DE3044001C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bohrschraube für harte Werkstoffe, insbesondere für Stahl, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der US-PS 39 33 075 ist eine Bohrschraube bekannt ge­ worden, bei der der mit einem selbstschneidenden Gewinde versehene Schaft eine Bohrspitze aufweist mit zwei Span­ nuten an der Bohrspitze. Die Spannuten haben gleichgroße, entgegengesetzte Winkel in bezug auf die Achse des Schaf­ tes, wobei jede Spannut eine Schneidkante und eine ablau­ fende Fläche aufweist und zwischen den Spannuten Freiflä­ chen verlaufen, die an ihrer Schnittstelle eine Quer­ schneide bilden.

Insbesondere bei Werkstücken hoher Festigkeit kommt es darauf an, daß eine Bohrspitze mit möglichst geringer axialer Kraft gleichwohl schnell eintreibbar ist. Dabei soll ein Brechen der Bohrspitze naturgemäß vermieden wer­ den. Bei der Bohrschraube der eingang genannten Art wird ein großer Teil des Querschnitts der Bohrspitze von den Spannuten eingenommen. Die Bohrspitze hat daher eine ver­ hältnismäßig geringe Festigkeit. Es besteht daher die Ge­ fahr, daß die Bohrspitze bei hochfesten Stählen bricht.

Aus der US-PS 12 94 268 ist eine Bohrschraube zur Anwen­ dung auf Holzschwellen für den Gleisbau bekannt geworden, bei der die Bohrspitze eine gerade Schneidkante aufweist. Die Verwendung einer geraden Schneidkante ist beim Bohren in harten Werkstoffen nicht akzeptabel, weil sie eine hohe Eintreibkraft erfordert mit der Gefahr, daß die Bohrspitze bricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrschrau­ be zu schaffen, die bei relativ geringer Vorschubkraft eine hohe Bohrleistung aufweist und die auch in der Lage ist, gering legierte Stähle zu bohren.

Bei der erfindungsgemäßen Bohrschraube sind speziell aus­ gebildete Spannuten in der Bohrspitze vorgesehen. Sie setzen sich aus einem geraden und einem gekrümmten Ab­ schnitt zusammen, wobei der gerade Abschnitt einen Teil der Schneidkante einschließt. Der gekrümmte Abschnitt ist gleichmäßig gekrümmt.

Die erfindungsgemäße Bohrspitze ist sehr stabil. Der Ab­ stand zwischen den Spannuten hinter der Querschneide ist vergrößert. Die Querschneide kann kürzer gemacht werden, ohne die Gefahr des gegenseitigen Überschneidens der Span­ nuten. Die rinnenartige Konfiguration der Spannut nahe den Freiflächen ermöglicht ein effektives Schneiden auch von sehr harten Werkstoffen bei gleichzeitig günstigem Spanab­ fluß. Die Form der Freiflächen an den Seiten der Schrauben­ mantelfläche wirkt sich ebenfalls positiv beim Bohren von harten Materialien, wie Stahl, aus.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bohr­ schraube sind in den Unteransprüchen angegeben. Diese schließen auch vorteilhafte Werkzeuge zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bohrschraube ein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Bohrschraube nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Endansicht der Schraube nach Fig. 1 von der Linie 2-2.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der in Fig. 2 gezeigten Bohrspitze.

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Bohrspitze senkrecht zur Querschneide bzw. aus der Sicht der Linie 4-4 von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht parallel zur Schneidkante bzw. aus der Sicht von der Linie 5-5 von Fig. 3.

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht von der Linie 6-6 auf Fig. 3, die parallel zur Querschneide verläuft.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht von der Linie 7-7 auf Fig. 3.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 nach Fig. 7, die senkrecht zur Achse einer der Spannu­ ten verläuft.

Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht einer geringfügig abgewan­ delten Ausführungsform einer Bohrschraube nach der Erfindung.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Bohrspitze einer Bohrschraube nach der Erfindung.

Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Bohrspitze einer Bohrschraube nach der Erfindung.

Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht der Darstellung nach Fig. 11 von der Linie 12-12.

Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 12 entlang der Linie 13-13 mit einem Fräser zur Herstellung der Spannuten.

Fig. 14A zeigt einen Rohling in Seitenansicht für eine er­ findungsgemäße Bohrschraube mit einer Spitze, de­ ren Flanken einen Winkel von 90° einschließen.

Fig. 14B zeigt eine Seitenansicht eines Rohlings, dessen Spitze Flanken aufweist, die einen Winkel von 105° einschließen.

