DE102008029404A1

DE102008029404A1 - Einsatzelement, Bohrwerkzeug mit Einsatzelement und Verfahren

Info

Publication number: DE102008029404A1
Application number: DE200810029404
Authority: DE
Inventors: Jürgen Bergfelder; Jürgen MIEBACH
Original assignee: KEIL WERKZEUGFABRIK KARL EISCH; KEIL WERKZEUGFABRIK KARL EISCHEID GmbH
Current assignee: KEIL WERKZEUGFABRIK KARL EISCHEID GMBH, DE
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einsatzelement (1) für ein Bohrwerkzeug (B), insbesondere einen Spiralbohrer (S), wobei das Einsatzelement (1) spanlos aus Hartmetall und/oder Keramik gefertigt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Bohrwerkzeug (B) mit dem Einsatzelement (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Einsatzelementes (1) und ein Verfahren zur schneidfertigen Bestückung eines Bohrwerkzeuges (B) mit mindestens einem Einsatzelement (1). Mit der Zielsetzung einer unaufwendigeren Herstellung des Einsatzelementes (1) sowie einer Erhöhung einer Schneidleitung des Bohrwerkzeuges (B) wird vorgeschlagen, es mit einer vollständig ausgeformten, eine Schneidkante (2) aufweisenden Schneidgeometrie (3) zu versehen, die allein mittels der spanlosen Formgebung zusammen mit dem Einsatzelement (1) hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einsatzelement für einen Bohrwerkzeug, insbesondere einen Spiralbohrer, wobei das Einsatzelement spanlos aus Hartmetall und/oder Keramik gefertigt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Bohrwerkzeug mit dem Einsatzelement.
Derartige Einsatzelemente aus Hartmetall und/oder Keramik sind hinlänglich bekannt. Spanlos hergestellt, werden sie in der Regel in einer Aufnahme eines Bohrwerkzeuges festgesetzt. Eine gewünschte Schneidgeometrie wird in situ eingeschliffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Einsatzelement der eingangs genannten Art bereitzustellen, das unaufwendiger herstellbar ist. Ferner soll mittels des Einsatzelementes eine mögliche Schneidleitung des Bohrwerkzeuges erhöht und eine verbesserte Bohrung erzielt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Einsatzelement mit einer vollständig ausgeformten, eine Schneidkante aufweisenden Schneidgeometrie versehen ist, die mittels der spanlosen Formgebung zusammen mit dem Einsatzelement hergestellt ist.
Es ist somit eine Schneidgeometrie vorgesehen, die allein mittels spanloser Formgebung zusammen mit dem Einsatzelement hergestellt ist. Sie bedarf keiner üblichen Nachbearbeitung vor Einsetzen in das vorgesehene Bohrwerkzeug. Sie bedarf auch keiner üblichen Nachbearbeitung in Einsatzlage in dem vorgesehenen Bohrwerkzeug, die in der Regel durch Einschleifen der Schneidgeometrie erfolgt. Die Schneidgeometrie ist unmittelbar mit der spanlosen Herstellung des Einsatzelementes hergestellt. Diese mittels spanloser Formgebung erzeugte Schneidgeometrie ist mit Einsetzen des Einsatzelementes in das Bohrwerkzeug im vollen Umfange schneidbereit. Es bedarf keiner weiteren spanenden Formgebung durch Schleifen, wie Abschleifen von Flächen und Einschleifen von Schneidgeometrien. Dank der unmittelbaren spanlosen Herstellung der Schneidgeometrie können, wie weiter unten näher erläutert, auch sehr komplexe Formen der Schneidgeometrie hergestellt werden, die, nach heutigem Kenntnisstand, nicht mittels Nachbearbeitung vor Einsetzen und/oder nach Einsetzen eines üblichen Einsatzelementes in das vorgesehen Bohrwerkzeug mittels Schleifens möglich sind. Hierzu müssten sehr feinformige Schleifwerkzeuge eingesetzt werden, die, infolge des Hartmetalls und/oder der Keramik als zu bearbeitender harter Werkstoff, extremen Arbeitsbelastungen ausgesetzt wären. Ferner wäre wegen der in der Regel geringen Abmessungen der Schneidgeometrien eine außerordentlich exakte und weitgehend spielfreie Führung der Schleifwerkzeuge notwendig. Hierzu bedarf es zudem eines sehr erfahrenen Fachmanns. Dank der spanlos eingebrachten Schneidgeometrie kann in einem Arbeitsgang, der spanlosen Formgebung, ein Einsatzelement mit vollständiger Schneidgeometrie hergestellt werden, wobei die Schneidgeometrien über die Formwerkzeuge eingebracht werden. Diese können beispielsweise über Computersimulation berechnet und Computer gestützt in die Formwerkzeuge eingebracht werden. Somit können auch komplexe Schneidgeometrien exakt erstellt werden, die gewünscht an den Verwendungszweck angepasst sein können.
Die spanlose Herstellung erfolgt vorzugsweise pulvermetallurgisch. Hierzu kann das Einsatzelement aus Hartmetallpulver und/oder Keramikpulver mittels Sintern hergestellt werden. Als Hartmetalle und/oder Keramik kommen übliche Werkstoffe in Betracht. Hierbei können zum Beispiel Bereiche der Schneidgeometrie aus Keramik und solche, die für eine Halterung des Einsatzelementes in dem Bohrwerkzeug vorgesehen sind, aus Hartmetall gefertigt sein.
Da die Schneidgeometrie des Einsatzelementes allein durch Sintern in einem Arbeitsgang mit dem Einsatzelement an sich hergestellt ist, kann das Einsatzelement also mit einer wesentlich komplexeren und darüber hinaus exakteren Schneidgeometrie als herkömmliche Einsatzelemente versehen werden. Dieses führt, wie eigene Versuche ergaben, hinsichtlich unter anderem Bohrgeschwindigkeit, Bohrtemperatur und Standzeiten zu wesentlich günstigeren Werten als bei einem herkömmlichen Einsatzelement.
Vorzugsweise weist das Einsatzelement eine Schneidseite mit der Schneidkante auf. Diese Schneidseite weist zweckmäßig in die vorgesehene Vorschubrichtung.
In dem Bohrwerkzeug können mehrere Einsatzelemente vorgesehen sein. Diese können bezüglich einer vorgesehenen Drehachse des Bohrwerkzeuges drehsymmetrisch mit der Drehachse als Drehpunkt angeordnet sein, wobei die Scheidkanten der Einsatzelemente in ihrer Längserstreckung vorzugsweise radial zur Drehachse ausgerichtet sind. Die Einsatzelemente können gleich beabstandet zu der Drehachse angeordnet sein.
Die Schneidkante selbst kann mindestens zwei Schneidenarme aufweisen, die bezüglich eines geometrischen Mittelpunktes in Längsrichtung der Schneidseite als Drehpunkt über einen Drehwinkel drehsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Es kann der Drehpunkt in Einsatzlage des Einsatzelementes in ein sich drehendes Bohrwerkzeug auf der Drehachse desselben liegen. Vorzugsweise ist die Schneidseite in Einsatzlage des Einsatzelementes in ein Bohrwerkzeug zumindest überwiegend in und senkrecht zu einer vorgesehenen Vorschubrichtung des Bohrwerkzeuges angeordnet.
Vorzugsweise sind die Schneidenarme bezüglich des Drehwinkels gleich beabstandet zueinander angeordnet. Bei einem möglichen Drehwinkel von 120° kann die Schneidkante drei Schneidenarme, bei einem möglichen Drehwinkel von 90° vier Schneidenarme und bei einem möglichen Drehwinkel von 60° sechs Schneidenarme aufweisen. Diese Schneidgeometrie kann zum Beispiel in einem Bohrkopf eines Zahnbohrers vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist eine Schneidgeometrie vorgesehen, in der der Drehwinkel 180° beträgt. Somit können die Schneidenarme bezüglich der Längserstreckung der Schneidseite bzw. des Drehpunktes einander gegenüberliegend angeordnet sein. Damit können die Schneidenarme punktsymmetrisch mit dem Drehpunkt als Spieglungselement angeordnet sein.
