DE3751009T2

DE3751009T2 - Selbstzentrierendes bohrwerkzeug mit pilotschneidteil.

Info

Publication number: DE3751009T2
Application number: DE3751009T
Authority: DE
Inventors: Peter Chaconas; Paul Stone
Original assignee: Black and Decker Inc
Current assignee: Black and Decker Inc
Priority date: 1986-08-18
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2007-08-07
Also published as: HK50195A; GB2193913B; EP0315643B1; BR8707775A; GB2193913A; US4968193A; EP0315643A1; DE3751009D1; SG26389G; HK113494A; KR880701602A; WO1988001214A1; GB8719459D0; JPH01503693A; AU626517B2; CA1298994C; ATE117228T1; KR940011919B1; AU7801887A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug zum Schneiden genau geformter, runder Löcher mit gleichmäßigem Durchmesser durch Holz und Metall.

Hintergrund

Einer der gebräuchlichsten Spiralbohrer zum Bohren durch Metall ist am Werkstück-Angriffsende des Bohrers mit einer Meißelkante oder mit einer Querschneide versehen. Die Meißelkante ist senkrecht zur Bohrerachse ausgebildet und erstreckt sich üblicherweise gleichermaßen an den entgegengesetzten Seiten der Bohrerachse. Während die Meißelkante der erste Abschnitt des Bohrers für den Werkstückangriff ist, verlaufen die Schneidkanten typischerweise kegelförmig nach hinten und von den entgegengesetzten Enden der Meißelkante. Bei Verwendung greift die Meißelkante das Werkstück an und bearbeitet den Werkstoff in der unmittelbaren Nähe mehr zu einem Strangpreßstück, als es Späne für das Entfernen bildet. Der bearbeitete Werkstoff gestattet es dem Bohrer mit seiner Bewegung in den Werkstoff des Werkstückes zu beginnen, wodurch die Schneidkanten beginnen, den Werkstoff zu schneiden und entfernbare Späne zu bilden.
Während der Meißelkanten-Spiralbohrer für einige Bohrarbeitsgänge ausreichend ist, liefert er jedoch keine Bohrungen mit genau angeordneten Mittelpunkten oder runde Löcher. So neigt zum Beispiel der Meißelkantenbohrer, der zwei Nuten und zwei Schneidkanten aufweist dazu, von der gewünschten Lage der Bohrung "wegzuspringen", wenn die sich drehende Schneidkante das Werkstück angreift. Weiterhin wird jede Unrundheit des Bohrers oder des Spannfutters, das den Bohrer einspannt, während der Bohroperation des Loches auf das Arbeitsende übertragen. Daraus ergibt sich ein Bohrloch mit Übergröße. Weiterhin haben Spiralbohrer mit einer Meißelkante typischerweise einen relativ großen Kern, der etwas kleiner ist, als die Länge der Meißelkante. Bohrer mit größeren Kernen erfordern eine bedeutende Schubkraft, um den Bohrer in das Werkstück zu zwingen. Die größeren Kerne begrenzen auch den effektiven Raum für die Spanentfernung durch die Nuten, deren radiale Tiefe durch die Kerndicke bestimmt wird.
Es gibt andere Typen von Bohrern oder Lochbildungswerkzeugen mit der Fähigkeit zur Selbstzentrierung. Diese Bohrer oder Werkzeuge haben eine Vielzahl von Mittelpunktspitzen, die einen gewissen Zentrierungsgrad des Bohrers gewährleisten, gefolgt von der eigentlichen Lochschneideinrichtung. Einige Beispiele solcher Werkzeuge sind Vorschneidkantenwerkzeuge, Spitzbohrwerkzeuge, Stangenschlangenbohrer, Kraftbohrwerkzeuge und Zentrierspitzen- Bohrwerkzeuge.
Beim Holzbohren ist es bekannt, Holzbohrer zu verwenden, die Schneidkanten in Fischschwanzform und ein Zentrierstück aufweisen, das zum Beispiel durch eine Zentrierspitze oder einen mit Gewinde versehenen Schneidenkopf gebildet wird, wie es in AU-B- 528 398 offenbart ist. Solche Holzbohrer sind für die Anwendung in Metall vollkommen ungeeignet und würden entweder das Metall nicht schneiden oder brechen.
Beim Metallbohren ist es bekannt, einen abgestuften Bohrer zu verwenden, um zwei Löcher mit unterschiedlichen Durchmessern zu schneiden, z. B. um den Kopf und den Schaft eines Bolzens aufzunehmen. Ein typischer abgestufter Bohrer ist auf Seite 144 der sechsten Ausgabe des Metallzerspanungshandbuches, veröffentlich durch die Metallzerspanungsinstitut, 1969, beschrieben. Zwei der mit abgestuften Bohrern, wie sie in Fig. 1 dieser Literaturquelle gezeigt sind, in Zusammenhang stehenden Probleme sind die, daß sie unregelmäßige Löcher schneiden und zum Bohren einen wesentlichen Druck erfordern.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bohrwerkzeug zum Schneiden von Löchern durch Holz und Metall zur Verfügung zu stellen, das selbstzentrierend ist, einen relativ geringen Druck erfordert, das sich nicht festklemmt oder Bohrgrate an der Durchbruchstelle bildet, das keine Übergangsbelastung oder TaumeIn verursacht und dadurch das Herausbrechen von Ecken vermeidet, das sich beim Bohren nicht festhakt, das Werkstück mit Leichtigkeit durchdringt, wenig empfindlich gegen Bruch ist, einen dickeren Span zur Wärmeabführung von der Schneidkante erzeugt und eine pulverlose, vollständige Abfallbeseitigung sichert, das eine Selbstvorschubfähigkeit aufweist, um die Kennziffer des niedrigen Druckes zu verbessern, ein gratfreies, genau geformtes rundes Loch erzeugt und eine verhältnismäßig lange Lebensdauer aufweist.
Um diese Aufgaben zu lösen, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt des Bohrkörpers mit einer Querschneide mit Vorschneidkanten ausgebildet ist, um ein zweites Loch in das Werkstück zu schneiden, bevor das erste Loch geschnitten wird, und daß die Hauptschneidkanten in einer "Fischschwanz"-Konfiguration angeordnet sind.
Vorzugsweise weist die Querschneide zwei Schneidkanten auf, die bei Benutzung am Werkstück angreifen, bevor die Vorschneidkanten am Werkstück angreifen, um das Bohren des Bohrwerkzeuges einzuleiten, und daß die Schneidkanten voneinander beabstandet, jedoch an der äußeren Spitze des Querschneiden-Schneidteils durch eine kleine Meißelkante verbunden sind.