Fig. 14C zeigt die Seitenansicht eines Rohlings mit kon­ vexer Spitze und einen Fräser zur Herstellung der Spitze.

Fig. 14D zeigt eine weitere Form einer konvexen Rohlings­ spitze, bei der jede Freifläche aus zwei winkligen Flächen gebildet ist.

Fig. 1 bis 8 zeigen in verschiedenen Ansichten eine bevor­ zugte Ausführungsform einer selbstbohrenden, selbstschnei­ denden Bohrschraube 10, aus denen die genaue Ausbildung einer Bohrspitze 12 entnommen werden kann. Das selbst­ schneidende Gewinde 14 kann von üblicher Ausbildung sein.

Die Bohrspitze 12 wird durch Verwendung verrundeter Schneidvorrichtungen sowohl für die Spannuten als auch für die Zuspitzung gebildet. Die nicht dargestellten Schneid­ vorrichtungen werden beiderseits des Schraubenrohlings so angeordnet, daß ihre Längsachsen unter gleichen, entgegen­ gesetzten Winkeln (im allgemeinen in der Größenordnung von 15°) in bezug auf die Achse des Rohlings verlaufen. Zur Bildung der Spannuten 16 und 18 werden bei der erfindungs­ gemäßen Bohrschraube 10 die Schneidvorrichtungen in den Rohling so eingesenkt, daß ihre Seitenkanten jeder Spannut einen geraden Flächenabschnitt 20 und 22 (s. Fig. 8) ver­ leihen. Die Spannut besitzt dann eine zusammengesetzte Konfiguration, die einen geraden Flächenabschnitt 20 bzw. 22 und einen verrundeten Flächenabschnitt 24 bzw. 26 ent­ hält. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthalten die geraden Abschnitte 20, 22 Schneidkanten 28 und 30, während die verrundeten Abschnitte 24 und 26 ablaufende Flächen 32 und 34 enthalten. Die Mittellinien der Schneid­ vorrichtungen befinden sich oberhalb des Endes des Roh­ lings, so daß der dünnste Teil des Kerns hinter der Spitze liegt.

An der Schnittstelle von Freiflächen 38 und 40 wird eine Querschneide 36 gebildet, die einen spitzen Winkel mit den Schneidkanten 28 und 30 in der Größenordnung von 30° bil­ det. Die Konfiguration der Schneidkanten 28, 30 und der ablaufenden Flächen 32 und 34 gemäß Fig. 2 und 3 ist zwangsläufig eine Summe der Wirkung der Spannuten 16 und 18 und des Anschliffs der Freiflächen 38 und 40.

Um die tatsächliche Konfiguration der Spannuten ohne die Spitze zu veranschaulichen, zeigt Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie 8-8 von Fig. 7, die senkrecht zur Achse der Spannut 16 verläuft. Der gerade oder ebene Abschnitt 20 befindet sich hinter oder unterhalb der radialen Mit­ tellinie (nachfolgend "untermittig" bezeichnet) die parallel zu den beiden Schneidkanten 28 und 30 verläuft. Dies ist eine Folge der Neigung der Spannuten 16 und 18 in bezug auf die Längsachse der Bohrschraube. Der verrundete Abschnitt 24 hat einen gleichmäßigen Krümmungsradius in dieser Ebene, der dem Radius der ihn bildenden Schneidvor­ richtung entspricht. Die Linie 8-8 ist natürlich nicht senkrecht zur Achse der Spannut 18, sondern vorzugsweise unter einem Winkel von 30° dazu geneigt. Fig. 8 zeigt deutlich den Einfluß, den die Spitze zusätzlich haben kann.

Ein weiteres Merkmal der Spannutkonfiguration ist in Fig. 6 dargestellt. Die Schnittstelle der angewinkelten Schneidvorrichtungen mit dem zylindrischen Umfang des Schaftes führt zu gekrümmten vorderen Kanten 42 und 44 der Spannuten 16 und 18. Dies führt in Verbindung mit der kreisförmigen Konfiguration der Schneidvorrichtung zu einer schaufelförmigen Konfiguration in der Nähe der Schneidkanten 28 und 30. Diese Schaufelform trägt dazu bei, daß die Bohrschraube sich selbst in das gebohrte Loch hineinzieht, so daß hierdurch zumindest teilweise die her­ vorragenden Bohreigenschaften bewirkt werden.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Konfigura­ tion zwar so, daß die Schneidkanten sich übermittig befin­ den, jedoch kann durch verminderte Eindringtiefe und eine seitliche Bewegung der Schneidvorrichtungen auch ein un­ termittiger oder mittiger Zustand erreicht werden. Diese alternativen Konfigurationen sind jeweils in Fig. 9 und 10 dargestellt. Bei diesen Ausführungsbeispielen bilden die ablaufenden gekrümmten Flächen 32 und 34 der Spannuten einen Teil der Schneidkanten 28 und 30, so daß die Schneidkanten eine zusammengesetzte Konfiguration erhal­ ten. Bei diesen alternativen Ausführungsbeispielen ist es wichtig, eine verhältnismäßig kurze Querschneide vorzuse­ hen, damit für den Beginn des Bohrvorganges der aufzuwen­ dende Druck gering bleibt.

