereichen zwischen den zylindrischen Abschnitten, wobei mindestens eine die zylindrischen Abschnitte anschneidende schraubenlinienförmige Spannut ausgebildet ist.

Ein solches Bohrwerkzeug gestattet es, Bohrungen verschiedener Durchmesser zu bohren, ohne dass für das Aus- und Einspannen eines neuen Bohrwerkzeugs Zeit aufgewendet werden muß. In der Praxis haben sich derartige Werkzeuge vielfach bewährt.

In dem deutschen Gebrauchsmuster 94 14 659.4 ist ein gattungsgemäßes Bohrwerkzeug offenbart, bei dem der stufenförmige Schneidenteil mindestens eine schraubenlinienförmig verlaufende Spannut, die bezogen auf den jeweiligen Durchmesser eines Abschnittes (einer Bohrstufe) einen konstanten Spiralwinkel aufweist. Bei der Benutzung des beschriebenen Bohrwerkzeugs hat sich gezeigt, dass Bohreigenschaften wie beispielsweise Laufruhe, Bohrfortschritt und notwendiger Vorschub nicht ausreichend optimiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bohreigenschaften eines Bohrwerkzeugs der eingangs beschriebenen Art zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die schraubenlinienförmige Spannut einen sich über die Länge des Schneidenteils ändernden Spiralwinkel aufweist.

Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass die Abfuhr des durch den Bohrvorgang anfallenden Spanmaterials wesentlichen Einfluss auf die Bohreigenschaften des gattungsgemäßen Bohrwerkzeugs hat. Eine weitere Erkenntnis ist, dass eine optimale Abfuhr des Spanmaterials nur durch eine kontinuierliche Anpassung der Spannut an den Bohrlochdurchmesser gegeben sein kann, da die abzuführende Spanmaterialmenge abhängig vom Durchmesser des Bohrlochs ist bzw. mit zunehmendem Durchmesser des Bohrlochs ansteigt.

Durch die Spannut entstehen im Bohrwerkzeug zum einen im wesentlichen schräg zu seiner Längsachse verlaufende Schneidkanten, die auf einer im wesentlichen konusförmigen, auf die Bohrerspitze hin zulaufenden Mantelfläche der Übergangsbereiche liegen, zum anderen entstehen Kanten, die auf einer Umfangsfläche der zylindrischen Abschnitte liegen. Die Höhe eines jeden zylindrischen Abschnitts beläuft sich dabei vorzugsweise auf einen Betrag, der größer als die Dicke des zu bearbeitenden Materials ist. Erfindungsgemäß wird eine Anpassung der Spannut an den Durchmesser des Bohrlochs und damit an die ansteigende Spanmaterialmenge dadurch erreicht, dass sich die Steigung der Spannut bzw. der Spiralwinkel stetig ändert. Der Spiralwinkel wird durch eine Längsachse des Bohrwerkzeugs und durch die von der Spannut gebildeten Schneidkanten eingeschlossen. Vorteilhafterweise nimmt der Spiralwinkel des Bohrwerkzeugs mit steigendem Durchmesser der Übergangsbereiche ebenfalls stetig zu, so dass beim Bohrvorgang die Länge der im Bohrloch befindlichen Spannut vergrößert wird und diese somit entsprechend mehr Material aufnehmen und abführen kann. Es hat sich gezeigt, dass ein derart erfindungsgemäß ausgestaltetes Bohrwerkzeug beim Bohrvorgang sowohl bei geringem als auch bei hohem Bohrfortschritt eine außerordentliche Laufruhe aufweist. Dadurch wird beispielsweise das Bohren von Hand entscheidend erleichtert, da der durch den Benutzer aufzubringende notwendige Kraftaufwand minimiert wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht für das Bohrwerkzeug am Umfang mindestens zwei schraubenlinienförmige, von der Bohrerspitze in Richtung des Einspannschaftes verlaufende gleichartige Spannuten vor.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteran-

Sprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.

Anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzugten Ausführungsbeispiels soll im folgenden die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen

Bohrwerzeugs,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 mit Il bezeichneten Bereichs,

und

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie l-l in Fig. 1.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bohrwerkzeug 1 besteht im ersten Ausführungsbeispiel, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, aus einem um seine Längsachse 2 rotierend antreibbaren Schneidenteil 4 und einem sich an diesen in axialer Richtung anschließenden Einspannschaft 6.

Der Einspannschaft 6 kann einen beliebigen, beispielsweise sechseckigen oder kreisförmigen Querschnitt besitzen. Insbesondere ist es günstig, wenn der Einspannschaft 6 einen kreisförmigen Querschnitt mit drei um 120° versetzten, tangential abgeplatteten Mitnehmerflächen hat. Der Einspannschaft 6 erhält dadurch einen sicheren Sitz im Bohrfutter.