Vorteilhafterweise ist eine Kehle an einem Übergang zwischen der äußeren Fläche und dem ersten Abschnitt ausgebildet, wobei die Kehle radial nach innen geneigt ist, um eine Hinterschliff-Fläche auszubilden.
Vorzugsweise grenzt eine vordere Kante der Kehle an eine der zugehörigen Hauptschneidkanten an, und die Kehle ist mit einem Radius ausgebildet, der abnimmt, wenn sich die Kehle entgegen der vorderen Kante der Kehle erstreckt.
Vorteilhafterweise hat der zweite Abschnitt zwei diametral gegenüberliegende, abgerundete, äußere Flächen, die sich in axialer Richtung auf ihre zugehörigen Kehlen radial zueinander nach innen verjüngen, um eine nach innen gerichtete Profilverjüngung des zweiten Abschnitts auszubilden.
Vorzugsweise weisen die Nuten ein Paar diametral gegenüberliegender Spiralnuten mit einem zwischenliegenden Kern auf, wobei sich der Kern am freien Ende der Spitze beginnend in Richtung auf das Schaftende radial nach außen ausweitet.
Vorteilhafterweise ist das längsgerichtete Äußere des Bohrkörpers von den Hauptschneidkanten in Richtung auf das Schaftende mit einer radial nach innen gerichteten Verjüngung ausgebildet.
Vorzugsweise ist der Bohrkörper mit flachen, den Hauptschneidkanten nachfolgenden Hinterschliff-Flächen ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist der Bohrkörper mit steilen Hinterschliff- FLächen ausgebildet, die den flachen Hinterschliff-Flächen folgen.
In besonders vorteilhafter Weise sind die Nuten im Bohrkörper spiralförmig mit einem Spiralwinkel von 22,5º ausgebildet; wobei die Hauptschneidkanten mit einem Spitzenwinkel von 190º ausgebildet sind; wobei der Vorbohrdurchmesser 37% des vorgeschriebenen Hauptbohrdurchmessers beträgt; wobei sich der zweite Abschnitt vom ersten Abschnitt in einer Richtung entgegen dem Schaftende über eine vorgeschriebene Länge erstreckt, die 70% des Vorbohrdurchmessers beträgt; wobei die Querschneide mit einem Paar Vorschneidkanten mit einem Spitzenwinkel von 135º ausgebildet ist, wobei der zweite Abschnitt abgerundete, äußere Seitenflächen aufweist, die sich mit einem Verjüngungswinkel von 1,5º in Richtung auf den ersten Abschnitt erstrecken; und wobei die äußeren Seitenflächen von deren vorderen Kante radial nach innen gerichtet abgeschrägt sind, um einen zweiten Hinterschliff auszubilden.
USS-A-3,592,555 offenbart ein selbstzentrierendes Bohrwerkzeug, bestehend aus: einem länglichen Bohrkörper mit einem Schaftende und einem Arbeitsende; wobei im Bohrkörper Nuten ausgebildet sind, die sich bis zu einem freien Ende des Bohrkörpers am Arbeitsende erstrecken; wobei das Arbeitsende mit einem Hauptschneidabschnitt eines vorgeschriebenen Hauptbohrdurchmessers ausgebildet ist und Hauptschneidkanten zum Schneiden eines ersten Loches in ein Werkstück aufweist; wobei eine Führungsspitze am Arbeitsende ausgebildet ist mit Vorschneidkanten eines Durchmessers kleiner als der Hauptbohrdurchmesser zum Schneiden eines zweiten Loches in das Werkstück, bevor das erste Loch geschnitten wird und wobei die Führungsspitze mit mindestens einer äußeren Seitenfläche ausgebildet ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Fläche mit dem Hauptschneidabschnitt integriert verbunden ist, eine Kehle an einem Übergang der äußeren Seitenfläche ausgebildet ist; und sich der Hauptschneidabschnitt radial nach innen gerichtet abschrägt, wenn sich die Kehle entgegen der vorderen Kante der äußeren Seitenfläche erstreckt, um in der Kehle einen radialen Hinterschliff auszubilden.
Vorzugsweise enthält die Kehle eine gerundete Fläche zwischen einer vorderen Kante und einer darauf folgenden Ecke, die sich an die äußere Seitenfläche und eine Hinterschliff-Fläche einer zugehörigen Hauptschneidkante anschließt und dazwischen gekrümmt ist, wobei die gerundete Fläche einen Krümmungsradius aufweist, der abnimmt, wenn sich die Kehle von der vorderen Kante zur nachfolgenden Ecke erstreckt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend in Form eines Beispiels Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Bohrwerkzeugs, das bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert;
Fig. 2 eine Perspektivansicht eines Arbeitsendes eines Bohrwerkzeuges von Fig. 1, das verschiedene Flächen und Kanten des Bohrwerkzeuges zeigt, das bestimmte Prinzipien der Erfindung verkörpert;
Fig. 3 eine Endansicht des Arbeitsendes des Bohrwerkzeuges von Fig. 2, die die allgemeine Anordnung der Flächen und Kanten des Arbeitsendes zeigt;
Fig. 4 eine Perspektivansicht des Arbeitsendes des Bohrwerkzeuges von Fig. 2, das zusätzlich Flächen und Kanten des Arbeitsendes zeigt, das bestimmte Prinzipien der Erfindung verkörpert;
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 3 und entlang einer Hauptschneidkante am Arbeitsende des Bohrwerkzeuges, der insbesondere die Kontur der Schneidkantenabschnitte und bestimmte andere Kanten des Arbeitsendes darstellt;
Fig. 6 eine partielle Seitenansicht des Bohrwerkzeuges, die das Arbeitsende in einer besonderen Ausfluchtung zeigt;
Fig. 7 eine partielle Seitenansicht des Bohrwerkzeuges, die das Arbeitsende in einer Ausfluchtung zeigt, die um neunzig Grad gegenüber der in Fig. 6 gezeigten Ausfluchtung gedreht ist;
Fig. 8 eine partielle Seitenansicht des Bohrwerkzeuges von Fig. 7, die eine Vielzahl von wichtigen Parametern des Arbeitsendes des Bohrwerkzeuges in Übereinstimmung mit bestimmten Prinzipien der Erfindung darstellt;
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 von Fig. 7, der den radialen Hinterschliff einer Führungsspitze des Arbeitsnedes in Übereinstimmung mit bestimmten Prinzipien der Erfindung zeigt; und
Fig. 10 bis 13 sind partielle Seitenansichten, die das Bohrwerkzeug von Fig. 1 beim Bohren eines Loches in ein Werkstück zeigen.