Vorzugsweise gehen die Schneidenarme in dem Drehpunkt ineinander über. Somit kann das Einsatzelement auch in dem Mittenbereich seiner Schneidseite schneidwirksam sein, welches, wie unten weiter erläutert, eine Bohrleistung erhöht.
Vorteilhaft kann somit auch ein sich über die Mitte erstreckendes Abschneiden von Material von der zu bearbeitenden Oberfläche erfolgen, wodurch ein erhöhter mittiger Bohrdruck am Bohrgrund des zu bearbeitenden Materials vermieden werden kann. Es kann der Bohrdruck üblicherweise durch einen Staudruck infolge nicht abgeschnittenen Materials, häufig mittig bez. in einem Mittenbereich mit der Drehachse des Bohrwerkzeuges, stark erhöht sein. Bekannterweise kann ein erhöhter Bohrdruck zu unerwünschten Temperaturerhöhungen am Bohrgrund, zu erhöhtem Werkzeugverschleiß, zu nur geringen möglichen Vorschubgeschwindigkeiten, zum Verlaufen des Bohrwerkzeuges und/oder zu Abplatzungen an der Austrittsseite des zu bearbeitenden Werkstückes führen, an der das Bohrwerkzeug bei Durchbohrungen des Werkstückes austritt. Abplatzungen können auch bei Sackbohrungen auftreten. Mit Wegfall oder Erniedrigung des Staudruckes kann eine entsprechende Erniedrigung des Bohrdruckes erzielt werden.
Das Einsatzelement kann in einer üblichen Form als Einsatzplatte ausgebildet sein. Die Einsatzplatte kann zwei großen, zueinander parallelen Seitenflächen und einer in Einsatzlage in die Aufnahme des Bohrwerkzeuges in Vorschubrichtung hinteren, als Schneidseite ausgebildeten Schmalseite aufweisen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Schneidkante über die gesamte Längserstreckung der Schneidseite verläuft. Mit der Anordnung der Schneidkante über die gesamte Längserstreckung der Schneidseite kann über die gesamte Längserstreckung der Schneidseite eine entsprechende Schneidwirkung erzielt werden. Somit kann eine mögliche Schnittleistung insbesondere mittels gegenüber üblicher Einsatzelemente vollständigerem Abschneidens von Material am Bohrgrund, erhöhter Vorschubgeschwindigkeit und/oder erniedrigter Temperatur am Bohrgrund unter möglicher gleichzeitiger Erhöhung der Standzeiten des Einsatzelementes bez. des Bohrwerkzeuges mit dem Einsatzelement gesteigert werden
Zweckmäßig ist die Schmalseite in Einsatzlage des Einsatzelementes in ein Bohrwerkzeug zumindest überwiegend senkrecht zu einer vorgesehenen Vorschubrichtung des Bohrwerkzeuges angeordnet.
Als weiterer Vorteil wird angesehen, wenn sich in Schneidrichtung der Schneidkante an jedem oder nahezu jedem Abschnitt der Schneidkante in ihrer Längserstreckung ein Freiraum (12) zur Aufnahme abgeschnittener Späne und/oder abgetrenntem Bohrmehl anschließt.
In dem Freiraum können abgeschnittene Späne oder Stücke des zu bearbeitenden Materials aufgefangen und mittels weiterer Vorkehrungen, wie das Vorsehen von sogenannten Auswurfnuten, vom Bohrgrund wegtransportiert werden. Dadurch, dass sich in Schneidrichtung der Schneidkante an jedem oder nahezu jedem Abschnitt der Schneidkante in ihrer Längserstreckung ein Freiraum anschließt und die Späne und/oder das Bohrmehl vom Ort ihrer Entstehung gleich in einen Freiraum hineingeschnitten werden können, können der Staudruck und damit der Bohrdruck am Bohrgrund des zu bearbeitenden Materials weiter erniedrigt werden.
In einer Weiterbildung des Einsatzelementes kann vorgesehen sein, dass die Schneidkante über ihren Verlauf in Längserstreckung Unstetigkeiten und/oder Unterbrechungen aufweist.
Diese Unstetigkeiten können zum Beispiel Winkeländerungen bezüglich eines Winkels sein, den die Schneidkante in ihrer Längserstreckung mit einer in Einsatzlage vorgesehenen Vorschubrichtung einschließt. Dies kann beispielsweise zu einer Spitzenbildung mit in Vorschubrichtung weisenden Spitzen führen. Die Schneidkante kann auch unterbrochen sein, wodurch sie in vorzugsweise in Längsrichtung beabstandete Abschnitte geteilt ist. Diese Unstetigkeiten und/oder Unterbrechungen können, abhängig von ihrer Größe und/oder dem abzutrennenden Material, zu einer Brechung eines Spanes führen, der gerade an einer Stelle mit einer Unstetigkeit und/oder Unterbrechung vom Bohrgrund abgetrennt wird. Je größer die Winkeländerung ist, desto leichter kann eine Spanbrechung erfolgen. Mit der Spanbrechung kann eine mittlere Spangröße verringert werden, welches ein Fortführen abgeschnittener Späne vom Bohrgrund erleichtert.
Die Schneidgeometrie kann in einer Weiterbildung des Einsatzelementes zwei Hauptschneiden aufweisen. Diese können bezüglich der Längserstreckung der Schneidseite gleich beabstandet zu einer geometrischen Mitte der Schneidseite angeordnet sein. Ferner kann sich an jede Hauptschneide in Drehrichtung hinter der Hauptschneide ein Freiraum mit einer Spanauswurfnut für abgeschnittene Späne und/oder abgetrenntem Bohrmehl anschließen. Damit wird ein möglicher Staudruck infolge von durch die Hauptschneiden abgeschnittener Späne zumindest vermindert.
Die Hauptschneiden können bezüglich ihrer Längserstreckung jeweils einen sichelartigen Verlauf aufweisen, wobei dessen Krümmung in vorgesehene Schneidrichtung der zugeordneten Hauptschneide weist. Somit können die Hauptschneiden bezüglich des Körpers des Einsatzelementes eine konkave Krümmung aufweisen. Durch den gekrümmten Verlauf wird vorteilhaft die tatsächliche Länge der Schneidkante erhöht. Mittels des gekrümmten Verlaufes kann in Schneidrichtung der Hauptschneiden jeweils hinter denselben ein gegenüber einem üblichen geradlinigen Verlauf der Hauptschneiden vergrößerter Freiraum bereitgestellt werden. Diese Vergrößerung des Freiraumes kann wiederum, wie oben beschrieben, den Bohrdruck vermindern. Die dann gekrümmte Form des Freiraumes ergibt eine Spanauswurfnut.
Vorzugsweise weisen die Hauptschneiden bezüglich einer vorgesehenen Drehrichtung in Einsatzlage in das Bohrwerkzeug radial innen eine größere Krümmung als radial außen auf. Hierbei kann die radial innen angeordnete Krümmung mit einer zumindest überwiegenden Richtungskomponenten senkrecht vorgesehene Schneidrichtung des Einsatzelementes und radial nach außen weisen. Es kann die radial außen angeordnete Krümmung mit einer zumindest überwiegenden Richtungskomponenten in vorgesehene Schneidrichtung des Einsatzelementes weisen. Der Verlauf der Hauptschneide kann beispielsweise durch einen Abschnitt einer logarithmischen Spirale, durch eine Ellipsoide und/oder einen Parabeloide beschrieben werden. Durch den besonderen Krümmungsverlauf kann der Freiraum radial innen und/oder radial mittig größer als radial außen ausgebildet sein. Dadurch können die Späne und/oder das Bohrmehl besser weitertransportiert werden.
Es können über die Längserstreckung der Hauptschneiden Unterbrechungen und/oder Unstetigkeiten im Verlauf der Hauptschneide vorgesehen sein. Diese Maßnahme kann Teil einer Spanbrechervorrichtung sein. Es kann hierdurch eine Spanbrechung an diesen Stellen erzeugt werden. Somit sind entsprechend kurze und damit leicht weg zu transportierende Späne erzeugbar. Dieses ist zum Beispiel bei relativ großen Schneidkanten von Vorteil. Bevorzugt wird, insbesondere beim Einsatz des Einsatzelementes in einem Bohrer, vor allem in einem Spiralbohrer, ein steter Verlauf der Hauptschneiden.
