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Metallbohrer
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrer mit einem zylindrischen
oder rohrförmigen Körper, der um die Zylinderachse drehbar, in Axialrichtung vorschiebbar
und an seinem vorderen Ende offen ist.
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Es sind die verschiedensten Werkzeuge zum Schneiden von Löchern in
verhältnismäßig dickes Metall bekannt. So zeigt die US-Patentschrift 3 765 789 ein
Ringloch-Schneidwerkzeug, und Kernbohrer sind ebenfalls bekannt.
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Beim Bohren eines Loches in eine Metallplatte mittels eines herkömmlichen
Kernbohrers werden lange ununterbrochene Metallspäne von der Platte abgehoben. Diese
Späne kringeln sich häufig und lassen sich nicht leicht aus dem Bohrloch entfernen.
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Infolgedessen sammeln sich die Späne bald nach Beginn des Bohrens
vor den Schneidkanten, so daß sie den Bohrwiderstand erhöhen.
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Dies verhindert ein-Durchbohren dicker Platten, und außerdem können
die Späne den Bohrer im Bohrloch beschädigen oder zerstören, wenn weitergebohrt
wird.
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Ferner sind Kernbohrer zum Bohren von Löchern mit verhältnismäßig
großem Durchmesser durch verhältnismäßig dickes Aluminium und andere Weichmetallplatten
bekannt. Diese Bohrer haben ein zylindrisches oder rohrförmiges Messer, das mit
weiten, sich in
Axialrichtung erstreckenden Nuten in seiner Umfangswand
über den größten Teil seiner Länge zum Abführen von Spänen aus dem Bohrloch versehen
ist. Derartige Kernbohrer sind zum Bohren von Hartmetallplatten jedoch nicht stabil
genug.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidwerkzeug oder
einen Bohrer zum Bohren von Löchern mit großem Durchmesser durch Stahl oder andere
Hartmetallplatten sowie andere Arten von Materialien anzugeben, z.B. für Platten
mit einer Dicke von mindestens 25 mm.
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Erfindungsgemäß weist ein Metallschneidwerkzeug oder Bohrer einen
zylindrischen Körper auf, der an seinem vorderen Ende offen und mit mehreren Nuten
in seiner äußeren zylindrischen Oberfläche versehen ist, wobei jede dieser Nuten
am vorderen Ende des Körpers und auch in Rückwärtsrichtung offen ist. Zwischen den
Nuten sind auseinanderliegende Messerteile vorgesehen, und jeder dieser Messerteile
hat einen an seinem vorderen Ende vorstehenden Schneidezahn. Bei einigen der Schneidezähne
ist eine innere Wand weggeschnitten, um einen äußeren Zahn zu bilden, während bei
den übrigen Zähnen eine äußere vordere Endwand weggeschnitten ist, um einen inneren
Zahn zu bilden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend
anhand der Zeichnung ausführlicher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht,
teilweise im Axialschnitt, eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bohrers, Fig. 2 eine
vergrößerte Seitenansicht des zylindrischen Körperteils des Bohrers, Fig. 3 die
Ansicht 3-3 der Fig. 2, Fig. 4(a) und 4(b) vergrößerte Schnitte von Teilen des zylindrischen
Körpers,
Fig. 5(a) und 5(b) ähnliche Ansichten wie die nach den
Fig. 4(a) und 4(b), die den Bohrer jedoch während des Betriebs zeigen, und Fig.
6(a) bis 6(e) vergrößerte Schnitte von Teilen der Schneidezähne des Bohrers in einer
Folge verschiedener Betriebsphasen.
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Nach den Zeichnungen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen
zylindrischen Bohrkörper 1 auf, der an seinem vorderen oder unteren Ende offen und
an seinem anderen oder oberen Ende einteilig mit einem Kragen 3 versehen ist. Der
Kragen 3 ist mit Innengewinde 2 versehen, in das ein Antriebsschaft 4 eingeschraubt
ist.
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Der Bohrkörper 1 hat einen mittleren rohrförmigen Teil 1c mit einer
gleichförmigen, verhältnismäßig dünnen Wand, die parallel zur Drehachse 30 des Körpers
1 und des Schaftes 4 verläuft. Am vorderen Ende des Körpers 1 ist er radial nach
außen vergrößert oder verdickt, und zwar in gleich weit auseinanderliegenden Abschnitten.
Die verdickten Teile bilden eine geradzahlige Anzahl in Umfangsrichtung auseinanderliegender
Messerteile 6, die zwischen sich in Umfangsrichtung auseinanderliegende Kanäle oder
Nuten 5 bilden. Die äußere Oberfläche des Körpers 1 hat aus ein anderliegende Schultern
31 (Fig. 1, 2, 4a und 4b), die die verstärkten Messerteile 6 bilden. Wie anhand
der Fig. 4(a) und 4(b) am besten zu erkennen ist, sind die inneren und äußeren Wandflächen
der Messerteile 6 unter einem Winkel A konisch, so daß die Teile 6 an ihren vordersten
Enden am dicksten sind und nach oben hin allmählich dünner werden.