Bevorzugte Ausführungsart der Erfindung

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Stufen-Bohrwerkzeug 20 zum Schneiden einer Vielzahl von Werkstoffen, wie z. B. von Metall, Holz, Plaste, Laminaten, Rohren mit einem länglichen Bohrkörper 22 ausgebildet, der eine Längsachse hat und aus Schnelldrehstahl hergestellt ist. Der Bohrkörper ist mit einem Schaftende 24, einem Arbeitsende 26 und einem mit Nuten versehenen Abschnitt 28 zwischen dem Schaftende und dem Arbeitsende ausgebildet. Das Schaftende 24 hat einen runden Schaft 3O, der sich vom Ende des Bohrkörpers 22 zu einem Ende des mit Nuten versehenen Abschnittes 28 erstreckt. Das Arbeitsende 26 besitzt einen "Fischschwanz"-Schneidabschnitt 32 mit einem Hauptbohrdurchmesser und einen Führungsspitzenabschnitt 34 mit einem Vorbohrdurchmesser, der kleiner ist als der Hauptbohrdurchmesser. Der mit Nuten versehene Abschnitt 28 ist mit einem Paar von Spiralnuten 36 versehen, die unter einem vorgeschriebenen Steigungswinkel ausgebildet sind und die am inneren Ende des Schaftes 3O beginnen und sich bis zum äußeren Ende des Arbeitsendes 26 erstrecken.
Bezugnehmend auf Fig. 2 und 3 ist der Führungsspitzen-Schneidabschnitt 34 des Bohrkörpers 22 mit einer Führungsspitze 38 versehen, die integriert mit dem "Fischschwanz"-Schneidabschnitt 32 ausgebildet ist und sich über eine kurze Entfernung über den "Fischschwanz"-Schneidabschnitt 32 hinaus erstreckt. Weiterhin ist die Führungsspitze 38 an ihrem spitzen Ende mit einer konventionellen Querschneide ausgebildet, die beabstandete Schneidkanten 40 und 42 mit einer kleinen Meißelkante 44 dazwischen aufweist.
Die Vorschneidkanten 46 und 48 sind an der Führungsspitze 38 hinter den Schneidkanten 40 bzw. 42 und hinter den Schneidkanten 46 bzw. 48 mit Schneid-Hinterschliff-Flächen 50 und 52 ausgebildet, um den erforderlichen Hinterschliff zu gewährleisten. Die steilen Flächen 54 und 56 sind vorn an den Schneidkanten 40 bzw. 42 ausgebildet, um die Bildung der Schneidkanten zu sichern. Die Führungsspitze 38 ist mit einer gerundeten äußeren Fläche 58 (Fig. 2) und 60 (Fig. 4) in einer axialen Richtung an den entgegengesetzten Seiten der Führungsspitze versehen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die äußere Fläche 58 mit einer vorderen Kante 62 und einer hinteren Kante 64 ausgebildet. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist die äußere Fläche 60 mit einer vorderen Kante 66 und einer hinteren Kante 68 ausgebildet.
Bezugnehmend auf Fig. 2 und 4 sind die äußeren Flächen 58 und 60 normalerweise gerundet, jedoch radial nach innen gekrümmt, wenn sich die äußeren Flächen von den vorderen Kanten 62 und 66 zu den hinteren Kanten 64 bzw. 68 erstrecken. Das ist deutlicher in Fig. 9 dargestellt, wo die äußeren Flächen 58 und 60 als radial nach innen in einem echten Kreis gekrümmt dargestellt sind, der als gestrichelte Linie 70 gezeigt ist, dargestellt durch den radialen Hinterschliff "RR". Auf diese Weise sind die radialen Hinterschliff-Flächen für die vorderen Kanten 62 und 60 durch die äußeren Flächen 58 bzw. 60 ausgebildet.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Arbeitsendes 26 und zeigt die verschiedenen Parameter des Bohrwerkzeuges 20. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist jede der äußeren Flächen 58 und 60 in axialer Richtung durch die Ausbildung einer verjüngten Spanfläche oder einer radial nach innen gerichten Führungs-Profilverjüngung "BT" , vom Spitzenende des Arbeitsendes 26 bis zur Basis der Führungsspitze 38, hinterschliffen.
Bezugnehmend auf Fig. 2 ist der "Fischschwanz"-Schneidabschnitt 32 mit einem Paar von Hauptschneidkanten 72 und 74 und mit Schneidlippen-Hinterschliff-Flächen 76 bzw. 78 ausgebildet, um den Schneidabschnitt mit einer "Fischschwanz"-Konfiguration (Fig. 7) des Typs, wie sie normalerweise für Bohrlöcher in dünnen Metallblechen zur Anwendung kommt, zu bilden. Die steilen Hinterschliff-Flächen 80 und 82 sind ebenfalls am "Fischschwanz"- Schneidabschnitt 32 während des Zeitraumes ausgebildet, in dem die steilen vorderen Flächen 54 und 56 an der Führungsspitze 38 ausgebildet werden. Die Ausbildung der flachen Hinterschliff- Flächen 76 und 78 hat die Ausbildung der hinteren Kanten 84 bzw. 86 zur Folge.
