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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bohrer-Räumer-Kombiwerkzeug, insbesondere eine Kombination aus Bohrer und Räumer, der bei einem kurzen axialen Vorschubhub gleichzeitig bohrt und räumt.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Bohrer-Räumer-Kombiwerkzeuge, auch als ”D-Reamer” bekannt, die in einem Vorgang bohren und räumen, werden in der Industrie schon seit langem verwendet. Indem beide Vorgänge zu einem kombiniert werden, kann ein durchgehendes Loch in einem Produktionsdurchgang vom fertigen Werkstoff bis zu fertig bearbeiteter Lochgröße gebohrt und geräumt werden kann, wodurch die Einrichtzeit und die Kosten pro Vorgang reduziert werden.
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Ein einfaches Bohrer-Räumer-Werkzeug besteht aus einem vorderen Spiralbohrerabschnitt mit zwei Nuten und einem hinteren Räumerabschnitt mit mehreren Nuten, die entlang einer gemeinsamen Achse zu einem Werkzeug kombiniert sind. Der Räumerabschnitt mit den gleichen Spiralnuten wie der Spiralbohrerabschnitt ist mit zwei oder mehr Räumerzerspanungskanten, die mit jeder Nut assoziiert sind, ausgestattet. Weil sich die im Uhrzeigersinn verlaufenden Spiralnuten des Spiralbohrers zu dem hinteren Räumerabschnitt erstrecken, schiebt sich dieses Bohrer-Räumer-Werkzeug im Allgemeinen während der Räumphase von selbst vor, was möglicherweise zu einem Verkeilen und folglich zu einem Bruch führt.
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Ein alternatives Bohrer-Räumer-Werkzeug, das komplexer in der Herstellung ist, liefert eine typische, entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufende Spirale zu dem hinteren Räumerabschnitt mit mehreren Nuten, das mehr wie ein gewöhnlicher Räumer aussieht. Das Fehlen der tiefen Bohrnuten entlang des Räumerabschnitts verschlechtert jedoch die Spanabtragrate und erfordert eine pickende Bewegung während der Nutzung, um das Entfernen von Spänen zu gestatten.
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Um von den Vorteilen von beiden oben erwähnten Arten von Bohrer-Räumer-Werkzeugen zu profitieren, beschreibt das
US-Patent 4,507,028 an Masahiro ein Zerspanungswerkzeug, das einen vorderen Bohrabschnitt und einen hinteren Räumerabschnitt entlang einer axialen Linie mit Spiralbohrernuten durch beide Abschnitte und Räumerzerspanungskanten mit einer Spiralführung in der entgegengesetzten Richtung zu der der Bohrerzerspanungskanten kombiniert, wodurch das Werkzeug ein durchgehendes Loch in einem Werkstück mit einer glatten Oberfläche mit einer sich vorwärts drehenden Operation bereitstellen kann.
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Es wird jedoch von Masahiro angemerkt, dass dieses Bohrer-Räumer-Werkzeug in Anwendungen für durchgehende Löcher verwendet werden muss, damit es korrekt arbeitet und die Größe beibehält. Der Bohrerabschnitt des Bohrer-Räumers muss länger sein als die Dicke des zu bohrenden und zu räumenden Abschnitts, so dass die Bohrerspitze durchbohren saute und fertig geschnitten haben sollte, bevor der Räumerabschnitt zu schneiden beginnt. Aus diesem Grund ist die gesamte Werkzeuglänge und somit der erforderliche axiale Vorschubhub erheblich größer und benötigt mehr Zeit als nur für das Bohren des Lochs erforderlich ist.
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Moderne gedruckte Leiterplatten (PCBs – Printed Circuit Boards) oder Strukturelemente in der Avionik, die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt sind, erfordern eines präzise Position und enge Toleranzen von gebohrten Löchern. Insbesondere ist es angesichts der vielen hunderten oder tausenden von Löchern auf den meisten Leiterplatten offensichtlich, dass die Zeiteinsparung jedes einzelnen Vorgangs mit der großen Anzahl von Löchern multipliziert wird und ein signifikanter Bestandteil der Gesamtkosten wird.