Der Freiraum kann entgegen einer vorgesehenen Vorschubrichtung und entgegen vorgesehener Schneidrichtung der Hauptschneiden verlaufend in das Einsatzelement eingebracht sein. Hierdurch kann der Freiraum bzw. die Spanauswurfnut entsprechend erweitert werden. Ein als Platte ausgeführtes Einsatzelement kann eine der Schneidseite gegenüberliegende zweite Schmalseite aufweisen, die den Freiraum hierbei mit einer vorzugsweise konkav gekrümmten Kante so begrenzt, dass die Kante gegenüber der zugeordneten Hauptschneide entgegen der Schneidrichtung versetzt angeordnet ist.
Die Schneidgeometrie kann bezüglich der Längserstreckung der Schneidseite mittig eine Zentrierspitze mit einem Spitzenwinkel aufweisen. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Schneidkante mit einem Schneidkantenabschnitt beidseitig von der Hauptschneide in die Zentrierspitze hinein verläuft. Somit ist die Zentrierspitze über die Schneidkantenbereiche selbstschneidend. Hierdurch können der Staudruck am Bohrgrund erheblich gemindert und damit eine mögliche Schnittleistung erhöht werden. Vorzugsweise bildet der in vorgesehene Vorschubrichtung hinterste Punkt der Zentrierspitze den Drehpunkt der Drehsymmetrie der Schneidkante. Im Übergang von der Zentrierspitze in die Hauptschneide kann eine oben beschriebene Winkeländerung des Schneidkantenverlaufes dazu führen, dass an dieser Stelle der Span bricht. Somit kann diese Winkeländerung Teil der Spanbrechervorrichtung sein.
Ein besonderer Vorteil wird darin gesehen, dass die Schneidkante über die gesamte Zentrierspitze verläuft. Somit wird ein entsprechend vollständiges Abschneiden von Material in Vorschubrichtung hinter der Schneidkante ermöglicht, wodurch der Staudruck im Bohrgrund entsprechend weiter verringert werden kann.
Der Schneidkantenabschnitt kann bezüglich des Körpers des Einsatzelementes konkav ausgebildet sein. Diese Maßnahme vergrößert die tatsächliche Länge des Schneidkantenabschnittes und ermöglicht eine präzisere mittige Führung des Bohrwerkzeuges.
Vorzugsweise weist die Zentrierspitze zumindest in einem Endabschnitt einen pyramidalen Aufbau mit einem Parallelogramm als Grundfläche und vier im wesentlichen dreieckigen Mantelflächen auf. Hierbei können zwei der durch Grundfläche und Mantelfläche gebildeten, gegenüberliegende Seitenlinien senkrecht zur Längserstreckung der Schneidseite angeordnet sein. Jede Mantelfläche kann mit einer seitlich benachbarten Mantelfläche den Schneidkantenabschnitt und mit der anderen seitlich benachbarten Mantelfläche eine Vorlaufkante so ausbilden, dass die Schneidkantenabschnitte länger als die Vorlaufkanten ausgebildet sind.
Die Geometrie des beschriebenen pyramidalen Aufbaus bedingt, dass sich jeweils zwei Schneidkantenabschnitte und zwei Vorlaufkanten ausbilden können, die, bei einer vollständigen pyramidalen Ausformung des Endabschnittes, in der Pyramidenspitze zusammenlaufen können. Im Falle einer konkaven Ausgestaltung der Schneidkantenabschnitt können die Mantelflächen des pyramidalen Aufbaues entsprechend konkav ausgebildet sein. Infolge des vorgeschlagenen Parallelogramms als Grundfläche sind die Schneidkantenabschnitte gleich groß und die Vorlaufkanten gleich groß ausgebildet.
Bedingt durch die unterschiedlichen Längen von Schneidkantenabschnitte und Vorlaufkanten, können die Vorlaufkanten einen kleineren Winkel als die Schneidkantenabschnitte ein schließen. Somit können, in Einsatzlage in das Bohrwerkzeug und/oder unter Drehung desselben um eine Drehachse gleich der Pyramidenhöhe, die Schneidkantenabschnitte eine erste Kegelmantelfläche und die Vorlaufkanten eine zweite Kegelmantelfläche beschreiben, die bezüglich der Drehachse koaxial zueinander angeordnet sind und einen Zwischenraum einschließen, der gleich dem Freiraum für die durch die Zentrierspitze abgeschnittenen Späne und/oder Bohrmehles ist. Dank dieses Freiraumes kann ein Staudruck am Bohrgrund weiter vermindert werden.
Die Zentrierspitze kann über ihre Höhe in Vorschubrichtung mindestens zwei aufeinander folgende Abschnitte, einen in Vorschubrichtung hinteren ersten Abschnitt mit einem ersten Spitzenwinkel und einen in Vorschubrichtung vorderen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Spitzenwinkel, aufweisen und dass der zweite Spitzenwinkel größer als der ersten Spitzenwinkel ist. Somit kann an dem Übergang von dem ersten Abschnitt zu dem zweiten Abschnitt eine Unstetigkeit im Verlauf der Schneidkante entstehen, die wiederum Span brechend wirken kann.
Der erste Spitzenwinkel kann kleiner oder gleich 40° oder 30° plus/minus 15° und der zweite Spitzenwinkel kann kleiner oder gleich 80° oder 60° plus/minus 30° sein. Der erste Spitzenwinkel kann kleiner oder gleich 25°, vorzugsweise kleiner oder gleich 15° sein, während der zweite Spitzenwinkel kann kleiner oder gleich 30°, vorzugsweise kleiner oder gleich 10° sein kann.
Je spitzer die Zentrierspitze ausgeführt ist, desto besser sind ihre Zentriereigenschaften, wobei ihre Stabilität sich jedoch entsprechend verringern kann. Mit der Zweiteilung der Zentrierspitze kann sie einerseits mit dem zweiten Abschnitt eine Basis ausreichender Festigkeit aufweisen und mittels des spitzeren ersten Abschnittes als Führung des Bohrwerkzeuges dienen. Vorzugsweise beträgt das Höhenverhältnis des ersten Abschnittes zu dem zweiten Abschnitt bezüglich der Vorschubrichtung in Einsatzlage des Einsatzelementes in dem Bohrwerkzeug etwa 0,5 bis 1,5, vorzugsweise 1. Die optimalen Verhältnisse hängen u. a. von dem Werkstoff des zu bearbeitenden Materials ab. Je weicher dieses ist, desto spitzer kann die Zentrierspitze ausgebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt den Endabschnitt mit dem pyramidalen Aufbau aufweist. In einer leichten Abwandlung von der rein pyramidalen Form kann die Zentrierspitze in Vorschubrichtung endseitig zu einer Keilform mit einer Firstlinie zusammenlaufen. Hierbei ergibt sich eine Firstlinie, die vorzugsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Schmalseite angeordnet ist und als Querschneide ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Drehpunkt der bereits beschriebenen Drehsymmetrie mittig der Firstlinie angeordnet.
Die Schneidgeometrie kann eine Vorspanauswurfnut aufweisen. Die Vorspanauswurfnut kann sich jeweils von dem einer Hauptschneide zugeordneten Freiraum oder von der einer Hauptschneide zugeordneten Spanauswurfnut in den Freiraum der Zentrierspitze hinein erstrecken. Hierbei kann die Vorspanauswurfnut zusätzlichen Freiraum bezüglich der Zentrierspitze und/oder der Hauptschneide ausbilden. Die Spanauswurfnut kann sich in den Freiraum des der jeweiligen Hauptschneide zugeordneten Schneidkantenanschnitt der Zentrierspitze hin erstrecken. Diese Maßnahmen dienen einer verbesserten Aufnahme und Weitergabe abgeschnittener Späne und/oder abgetrennten Bohrmehls.