Während der Bildung der verschiedenen Hinterschliff-Flächen ist jede der Hauptschneidkanten 72 und 74 mit einem Abschnitt mit Abschrägungen in Richtung des Arbeitsendes 26 ausgebildet, wenn die Schneide die Führungsspitze 38 erreicht. So beginnt zum Beispiel, wie deutlicher in Fig. 4 gezeigt ist, die Schneidkante 74 an einem äußeren Punkt 88 und verläuft in Richtung zur Führungsspitze 38. Zwischen dem äußeren Punkt 88 und der Führungsspitze 38 beginnt sich die Schneide 74 zum Arbeitsende hin zu krümmen, um danach einen großen Radius an einer vorderen Kante 90 einer Kehle 92 zu bilden, wo die Schneide mit der vorderen Kante 66 der Äußeren Fläche 60 der Spitze zusammenläuft. Das ist klar aus Fig. 5 ersichtlich, in der die Tangenten 94 die nach oben gekrümmte Schneidkante 74 und die vordere Kante 66 zeigen. Es ist zu bemerken, daß ein Abschnitt der Schraffierung in Fig. 5 weggelassen wurde, damit die Tangenten 94 und die Art und Weise, in der sich die Schneidkante 74 nach oben krümmt, deutlich erkennbar sind.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 erstreckt sich die Schneidkante 72 von einem äußeren Punkt 96 aus und verläuft dann in gleicher Weise in einem großen Radius an einer vorderen Kante 98 einer Kehle 100, wo die Schneide mit der vorderen Kante 62 der äußeren Fläche 58 der Führungsspitze 38 zusammenläuft.
Bezugnehmend auf Fig. 2 und 4 beginnt jede der Kehlen 92 und 100 an den vorderen Kanten 90 bzw. 98, mit einem großen Radius, so wie der, der in Fig. 5 dargestellt ist. Da sich die Kehlen 92 und 100 von den Vorderkanten 90 bzw. 98 nach rückwärts neigen, wird der Radius fortschreitend kleiner, bis die Kehlen in fast rechteckigen nachfolgenden Ecken 102 bzw. 104 enden. Zusätzlich hat jede der Kehlen 92 ünd 100 eine radial von den vorderen Kanten 90 und 98 nach ihnen zu den nachfolgenden Ecken 102 bzw. 104 verlaufende Neigung in der gleichen Weise, wie die äußeren Flächen 58 bzw. 60. Auf diese Weise sind die Kehlen 92 und 100 in Bezug auf die Achse des Bohrkörpers 22 radial hinterschliffen, um einen Hinterschliff für die vorderen Kanten 90 bzw. 98 auszubilden.
Somit ist ein fortlaufender, nachfolgender Hinterschliff hinter allen vorderen Arbeits-Angriffskanten vorgesehen. So sind zum Beispiel alle Flächen des Bohrkörpers 22, die der Hauptschneidkante 74 folgen, die vordere Kante 90 der Kehle und die vordere Kante der Führungsspitze 66 in der vorher angeführten Weise hinterschliffen, so daß beim Bohren eines Loches in ein Werkstück mit dem Bohrwerkzeug diese Folgefläche die Wandungen des Loches nicht angreifen und nicht an ihnen reiben. Gleichermaßen sind alle Flächen, die der Schneidkante 72 folgen, die vordere Kante 98 der Kehle und die vordere Kante 62 der Führungsspitze wie beschrieben hinterschliffen, so daß, wenn das Bohrwerkzeug 20 verwendet wird, um ein Loch in ein Werkstück zu bohren, diese Folgeflächen die Wandungen des Loches nicht berühren und nicht an ihnen reiben.
Bezugnehmend auf Fig. 1 und 2 ist der Bohrkörper 22 an den Schneidenrücken 108 des Bohrkörpers, wo die Schneidenrücken an die Nuten 36 angrenzen, in einer konventionellen Weise mit den Fasen 106 versehen.
Bezugnehmend auf Fig. 6, 8 und 9 ist das Arbeitsende 26, wie abgebildet, mit den verschiedenen Flächen und den Schneidelementen in seinen Abmessungen so gestaltet, daß ein vergrößertes Bohrwerkzeug mit erhöhter Leistungsfähigkeit beim Ausbilden eines Loches in einem Werkstück entsteht. Die Parameter der dargestellten Abschnitte des Bohrkörpers 20 verbinden eine wirksame Schneidfähigkeit des Bohrwerkzeuges mit einem großen Hinterschliff beim Schneiden, um jegliches Reiben an den Wandungen des Loches auszuschließen.
Bezugnehmend auf Fig. 8 ist die Führungsspitze 38 mit einem Spitzenwinkel "TA" ausgebildet, der in der bevorzugten Ausführung 2,36 Radiant (135º) beträgt. Der Durchmesser "d" der Führungsspitze 38 beträgt 37% des Hauptbohrdurchmessers "D" des Bohrkörpers 22, während die Höhe oder Länge "L", der Führungsspitze 70% des Führungsspitzendurchmessers "d" ausmacht. Unter Bezugnahme auf die nachfolgende Tabelle der Parameter ist zum Beispiel ein 1,27 cm (1/2 Zoll) - Bohrwerkzeug mit einem Führungsspitzendurchmesser von 0,4699 cm (0,185 Zoll) und mit einer Führungsspitzenlänge von 0,3276 cm (0,129 Zoll) ausgebildet.
Wegen des kleinen Hauptbohrdurchmessers der 0,3175 cm (1/8 Zoll) bis 0,4762 cm (3/16 Zoll)- Bohrwerkzeuge basieren der Führungsspitzendurchmesser "d" und die Führungsspitzenlänge "L" dieser Bohrkörper auf größeren Prozentfaktoren als die restlichen Bohrwerkzeuggrößen in der Tabelle. Tabelle der Parameter des Bohrwerkzeugs 20 in Zentimetern und Radiant Durchmesser Länge Nutenlänge Hinterschliffdurchmesser Kernspitze Toleranz Schneidenrücken