Fig. 11-13 zeigen einen anderen Aspekt einer Bohrschrau­ be. Bisher wurden spanbrechende Maßnahmen nur bei Bohr­ schrauben mit geschmiedeter Spitze vorgesehen. Bei der ge­ zeigten Ausführungsform erstrecken sich flache Rinnen 46 und 48 in Längsrichtung der Spannuten 16 und 18. Diese eine Spanbrechung bewirkenden Rinnen werden durch ein Fräswerkzeug 50 (Fig. 13) hergestellt. Das Fräswerkzeug 50 besitzt mehrere Zähne 52 (vorzugsweise wird ein Fräswerk­ zeug mit 20 oder 32 Zähnen verwendet). Jeder Zahn 52 hat ein Profil, das aus einem ersten gleichmäßig abgerundeten Teil 54 und einer gekrümmten Rippe 56 mit einem zweiten kürzeren Radius besteht. Die Rippe 56 kann von der axialen Linie in der einen oder der anderen Richtung je nach der gewünschten Konfiguration der Spannut versetzt sein. Es ist zwar nur die obermittige Konfiguration dargestellt, jedoch kann die spanbrechende Rinne auch bei der unter­ mittigen und der mittigen Konfiguration gemäß Fig. 9 und 10 hinzugefügt werden. Ferner sei bemerkt, daß die Konfi­ guration der Fräsvorrichtung modifiziert werden kann, um die Rippen über die Stirnfläche der abgerundeten Zähne zu bewegen, damit die Lage der Rinne innerhalb der Spannut veränderbar ist und der Spanbrecher auf beiden Seiten der Querschneide vorgesehen werden kann.

Wie zuvor erwähnt wurde, ändert sich die Stirnansicht der in Fig. 3, 9 und 10 dargestellten Bohrschraube 10 und ihre Wirkungsweise je nach der an dem Rohling angebrachten Spitze. So kann eine Spitze eine andere bei einem ersten Material übertreffen jedoch nicht bei einem zweiten Mate­ rial. Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß die im wesent­ lichen konvexe Spitze bei dem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 14C andere Spitzengeometrien übertrifft, wenn sie mit der zuvor beschriebenen Spannutenkonfigura­ tion kombiniert wird. Um diese konvexe Spitze zu bilden, wird eine erste, nicht dargestellte Schneidvorrichtung mit konkaven Zähnen verwendet, um einen im wesentlichen drei­ eckigen Teil vom Rohling abzutragen, worauf die Herstel­ lung der Spannuten erfolgt, um die Freifläche 40 zu bil­ den, worauf dann eine zweite Schneidvorrichtung 58 mit konkaven Zähnen 60 die Freifläche 38 und die Querschneide 36 bildet.

Eine alternative, im wesentlichen konvexe Spitzenform ist in Fig. 14D dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Freiflächen jeweils durch zwei ebene Flächen 62 und 64 gebildet, die einen stumpfen Winkel miteinander bilden. Die konvexe Spitze wird bei diesem Ausführungsbei­ spiel wiederum durch zwei Schneidvorrichtungen 66 (von denen nur eine dargestellt ist) gebildet, die Zähne 68 besitzen, deren Umfang durch zwei winklige Abschnitte 70 und 72 gebildet wird. Diese winkligen Abschnitte bilden einen stumpfen Winkel Φ, der im wesentlichen gleich dem Winkel ist, der an der Bohrschraube angebracht werden soll. Vorzugsweise betragen diese Winkel 172 1/2° (gemessen innen an der Bohrschraube und außen an der Schneidvor­ richtung). Hierdurch erhält die durch die Flächen 62 ge­ bildete Spitze einen Winkel, der 15° größer ist als der Winkel, der durch die ebenen Flächen 64 erzeugt wird und beispielsweise 105° anstatt 90° beträgt. Natürlich können auch übliche Bohrspitzen-Winkel von 90° (Fig. 14A) und 105° (Fig. 14B) verwendet werden, wenn dies für bestimmte Anwendungszwecke vorteilhaft ist.