Die Vorspanauswurfnut kann sich von dem Freiraum hinter der jeweiligen Hauptschneide in den Freiraum der Zentrierspitze hinein oder sich unter Ausbildung eines Freiraumes in die Zentrierspitze hinein erstrecken. Die Spanauswurfnut der jeweiligen Hauptschneide kann sich auch in den Freiraum der Zentrierspitze hinein erstrecken. Vorzugsweise erstreckt sich die Vorspanauswurfnut von der Spanauswurfnut in den Freiraum der Zentrierspitze bzw. in den Freiraum des der Hauptschneide zugeordneten Schneidkantenabschnitt in der Zentrierspitze. Damit wird eine Verbindung der Freiräume in der Zentrierspitze und bezüglich der Haupt schneiden gewährleistet, welches wiederum eine leichte Spanabfuhr von der Hauptschneide bzw. von den Schneidkantenabschnitten und insbesondere von den Freiräumen der Zentrierspitze weg ermöglicht. Dies kann weiter den Staudruck am Bohrgrund erniedrigen.
Vorteilhaft kann die Schneidkante zumindest an einem Ende bezüglich ihrer Längserstreckung einen eine Seitenschneide bildenden Schneidenabschnitt aufweisen. Dieser die Seitenschneide ausbildende Schneidenabschnitt kann unmittelbar an die zugeordnete Hauptschneide anschließen oder, vorzugsweise gegen Schneidrichtung der Hauptschneide, beabstandet zu derselben angeordnet sein. In beiden Fällen kann vorgesehen sein, dass die Seitenschneide bezüglich der zugeordneten Hauptschneide nach derselben schneidwirksam ist. Im Wesentlichen kann die Seitenschneide zum seitlichen Durchtrennen von beispielsweise Holzfasern und/oder zur Führung des Bohrwerkzeuges beim Bohrvorgang dienen. Die Seitenschneide kann bezüglich ihrer Dicke in Längserstreckung der zugeordneten Hauptschneide entgegen der vorgesehenen Schneidrichtung derselben zunehmen. Vorzugsweise erfolgt die Zunahme zumindest bis in den Bereich der Seitenschneide hinein, in dem die Seitenschneide beim Bohrvorgang schneidaktiv ist. Damit kann eine entsprechend große seitliche Abstützung in dem Bereich größter seitlicher Belastung der Seitenschneide erfolgen, in dem eine verstärkte seitliche Abstützung benötigt wird..
Die Seitenschneide kann einen gebogenen konvexen Verlauf aufweist, der sich in Einsatzlage des Einsatzelementes in das Bohrwerkzeug in vorgesehener Vorschubrichtung so wölbt, dass er in einem Mittenbereich maximal in Vorschubrichtung vorsteht. In diesem Bereich kann die Seitenschneide somit vorgesehen schneidaktiv wirken. In diesem Bereich kann, die verstärkte seitliche Abstützung der Seitenschneide erfolgen.
Die Seitenschneide kann bezüglich einer vorgesehenen Drehachse des Einsatzelementes in Einbaulage in das Bohrwerkzeug von einer umfänglichen Außenmantelfläche begrenzt werden. Hierbei sich die Außenmantelfläche entgegen einer vorgesehenen Schneidrichtung der Hauptschneide spiralartig um einen geringen Betrag radial nach innen einwölben. Hierdurch kann ein weiterer, den Bohrdruck erniedrigender Freiraum für die Späne und/oder das Bohrmehl bereitgestellt werden.
Es kann ein Bohrwerkzeug mit einem Einsatzelement gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein. das Bohrwerkzeug kann eine Aufnahme aufweisen, in der das Einsatzelement festgelegt ist. Hierzu kann das Einsatzelement in der Aufnahme eingeklebt, eingelötet oder eingeschweißt sein. Das Bohrwerkzeug kann, wie weiter oben bereits detaillierter beschrieben, mit mehreren Einsatzelementen bestückt sein Das Bohrwerkzeug kann mit einer Ausführungsform des Einsatzelementes versehen sein, in der das Einsatzelement als Einsatzplatte mit zwei großen, zueinander parallelen als Anlageflächen ausgebildeten Seitenflächen und einer in Einsatzlage in die Aufnahme des Bohrwerkzeuges in Vorschubrichtung hinterer, als Schneidseite ausgebildeten Schmalseite ausgebildet ist. Zweckmäßig ist die Aufnahme dem Einsatzelement angepasst. Hierzu kann im Falle der Einsatzplatte die Aufnahme als Aufnahmeschlitz ausgebildet sein. Das Einsatzelement kann unter Anliegen seiner Anlageflächen an den Innnenseitenwänden des Aufnahmeschlitzes verdrehfest anliegen.
Das Bohrwerkzeug kann als Bohrer mit einem einen äußeren Umfang aufweisenden Bohrkopf ausgebildet sein, in der das Einsatzelement angeordnet ist. Vorzugsweise kann das Einsatzelement beidendseitig radial um einen Betrag über den äußeren Umfang des Bohrkopfes vorstehen. Hierdurch kann der Bohrgrund über seine gesamte Fläche von der Schneidkante des Einsatzelementes erfasst werden.
In einer weiteren Spezifizierung kann das Bohrwerkzeug als Spiralbohrer mit einem länglichen Bohrkörper ausgebildet sein, dessen eine Ende als Bohrkopf mit dem Einsatzelement ausgebildet ist und der für jede Hauptschneide der Schneidkante des Einsatzelementes eine Hauptspanauswurfnut aufweist, die wendelförmig um die Längsachse des Bohrkörpers über zumindest einen Abschnitt des an den Bohrkopf anschließenden Mittelteiles des Bohrkörpers verläuft. Vorzugsweise geht der Freiraum der zugeordneten Hauptschneide in die jeweilige Hauptspanauswurfnut über. Somit ist gewährleistet, dass die sich in den verschiedenen Freiräumen ansammelnden Späne in die Hauptspanauswurfnut hinein abtransportiert werden können.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine erste Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines als Platte ausgeführten Einsatzelementes,
2a und 2b jeweils eine zweite Seitenansicht der ersten Ausführungsform des Einsatzelementes gemäß 1 mit unterschiedlichen Winkelangaben,
3a und 3b jeweils eine Draufsicht der ersten Ausführungsform des Einsatzelementes gemäß 1, wobei 3b einen Ausschnitt IIIb gemäß 3a zeigt,
4a und 4b jeweils eine Draufsicht der ersten Ausführungsform des Einsatzelemen tes gemäß 1 mit eingezeichnetem Umlaufkreis, wobei 3b einen Ausschnitt IVb gemäß 3a wiedergibt,
5 eine Unteransicht der ersten Ausführungsform des Einsatzelementes gemäß 1,
6 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des als Platte ausgeführten Einsatzelementes mit Vorspanauswurfnut,
7 eine erste Seitenansicht derzweiten Ausführungsform des Einsatzelementes gemäß 6,
8 eine Draufsicht der zweiten Ausführungsform des Einsatzelementes gemäß 1,
9 eine Seitenansicht eines Spiralbohrers mit einem als Platte ausgeführten Einsatzelement und
10a–c jeweils eine Draufsicht auf verschiedenen Ausbildungen eines Bohrkopfes eines Bohrwerkzeuges.
In den 1 bis 8 werden zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Einsatzelementes 1 in verschiedenen Ansichten und Ausschnittsvergrößerungen wiedergegeben, das als Einsatz für ein in 9 gezeigtes Bohrwerkzeug B ausgelegt ist. In 9 wird beispielgebend als Bohrwerkzeug B ein Spiralbohrer S mit dem erfindungsgemäßen Einsatzelement 1 gezeigt. 10a–c zeigt verschiedene Bohrköpfe K eines Bohrwerkzeuges in einer Draufsicht.
