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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Bohrer zur Verwendung in einer Werkzeugmaschine und insbesondere auf einen Spiralbohrer mit Keramikeinsätzen im Bereich der Ecke zwischen den Haupt- und Nebenschneidkanten zur Verschleißverminderung und Verlängerung der Lebensdauer des Bohrers.
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BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
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Aufgrund ihrer großen Härte und ihrer sehr hohen Temperaturbeständigkeit werden für die Herstellung von Schneidwerkzeugen derzeit Keramiken entwickelt. Bei den bekannten Keramikschneidwerkzeugen handelt es sich im Allgemeinen um Fräswerkzeuge oder Drehmeißel, die das Ausführen von Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsvorgängen an sehr harten Materialien ermöglichen. Die potentiellen Voraussetzungen (Bohrtiefe, Zerspanung, Intensität und Richtung der Schneidkräfte), denen eine Bohrspitze während eines Bohrvorgangs unterliegt, übersteigen jene, die während eines Fräsvorgangs auf ein Fräswerkzeug einwirken können. Diese Voraussetzungen erschweren beim Ausführen von Bohrvorgängen bei sehr hoher Geschwindigkeit die Verwendung von Keramikbohrspitzen in sehr harten Materialien, wie z. B. hochlegierten Metallen, Grauguss u. ä.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bohrer weisen in der Mitte des Bohrers eine Rotationsschneidgeschwindigkeit von gegen null auf. Als Folge davon wird das Material in der Mitte nicht geschnitten sondern getrieben. Sprödes Material, wie z. B. Keramik, tendiert dazu, in der Mitte des Bohrers zu brechen. Die Aufgabe, jegliches Brechen, im Besonderen in der Mitte des Bohrers, zu verringern oder zu eliminieren, wird durch das Bereitstellen eines Rundlaufschneidwerkzeugs, wie z. B. eines Spiralbohrers, gelöst, der aus einer Kombination eines relativ hochgradigen, zähen Materials wie z. B. Carbid u. ä. in der Mitte des Bohrers und einem „superharten” Material wie z. B. Keramik u. ä. im äußeren Bereich der Schneidkante hergestellt ist und so die Lebensdauer des Werkzeugs, im Besonderen unter Hochgeschwindigkeitsschneidbedingungen, verlängern.
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In einem Aspekt der Erfindung weist ein Spiralbohrer einen Schaft und einen Körper auf, der sich an den Schaft anschließt und sich entlang einer Rotationslängsachse des Spiralbohrers erstreckt. Der Körper ist aus einem Carbidmaterial hergestellt. Mehrere sich spiralförmig erstreckende Spannuten sind im Körper ausgebildet, mit einem Steg, der zwischen den Spannuten ausgebildet ist. Die Spannuten sind in einem Spiralwinkel zur Längsachse ausgerichtet. Jede Spannut ist von einer Hauptschneidkante mit einer entsprechenden Flanke oder Schneidfase und einer Nebenschneidkante mit einer entsprechenden Flanke oder Schneidfase flankiert. Ein Keramikeinsatz ist an einer Einkerbung angebracht, die im Körper des Bohrers ausgebildet ist, wobei der Keramikeinsatz jeweils nur einen Abschnitt der Haupt- und Nebenschneidkanten des Spiralbohrers bildet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Obgleich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt werden, sollten die gezeigten bestimmten Ausführungsformen nicht als die Ansprüche einschränkend ausgelegt werden. Es wird erwartet, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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1 ist eine Seitenansicht eines Spiralbohrers mit Keramikeinsätzen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 ist eine andere Seitenansicht des Bohrers von 1;
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3 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Keramikeinsätze des Spiralbohrers von 1;
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4 ist eine andere vergrößerte Seitenansicht der Keramikeinsätze des Spiralbohrers von 1;
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5 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Keramikeinsätze des Spiralbohrers von 1;
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6 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Keramikeinsätze des Spiralbohrers von 5;
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7 ist eine vergrößerte Seitenansicht einer anderen alternativen Ausführungsform der Keramikeinsätze des Spiralbohrers von 1; und
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8 ist eine andere vergrößerte Seitenansicht der Keramikeinsätze des Spiralbohrers von 7.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nunmehr auf die 1 und 2 Bezug nehmend, wird bei 10 ein Bohrer wie z. B. ein Spiralbohrer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung allgemein gezeigt. Der Bohrer 10 weist einen Schaft 12 und einen Körper 14 auf, der sich an den Schaft 12 anschließt und sich entlang einer Rotationslängsachse 16 des Bohrers erstreckt. Das vordere Ende des Körpers 14 weist eine Schneidspitze 18 auf. Der Bohrer 10 weist auch sich spiralförmig erstreckende Spannuten 20 auf, die im Körper 14 ausgebildet sind, mit einem Steg 22, der zwischen den Spannuten 20 ausgebildet ist. Die Spannuten 20 sind in einem Spiralwinkel 24 zur Längsachse 16 ausgerichtet. Der Bohrer 10 weist einen Bohrerdurchmesser 26 auf, der sich in Richtung des Schafts 12 leicht verkleinert.