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Um den erforderlichen axialen Vorschubhub und die Bohr-Räum-Zykluszeit zu senken, insbesondere unter anderem bei faserverstärkten Kunststoffen, wird somit ein neuer Ansatz gewünscht, der die obigen Nachteile eliminieren kann, die der herkömmlichen Bohrer-Räumer-Konstruktion innewohnen.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten Kombi-Bohrer-Räumers des oben erwähnten Typs, der das gleichzeitige Bohren und Räumen entlang einem kurzen axialen Vorschubhub ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Bohrer-Räumer-Werkzeug gelöst, das Folgendes umfasst: einen Schaftabschnitt und einen Zerspanungsabschnitt koaxial mit dem Schaftabschnitt, wobei der Zerspanungsabschnitt einen Arbeitsabschnitt umfassend mindestens eine spiralförmige Spiralbohrerschruppzerspanungskante assoziiert mit einer Führungsfase, einem Fasenfreiwinkel und einer Nut aufweist, wobei der Zerspanungsabschnitt weiterhin mindestens eine mit der spiralförmigen Schruppzerspanungskante verschachtelte spiralförmige Schlichtkante umfasst und damit assoziiert nur eine Führungsfase und eine Nut 44 aufweist, wobei die Führungsfase der Schlichtkante mit mehreren Räumerzerspanungskanten versehen ist, die spiralförmig in einer entgegengesetzten Richtung zu der der Schruppzerspanungskante verlaufen, wobei die Räumerzerspanungskanten so konfiguriert sind, dass sie ein größeres Loch schneiden als die Schruppkante, wobei der Arbeitsabschnitt derart dimensioniert ist, dass während des Betriebs sowohl die Schruppzerspanungskante als auch die Räumerzerspanungskante gleichzeitig arbeiten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Um die Erfindung zu verstehen und zu erkennen, wie sie in der Praxis ausgeführt werden kann, werden nun über lediglich ein nicht beschränkendes Beispiel Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Perspektivansicht eines gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Bohrer-Räumers;
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2 eine Perspektivansicht eines teilweise bearbeiteten Bohrer-Räumers wie in 1, der Klarheit halber nicht fertiggestellt gezeigt,
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3 eine vergrößerte Frontansicht der Bohrer-Räumer-Spitze von 1;
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4 eine vergrößerte Seitenansicht der Bohrer-Räumer-Spitze von 1;
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5 eine schematische Schnittansicht des Bohrer-Räumers von 1;
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6 eine schematische Schnittansicht eines gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Bohrer-Räumers; und
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7 eine schematische Schnittansicht eines gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Bohrer-Räumers.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In der folgenden Beschreibung werden identische Elemente, die in mehr als einer Figur erscheinen oder die sich eine ähnliche Funktionalität teilen, durch identische Bezugszahlen bezeichnet.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird ein allgemein mit 10 bezeichnetes Bohrer-Räumer-Werkzeug, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt, gezeigt. Der Bohrer-Räumer 10 umfasst einen Schaftabschnitt 12 zum Festklemmen in einem Bohrfutter oder einer Spannzange einer Standspurmaschine oder eines anderen Bohrgeräts, einen kurzen Hals 14 und einen Zerspanungsabschnitt 16, der sowohl dem Bohren als auch der Räumfunktionalität dient, die sich alle die gleiche Längsachse teilen.
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Eine allgemein mit 18 bezeichnete Spiralbohrerspitze, die sich vor dem Zerspanungsabschnitt 16 befindet, enthält eine Querschneide 20, Zerspanungslippen 22 und Fersen 24, wie sie typischerweise bei einem normalen Spiralbohrer anzutreffen sind. Der Spitzenwinkel α (3) wird entsprechend dem Werkstückmaterial bestimmt und ist für Allzweckanwendungen üblicherweise auf 118° eingestellt.
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Wegen der komplexen Geometrie des Zerspanungsabschnitts 16 ist es leichter, die Natur der Erfindung unter Bezugnahme auf 2 zu erläutern, die eine Perspektivansicht eines teilweise bearbeiteten Bohrer-Räumers ist, der aus der Produktionslinie herausgenommen ist, bevor ein Schritt des Schleifens der Räumer-Zerspanungskanten 50 durchgeführt wurde. Der Zerspanungsabschnitt 16 des teilweise bearbeiteten Bohrer-Räumers 30 umfasst mindestens eine spiralförmige Schruppzerspanungskante 32 oder der Einfachheit halber Schruppkante 32 und mindestens eine spiralförmige Schlichtzerspanungskante 34 oder der Einfachheit halber Schlichtkante 34. In der Regel ist das Bohrer-Räumer-Werkzeug 30, wie spezifisch in 2 gezeigt, mit einem Paar rechtssteigender spiralförmiger Schruppkanten 32 und zwei oder mehr spiralförmigen Schlichtkanten 34 versehen. Die Schruppkanten 32 sind mit Führungsfasen 36, einem Fasenfreiwinkel 38 und Nuten 40 wie jenen assoziiert, die bei einem gewöhnlichen Spiralbohrer anzutreffen sind. Die zwei oder mehr spiralförmigen Schlichtkanten 34 sind mit nur breiten Führungsfasen 42 und Nuten 44 assoziiert, die flacher sein können als die Schruppkantennuten 40. Es versteht sich, dass wegen des Fehlens eines Fasenfreiwinkels, der erforderlich ist, um ein Loch mit einer feinen präzisen Wandoberfläche auf dem Werkstückmaterial zu räumen, die Schlichtkanten 34 keine wirklichen Zerspanungskanten sind.