Die Einsatzelement 1 ist spanlos aus Hartmetall gefertigt, indem es pulvermetallurgisch aus Hartmetallpulver gesintert ist. Erfindungsgemäß ist es mit einer vollständig ausgeformten, eine Schneidkante 2 aufweisenden Schneidgeometrie 3 versehen. Diese ist allein mittels der spanlosen Formgebung hergestellt und ist ohne weitere Nachbearbeitung, d. h. im Wesentlichen mittels Schleifens, vor und/oder nach einem Einsetzen in ein Bohrwerkzeug schneidfähig. Da die Schneidgeometrie 3 des Einsatzelementes 1 allein durch Sintern in einem Arbeitsgang mit dem Einsatzelement 1 an sich hergestellt ist, kann das Einsatzelement 1, wie in den beiden Ausführungsformen des Einsatzelementes 1 beispielgebend dargelegt, eine wesentlich komplexere und darüber hinaus exaktere Schneidgeometrie 3 als herkömmliche Einsatzelemente ausweisen. Dieses führt, wie eigene Versuche ergaben, hinsichtlich unter anderem Bohrgeschwindigkeit, Bohrtemperatur und Standzeiten zu wesentlich günstigeren Werten als bei einem herkömmlichen Einsatzelement.
In den hier gezeigten Ausführungsformen des Einsatzelementes 1 ist dasselbe als Einsatzplatte mit zwei großen, zueinander parallelen Seitenflächen 4 ausgebildet, die, wie weiter unten anhand von 9 verdeutlicht, mit ihrer überwiegenden Erstreckung als Anlageflächen 5 zur Anlage und verdrehfesten Lagerung des Einsatzelementes 1 in einer vorgesehenen Aufnahme A in dem Bohrwerkzeug B ausgelegt sind. Ferner weist das plattenförmige Einsatzelement 1 eine in Einsatzlage in die Aufnahme A des Bohrwerkzeuges B in Vorschubrichtung v hinterer, als Schneidseite 6 ausgebildeten Schmalseite auf. In beiden Ausführungsformen des Einsatzelementes 1 verläuft die Schneidkante 2 über die gesamte Längserstreckung l der Schneidseite 6. Es wird über die gesamte Längserstreckung l der Schneidseite 6 eine Schneidwirkung erzielt, so dass entsprechend über die gesamte Längserstreckung l im hier nicht wiedergegebenen Bohrgrund ein Materialabtrag erfolgen kann. Damit wird ein sich bei Nichtabtrag von Material am Bohrgrund aufbauender Staudruck vermieden.
Die Schneidseite 6 ist in Einsatzlage des Einsatzelementes 1 in das Bohrwerkzeug B in und senkrecht zu einer vorgesehenen Vorschubrichtung v des Bohrwerkzeuges B angeordnet.
Die Schneidkante 2 weist zwei Schneidenarme 7 auf. Diese sind hier bezüglich eines geometrischen Mittelpunktes in Längserstreckung l der Schneidseite 6 als Drehpunkt 8 punktsymmetrisch angeordnet sind. Der Drehpunkt 8 ist hier ein in Vorschubrichtung v hinterster Punkt einer vorgesehen Zentrierspitze 9 des Einsatzelementes 1. Wie unmittelbar der Zeichnung entnehmbar, liegen die beiden Schneidenarme 7 bezüglich des Drehpunktes 8 einander gegenüber und schließen somit einen der Übersichtlichkeit halber hier nicht eingezeichneten Drehwinkel von 180° ein, der definitionsgemäß bei einer Punktsymmetrie auftritt. Die Schneidenarme 7 gehen im Drehpunkt 8 ineinander über.
Wie im Einzelnen noch gezeigt, schließt sich in vorgesehener Schneidrichtung s der Schneidkante 2 an jedem Abschnitt der Schneidkante 2 in ihrer Längserstreckung jeweils ein Freiraum 10 zur Aufnahme hier nicht dargestellter abgeschnittener Späne und/oder abgetrenntem Bohrmehl an. Dadurch kann der Staudruck und damit der Bohrdruck am Bohrgrund des zu bearbeitenden Materials weiter erniedrigt werden.
Ferner ist, wie ebenfalls im Einzelnen noch gezeigt, vorgesehen, dass die Schneidkante 2 über ihre Längserstreckung l Unstetigkeiten 10 aufweist. Diese Unstetigkeiten 10 sind ausgelegt, abhängig von ihrer Größe und/oder dem abzutrennenden Material, zu einer Brechung eines Spanes zu führen, der gerade an einer Stelle mit einer Unstetigkeit 10 vom Bohrgrund abgetrennt wird. Die Unstetigkeiten 10 basieren auf sprunghafte Winkeländerungen oder auf Kanten, die auf die Schneidkante 2 zulaufen. Je gravierender eine Unstetigkeit 10 bezüglich eines ungestörten Verlaufes der Schneidkante 2 ist, desto leichter kann eine Spanbrechung erfolgen.
Die Schneidkante 2 weist im Einzelnen zwei Hauptschneiden 11 auf, die, im Sinne der oben beschriebenen Punktsymmetrie, bezüglich der Längserstreckung l der Schneidseite 6 gleich beabstandet zu dem Drehpunkt 8 der Schneidseite 6 angeordnet sind. In Schneidrichtung s hinter jeder Hauptschneide 11 schließt sich an dieselbe ein Freiraum 12 an, der hier als Spanauswurf 13 zur Aufnahme und zum Weitertransport hier nicht gezeigter abgeschnittener Späne und/oder abgetrenntem Bohrmehl ausgebildet ist.
Die Hauptschneiden 11 weisen, wie insbesondere in den 3 bis 8 ersichtlich, bezüglich ihrer Längserstreckung l jeweils einen sichelartigen Verlauf auf, wobei dessen Krümmung in vorgesehene Schneidrichtung s der zugeordneten Hauptschneide 11 weist. Somit sind die Hauptschneiden 11 bezüglich des Körpers 14 des Einsatzelementes 1 mit einer konkaven Krümmung versehen. Dadurch wird jeweils ein gegenüber einem üblichen geradlinigen Verlauf der Hauptschneiden vergrößerter Freiraum 12 bereitgestellt. Diese Vergrößerung des Freiraumes 12 vermindert den Bohrdruck.
Der jeweils einer Hauptschneide 11 zugeordnete Freiraum 12 ist entgegen der Vorschubrichtung v und entgegen der Schneidrichtung s der Hauptschneiden 11 verlaufend in das Einsatzelement 1 eingebracht, wodurch er erweitert wird. Dies ist deutlich der Unteransicht gemäß 5 entnehmbar, die auf eine der Schneidseite 6 gegenüberliegende zweite Schmalseite 15 erfolgt, wobei diese als untere Anlagefläche 5 beim Einsatz des Einsatzelementes 1 in die Aufnahme A ausgelegt ist. Deutlich ist, dass die sich an der unteren Schmalseite 15 ausbildende Kante 15.1 gegen Schneidrichtung s versetzt zur Schneidkante 2 angeordnet ist. Somit wird der Freiraum 12 bzw. hier die Spanauswurfnut 13 zur unteren Schmalseite 15 hin entsprechend erweitert. Dies hat zur Folge, dass abgeschnittene Späne und/oder abgetrenntes Bohrmehl leichter wegtransportiert werden können.
Da die Schneidkante 2 von der Hauptschneide 11 in die Zentrierspitze 9 hinein und über die gesamte Zentrierspitze 9 verläuft, ist die Zentrierspitze 9 über ihre gesamte Längserstreckung selbstschneidend, welches einen möglichen Staudruck am Bohrgrund vermindert. Wie unmittelbar insbesondere 1, 9 und 10 entnehmbar, laufen bilden die Hauptschneiden 11 mit der Zentrierspitze 9 einen hier stumpfen Winkel und somit eine Unstetigkeit 10 im Verlauf der Schneidkante 2 in Längserstreckung derselben, welches eine oben beschriebene Spanbrechung hervorrufen kann.