Das Schneidenteil 4 weist eine Bohrerspitze 8 und daran anschließend mehrere etwa zylindrische Abschnitte 10.1 bis 10.&eegr; mit unterschiedlichen, beispielsweise von der Bohrerspitze 8 in Richtung des Einspannschaftes 6 zunehmenden, Durchmessern auf. An die einzelnen zylindrischen Abschnitte 10.1 bis 10.&eegr; schließen sich jeweils auf die Bohrerspitze hin zulaufende konische Übergangsbereiche 11.1 bis 11.&eegr; an. Die Bohrerspitze 8 ist vorteilhafterweise um ein Vielfaches länger als jeder der sich anschließenden Abschnitte 10.1 bis 10.n, um ein möglichst häufiges Nachschleifen der Bohrerspitze 8 zu ermöglichen. Die

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Bohrerspitze 8 ist weiterhin durch einen Kreuzanschliff derart ausgespitzt, dass ein Ankörnen des zu bearbeitenden Materials entbehrlich ist. Um ein Verklemmen des Werkzeugs im Bohrloch zu vermeiden, weisen die zylindrischen Abschnitte 10.1 bis 10.n vorteilhafterweise jeweils eine geringe Konizität in Richtung des Einspannschaftes 6 von 0,05 bis 0,06 mm auf. Die Höhe h eines jeden zylindrischen Abschnitts 10.1 bis 10.&eegr; beläuft sich auf einen Betrag, der größer als die Dicke des zu bearbeitenden Materials ist.

Das Schneidenteil 4 besitzt weiterhin beispielsweise zwei am Umfang ausgebildete, von der Bohrerspitze 8 schraubenlinienartig in Richtung des Einspannschaftes 6 verlaufende Spannuten 12.1, 12.2, wovon in Fig. 1 nur die Spannut 12.1 sichtbar ist (vgl. hierzu Fig. 3). Die Spannuten 12.1, 12.2 liegen um 180° versetzt am Umfang des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs 1 und sind vorteilhafterweise gleichartig ausgebildet. Durch die Spannuten 12.1, 12.2 entstehen Kanten 14.1, 14.2 die auf einer Umfangsfläche der zylindrischen Abschnitte 10.1 bis 10.&eegr; verlaufen, sowie Schneidkanten 16.1, 16.2, die auf den konusförmigen Übergangsbereichen 11.1 bis 11.&eegr; liegen. Die Schneidkanten 16.1, 16.2 schaffen im Material durch Rotation um die Längsachse 2 spanabhebend eine Bohrung. In der dargestellten Ausführungsvariante sind die Schneidkanten 16.1, 16.2 derart angeordnet, dass das Bohrwerkzeug 1 in Bohrrichtung gesehen im Uhrzeigersinn rotieren muß, um die Schneidkanten 16.1, 16.2 in Eingriff zu bringen. Die Spannuten 12.1, 12.2 sind als rechtslaufende Nuten ausgelegt, sie wendeln sich in Bohrrichtung gesehen ebenfalls im Uhrzeigersinn umlaufend um das Bohrwerkzeug 1, wodurch ein Abfließen der Späne entgegen der Schneidrichtung des Bohrwerkzeugs 1 erfolgt. Dabei sind die Spannuten 12.1, 12.2 derart geschliffen, dass der Span im Grund der Nuten sauber abrollt.

Fig. 2 zeigt, dass die Längsachse 2 des Bohrwerkzeugs 1 und die Schneidkanten 16.1, 16.2 einen Spiralwinkel _&agr; einschließen. Im Bereich der zylindrischen Abschnitte 10.1 bis 10.n schließen die Kanten 14.1, 14.2 und die Längsachse 2 einen Winkel ein, der in der Regel dem Spiralwinkel _&agr; des sich jeweils an den entsprechenden Abschnitt 10.1 bis 10.&eegr; in Richtung des Abschnitts 10.1 bis 10.&eegr; mit dem nächstkleineren Durchmesser anschließenden Übergangsbereichs 11.1 bis 11.&eegr; entspricht. Der Spiralwinkel _&agr; ändert sich erfindungsgemäß sowohl über die gesamte Länge des Bohrwerkzeugs 1 als auch innerhalb eines jeden Übergangsbereichs 11.1 bis 11.&eegr; insbesondere stetig. Dabei haben sich zwei Ausführungsformen als besonders

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vorteilhaft erwiesen. Einerseits können die Spannuten 12.1, 12.2 derart gewendelt sein, dass deren Spiralwinkel _&agr; vom im Durchmesser kleinsten Übergangsbereich 11.1 (Durchmesser des Abschnitts 10.1 beispielsweise 4 mm) zu einem im Durchmesser größten Übergangsbereich 11.&eegr; (Durchmesser des Abschnitts 10.n beispielsweise 60 mm) um etwa 5°, zum Beispiel von 24° bis 29° steigend, zunimmt. Andererseits können die Spannuten 12.1, 12.2 derart gewendelt sind, dass deren Spiralwinkel _&agr; vom im Durchmesser kleinsten Übergangsbereich 11.1 zu einem im Durchmesser größten Übergangsbereich 11.&eegr; um mindestens 20° zunimmt (beispielsweise von 5° bis 25° steigend).

