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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Bohrer zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken.
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Bohrer weisen regelmäßig einen sich entlang einer Rotationsachse in Axialrichtung erstreckenden Grundkörper auf. Stirnseitig weist dieser eine Bohrerstirn mit Schneiden auf, die sich üblicherweise bis zu Schneidecken erstrecken, die einen Nennradius des Bohrers definieren. In den Grundkörper sind üblicherweise Spannuten eingearbeitet zum Abtransport der beim Bohren erzeugten Späne. Ausgehend vom Schneideck verläuft entlang der jeweiligen Spannut üblicherweise eine Nebenschneide.
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Es gibt grundsätzlich unterschiedliche Typen von Bohrern beispielsweise einstückige insbesondere Vollhartmetallbohrer oder auch modulare Bohrer, bei denen ein Schneidelement, wie beispielsweise eine Bohrerspitze oder auch Schneidplatten üblicherweise reversibel austauschbar an einem Grundkörper befestigt sind.
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Für eine möglichst hohe Maßhaltigkeit eines mit dem Bohrer erzeugten Bohrlochs ist eine zuverlässige Führung und Rundlaufgenauigkeit des Bohrers von besonderer Bedeutung. Um ein Bohrloch mit definiertem Durchmesser zuverlässig zu erzeugen, weisen Bohrer üblicherweise Führungs- und ergänzend häufig auch Stützfasen auf, die an einem Rücken des Bohrers ausgebildet sind. Unter Rücken wird allgemein der Teil des Bohrers in Umfangsrichtung zwischen zwei aufeinander folgenden Spannuten verstanden. Der Rücken erstreckt sich daher – bezogen auf eine Drehrichtung des Bohrers im Betrieb – von einer vorlaufenden Spannut bis zu einer nachlaufenden Spannut.
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An der Kante des Rückens zur vorlaufenden Spannut ist üblicherweise die sogenannte Führungsfase ausgebildet, die sich entlang der Spannut erstreckt. Diese Kante zur vorlaufenden Spannut kann als Nebenschneide ausgebildet sein.
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Zur nachlaufenden Spannut hin ist am Rücken häufig eine zusätzliche Stützfase angeordnet. Sowohl die Führugsfase und üblicherweise auch die Stützfase erstrecken sich in radialer Richtung bis zum Nennradius und in Drehrichtung typischerweise bogenförmige über einige Winkelgrade.
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Die Führungs- und Stützfasen führen jedoch zwangsläufig zu einer Reibung zwischen der jeweiligen Fase und der Bohrungswand, was insbesondere zu einer Erwärmung und damit thermischen Belastung und somit zu einem frühzeitigen Verschleiß des Bohrers führt.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Bohrer mit hoher Rundlaufgenauigkeit beim Erzeugen eines Bohrlochs anzugeben, welcher nur eine geringe Reibung im Betrieb zeigt und damit eine nur geringe thermische Belastung.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Bohrer mit den Merkmalend es Anspruchs 1. Der Bohrer weist zur Gewährleistung einer möglichst hohen Rundlaufgenauigkeit beim Erzeugen eines Bohrlochs an seinem Rücken eine Führungsfase sowie beabstandet hiervon eine Stützfase auf. Die Führungsfase ist dabei typischerweise unmittelbar benachbart zu einer vorlaufenden Spannut ausgebildet, also entlang einer Kante zur vorlaufenden Spannut. Die Stützfase ist in einem rückwärtigen Bereich des Rückens zur nachlaufenden Spannut hin und insbesondere im letzten Drittel des Rückens ausgebildet. Zwischen der Führugsfase und der Stützfase ist üblicherweise ein durchgehender Freigang ohne weitere Stütz- oder Führungsfasen mit verringertem Radius ausgebildet.