Claims (17)

1. Bohrschraube für harte Werkstoffe, insbesondere Stahl, deren Schaft ein selbstschneidendes Gewinde und eine Bohrspitze enthält, mit zwei Spannuten an der Bohrspit­ ze, die gleich große, entgegengesetzte Winkel in bezug auf die Achse des Schaftes bilden und an gegenüberlie­ genden Seiten von dieser angeordnet sind, wobei jede Spannut eine Schneidkante und eine ablaufende Fläche aufweist und zwischen den Spannuten Freiflächen verlau­ fen, die an ihrer Schnittstelle eine Querschneide bil­ den, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannut (16, 18) aus einem sich von der äußeren Kante des Schaftes nach innen erstreckenden und wenigstens einen Teil der Schneidkante (28, 30) einschließenden geraden Flächen­ abschnitt (20, 22) und einem wenigstens die ablaufende Fläche (32, 34) enthaltenden gekrümmten Flächenab­ schnitt (24, 26) zusammengesetzt ist, und daß der ge­ krümmte Flächenabschnitt (24, 26) in einer Ebene senk­ recht zur Achse der Spannut (16, 18) einen im wesent­ lichen gleichen Krümmungsradius aufweist.

2. Bohrschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Flächenabschnitt (24, 26) einen Teil der Schneidkante (28, 30) einschließt.

3. Bohrschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die geraden Abschnitte der Schneidkan­ ten (28, 30) sich im wesentlichen entlang einer gemein­ samen Durchmesserlinie erstrecken.

4. Bohrschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannuten (16, 18) eine Quer­ schnittsfläche einnehmen, die größer als ein Quadrant ist, wobei sich der gerade Abschnitt der Schneidkanten (28, 30) über die Querschneide (36) hinauserstreckt, bevor er in den gekrümmten Abschnitt übergeht.

5. Bohrschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gerade Abschnitt jeder Schneidkante (28, 30) neben einer zwischen diesen liegenden, durch die Schaftachse gehenden Durchmesserebene liegt, diese aber nicht kreuzt.

6. Bohrschraube nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel zwischen den beiden die Querschneide (36) bildenden Freiflächen (38, 40) 90° beträgt.

7. Bohrschraube nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkel zwischen den beiden Frei­ flächen (38, 40) 105° beträgt.

8. Bohrschraube nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der Freiflächen (38, 40) zwei im wesentlichen ebene Flächen aufweist.

9. Bohrschraube nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Querschneide (36) angrenzenden ebenen Flächen einen Winkel von 105° und die den Schaftdurch­ messer benachbarten ebenen Flächen einen Winkel von 90° einschließen.

10. Bohrschraube nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Freiflächen (38, 40) eine konvexe Form aufweisen.

11. Bohrschraube nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an jeder Spannut (16, 18) spanbrechende Mittel vorgesehen sind.

12. Bohrschraube nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die spanbrechenden Mittel aus einer flachen Rinne (46) bestehen, die sich längs der Spannut (16, 18) etwa parallel zu ihrer Achse erstreckt.

13. Bohrschraube nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit einem Fräser (50) hergestellt ist, der einen um eine mittlere Achse drehbaren Fräs­ körper aufweist, an dessen Umfang sich zahlreiche Schneidzähne (52) befinden, wobei jeder Zahn außen halbrund ausgebildet ist und eine Rippe (56) enthält, die eine gekrümmte Form besitzt, so daß die Schneid­ zähne eine Spannut im Schaft der Bohrschraube erzeu­ gen, deren Form im wesentlichen komplementär zu wenigstens einem Teil eines Schneidzahns ist.

14. Bohrschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß ihre Bohrspitze mit zwei Fräsern (58, 66) hergestellt wird, die einen um eine mittlere Achse drehbaren Fräskörper aufweisen, an des­ sen Umfang sich zahlreiche Schneidzähne (60, 68) be­ finden, wobei jeder Zahn außen eine konkave Form be­ sitzt.

15. Bohrschraube nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Teil der Zähne (60) mit einem gleich­ mäßigen Radius ausgebildet ist.

16. Bohrschraube nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der konkave Teil des Fräsers aus zwei einander schneidenden Flächen gebildet ist, die einen stumpfen Winkel von weniger als 180° bilden.

17. Bohrschraube nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der stumpfe Winkel 172 1/2° beträgt.