Der Winkel der nach innen gerichteten Profilverjüngung "BT" der Führungsspitze 38 beträgt 0,026 Radiant (1,5º) mit einer Toleranz von plus oder minus 0,009 Radiant (0,5º). Bezugnehmend auf Fig. 9 ist die Radialhinterschliffabmessung "RR" an den Folgekanten 64 und 68 der äußeren Flächen 58 bzw. 60 0,0193 cm (0,0076 Zoll) mit einer Toleranz von plus oder minus 0,0063 cm (0,0025 Zoll).
Erneut auf Fig. 8 bezugnehmend überschreitet der Spitzenwinkel "FA" der Hauptschneidkanten 72 und 74 3,142 Radiant (180º), um eine "Fischwanz"-Konfiguration zu erhalten. Bei der bevorzugten Ausführung beträgt die Spitzenwinkel "FA" 3,316 Radiant (190º). Bezugnehmend auf Fig. 6 beträgt der Schneidenhinterschliffwinkel "f" der Hinterschliff-Flächen 76 und 78 für die Hauptschneidkanten 72 bzw. 74 0,209 Radiant (12º) mit Ausnahme des 0,3175 cm (1/8 Zoll) - Bohrers, der einen Schneidenhinterschliffwinkel "f" von 0,2441 Radiant (14º) aufweist.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist das Bohrwerkzeug 20 mit einem verhältnismäßig flachen oder kleinen Steigungswinkel "HA" ausgebildet. In der bevorzugten Ausführung beträgt der Steigungswinkel "HA" für das Bohrwerkzeug 20 0,393 Radiant (22,5º) mit einer Toleranz von plus oder minus 0,026 Radiant (1,5º). Der flache oder niedrige Steigungswinkel ermöglicht es, daß das Bohrwerkzeug 20 sowohl für das Bohren von Holz als auch von Metall verwendet werden kann. Bohrwerkzeuge, die normalerweise für das Bohren von Metall verwendet werden, haben größere Steigungswinkel. Wenn Metallbohrwerkzeuge für das Bohren von Holz verwendet werden, bewirkt der größere Steigungswinkel, daß das rotierende Werkzeug periodisch in einen übermäßigen Selbstvorschub-Prozeß eintritt, wonach der die Bohrung Ausführende ein "Springen" fühlt. Bei dem kleinen Steigungswinkel des Bohrwerkzeuges 20 fühlt der die Bohrung Ausführende einen sanften Vorschub, insbesondere in Holz, ohne einen übermäßigen Selbstvorschub.
Weiterhin ist, wenn ein Bohrwerkzeug beim Bohren eines Loches durch die gegenüberliegende Seite eines Werkstückes bricht, für das Werkzeug die Neigung vorhanden, sich mit schnellem Selbstvorschub durch das gebohrte Loch zu bewegen. Das gilt insbesondere für Bohrwerkzeuge mit hohen Steigungswinkeln. Beim Bohrwerkzeug 20 mit dem kleinen Steigungswinkel ist der unerwünschte Selbstvorschub des Bohrwerkzeuges beim Durchbrechen bedeutend reduziert.
Wie in Fig. 10 und 11 gezeigt ist wird das Vorschneidkantenende der Führungsspitze 38 in ein Werkstück 110 bewegt, um eine Zentrierung oder eine zweite Bohrung 112 zu bilden, die die Stabilisierung für das Bohrwerkzeug 20 bei der Endausführung der größeren oder ersten Bohrung 114 durch die Schneidkanten 72 und 74 zu sichern. Somit weist die Führungsspitze 38 alle Vorteile einer Vorschneidkantenspitze auf, die das Zentrieren des Bohrwerkzeuges 20 verstärkt und ein Mittel für die Spanbildung und Spanbeseitigung ist, insbesondere wenn man sie mit einer konventionellen Meißelkante vergleicht, die dazu neigt, eher die Werkstückfläche direkt zu bearbeiten und ein Extrudat des Werkstückmaterials als Späne zu bilden. Weiterhin neigt eine Meißelkante dazu, auf der Werkstückoberfläche quer zu "springen" oder zu "laufen", insbesondere wenn dort kein Zentrierpunktloch vorhanden ist, um das Meißelkantenwerkzeug zu führen. Daher sichert das Vorschneidkantenende der Führungsspitze 38 eine wesentliche Anfangszentrierung und -stabilisierung des Werkzeuges 20 beim Bohren des Loches 114.
Weiterhin wird, wenn die Bohreinheit oder die Bohrmaschine zum Drehen des Bohrwerkzeuges 20 ein unrundes Bohrfutter aufweist, die Führungsspitze 38 taumeln, bevor die Führungsspitze das Werkstück 110 angreift. Das Taumeln des Bohrwerkzeuges 20 würde sich auf die Ausbildung des Loches 114 übertragen, das ebenfalls unrund werden würde. Wenn jedoch die Führungsspitze 38 das Werkstück 110 angreift, stabilisiert die Führungsspitze sofort das Arbeitsende des Bohrwerkzeuges 20, um eine stabilisierte Ausbildung der Löcher 112 und 114 zu sichern.
Nachdem sich die Führungsspitze 38 im Werkstück 110 stabilisiert hat, ist kein Taumeln am Arbeitsende 26 und an den Hauptschneidkanten 72 und 74 vorhanden. Ohne Taumeln der Hauptschneidkanten 72 und 74 wirkt auf die Ecken oder Spitzen 96 bzw. 98 der Schneidkanten keine Übergangsbelastung und die Ecken brechen daher nicht aus.