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 2 ist zu sehen, dass der Durchmesser der Schlichtkanten 34 zu der Spitze 18 herunter abgestuft ist, wodurch ein kurzer vorderer Abschnitt 46 der Länge L ausgebildet wird (4). Entlang der Länge L arbeiten nur die Lippen 22 und die Schruppkanten 32, folglich beginnen die Schlichtkanten 34 mit dem Zerspanen erst, nachdem das Bohrer-Räumer-Werkzeug ein Pilotloch mit dem kleineren Durchmesser d und der Tiefe L in dem Werkstückmaterial hergestellt hat. Optional ist der Spitzenwinkel β (4) der Lippen 48 der Schlichtkanten 34 spitzer ausgeführt als der Spitzenwinkel α (3) der Lippen 22 der Schruppkanten 32, was zu dem gleichen Effekt einer nachfolgenden Operation der Schlichtkanten 34 führt, wie oben beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die 1, 3 und 4 wird der finale Bohrer-Räumer 10 mit einem Schritt des Schleifens oder des anderweitigen Ausbildens von mehreren Geraden oder linkssteigenden spiralförmigen Räumerzerspanungskanten 50 bearbeitet. Die Räumerzerspanungskanten 50 sind mit dem Räumerfasenfreiwinkel 52, den Räumerführungsfasen 54, manchmal als ”primärer Freiwinkel” definiert, und flachen Räumernuten 56 assoziiert. Die Räumerzerspanungskanten 50 sind nur für die mit den Schlichtkanten 34 (2) assoziierten breiten Führungsfasen 42 assoziiert, wobei die Kanten, wie oben beschrieben, erst dann wirkliche Zerspanungskanten sind, wenn sie mit den Räumerzerspanungskanten 50, dem Fasenfreiwinkel 52, der Führungsfase 54 und Nuten 56 versehen sind. Die Räumerzerspanungskanten 50 verlaufen spiralförmig in der entgegengesetzten Richtung zu der der Schruppkanten 30, um einen Eigenvorschub wie oben erwähnt zu verhindern. Die Anzahl der Räumerzerspanungskanten, die in der Regel in einem kreisförmigen Array angeordnet sind, wird entsprechend dem Durchmesser des Werkzeugs bestimmt und liegt im Bereich zwischen 6 und 24 für Durchmesser von bis zu 50 mm.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird eine schematische Schnittansicht des Bohrer-Räumers von 1 gezeigt, wobei der mit d markierte kleinere Kreis die Größe des von den Schruppkanten 32 geschnittenen Lochs darstellt und der mit D markierte größere Kreis die Größe des von den Räumerzerspanungskanten 50 geschnittenen Lochs darstellt. Wie gezeigt schneiden die Räumerzerspanungskanten 50 ein größeres Loch als die Schruppkanten 32.
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Im Gegensatz zu bisher vorgeschlagenen Bohrer-Räumern kann jedoch die Tiefe L des Pilotlochs signifikant kleiner sein als die Dicke des Werkstückmaterials, so dass nach dem Bohren des Pilotlochs sowohl die Schruppkanten 32 als auch die Räumerzerspanungskanten 50 simultan arbeiten.
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Der Steigungswinkel θ (3) der spiralförmigen Schruppkanten 32 ist in der Regel eine rechthändige Helix im Bereich zwischen 13° und 40°, und der Steigungswinkel θr der spiralförmigen Räumerzerspanungskanten 50 ist in der Regel eine linkshändige Helix im Bereich zwischen 0° (gerade) bis 45°, wobei beide von dem Werkstückmaterial abhängen.
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Im Betrieb erzeugt der vordere Abschnitt 46 zuerst ein Pilotloch mit dem kleineren Durchmesser d und der Tiefe L in dem Werkstückmaterial, was wie ein Zentrierbohrer wirkt und die wahre Position des Bohrer-Räumer-Werkzeuges beibehält. Bei Fortschreiten des Bohrprozesses vergrößern und räumen die Räumerzerspanungskanten 50 das Loch präzise auf den Enddurchmesser D. Die tiefen Schruppkantennuten 40 sorgen für ein schnelles Entfernen der Bohrspäne, einschließlich eines Teils der von den Räumerzerspanungskanten 50 erzeugten Späne. Die flacheren Schlichtkantennuten 44 sorgen für ein Entsorgen der ein geringeres Volumen aufweisenden Räumerspäne, wodurch die pickende Bewegung, wie oben unter Bezugnahme auf den Stand der Technik beschrieben, eliminiert wird.
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Unter Bezugnahme auf 6 wird eine schematische Schnittansicht eines gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Bohrer-Räumers gezeigt, wobei die Schruppkanten 32 und die Schlichtkanten 34 mit Zähnen gleichen Querschnitts assoziiert sind, die gleichmäßig in einem kreisförmigen Array beabstandet sind, wie sie beispielsweise bei Vierschneidern anzutreffen sind, dementsprechend sind auch die Abstandshalternuten 40, 44 von gleicher Tiefe und Größe.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird eine schematische Schnittansicht eines gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hergestellten Bohrer-Räumers gezeigt, wobei zwei Schruppkanten 32 und vier Schlichtkanten 34 vorgesehen sind. Die vier Schlichtkanten sind mit geraden oder linkshändigen spiralförmigen Räumerzerspanungskanten 50 versehen, wie oben beschrieben. Es versteht sich, dass eine beliebige Anzahl von abwechselnden oder folgenden Schrupp- und Schlichtkanten vorgesehen sein kann und in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fällt.
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Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Details der vorausgegangenen dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist und dass die vorliegende Erfindung in anderen spezifischen Formen verkörpert werden kann, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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