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In einer Ausführungsform des Bohrers 10 ist der Körper 14 aus Metall hergestellt, beispielsweise Werkzeugstahl oder einem Hartmetall, beispielsweise Wolframcarbid, Titancarbid oder Titannitrid. In einem anderen Beispiel ist der Körper 14 aus einem Carbidmaterial wie z. B. einem Hartmetallmaterial u. ä. hergestellt. In einem anderen Beispiel ist der Körper 14 aus einem Cermet hergestellt, der mindestens eine Hartkomponente und einen Binder, der Kobalt, Nickel und Eisen umfasst, d. h. einen Co-Ni-Fe-Binder umfasst.
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Nunmehr auf die 3 und 4 Bezug nehmend, ist jede Spannut 20 des Bohrers von einer Hauptschneidkante 28 mit einer entsprechenden Flanke oder Schneidfase 30 und einer Nebenschneidkante 32 mit einer entsprechenden Flanke oder Schneidfase 34 flankiert. Auf dem in den 1–4 gezeigten Bohrer 10 befinden sich auf den Flanken 30 zwei Auslassöffnungen 36 (in 4 wird nur eine Öffnung 36 gezeigt), welche in Strömungsverbindung mit einem oder mehreren nicht gezeigten Kanälen stehen, die in den Schaft 12 und den Körper 14 eingebohrt sind. Die Auslassöffnungen 36 befinden sich vorzugsweise in einem Bereich des Bohrers 10, in welchem nahe beim Angriffspunkt, d. h. dem Bereich des Bohrers 10, der sich an die Hauptschneidkante 28 anschließt, ein Kühlmittel und/oder Schmiermittel zugeführt wird. Die Auslassöffnungen 36 können sich beispielsweise auf den Flanken 30 nahe bei einer Spitze 38 und/oder einer Ecke 40 bei einem Schnittpunkt der Haupt- und Nebenschneidfläche 28, 30 des Bohrers 10 befinden.
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Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, dass ein Abschnitt jeder Hauptschneidkante
28 und ein Abschnitt jeder Nebenschneidkante
32 des Bohrers
10 aus einem Material hergestellt ist, das andere Materialeigenschaften als der Körper
14 des Bohrers
10 aufweist. Genau gesagt weist der Bohrer
10 einen allgemein bei
42 gezeigten Keramikeinsatz auf, der nur einen Abschnitt der Haupt- und Nebenschneidkanten
28,
32 bildet. Der Keramikeinsatz
42 ist an einer Einkerbung
43 angebracht, die eine entsprechende, im Körper
14 des Bohrers
10 ausgebildete Form aufweist. Der Keramikeinsatz
42 kann unter Verwendung jedes wohlbekannten Mittels wie z. B. Kleben u. ä. am Körper
14 angebracht sein. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass das Ankleben des Keramikeinsatzes
42 am Körper
14 einen positiven Dämpfungseffekt erzeugt. In einer Ausführungsform ist der Keramikeinsatz
42 aus irgendeinem geeigneten Keramikmaterial hergestellt. Der Keramikeinsatz
42 kann beispielsweise aus einer Oxidkeramik, beispielsweise Aluminiumoxid, einem Mischoxid auf der Basis von Aluminiumoxid, und einem nichtkeramischen Material wie z. B. Siliziumnitrid, Diamant oder Bornitrid hergestellt sein. In einem spezifischen Beispiel kann der Keramikeinsatz
42 aus einem wie in der
US-Patentschrift Nr. 5,141,901 beschriebenen whiskerverstärktem Keramikmaterial hergestellt sein.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt, bildet der Keramikeinsatz 42 nur einen Abschnitt der Haupt- und Nebenschneidkanten 28, 32 nahe der Ecke 40. Genau gesagt weist der Keramikeinsatz 42 in der radialen Richtung (in der Richtung der X-Achse) zur Bildung eines Abschnitts der Hauptschneidkante 28 eine Breite 44 von ungefähr einem Drittel bis zwei Dritteln der Distanz zwischen der Ecke 40 und der Spitze 38 auf. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die Breite 44 ungefähr die halbe Distanz zur Spitze 38. Mit anderen Worten erstreckt sich der Keramikeinsatz 42 von der Ecke 40 aus in der radialen Richtung (in der Richtung der X-Achse) über eine Breite 44 von ungefähr einem Viertel des Bohrerdurchmessers 26.
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Der Keramikeinsatz 42 weist zudem in der axialen Richtung (in der Richtung der Z-Achse) eine Tiefe 46 zur Bildung eines Abschnitts der Nebenschneidkante 32 auf, die sich von der Ecke 40 erstreckt und die kleiner gleich der Breite 44 des Keramikeinsatzes 42 ist. Mit anderen Worten erstreckt sich der Keramikeinsatz 42 von der Ecke 40 aus in der axialen Richtung über eine Tiefe 44, die kleiner ist als die Breite 42 in der radialen Richtung.