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Um weiterhin die Reibung und damit die thermische Belastung möglichst gering zu halten weist die Stützfase als radial äußersten Bereich lediglich eine Stützkante auf, sodass im Betrieb ein lediglich linienförmiger Kontakt zur Bohrungswand vorliegt. Der Bohrer stützt sich über die Stützfase daher nur linienförmige ab. Im Querschnitt quer zur Rotationsachse betrachtet bildet daher die Stützfase einen Stützpunkt, mit der sie im Querschnitt betrachtet quasi punktförmig an der Bohrungsinnenwand anliegt.
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Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass für die Abstützung zur Gewährleistung der gewünschten hohen Rundlaufgenauigkeit ein linienförmiger Kontakt ausreichend ist, insbesondere derart, dass beim Betrieb die Stützkante sich an der Bohrungswand nicht flächig abstützt.
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Aufgrund der geringeren Abstützfläche – im Vergleich zu herkömmlichen Stützfasen – ist die Presskraft pro Flächeneinheit erhöht, wodurch ein zumindest geringfügiges elastisches Eindringen der Stützkante in die Bohrungswand erfolgen kann. Das heißt durch die Stützkante kann eine elastische Verformung der Bohrungsinnenwand erfolgen.
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Im Unterschied zu herkömmlichen Stützfasen, die sich in Dreh- oder Umfangsrichtung typischerweise über einen Winkelbereich von mehreren Winkelgrade erstrecken, erstreckt sich die Stützkante lediglich über einen Winkelbereich deutlich kleiner als 1° beispielsweise lediglich bis 0,5°. Das heißt lediglich über diesen geringem Winkelbereich zeigt die Stützfase den maximalen Radius, insbesondere Nennradius.
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Zweckdienlicherweise fällt die Stützfase vorlaufend sowie nachlaufend zur Stützkante jeweils ab, sodass sie also lediglich an der Stützkante ihren maximalen Radius ausweist. An die Stützfase schließt sich jeweils ein vorlaufender Flächenbereich sowie ein nachlaufender Flächenbereich an, die jeweils zur Stützkante hin ansteigen. Bei dem – bezogen auf die Drehrichtung – nachlaufenden Flächenbereich handelt es sich dabei vorzugsweise um eine Schlifffläche. Dieser nachlaufende Flächenbereich wird beim Herstellen quasi von hinten in Richtung zu dem vorlaufenden Flächenbereich angeschliffen.
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Zweckdienlicherweise sind vorlaufender Flächenbereich und nachlaufender Flächenbereich unter einem stumpfen Winkel zueinander orientiert. Hierdurch ist die Stützkante insgesamt sehr stumpf und gerade nicht scharfkantig ausgebildet. Dies verhindert, dass beim Bohren Riefen an der Bohrungsinnenwand erzeugt werden. Insgesamt ist dadurch gewährleistet, dass die Stützkante lediglich stumpf an der Bohrungsinnenwand anliegt und gerade keine scharfkantige Kante gebildet ist. Der Begriff „Stützkante“ ist daher nicht im Sinne einer scharfkantigen Kante zu verstehen. Vielmehr wird damit lediglich klargestellt, dass es sich um einen linienförmigen Kontakt in Axialrichtung des Bohrers beim Bohrbetrieb handelt.
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Zweckdienlicherweise liegt dabei der stumpfe Winkel im Bereich zwischen 130° und 175° und insbesondere etwa bei 160°.
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Grundsätzlich wird angestrebt, dass die Stützkante, also der Bereich mit dem maximalen Radius der Stützfase, beispielsweise Nennradius, sich lediglich über einen möglichst geringen Winkelbereich erstreckt. Herstellungstechnisch wird dies durch ein Schleifen des nachlaufenden Flächenbereiches von hinten erzielt. Die Schleifscheibe wird dabei sukzessiv in Richtung zu dem vorlaufenden Flächenbereich verfahren und zwar vorzugsweise soweit, bis die beiden Flächenbereiche unter Ausbildung der Stützkante aneinander anstoßen. Die Stoß- oder Stützkante selbst ist ergänzend beispielsweise noch verrundet, insbesondere rundgebürstet oder rundgestrahlt. Insgesamt bilden – im Querschnitt betrachtet – der vorlaufende sowie der nachlaufende Flächenbereich daher eine Dreiecksfläche mit einer gegebenenfalls verrundeten Dreiecksspitze aus, die die Stützkante bildet.