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Die äußeren Oberflächen des Körpers 1 in den Nuten oder Vertiefungen
5 sind Fortsetzungen der äußeren zylindrischen Oberfläche des rohrförmigen Teils
1c des Zylinders 1 (siehe Fig. 1).
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Der Körper 1 ist im Uhrzeigersinne drehbar, und die vordere Seite
oder
Kante 6e jedes Messers 6 verläuft nach oben unter einem rückwärts geneigten Winkel,
so daß die Weite der Nut 5 nach oben zunimmt.
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Jeder Messerteil 6 hat einen Schneidezahn 6a oder 6b (Fig. 2), der
nach unten oder vorn über das vordere Ende der Nuten 5 nahe der voreilenden Kante
6e übersteht. Am vorderen Ende jedes Messerteils 6, wo die Kante 6e mit dem vorderen
Ende zusammentrifft, ist eine Schneidspitze 7 aus einer Superhartmetalllegierung
befestigt, z.B. durch Schweißen.
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Das vordere Ende jedes Zahns 6a und die daran befestigte Spitze 7
sind an ihren inneren Enden weggeschnitten, wie es bei 20a (Fig. 4(a)) dargestellt
ist, während jeder Zahn 6b und die zugehörige Spitze 7 an ihren äußeren Ecken weggeschnitten
sind, wie es bei 20b (in Fig. 4(b)) dargestellt ist. Die Seiten 20a und 20b sind
geschärft und verlaufen unter einem Winkel B relativ zu einer Radialebene, so daß
ein äußerer Zahn 6a mit Spitze 7a und ein innerer Zahn 6b mit Spitze 7b gebildet
werden.
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Wie die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen, ist das vordere Ende jedes äußeren
Zahns 6a ebenfalls sowohl an den äußeren als auch inneren Seiten 21 und 22 unter
einem Winkel C zu einer Radialebene des Zylinders 1 geschärft, während das vordere
Ende jedes inneren Zahns 6b an seiner inneren Seite 23 ebenfalls unter einem Winkel
C geschärft bzw. geschliffen ist. Das vordere Ende jeder äußeren Spitze 7a ragt
nach vorn oder axial über das vordere Ende jeder inneren Spitze 7b um eine Strecke
D hinaus. Die Seiten 21 und 22 laufen zusammen und bilden eine in Umfangsrichtung
verlaufende vordere Kante 29, während die Seiten 23 und 20b ebenfalls zusammenlaufen
und eine in Umfangsrichtung verlaufende Kante 32 bilden. Ferner laufen die Seiten
20a und 22 zusammen, so daß sie eine in Umfangsrichtung verlaufende Kante 33 bilden,
die in derselben Radialebene 34 wie die Kante 32 liegen sollte. Der radiale Abstand
Wb (Fig. 4(b)) zwischen der scharfen vorderen Kante 32
und der innersten
Kante 36 der inneren Spitze 7b sollte etwa gleich dem Abstand Wa (Fig. 4(a)) der
Kante 33 von der äußersten Kante 37 der äußeren Spitze 7a sein. Die Kante 33 liegt
in der gleichen radialen Ebene wie das vordere Ende 32 der inneren Spitze 7b. Die
Abstände Wa und Wb sLnd etwa halb so dick wie diejenigen Teile der Spitzen 7a und
7b, die oberhalb der scharfen Enden liegen.
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Die vorderen Enden5a (Fig. 2 und 5(b)) der Nuten 5 des Zylinders 1,
die vor den inneren Spitzen 7b liegen, sind an ihren äußeren und vorderen Ecken
abgeschrägt.
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Der Schaft 4 hat eine mittlere Bohrung 10, die an ihrem vorderen Ende
offen und an ihrem hinteren Ende geschlossen ist. Ein spitzer Zentrierstift 8 ist
in der Bohrung 10 gleitend gelagert und wird durch eine Druckfeder 11 nach vorn
gedrückt, so daß sein spitzes Ende normalerweise über das vordere Ende der Schneidezähne
6a und 6b hinausragt. Der Stift 8 hat eine axiale Nut 9, in die eine in den Schaft
4 geschraubte Sicherungsschraube 12 gleitend eingreift, so daß sich der Stift 8
mit dem Schaft 4 mitdreht, jedoch nicht durch die Feder 11 aus der Bohrung 10 herausgedrückt
werden kann.
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Vorzugsweise ist im Schaft 4 eine Schmiermittel-Zuftlhreinrichtung
vorgesehen, um die Schneidezähne beim Bohren zu schmieren und zu kühlen. Diese Einrichtung
hat einen Ring 13 (Fig. 1), der auf einem mittleren Teil des Schaftes drehbar gelagert
und zwischen zwei Sicherungsringen 17 gehalten ist. Über eine radiale Bohrung 14
und eine innere Ringnut 15'im Ring 13 und eine radiale Bohrung 16 im Schaft 4 wird
Öl in die Bohrung 10 geleitet. Zwei O-Ringe 18 sorgen für eine Abdichtung der Nut
15. Der Zentrierstift 8 ist in seiner Außenseite mit einer weiteren axialen Nut
19 versehen, die von seinem oberen Ende nach vorn bis zu einer Stelle verläuft,
die unterhalb des Schaftes 4 liegt, um das Innere des Zylinders 1 mit dem auf der
Rückseite des Stiftes 8 liegenden
Teil der Bohrung 10 zu verbinden.