Da die Führungsspitze 38 das Bohrwerkzeug 20 stabilisiert hat, bilden die Führungsspitze und der Fischschwanzschneidabschnitt 32 ein vollkommen rundes Loch. Da es in diesem Bereich kein Taumeln des Bohrwerkzeuges 20 gibt, bewegen sich die Ecken der Führungsspitze 38 und der Fischschwanzabschnitt 32 über den kürzesten Weg, der für das Bohren der Löcher 112 bzw. 114 erforderlich ist. Das erhöht die Lebensdauer des Bohrwerkzeuges 20 im Vergleich zu einem Bohrwerkzeug, das nicht stabilisiert ist und bei dem sich die Spitzen eines solchen Bohrwerkzeuges über einen längeren Weg bewegen müssen, um die gleiche gewünschte Lochgröße zu bohren, die jedoch in Wirklichkeit wegen des Taumeleffekt auf Grund der Unrundheit größer gebohrt ist.
Einige Bohrwerkzeuge sind mit einer radial nach innen gerichteten Profilverjüngung an den Fasen und Schneidenrücken ausgebildet, die am Arbeitsende des Werkzeugs beginnt und sich entlang dem Nutenteil des Werkzeugschaftes erstreckt. Typischerweise weisen die Bohrwerkzeuge eine Profilverjüngung von 0,0020 cm pro 2,54 cm (0,0008 Zoll pro Zoll) der Bohrwerkzeuglänge auf. Diese Verjüngung schwächt das Taumeln ab, das an Zwischenabschnitten des Werkzeuges auftreten kann, wenn das Werkzeug die gebildeten Abschnitte des Loches passiert, wobei das Taumeln nicht über die festgelegte Verjüngung hinausgeht. In der bevorzugten Ausführung des Bohrwerkzeuges 20 beträgt die radial nach innen gerichtete Profilverjüngung für den mit Nuten versehenen Abschnitt 28 0,00254 cm pro 2,54 cm (0,001 Zoll pro Zoll) der Bohrwerkzeuglänge mit einer Toleranz von plus oder minus von 0,000254 cm (0,0001 Zoll). Das verringert weiterhin jede Gelegenheit zum Taumeln in einem Zwischenabschnitt des Bohrwerkzeuges 20 und dadurch mit den Wänden des gebildeten Teils des Loches 114 in Berührung zu kommen und an ihnen zu reiben. Effektiv wird dann weniger Kraft benötigt, um das Bohrwerkzeug 20 durch das Loch 114 zu bewegen.
Wie in Fig. 3 dargestellt, ist an der Stelle, an der die Wand einer der Nuten 36 der Wand der anderen Nut am nächsten ist, die Dicke des Kernes 116 des Bohrwerkzeugs 20 "W". Bohrwerkzeuge mit dicken Kernen erfordern wegen der notwendigen Bohrmeißellänge eine bedeutende Kraft oder Vorspannung, um das Bohrwerkzeug durch ein Werkstück zu bewegen. In der bevorzugten Ausführung des Bohrwerkzeuges 20 ist der Kern 116 an der Spitze des Arbeitsendes 26 des Werkzeugs relativ dünn. Die Dicke "W" des Kerns 116 an der Führung des Werkzeugs 20 beträgt etwa 15% des Hauptbohrdurchmessers mit einer Toleranz von plus oder minus 0,051 cm (0,002 Zoll). So ist zum Beispiel, wie in der vorherigen Tabelle der Parameter angegeben, die Kerndicke an der Führung des 0,4366 cm (11/64 Zoll) - Bohrers 0,066 cm (0,026 Zoll). Das entspricht 15% des Hauptbohrdurchmessers von 0,4366 cm (0,1719 Zoll). Weiterhin vergrößert sich in der bevorzugten Ausführung des Bohrwerkzeugs 20 die Dicke des Steges 116 vom Arbeitsende 26 in Richtung zum Schaft 30 radial nach außen um 0,061 cm (0,024 Zoll) pro Zoll der Bohrwerkzeuglänge mit einer Toleranz von plus oder minus 0,076 cm (0,003 Zoll). Diese Abschrägung gestattet es, daß der Steg 116 am Arbeitsende 26 dünner ist. Dadurch wird der erforderliche Druck oder die erforderliche Vorspannung verringert und die Festigkeit in den Folgeabschnitten des Bohrwerkzeugs 20 wird größer.
Bezugnehmend auf Fig. 11 sind, wenn das Bohrwerkzeug 20 in das Werkstück 110 bewegt wird, die äußeren Punkte 96 und 88 (Fig. 4) der Kanten 72 bzw. 74 die ersten Abschnitte des "Fischschwanz"- Schneidabschnittes 22, die das Werkzeug angreifen und die äußeren Punkte beginnen einen kreisförmigen Anriß in das Werkzeug zu schneiden. Sich daraus ergebend schneiden und bilden die Schneidkanten 72 und 74 Späne aus dem Werkstückmaterial, das zwischen dem durch die Führungsspitze 38 ausgebildeten Loch 112 und den durch die Punkte 96 und 98 der Schneidkanten ausgebildeten Anriß verbleibt. Wenn sich das Bohrwerkzeug 20 weiter durch das Werkstück 110 bewegt, bleibt das Arbeitsende 26 des Bohrwerkzeugs 20 durch die Selbstzentrierungsfähigkeit der Führungsspitze 38 stabilisiert. Weiterhin befinden sich die Punkte 96 und 88 der Schneidkanten 72 bzw. 74 immer axial vor den restlichen Abschnitten des "Fischschwanz"-Schneidabschnittes 32 und schneiden und formen ein glattwandiges Loch und nicht ein rauhes, gratiges Loch des Typs, der normalerweise durch die meisten konventionellen Spiralbohrer ausgebildet wird.