Wie ebenfalls insbesondere 1, 9 und 10 entnehmbar, umfasst die Zentrierspitze 9 über ihre gesamte Höhe b₂ in Vorschubrichtung v zwei aufeinander folgende Abschnitte auf, einen in Vorschubrichtung v hinteren ersten Abschnitt 16 mit einem ersten Spitzenwinkel (β₁) und einen in Vorschubrichtung v vorderen zweiten Abschnitt 17 mit einem zweiten Spitzenwinkel (β₂). Der zweite Spitzenwinkel (β₂) ist mit hier etwa 64° deutlich größer als der ersten Spitzenwinkel (β₁) mit etwa 35°. Damit wird an der Stelle, an der die Schneidkante 2 von dem zweiten Abschnitt 17 in den ersten Abschnitt 16 übergeht, wiederum eine Unstetigkeit 10 im Verlauf der Schneidkante 2 erzeugt, die wiederum eine oben beschriebene Spanbrechung hervorruft.
Wie in den Draufsichten gemäß 3, 4 und 8 ersichtlich, erstreckt sich der zweite Abschnitt 17 in Höhe des Überganges zum ersten Abschnitt 16 über die gesamte Breite b₃ des Einsatzelementes 1 senkrecht hierzu über eine Breite b₄, die etwa einem Kerndurchmesser eines vorgesehenen Bohrers, insbesondere eines Spiralbohrers, entsprechen. Hierüber wird eine Kernverstärkung des plattenförmigen Einsatzelementes 1 erzielt. Das Verhältnis der gesamten Breite b₃ zur Breite b₄ beträgt hier etwa 2:1. Somit weist die Zentrierspitze 9 mit dem zweiten Abschnitt 17 eine Basis ausreichender Festigkeit auf.
Durch die beschriebene Änderung der Spitzenwinkel β₁, β₂ ist der erste Abschnitt 16 wesentlich spitzer als der zweite Abschnitt 17 ausgebildet, wodurch eine verbesserte Zentrierung des Einsatzelementes 1 in Einsatzlage in den Spiralbohrer S gemäß 9 erzielt wird. Die Höhenverhältnisse der relativen Gesamthöhe b₂ der Zentrierspitze 9 zu der Höhe b₅ des ersten Abschnittes 16 beträgt hier etwa 2:1.
Eine weitere Unstetigkeit 10 mit einer möglichen Spanbrechung an dieser Stelle im Verlauf der Schneidkante 2 stellt sich dadurch ein, dass die Spanauswurfnut 13 in den zweiten Abschnitt 17 und mit einem hier geringen Betrag b₁ in den ersten Abschnitt 16 der Zentrierspitze 9 verläuft. An dieser Stelle der Unstetigkeit 10 erfolgt eine Richtungsänderung im Verlauf der Schneidkante 2, der an deutlichsten den Draufsichten, d. h. den 3, 4 und 8, entnehmbar ist. Bis zu dieser Unstetigkeit 10 verläuft die Schneidkante 2 von der Hauptschneide 11 in den zweiten Abschnitt 17 mit einer Richtungskomponente in Schneidrichtung s. Weiter von dieser Unstetigkeit 10 zum Drehpunkt 8 verläuft die Schneidkante 2 mit einer Richtungskomponente gegen Schneidrichtung s. Somit liegt an dieser Unstetigkeit 10 ein markanter Richtungswechsel des Verlaufes der Schneidkante 2 vor, der Span brechend wirkt. Dadurch, dass die Spanauswurfnut 13 sich in Schneidrichtung s hinter zweiten Abschnitt 17 und um den Betrag b₁ hinter den zweiten Abschnitt erstreckt, wird bezüglich der Schneidkante 2 in diesen Bereichen Freiraum 12 zur Aufnahme abgeschnittener Späne und/oder abgetrennten Bohrmehls bereitgestellt, welches wiederum einem möglichen Staudruck entgegenwirkt.
Wie insbesondere den 2, 3, 6, 7 und 8 ersichtlich, weist die Zentrierspitze 9 in dem ersten Endabschnitt 16 einen viereckigen pyramidalen Aufbau vier im wesentlichen dreieckigen Mantelflächen 18 auf. Zwei Mantelflächen 18 sind in Längserstreckung l der Schneidseite 6 und zwei bezüglich der Längserstreckung l senkrecht hierzu angeordnet. Jede Mantelfläche 18 bildet mit einer seitlich benachbarten Mantelfläche 18 einen Schneidkantenabschnitt 19 und mit der anderen seitlich benachbarten Mantelfläche 18 eine Vorlaufkante 20 aus. Deutlich entnehmbar den Draufsichten ist, dass die Schneidkantenabschnitte 19 länger als die Vorlaufkanten 20 ausgebildet sind.
Wegen der unterschiedlichen Längen von Schneidkantenabschnitten 19 und Vorlaufkanten 20 schließen die Vorlaufkanten 20 einen kleineren Winkel als die Schneidkantenabschnitte 19 ein. Die Hälfte der Differenz beider Winkel ist in 2a als Freiwinkel a₁ eingezeichnet. Dies bedeutet, dass hierüber ein weiterer Freiraum 12 zur Aufnahme abgeschnittener Späne und/oder abgetrennten Bohrmehls bereitgestellt wird. In 3b, einem Ausschnitt IIIb aus 3a mit einer Draufsicht auf die Zentrierspitze 9, sind ein weiterer Freiwinkel a₂ und damit ein weiterer Freiraum 12 gezeigt, der aus den unterschiedlichen Längen von Schneidkantenabschnitten 19 und Vorlaufkanten 20 resultiert, wobei beide Freiräume 12 sich räumlich ergänzen: In Einsatzlage in das Bohrwerkzeug B und unter Drehung desselben um eine Drehachse d gleich einer eingezeichneten Höhe b₂, beschreiben die Schneidkantenabschnitte 19 eine hier nicht dargestellte erste Kegelmantelfläche und die Vorlaufkanten 20 eine hier nicht dargestellte zweite Kegelmantelfläche. Wie aus den geometrischen Verhältnissen ersichtlich, sind die Kegelmantelflächen bezüglich der Drehachse d koaxial zueinander angeordnet und laufen am Drehpunkt 8 zusammen. Beide schließen einen nicht dargestellten Zwischenraum ein, der gleich dem Freiraum 12 für die durch die Zentrierspitze abgeschnittenen Späne und/oder Bohrmehles ist.
Wie anhand in 2a eingezeichneter Radien r₁ und r₂ verdeutlicht, sind die Schneidkantenabschnitten 19 und Vorlaufkanten 20 und damit die Mantelflächen 18 gebogen und bezüglich des Körpers 14 des Einsatzelementes 1 konkav ausgebildet. Infolge der Biegung der Schneidkantenabschnitte 19 kann eine leichtere Spanbrechung eingeleitet werden. Ferner fördert diese eine mechanische Stabilität des ersten Abschnittes 16, der dadurch spitzwinkliger und damit besser zentrierend ausgelegt werden kann.
Eine weitere Differenzierung der Schneidkante 2 erfolgt im in Vorschubrichtung v hinterem Endbereich der Zentrierspitze 9, indem dort die Mantelflächen, in Abweichung zu einem reinen pyramidalen Aufbau in Vorschubrichtung v zu einer Keilform mit einer Firstlinie 21 zusammenlaufen, wobei die Firstlinie 21 senkrecht oder zur Längserstreckung l der Schneidseite 6 angeordnet ist. Damit ist die Schneidkante 2 im Bereich der Firstlinie 21 als Querschneide ausgebildet. Dieser Aufbau bewirkt, dass an beiden Enden der Firstlinie 21 eine Spanbrechung auftreten kann. Ferner wird hierdurch eine mechanisch fragile reine Spitze vermieden. Aus der Geometrie ergibt sich, dass der Drehpunkt 8 mittig der Firstlinie 21 angeordnet ist.