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Der Keramikeinsatz 42 weist weiterhin eine Länge 48 auf, die sich zur Bildung eines Abschnitts des Stegs 22, der Flanke 30 entsprechend der Hauptschneidkante 28 und der Flanke 34 entsprechend der Nebenschneidkante 32 von der Ecke 40 aus erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Länge 48 kleiner gleich der Breite 44 des Keramikeinsatzes 42, die einen Abschnitt der Hauptschneidkante 28 bildet, und ist im Wesentlichen gleich der Tiefe 46 des Keramikeinsatzes 42, die einen Abschnitt der Nebenschneidkante 32 bildet.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen Abmessungen des Keramikeinsatzes 42 beschränkt ist und dass die Erfindungen mit vielen verschiedenen Abmessungen umgesetzt werden kann, solange der Keramikeinsatz 42 nur einen Abschnitt der Haupt- und Nebenschneidkanten 28, 32 bildet. Beispielsweise zeigen die 5 und 6 den Keramikeinsatz 42 mit Abmessungen, die von dem in den 3 und 4 gezeigten Keramikeinsatz 42 verschieden sind. Genau gesagt sind die Breite 44 und die Tiefe 46 des in den 5 und 6 gezeigten Keramikeinsatzes 42 im Wesentlichen identisch mit der Breite 44 und der Tiefe 46 des in den 3 und 4 gezeigten Keramikeinsatzes. Jedoch ist die Länge 48 des in den 5 und 6 gezeigten Keramikeinsatzes 42, die sich in den Steg 22 und die Flanken 30, 34 erstreckt, größer als die Länge 48 des in den 3 und 4 gezeigten Keramikeinsatzes 42. In dieser Ausführungsform ist die Länge 48 etwa gleich der Breite 44 des Keramikeinsatzes 42. Somit weist der in den 5 und 6 gezeigte Keramikeinsatz 42 ein größeres Volumen auf als der in den 3 und 4 gezeigte Keramikeinsatz 42.
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Der in den 3–6 gezeigte Keramikeinsatz 42 ist von allgemein rechtwinkliger Form mit im Wesentlichen ebenen Flächen. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die Form des Keramikeinsatzes 42 beschränkt ist und dass die Erfindung mit beliebiger gewünschter Form für den Keramikeinsatz 42 umgesetzt werden kann, solange der Keramikeinsatz 42 nur einen Abschnitt der Haupt- und Nebenschneidkanten 28, 32 bildet. Der Keramikeinsatz 42 kann beispielsweise eine unebene Fläche aufweisen, wie in den 7 und 8 gezeigt. Genau gesagt sind die Tiefe 46 und Länge 48 des in den 7 und 8 gezeigten Keramikeinsatzes 42 im Wesentlichen identisch mit der Tiefe 46 und der Länge 48 des in den 3 und 4 gezeigten Keramikeinsatzes 42. Die Tiefe 46 des in den 7 und 8 gezeigten Keramikeinsatzes 42 ist jedoch veränderlich, im Gegensatz zur Tiefe 46 des in den 3 und 4 gezeigten Keramikeinsatzes 42, die im Wesentlichen einheitlich ist. Genauer gesagt ist die Tiefe 46 des Keramikeinsatzes 42, wie in der 7 gezeigt, von kreisrunder Form. Somit weist der in den 7 und 8 gezeigte Keramikeinsatz 42 ein größeres Volumen auf als der in den 3 und 4 gezeigte Keramikeinsatz 42.
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Es hat sich gezeigt, dass der Keramikeinsatz 42 der Erfindung scharfe Haupt- und Nebenschneidkanten 28, 32 mit hoher Verschleißfestigkeit erzeugt, vor allem in der Nähe der Ecke 40, die für übermäßigen und vorzeitigen Verschleiß anfällig ist, was sich in einer längeren Lebensdauer des Werkzeugs niederschlägt.
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Auf die Patente und Veröffentlichungen, auf die hier verwiesen wird, wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen.
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Obgleich derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann die Erfindung auch auf andere Weise innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche ausgestaltet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Spiralbohrer
- 12
- Schaft
- 14
- Körper
- 16
- Längsachse
- 18
- Schneidspitze
- 20
- Spannute
- 22
- Steg
- 24
- Spiralwinkel
- 26
- Bohrerdurchmesser
- 28
- Hauptschneidkante
- 30
- Flanke oder Schneidfase
- 32
- Nebenschneidkante
- 34
- Flanke oder Schneidfase
- 36
- Auslassöffnung
- 38
- Spitze
- 40
- Ecke
- 42
- Keramikeinsatz
- 44
- Breite
- 46
- Tiefe
- 48
- Länge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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