Weiterhin erfordert wegen der verschiedenen Hinterschliffe und der minimalen Kerndicke an der Führungsspitze 38 und am "Fischschwanz"-Schneidabschnitt 32, ein durchgehendes Bohren der Löcher 112 und 114 ebenfalls nur noch eine geringe Druck-oder Vorschubkraft. Das wird weiterhin durch die radial nach innen gerichteten VerjÜngungen der Schneidrücken 106 und Fasen 108 im mit Nuten versehenen Abschnitt 28.
Weil die Punkte 96 und 88 dem Rest des "Fischschwnaz"-Abschnittes 32 vorauseilen, wird aus dem letzten Teil des Materials des Werkstückes 110 bei der Ausbildung des Loches ein Kernbohrstück 118 (Fig. 12) herausgeschnitten. Der Kernbohreffekt bewirkt eine relativ gratfreie öffnung unten am Loch 114, verglichen mit den typischen mit Graten versehenen Öffnungen, die durch konventionelle Spiralbohrer mit Spitzenwinkeln von weniger als 3,142 Radiant (180º) ausgebildet werden. darüber hinaus schließen der niedrige Steigungswinkel "HA" und die "Fischschwanz"-Konfiguration des Schneidabschnitts 32 ein Verklemmen und Hängenbleiben des Bohrwerkzeuges beim "Durchbrechen" des Werkstücks 110 beim Ausbilden des Loches 114 aus. Da die äußeren Flächen 58 und 60 der Führungsspitze 38 mit einer nach innen gerichteten Profilverjüngung ausgebildet sind, wie durch den Winkel "BT" (Fig. 8) angegeben ist und mit einem radialen Hinterschliff, dargestellt durch das Maß "RR" (Fig. 9), versehen sind, sind die vorderen Kanten 62 und 66 die einzigen Teile der Führungsspitze, die dazu neigen, das Kernbohrstück 118 abzustützen, nachdem das Stück aus dem Werkstück 110 herausgeschnitten wurde. Durch die Radien der Kehlen 100 und den vorher angeführten Hinterschliff trennt sich das Kernbohrstück 118 leicht vom Bohrwerkzeug 20, wie in Fig. 13 dargestellt ist und wird nicht mit dem Bohrwerkzeug transportiert, wenn das Werkzeug durch das neu ausgebildete Loch 114 zurückgezogen wird.
Bei Verwendung eines konventionellen Meißelkantenbohrers ist eine relativ große Druckkraft erforderlich, um den Bohrer durch das Werkstück zu bewegen. Das ist teilweise darauf zurückzuführen, daß einen Gegenkraft wirkt, die zu überwinden ist, wenn die relativ langen Schneidkanten des konventionellen Meißelkantenbohrers in das Werkstück schneiden.
Im Vergleich zum konventionellen Meißelkantenbohrer ist bei Verwendung des Bohrwerkzeugs 20 weniger Druckkraft erforderlich, weil teilweise die wirksame kombinierte Länge der Schneidkanten 46, 48, 72 und 74 geringer ist, als die wirksame kombinierte Länge der Schneidkanten des Meißelkantenbohrers. Somit wird bei Verwendung des Bohrwerkzeugs 20 eine relativ geringe Gegenkraft entwickelt und es ist daher eine relativ geringe Druckkraft durch den die Bohrung Ausführenden aufzubringen. Das ist ein deutlicher Vorteil des Bohrwerkzeugs 20 gegenüber dem konventionellen Meißelkantenbohrer.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß das Bohrwerkzeug 20 so konstruiert ist, daß eine optimal geringe Druckkraft oder Vorspannung, zum Beispiel eine geringe Handvorschubkraft durch den die Bohrung Ausführenden aufgewendet werden muß, um das Werkstück vergleichsweise schneller als die Bohrwerkzeuge zu durchdringen. Das minimiert die Zeit, die das Bohrwerkzeug 20 beim Bohren eines Loches braucht und dadurch erhöht sich die vergleichsweise Lebensdauer des Werkzeugs. Die Lebensdauer des Bohrwerkzeuges wird weiterhin durch die dicken, ungebrochenen Späne erhöht, die Wärme aus dem Arbeitsbereich ableiten und durch eine Führungsspitzenkonstruktion, die, wie vorher erwähnt, eine Übergangsbelastung auf die Kanten ausschließt.
Die verschiedenen Konstruktionsmerkmale verhindern weiterhin ein Festhaken beim Durchbruch und sichern ein im wesentlichen gratfreies, vollkommen rundes Loch mit einer ausgezeichneten Fertigbearbeitung der Lochwandung.
Somit ist das Bohrwerkzeug 20 geometrisch so ausgelegt, daß es selbstzentrierend ist, eine geringe Druckkraft erfordert, nicht festklemmt und beim Durchbruch keinen Grat ausbildet, keine Übergangsbelastungen oder ein Taumeln am Arbeitsende 26 erzeugt und somit ein Ausbrechen von Kanten verhindert, beim Bohren nicht hängenbleibt, das Werkstück leicht durchdringt, wenig bruchanfällig ist, dickere Späne für die Wärmeverteilung und vollständige Abfallbeseitigung erzeugt, eine ausgewuchtete Selbstvorschubfähigkeit erzeugt, um den Kennwert der geringen Druckkraft zu verbessern, ein gratfreies und genau geformtes rundes Loch erzeugt und eine vergleichsweise längere Lebensdauer des Bohrers sichert.