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Im Rahmen der Schleiftoleranzen beim Herstellungsverfahren kann auch noch eine geringfügige Restbreite der Stützkante ausgebildet sein. Diese Restbreite erstreckt sich in Dreh- oder Umfangsrichtung jedoch wie bereits oben erwähnt allenfalls über einen Winkelbereich von kleiner einem Grad.
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Durch diese Maßnahme weist die Stützkante insgesamt einen Radius auf, welcher maximal und bevorzugt exakt dem Nennradius entspricht.
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Je nach dem Schleifprozess zur Erzeugung der Stützkante liegt die Stützkante beispielsweise auch auf einem Radius etwas kleiner als der Nennradius. In diesem Fall wird der nachlaufende Flächenbereich sogar etwas in den vorlaufenden Flächenbereich hineingeschliffen, sodass also die radiale Höhe der Stützfase beim Einschleifen des nachlaufenden Flächenbereichs reduziert ist.
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Bei einigen Prototypen verjüngt sich der Nenndurchmesser oder Grundkörperdurchmesser in Axialrichtung. Bei einer solchen Ausgestaltung wird unter Nennradius jeweils der maximale Radius des Grundkörpers innerhalb einer jeweiligen Querschnittsebene senkrecht zur Rotationsachse verstanden. Der Nennradius ist dabei typischerweise im Bereich der Führungsfase an der vorlaufenden Spannut definiert.
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Die Stützkante erstreckt sich vorzugsweise entlang der gesamten Spannut, zumindest jedoch über ein Mehrfaches des Nennradiuses.
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Die Stützkante ist vorzugsweise – bezogen auf die Drehrichtung – von der nachfolgenden Spannut beabstandet. Der Winkelabstand der Stützkante zur nachfolgenden Spannut beträgt dabei vorzugweise mehrere Grad, beispielsweise 5 bis 20°.
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Zur Herstellung eines derartigen Bohrers wird wie üblich zunächst ein Rohstab bereit gestellt und auf den Nennradius beziehungsweise Nenndurchmesser rund geschliffen. Danach erfolgt üblicherweise das Einschleifen der Spannuten, wobei zwischen den Spannuten ein Rücken verbleibt. Der Rücken wird anschließend geschliffen, sodass sich zunächst wie herkömmlich eine Führungsfase sowie eine nachfolgende Stützfase ausbilden. Zur Erzeugung der gewünschten Stützkante wird in einem zusätzlichen Schleifschritt nunmehr die Stützfase quasi von hinten, also ausgehend von der nachlaufenden Spannut in Richtung zur vorlaufenden Spannut abgeschliffen, wobei hierbei der nachlaufende Flächenbereich ausgebildet wird.
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Vorzugsweise wird die Schleifscheibe soweit in Richtung der vorlaufenden Spannut und des vorlaufenden Flächenbereichs geführt, dass die beiden Flächenbereiche unmittelbar aneinander anstoßen. Die Stoßkante bildet dann die Stützkante. Insgesamt wird hierdurch das gewünschte stumpfe Dreieck ausgebildet. Ergänzend kann an der Stützkante noch eine Kantenverrundung vorgenommen werden.
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Beschreibung der Figuren
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise schematischen Darstellungen:
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1 Eine ausschnittweise Seitenansicht eines schematisiert dargestellten Bohrers,
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2 eine Aufsicht auf eine vordere Stirnseite des Bohrers gemäß 1 sowie
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3 eine vergrößerte Darstellung des mit einem Kreis in 2 gekennzeichneten Bereichs.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – ein einstückiger Bohrer 2, insbesondere ein Hartmetallbohrer dargestellt. Die nachfolgenden Ausführungen lassen sich jedoch gleichermaßen auch bei modularen Bohrwerkzeugen verwirklichen und sind nicht auf einen einstückigen Bohrer 2 beschränkt.