Das kühlende Schmiermittel kann daher über die Bohrungen 14 und 16 sowie die Nut
19 bis an die Zähne 6a und 6b strömen.
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Die Fig. 5(a), 5(b) und 6(a) stellen den Bohrer oder Kernbohrer im
Betrieb dar. Der Kernbohrer wird durch einen mit dem Schaft 4 gekuppelten (nicht
dargestellten) Motor gedreht, während das spitze Ende des Zentrierstifts 8 in einer
mittleren Ausnehmung oder Stelle auf einer Metallplatte 24 angeordnet ist, wobei
der Stift 8 durch die Feder 11 gegen die Platte 24 gedrückt und dadurch der Bohrer
zentriert wird.
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Während des Vorschubs des Bohrers in Richtung auf die Metallplatte
24 wird der Zentrierstift 8 in die Bohrung 10 zurUckgedrückt. Dabei schneiden zuerst
die äußeren Zähne 6a und dann die inneren Zähne 6b in die Platte ein, weil die Kante
29 vor den Zähnen 6b liegt. In diesem Augenblick beginnt auch das Schmiermittel
zu fließen.
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Zuerst schneiden alle äußeren Spitzen 7a (Fig. 5(a)) in die Metallplatte
24 ein, wobei sie jeweils einen äußeren im wesentlichen geraden Metallspan 24a mit
der radialen Breite Wa abheben.
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Danach schneiden alle inneren Zähnen 7b (Fig. 5(b)) in die Platte
24 ein, wobei sie einen inneren, gewendelten Metallspan 24b mit der radialen Breite
Wb abheben, der unabhängig von dem äußeren Span 24a ist. Die beiden Späne 24a und
24b wandern in getrennten Nuten 5 nach hinten.
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Da das vordere Ende jedes äußeren Zahns 7a jeweils mit einer äußeren
und inneren Schneidkante 21 und 22 unter entgegengesetztem Winkel (in Axialrichtung
gesehen) versehen ist, wandert der Metallspan 24a etwa geradlinig oder axial nach
hinten, wie es in Fig. 5(a) dargestellt ist, längs der vorauslaufenden Kante 6a
des Messers 6.
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Da andererseits das vordere Ende jedes inneren Zahns 7b durch die
einzige innere Schneidkante 23 gebildet ist, die unter einem Winkel zu einer Radialebene
verläuft, wandert der Metallspan 24b zwar längs der Kante 6e des Messers 6, doch
wird er zuerst unter einem Winkel radial nach außen und hinten, wie es in Fig. 5(b)
dargestellt ist, geleitet. Die abgeschrägte Fläche 5a des Zylinders 1 an seinem
vorderen Ende läßt dem Span 24b Raum frei, so daß er unter einem Winkel hoch wandern
kann. Dann stößt der Span 24b an der äußeren Wand 25 des Bohrlochs an, so daß er
sich radial nach innen krffa.t und dann zickzackförmig zwischen der Wand 25 und
der Außenseite des Zylinders 1 durch den Kanal 5 weiterläuft.
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Da die Messer 6 an ihren vorderen Enden dicker sind, wie die Fig.
4(a) und 4(b) zeigen, laufen die Außen- und Innenseiten jedes Messers 6 nach hinten
zusammen, so daß sie die Wände des Bohrlochs nicht berühren. Dadurch wird der Bohrwiderstand
verringert.
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Obwohl sich die Metallspäne 24a und 24b winden oder kringeln können,
wandern sie dennoch in ihrer eigenen Nut 5 stetig und ohne gegenseitige Störung
nach außen. Da sich ferner jede Nut 5 allmählich nach hinten erweitert, kann jeder
Span 24a und 24b leicht nach oben wandern.
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Die radiale Breite der voreilenden Kanten 6e (Fig. 2) ist etwa gleich
der Breite Wa (Fig. 4(a)) und der Breite Wb (Fig. 4(b)), so daß die von den Schneidkanten
abgehobenen Späne nach oben längs der Kanten 6e wandern können, wie es in den Fig.
5(a) und 5(b) dargestellt ist.
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Durch diese Ausbildung des Bohrers mit getrennten inneren und äußeren
Schneidkanten, um getrennte äußere und innere Metallspäne abzuheben, von denen jeder
schmaler als ein einziger Span bei herkdmmlichen Bohrern ist, läßt sich die Außenwand
des linders 1
in den Nuten 5 stabil ausbilden, im Gegensatz zu
Schlitzen, die durch den zylindrischen Körper herkömmlicher Bohrer, die für Aluminium
benutzt werden, durchgehend ausgebildet sind. Die durchgehende Wand gibt dem Zylinder
eine so hohe Festigkeit, daß er zum Bohren durch Stahlplatten, Beton und andere
harte Materialien geeignet ist.