Die Schneidkante 2 weist an beiden Enden bezüglich ihrer Längserstreckung jeweils einen eine Seitenschneide 22 bildenden Schneidenabschnitt auf, mittels derer bei einem fasrigen weg zu schneidenden Material ein radial außen erfolgendes Durchtrennen der Fasern erfolgen kann. Ferner dienen die Seitenschneiden 22 der Führung des Bohrwerkzeuges B im hier nicht gezeigten Bohrloch. Aus den Draufsichten gemäß den 3, 4 und 8 ist ersichtlich, dass die Seitenschneiden 22 in Einbaulage bezüglich der Drehachse d umfänglich beabstandet und bezüglich der Schneidrichtung vor der zugeordneten Hauptschneide 11 angeordnet sind. Den 2 und 6 entnehmbar ist, dass die Seitenschneiden 22 in Vorschubrichtung v bogenförmig verlaufen, so dass sie erst in einem mittleren Bereich schneidwirksam werden. Ferner werden sie radial innen bezüglich eines in 4a eingezeichneten Umfangkreises 23 mittels einer leicht formbaren und entformbaren Sekanten 24 so begrenzt, das die Seitenschneiden 22 jeweils in dem mittleren Bereich, in dem sie schneidwirksam werden, eine maximale radiale Breite b₅ und damit eine maximale radial nach innen wirkende Abstützung aufweisen.
Ein weiterer Vorteil ist der 4a und insbesondere der 4b entnehmbar. Die Seitenschneide 22 ist bezüglich der Drehachse d in Einbaulage des Einsatzelementes 1 in das Bohrwerkzeug B, von einer umfänglichen Außenmantelfläche 25 begrenzt. Die Außenmantelfläche 25 wölbt sich entgegen der Schneidrichtung s der Hauptschneide 11 spiralartig um einen geringen Betrag b6 spiralartig radial nach innen ein. Hierdurch wird ein weiterer Freiwinkel a2 bzw. ein weiterer, den Bohrdruck erniedrigender Freiraum 12 für die Späne und/oder das Bohrmehl bereitgestellt.
In den 6 bis 8 wird eine zweite Ausführungsform des Einsatzelementes 1 gezeigt. Sich unterscheidend zur ersten Ausführungsform des Einsatzelementes 1 gemäß den 1 bis 5 ist der Zentrierspitze 9 zu beiden Seiten hin eine Vorspanauswurfnut 26 zugeordnet. Diese erstreckt sich von der Spanauswurfnut 13, die bis in die Zentrierspitze 9 hinein eingebracht ist, bis in den Freiraum 12 hinein, der, wie oben beschrieben, dadurch gebildet wird, dass die Schneidkantenabschnitte 19 länger als die Vorlaufkanten 20 ausgebildet sind. Damit wird gewährleistet, dass abgeschnittene Späne und/oder Bohrmehle von der als Querschneide ausgebildeten Firstlinie 21 bis zum Übergang der Zentrierspitze 9 zur jeweiligen Hauptschneide 11 hin in die Spanauswurfnut 13 hinein transportiert und damit vom Bohrgrund weg transportiert wird.
Wie in 9, in der ein Spiralbohrer S mit eingesetztem Einsatzelement 1 dargestellt ist, ersichtlich, ist das Einsatzelement 1 so in der hier schlitzförmigen Aufnahme A des Spiralbohrers S festgesetzt, dass die Spanauswurfnut 13 unmittelbar in die Hauptspanauswurfnut H des Spiralbohrers S übergeht. Damit wird ein Weitertransport abgeschnittener Späne und/oder Bohrmehle von der Spanauswurfnut 13 in die Hauptspanauswurfnut H des Spiralbohrers S gewährleistet, so dass an dem Bohrgrund kein Staudruck infolge nicht weitertransportierter Späne und/oder Bohrmehle entstehen kann. Das Einsatzelement 1 ist mittels Lötens un der Aufnahme A festgesetzt. Hierbei liegt es mit seinen seitlichen Anlageflächen 5 seitlich in der Aufnahme A an. Vorgesehen ist, dass das Einsatzelement etwa mit der Hälfte seiner Gesamthöhe b₉ gemäß 1 in der Aufnahme A angeordnet ist.
Wie aus den ersten Seitenansichten der beiden Ausführungsformen des Einsatzelementes 1 ersichtlich, erstreckt sich die Anlageseitenfläche 5 über eine in 1 eingezeichnete Mittelslinie ML um einen Betrag b₈ hinaus, so dass das Einsatzelement 1 bezüglich eines Drehmomentes bei Drehung des Spiralbohrers S verdrehfest in der Aufnahme A festgesetzt ist. Das Einsatzelement 1 steht radial nach außen beidseitig um einen Betrag B₆ aus der Aufnahme A des Spiralbohrers S vor.
In 10 werden rein schematisch mögliche Anordnungen des Einsatzelementes 1 an einem Bohrkopf K des Bohrwerkzeuges B gezeigt, wobei die Auswahl hier eine ganz geringe Anzahl von den tatsächlich möglichen wiedergibt und hier, erweiternd zur Punktsymmetrie, Drehsymmetrie mit dem zuvor definiertem Drehpunkt 8 herrscht. In 10a weist die Schneidkante 2 drei Schneidenarme 7 auf, die um einen Drehwinkel μ von 120° gleich beabstandet zueinander angeordnet sind. In 10b umfasst die Schneidkante 2 vier Schneidenarme 7, die um einen Drehwinkel μ von 90° gleich beabstandet zueinander angeordnet sind. Schließlich sind in 10c acht Schneidenarme 7 vorgesehen, die um einen Drehwinkel μ von 45° gleich beabstandet zueinander angeordnet sind.

1: Einsatzelement
2: Schneidkante
3: Schneidgeometrie
4: Seitenfläche
5: Anlagefläche
6: Schneidseite
7: Schneidenarme
8: Drehpunkt
9: Zentrierspitze
10: Unstetigkeit
11: Hauptschneide
12: Freiraum
13: Spanauswurfnut
14: Körper
15: Schmalseite
15.1: Kante
16: erster Abschnitt
17: zweiter Abschnitt
18: Mantelfläche
19: Schneidkantenabschnitt
20: Vorlaufkante
21: Firstlinie
22: Seitenschneide
23: Umfangkreis
24: Sekante
25: Außenmantelfläche
26: Vorspanauswurfnut
A: Aufnahme
B: Bohrwerkzeug
H: Hauptspanauswurfnut
K: Bohrkopf
ML: Mittellinie
S: Spiralbohrer
d: Drehachse
s: Schneidrichtung
v: Vorschubrichtung Drehwinkel
β₁: erster Spitzenwinkel
β₂: zweiter Spitzenwinkel
a₁: Freiwinkel
a₂: Freiwinkel
a₃: Freiwinkel
a₄: Freiwinkel
b₁: Betrag
b₂: Höhe Zentrierspitze
b₃: Breite Einsatzelement Zentrierspitze
b₄: Breite
b₅: Breite
b₆: Betrag
b₇: Betrag
b₈: Betrag
b₉: Gesamthöhe
r₁: Radius
r₂: Radius

Claims

Einsatzelement für einen Bohrwerkzeug, insbesondere einen Spiralbohrer, wobei die Einsatzelement (1) spanlos aus Hartmetall und/oder Keramik gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer vollständig ausgeformten, eine Schneidkante (2) aufweisenden Schneidgeometrie (3) versehen ist, die mittels der spanlosen Formgebung zusammen mit dem Einsatzelement (1) hergestellt ist.
Einsatzelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es pulvermetallurgisch aus Hartmetallpulver und/oder Keramikpulver mittels Sintern gefertigt ist.
Einsatzelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneidseite (6) mit der Schneidkante (2) vorgesehen ist und dass die Schneidkante (2) mindestens zwei Schneidenarme (7) aufweist, die bezüglich eines geometrischen Mittelpunktes in Längserstreckung (l) der Schneidseite (6) als Drehpunkt (8) über einen Drehwinkel (μ) drehsymmetrisch angeordnet sind.
Einsatzelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (μ) 180° beträgt.
Einsatzelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenarme (7) in dem Drehpunkt (8) ineinander übergehen.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als Einsatzplatte mit zwei großen, zueinander parallelen Seitenflächen (4) und einer in Einsatzlage in eine Aufnahme (A) des Bohrwerkzeuges in Vorschubrichtung (v) hinterer, als Schneidseite (6) ausgebildeten Schmalseite ausgebildet ist und dass die Schneidkante (2) über die gesamte Längserstreckung (l) der Schneidseite (6) verläuft.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Schneidrichtung (s) der Schneidkante (2) an jedem oder nahezu jedem Abschnitt der Schneidkante (2) in ihrer Längserstreckung (l) ein Freiraum (12) zur Aufnahme abgeschnittener Späne und/oder abgetrenntem Bohrmehl anschließt.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) über ihre Längserstreckung (l) Unstetigkeiten (10) und/oder Unterbrechungen aufweist.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeometrie (3) zwei Hauptschneiden (11) aufweist, die bezüglich der Längserstreckung (l) der Schneidseite (6) gleich beabstandet zu einer geometrischen Mitte der Schneidseite (6) angeordnet sind, und dass sich an jede Hauptschneide (11) in in Einsatzlage vorgesehene Drehrichtung oder in Schneidrichtung (s) hinter der Hauptschneide (11) ein Freiraum (12) mit einer Spanauswurfnut (13) für abgeschnittene Späne und/oder abgetrenntem Bohrmehl anschließt.
Einsatzelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptschneiden (11) bezüglich ihrer Längserstreckung (l) jeweils einen sichelartigen Verlauf aufweisen, wobei dessen Krümmung in Schneidrichtung (s) der zugeordneten Hauptschneide (11) weist.
Einsatzelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (12) entgegen einer Vorschubrichtung (v) und entgegen einer Schneidrichtung (s) der Hauptschneiden (11) verlaufend in das Einsatzelement (1) eingebracht ist.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidgeometrie (3) bezüglich der Längserstreckung (l) der Schneidseite (6) mittig eine Zentrierspitze (9) mit einem Spitzenwinkel (β₁, β₂) aufweist und dass die Schneidkante (2) mit einem Schneidkantenabschnitt (19) in die Zentrierspitze (9) hinein verläuft.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) über die gesamte Zentrierspitze (9) verläuft.
Einsatzelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkantenabschnitt (19) bezüglich des Körpers (14) des Einsatzelementes (1) konkav ausgebildet ist.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierspitze (9) zumindest in einem Endabschnitt einen pyramidalen Aufbau mit einem Parallelogramm als Grundfläche und vier im wesentlichen dreieckigen Mantelflächen (18) aufweist, wobei zwei der durch Grundfläche und Mantelfläche (18) gebildeten, gegenüberliegende Seitenlinien senkrecht zur Längserstreckung (l) der Schneidseite (6) angeordnet sind und jede Mantelfläche (18) mit einer seitlich benachbarten Mantelfläche (18) den Schneidkantenabschnitt (19) und mit der andere seitlich benachbarten Mantelfläche (18) eine Vorlaufkante (20) ausbildet, und dass die Schneidkantenabschnitt (19) länger als die Vorlaufkanten (20) ausgebildet sind.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierspitze (9) über ihre Höhe (b₂) in Vorschubrichtung (v) mindestens zwei aufeinander folgende Abschnitte aufweist, einen in Vorschubrichtung (v) hinteren ersten Abschnitt (16) mit einem ersten Spitzenwinkel (β₁) und einen in Vorschubrichtung (v) vorderen zweiten Abschnitt (17) mit einem zweiten Spitzenwinkel (β₂), und dass der zweite Spitzenwinkel (β₂) größer als der ersten Spitzenwinkel (β₁) ist.
Einsatzelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Spitzenwinkel (β₁) kleiner oder gleich 40° und der zweite Spitzenwinkel (β₂) kleiner oder gleich 80° ist.
Einsatzelement nach Anspruch 17, soweit auf Anspruch 15 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (16) den Endabschnitt dem pyramidalen Aufbau aufweist.
Einsatzelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierspitze (9) in Vorschubrichtung (v) endseitig zu einer Keilform mit einer Firstlinie (21) zusammenläuft, wobei die Firstlinie (21) senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung (l) der Schneidseite (6) angeordnet ist und als Querschneide ausgebildet ist.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 12 bis 19, soweit auf Anspruch 7 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspanauswurfnut (26) vorgesehen ist, die sich jeweils von dem einer Hauptschneide (11) zugeordneten Freiraum (12) oder von der einer Hauptschneide (11) zugeordneten Spanauswurfnut (13) in den Freiraum (12) der Zentrierspitze (9) und/oder unter Ausbildung eines Freiraumes (12) in die Zentrierspitze (9) hinein erstreckt.
Einsatzelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (2) zumindest an einem Ende bezüglich ihrer Längserstreckung (l) einen eine Seitenschneide (22) bildenden Schneidenabschnitt aufweist.
Einsatzelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenschneide (22) einen gebogenen konvexen Verlauf aufweist, der sich in Einsatzlage des Einsatzelementes (1) in das Bohrwerkzeug in vorgesehener Vorschubrichtung (v) so wölbt, dass er in einem Mittenbereich maximal in Vorschubrichtung (v) vorsteht.
Einsatzelement nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenschneide (22) bezüglich einer vorgesehenen Drehachse (d) des Einsatzelementes (1) in Einbaulage in das Bohrwerkzeug (B), von einer umfänglichen Außenmantelfläche (25) begrenzt wird, wobei sich die Außenmantelfläche (25) entgegen der Schneidrichtung (s) der Hauptschneide (11) spiralartig um einen geringen Betrag (b₆) spiralartig radial nach innen einwölbt.
Bohrwerkzeug mit einem Einsatzelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei das Bohrwerkzeug (B) eine Aufnahme (A) aufweist, in der das Einsatzelement (1) festgelegt ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (1) in der Aufnahme (A) eingeklebt, eingelötet oder eingeschweißt ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 24 oder 25, wobei das Einsatzelement (1) als Einsatzplatte mit zwei großen, zueinander parallelen als Anlageflächen ausgebildeten Seitenflächen (4) und einer in Einsatzlage in die Aufnahme (A) des Bohrwerkzeuges (B) in Vorschubrichtung (v) hinterer, als Schneidseite (6) ausgebildeten Schmalseite ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (A) als Aufnahmeschlitz ausgebildet ist und das Einsatzelement (1) unter Anliegen seiner Anlageflächen (5) an den Innnenseitenwänden des Aufnahmeschlitz verdrehfest anliegt.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es als Bohrer mit einem einen äußeren Umfang aufweisenden Bohrkopf (K) ausgebildet ist, in der das Einsatzelement (1) angeordnet ist, wobei das Einsatzelement (1) beidendseitig radial um einen Betrag (b₇) über den äußeren Umfang des Bohrkopfes (K) vorsteht.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass es als Spiralbohrer (S) mit einem länglichen Bohrkörper, dessen eine Ende als Bohrkopf (K) mit dem Einsatzelement (1) ausgebildet ist und der für jede Hauptschneide (11) der Schneidkante (2) des Einsatzelementes (1) eine Hauptspanauswurfnut (H) aufweist, die wendelförmig um die Drehachse (d) des Bohrkörpers über zumindest einen Abschnitt des an den Bohrkopf (K) anschließenden Mittelteiles des Bohrkörpers verläuft, wobei der Freiraum (12) der zugeordneten Hauptschneide (11) in die Hauptspanauswurfnut (H) übergeht.
Verfahren zur Herstellung eines Einsatzelementes mit einer Schneidgeometrie (3) für eine Bohrwerkzeug (B) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzelement (1) pulvermetallurgisch aus Hartmetall- und/oder Keramikpulver gefertigt ist und dass in einem Arbeitsgang, mit der pulvermetallurgischen Herstellung des Einsatzelementes (1) die Schneidgeometrie (3) mit einer Schneidkante (2) so eingearbeitet wird, dass keine Nachbehandlung zum Einsetzen des Einsatzelement (1) in das Bohrwerkzeug (B) und nach dem Einsetzen in das Bohrwerkzeug (B) notwendig ist.
Verfahren zur schneidfertigen Bestückung eines Bohrwerkzeuges (B), insbesondere in einen Spiralbohrer (S), mit mindestens einem Einsatzelement (1) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 22, wobei das Bohrwerkzeug (B) eine Aufnahme (A) für das Einsatzelement (1) ausweist, mit den Verfahrensschritten: Einsetzen des Einsatzelementes (1) in die Aufnahme (A) und Festsetzen, insbesondere Festlöten, des Einsatzelementes (1) in der Aufnahme (A)