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Der Bohrer 2 erstreckt sich in Axialrichtung 4 und umfasst einen Grundkörper 6 an dessen Stirnseite eine Bohrerstirn 8 ausgebildet ist. Der Bohrer 2 erstreckt sich dabei entlang einer Rotationsachse 10, um die er im Betrieb in Drehrichtung 12 rotiert.
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Der Bohrer 2 hat weiterhin in den Grundkörper 6 eingebrachte Spannuten 14, die im Ausführungsbeispiel wendelförmig verlaufen. Der Bohrer 2 weist üblicherweise in seinem rückwärtigen Teilbereich einen Spannbereich auf, mit dem er in einer Werkzeugmaschine einspannbar ist. An diesen Spannbereich schließt sich in Axialrichtung 4 nach vorne ein Schneidbereich mit den Spannuten 14 an.
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Die Bohrerstirn 8 kann insgesamt unterschiedlich ausgestaltet sein, je nach Anwendungszweck können beispielsweise unterschiedliche Anschliffe vorgesehen sein. Im Ausführungsbeispiel ist in etwa ein Kegelmantelschliff dargestellt. Grundsätzlich zeigt die Bohrerstirn Hauptschneiden 16, die nach außen zu einem Schneideck 18 verlaufen. Am Schneideck 18 beginnt üblicherweise eine sogenannte Nebenschneide 20, welche entlang der Spannut 14 verläuft. An die Hauptschneide 16 schließt sich jeweils entgegen der Drehrichtung 12 eine Freifläche an, welche üblicherweise zur rückwärtigen, nachfolgenden Spannut 14 abfällt und in diese über geht.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist noch eine sogenannte Ausspitzung 22 zu erkennen, die durch einen separaten Schlurfschritt erzeugt wird, um im Bereich der Bohrstirn 8 einen Bohrerkern zu verjüngen.
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Umfangsseitig weist der Grundkörper 6 zwischen den beiden aufeinander folgenden Spannuten 14 jeweils einen Rücken 24 auf. Entgegen der Drehrichtung 12 schließt sich an das Schneideck 18 sowie an die Nebenschneide 20 zunächst eine Führungsfase 26 an, die typischerweise im Querschnitt betrachtet etwa bogenförmig mit einem Radius verläuft, welcher einen Nennradius r0 entspricht. Die Nebenschneide 20 beziehungsweise Führungsfase 26 definiert dabei an einer jeweiligen Querschnittsebene senkrecht zum zur Rotationsachse 10 jeweils einen positionsabhängigen Nennradius r0. Im Bereich des Schneidecks 18 definiert der maximale Nennradius r0 einen Bohrer-Nennradius r0.
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Entgegen der Drehrichtung 12 ist der Rücken 24 zunächst verjüngt, sodass ein Freigang zwischen dem Nennradius r0 und dem Rücken 24 ausgebildet ist. Zum rückwärtigen Bereich, also in Richtung zu der nachlaufenden Spannut 14, ist eine Stützfase 28 am Rücken 24 ausgebildet. Diese ist im Ausführungsbeispiel – entgegen der Drehrichtung 12 betrachtet – unmittelbar vor der Ausspritzung 22 angeordnet. Alternativ kann sie auch im Bereich der Ausspitzung 22 am Rücken 24 angeordnet sein. Deren spezielle Geometrie wird nunmehr insbesondere im Zusammenhang mit der 3 erläutert:
Wie hieraus zu erkennen ist, weist die Stützfase 28 einen vorlaufenden Flächenbereich 30 auf, welcher in Richtung zum Schneideck 18 beziehungsweise in Richtung zur Nebenschneide 20 also zur vorlaufenden Spannut orientiert ist. Weiterhin weist die Stützfase 28 in Richtung zu der nachlaufenden Spannut 14 einen nachlaufenden Flächenbereich 32 auf. Die beiden Flächenbereiche 30, 32 stoßen unter Ausbildung einer Stützkante 34 aneinander an. Die beiden Flächenbereiche 30, 32 sind dabei unter einem stumpfen Winkel α zueinander orientiert, welcher vorzugsweise größer 130° und beispielsweise bis zu 175° beträgt. Der radial äußerste Punkt der Stützkante 34 weist einen Radius r1 auf, welcher vorzugsweise dem Nennradius r0 entspricht beziehungsweise geringfügig darunter liegt.