Fig. 3 zeigt, dass das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug 1 umfangsseitig in jedem Übergangsbereich 11.1 bis 11.&eegr; vorzugsweise einen radialen Hinterschliff 18 aufweist. Dieser Hinterschliff 18 sichert eine gute Schnittwirkung beispielsweise auch dann, wenn das Werkzeug nach einer längeren Standzeit aufgrund des Auftretens von Verschleiß eines Nachschliffs bedarf. Ein radialer Hinterschliff 18 von 0,05 bis 0,06 mm, gemessen 20° hinter der Schneidkante 16.1, 16.2 auf der Umfangsfläche des entsprechenden Übergangsbereichs 11.1 bis 11.n, hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Wahlweise können auch die sich anschließenden Abschnitte 10.1 bis 10.&eegr; bereichsweise einen radialen Hinterschliff 18 aufweisen.

Zur Ausbildung einer vorteilhaften Geometrie der Schneidkanten 16.1, 16.2 weist das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug 1 außerdem jeweils einen axialen Hinterschliff im Bereich jeder oder zumindest einer der im wesentlichen schräg zur Längsachse 2 verlaufenden Schneidkanten 16.1, 16.2 auf. Ein solcher axialer Hinterschliff sichert ebenfalls eine gute Schnittwirkung des Bohrwerkzeugs 1. Praktische Versuche haben ergeben, dass der axiale Hinterschliff des erfmdungsgemäßen Bohrwerkzeugs 1 0,07 bis 0,08 mm, ebenfalls 20° hinter der Schneidkante 16.1, 16.2 auf der Umfangsfläche des entsprechenden Übergangsbereichs 11.1 bis 11.&eegr; gemessen, betragen sollte. Wahlweise können auch die sich anschließenden Abschnitte 10.1 bis 10.&eegr; bereichsweise einen axialen Hinterschliff aufweisen.

Sowohl der radiale Hinterschliff 18 als auch der axiale Hinterschliff setzen sich auf der Umfangsfläche des entsprechenden Übergangsbereiche 11.1 bis 11.n, ausgehend von den Schneidkanten 16.1, 16.2, bevorzugt bis etwa 50 bis 60° fort.

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Ein von den Schneidkanten 16.1, 16.2 und einer senkrecht zur Längsachse 2 verlaufenden und die Längsachse 2 schneidenden Querachse 20 eingeschlossener Schnittwinkel &ggr; kann erfindungsgemäß über die gesamte Länge der Spannuten 12.1, 12.2 in allen Übergangsbereichen 11.1 bis 11.&eegr; gleich sein oder sich stetig ändern. Beispielsweise kann der Schnittwinkel &ggr; von einem im Durchmesser kleinsten Übergangsbereich 11.1 (beispielsweise von etwa 4 mm) zu einem im Durchmesser größten Übergangsbereich 11.&eegr; (beispielsweise etwa 60 mm) stetig von 0° auf 25° steigen.

Ein erfindungsgmäßes Bohrwerkzeug 1 besteht aus gehärtetem Hochleistungsschnellstahl (HSS). Die Oberfläche kann zusätzlich nitriert bzw. mit einem unter dem Markennamen TENIFER® bekannten Verfahren behandelt oder titanbeschichtet sein. Im Gegensatz zu bekannten Werkzeugen dieser Art erfolgt die Fertigung des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs 1 mit Hilfe eines CBN-Schleifverfahrens. Gegenüber gefrästen Ausführungen führt dieser CBN-Schliff zu einer wesentlich geringeren Oberflächenrauhigheit. Dadurch werden sowohl genauere Abmaße als auch höhere Standzeiten des Bohrwerkzeugs 1 erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So können durch spezielle Ausführungen des Schnittwinkels &ggr; optimale erfindungsgemäße Bohrwerkzeuge 1 für verschiedene Festigkeiten oder Legierungsbestandteile des zu bearbeitenden Materials, für verschiedene Lochdurchmesser und für verschiedene Drehzahlbereiche und Motorkräfte der eingesetzten Bohrmaschinen geschaffen werden. Durch die Kombination von steigendem Spiralwinkel _&agr; und konstantem bzw. kontinuierlich verändertem Schnittwinkel _&ggr; können Werkzeuge für die unterschiedlichsten Einsatzmöglichkeiten wie Blech-, Stahl-, VA-Material und Kunststoffbearbeitung optimiert werden. Auch kann ein erfindungsgemäßes Bohrwerkzeug 1 einen oder mehrere zusätzliche Entgratungsbereiche mit einer im wesentlichen konusförmigen, in Richtung auf den Einspannschaft 6 hin zulaufenden Mantelfläche aufweisen, die mindestens eine im wesentlichen schräg zur Längsachse 2 in Richtung auf den Einspannschaft 6 hin zulaufende Schneidkante aufweisen.

Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte

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Merkmalskombination beschränkt sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruches 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für die Erfindung zu verstehen.

Claims

1. Bohrwerkzeug (1), mit einem um seine Längsachse (2) rotierend antreibbaren Schneidenteil (4) mit einer Bohrerspitze (8) und mehreren etwa zylindrischen Abschnitten (10.1 bis 10.n) mit unterschiedlichen Durchmessern, mit konisch ausgebildeten Übergangsbereichen (11.1 bis 11.n) zwischen den zylindrischen Abschnitten (10.1 bis 10.n), wobei mindestens eine die zylindrischen Abschnitte (10.1 bis 10.n) anschneidende schraubenlinienförmige Spannut (12.1) ausgebildet ist dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenlinienförmige Spannut (12.1) einen sich über die Länge des Schneidenteils (4) ändernden Spiralwinkel (α) aufweist.

2. Bohrwerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Spiralwinkel (α) über die Länge des Schneidenteils (4) stetig und insbesondere gleichmäßig ändert.

3. Bohrwerkzeug (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Spiralwinkel (α) ausgehend von einem Übergangsbereich (11.1) mit einem geringsten Durchmesser zu einem Übergangsbereich (11.n) mit einem größten Durchmesser um mindestens 5°, beispielsweise von 24° bis 29° steigend, zunimmt.

4. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Spiralwinkel (α) ausgehend vom Übergangsbereich (11.1) mit dem geringsten Durchmesser zum Übergangsbereich (11.n) mit dem größten Durchmesser um mindestens 20°, beispielsweise von 5° bis 25° steigend, zunimmt.

5. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (12.1) einen Schnittwinkel (γ) bildet, der in allen Übergangsbereichen (11.1 bis 11.n) gleich ist.

6. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (12.1) einen Schnittwinkel (γ) bildet, der ausgehend von einem im Durchmesser kleinsten Übergangsbereich (11.1) zu einem im Durchmesser größten Übergangsbereich (11.n) stetig zunimmt.

7. Bohrwerkzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (12.1) einen Schnittwinkel (γ) bildet, der im Bereich des im Durchmesser kleinsten Übergangsbereichs (11.1) 0° und im Bereich des im Durchmesser größten Übergangsbereichs (11.n) 25° beträgt.

8. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abschnitt (10.1 bis 10.n) eine Konizität zum Abschnitt (10.1 bis 10.n) mit dem nächstgrößeren Durchmesser aufweist, insbesondere von 0,05 bis 0,06 mm.

9. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Übergangsbereich (11.1 bis 11.n) einen axialen Hinterschliff im Bereich von 0,03 bis 0,1 mm aufweist, insbesondere von 0,07 bis 0,08 mm, gemessen auf einer Umfangsfläche des jeweiligen Übergangsbereichs (11.1 bis 11.n) 20° hinter einer Schneidkante (16.1) der Spannut (12.1).

10. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Übergangsbereich (11.1 bis 11.n) einen radialen Hinterschliff (18) im Bereich vom 0,03 bis 0,1 mm aufweist, insbesondere von 0,05 bis 0,06 mm, gemessen auf der Umfangsfläche des jeweiligen Übergangsbereichs (11.1 bis 11.n) 20° hinter der Schneidkante (16.1).

11. Bohrwerkzeug (1) nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der axiale und/oder radiale Hinterschliff (18) ausgehend von der Schneidkante (16.1) umfangsgemäß bis etwa 50° bis 60° hinter der Schneidkante (16.1) fortsetzt.

12. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (12.1) rechtslaufend ausgeformt ist.

13. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei gleichartige Spannuten (12.1, 12.2) vorhanden sind, die umfangsgemäß gleichmäßig voneinander beabstandet sind, insbesondere bei zwei Spannuten um jeweils 180°.

14. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrwerkzeug (1) mindestens einen zusätzlichen Entgratungsbereich mit einer im wesentlichen konusförmigen, in Richtung auf den Einspannschaft (6) hin zulaufenden Mantelfläche aufweist, der mindestens eine im wesentlichen schräg zur Längsachse (2) in Richtung auf den Einspannschaft (6) hin zulaufende Schneidkante aufweist.

15. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrerspitze (8) einen Kreuzanschliff aufweist.

16. Bohrwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Spannut (12.1) des Bohrwerkzeugs (1) durch ein CBN-Schleifverfahren hergestellt ist.