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Wie aus der vergrößerten Darstellung der 3 zu entnehmen ist, ist die Stützkante 34 nicht scharfkantig ausgebildet sondern vielmehr gerundet. Insgesamt zeigt die Stützfase 28 daher eine sehr weiche Geometrie wobei gleichzeitig der radial äußerste Bereich entgegen der Axialrichtung 4 beim Bohren für einen quasi linienförmigen Kontakt sorgt. Die Stützkante 34 verläuft dabei – wie insbesondere aus der 1 zu entnehmen ist – parallel zu der Spannut 14. Weiterhin ist aus der Darstellung der 2 zu erkennen, dass die Stützfase 28 um mehr als 10°, im Ausführungsbeispiel um nahezu 30° von der nachlaufenden Spannut 14 beabstandet ist. Die Stützfase 34 ist insbesondere etwa in einem Winkelbereich ausgebildet, bis zu der die Ausspitzung 22 eingeschliffen ist.
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Wie insbesondere im Vergleich mit dem gestrichelten Verlauf des Nennradius r0 zu erkennen ist, ist durch die spezielle Ausgestaltung der Stützfase 28 mit der Stützkante 34 im Querschnitt beziehungsweise in der Aufsicht betrachtet lediglich ein punktförmiger Kontakt zum Nennradius r0 und damit zu einer Bohrungswand eines Bohrlochs im Betrieb erzielt. Sowohl vorlaufend als auch nachlaufend zur Stützkante 34 ist ein deutlicher Freigang zwischen der Umfangskontur des Grundkörpers 6, also zwischen dem Rücken 24 und einer Umfangslinie mit dem den Nennradius r0 erreicht.
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Beim Bohren führt dies dazu, dass zu einer Bohrungswand lediglich ein linienförmiger Kontakt ausgebildet ist. Von besonderer Bedeutung ist auch die stumpfe Ausgestaltung der Stützkante 34, was lediglich zu einem geringfügigen elastischen Ausweichen der Bohrungswand führt, ohne dass in dieser Rillen oder Riefen erzeugt werden.
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Wie speziell aus der 2 zu entnehmen ist, ist die Führungsfase 26 wie eine herkömmliche Führungsfase ausgebildet, die sich – im Vergleich zu der Stützkante 34 – über ein deutlich größeren Winkelbereich mit zumindest weitgehend konstanten Nennradius r0 erstreckt.
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Zur Ausbildung der Stützkante 34 wird der nachlaufende Flächenbereich 32 von hinten durch einen separaten Schleifschritt eingeschliffen. Eine Schleifscheibe wird dabei soweit in Richtung zur vorlaufenden Spannut 14 und damit zum vorlaufenden Flächenbereich 30 geführt, bis quasi der vorlaufende Flächenbereich 30 erreicht wird. Je nach Schleiftoleranz wird der vorlaufende Flächenbereich 30 entweder nicht exakt erreicht oder es wird geringfügig Material vom vorlaufenden Flächenbereich 30 abgeschliffen derart, dass der Radius r1 verringert wird, sodass dieser am Ende kleiner dem Nennradius r0 ist.