Claims

1. Bohrwerkzeug zum Schneiden genau geformter, runder Löcher durch Holz und Metall, das eine Stufenbohrer-Anordnung hat und einen länglichen Bohrkörper (22) mit einem Schaftende (24), einem zwischenabschnitt (28) und einem Arbeitsende (26) aufweist; wobei das Schaftende (24), der Zwischenabschnitt (28) und das Arbeitsende (26) im Bohrkörper (22) integriert ausgebildet sind; wobei im Bohrkörper (22) Nuten (36) ausgebildet sind, wobei jede einzelne Nut (36) eine durchgehende, ununterbrochene Fläche hat, die sich von einem Übergang zwischen dem Schaftende (24) und dem Zwischenabschnitt (28) bis zu einem freien Endschneidteil (38) am Arbeitsende (26) des Bohrkörpers (22) erstreckt; wobei das Arbeitsende (26) des Bohrkörpers mit einem ersten Abschnitt (32) eines vorgeschriebenen Hauptbohrdurchmessers (D) ausgebildet ist und Hauptschneidkanten (72, 74) aufweist, um ein erstes Loch (114) durch ein Werkstück (110) zu schneiden; wobei das Arbeitsende (26) des Bohrkörpers (22) mit einem zweiten Abschnitt (34) versehen ist, der mit dem ersten Abschnitt (32) integriert gebildet ist und sich davon in eine Richtung entgegen dem Schaftende (24) des Bohrkörpers erstreckt, wobei der zweite Abschnitt (34) eine äußere Fläche (60, 58) mit Kanten (62, 66) aufweist, die sich von den nach innen gerichteten Enden der Hauptschneidkanten (72, 74) integriert erstrecken; wobei der zweite Abschnitt (34) des Bohrkörpers mit einem Vorbohrdurchmesser (d) ausgebildet ist, der kleiner ist als der vorgeschriebene Hauptbohrdurchmesser (D); dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (34) des Bohrkörpers mit einer Querschneide mit Vorschneidkanten (46, 48) ausgebildet ist, um ein zweites Loch in das Werkstück (110) zu schneiden, bevor das erste Loch (114) geschnitten wird, und daß die Hauptschneidkanten (72, 74) in einer "Fischschwanz"-Konfiguration angeordnet sind.

2. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschneide zwei Schneidkanten (40, 42) aufweist, die bei Benutzung am Werkstück (110) angreifen, bevor die Vorschneidkanten (46, 48) am Werkstück (110) angreifen, um das Bohren des Bohrwerkzeugs (20) einzuleiten, und daß die schneidkanten (40, 42) voneinander beabstandet, jedoch an der äußersten Spitze des Querschneiden-Schneidteils (38) durch eine kleine Meißelkante (44) verbunden sind.

3. Bohrwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Übergang zwischen der äußeren Fläche (60; 58) und dem ersten Abschnitt (32) eine Kehle (92; 100) ausgebildet ist, wobei die Kehle (92; 100) radial nach innen geneigt ist, um eine Hinterschliff-Fläche auszubilden.

4. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vordere Kante (90; 98) der Kehle (92; 100) an eine der zugehörigen Hauptschneidkanten (74; 72) angrenzt, und daß die Kehle (92; 100) mit einem Radius ausgebildet ist, der abnimmt, wenn sich die Kehle (92; 100) entgegen der vorderen Kante (90; 98) der Kehle erstreckt.

5. Bohrwerkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (34) zwei diametral gegenüberliegende, abgerundete, äußere Flächen (60, 58) hat, die sich in axialer Richtung auf ihre zugehörigen Kehlen (92; 100) radial zueinander nach innen verjüngen, um eine nach innen gerichtete Profilverjüngung (BT) des zweiten Abschnitts (34) auszubilden.

6. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (36) ein Paar diametral gegenüberliegende Spiralnuten (36) mit einem zwischenliegenden Kern (116) aufweisen, wobei sich der Kern (116) am freien Ende der Spitze (38) beginnend in Richtung auf das Schaf tende (24) radial nach außen ausweitet.

7. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das längsgerichtete Äußere des Bohrkörpers (22) von den Hauptschneidkanten (72, 74) in Richtung auf das Schaftende (24) mit einer radial nach innen gerichteten Profilverjüngung ausgebildet ist.

8. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkörper (22) mit flachen, den Hauptschneidkanten (72, 74) nachfolgenden Hinterschliff- Flächen (76, 78) ausgebildet ist.

9. Bohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bohrkörper (22) mit steilen Hinterschliff-Flächen (80, 82) ausgebildet ist, die den flachen Hinterschliff-Flächen (76, 78) folgen.

10. Selbstzentrierendes Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (36) im Bohrkörper (22) spiralförmig mit einem Spiralwinkel von 22,5º ausgebildet sind; wobei die Hauptschneidkanten (72, 74) mit einem Spitzenwinkel von 190º ausgebildet sind; wobei der Vorbohrdurchmesser (d) 37% des vorgeschriebenen Hauptbohrdurchmessers (D) beträgt; wobei sich der zweite Abschnitt (38) vom ersten Abschnitt (32) in einer Richtung entgegen dem Schaftende (24) über eine vorgeschriebene Länge erstreckt, die 70% des Vorbohrdurchmessers (d) beträgt; wobei die Querschneide mit einem Paar Vorschneidkanten (46, 48) mit einem Spitzenwinkel von 135º ausgebildet ist, wobei der zweite Abschnitt (34) abgerundete, äußere Seitenflächen (58, 60) aufweist, die sich mit einem Verjüngungs- (BT)-Winkel von 1,5º in Richtung auf den ersten Abschnitt (32) erstrecken; und wobei die äußeren Seitenflächen (58, 60) von deren vorderen Kante (62, 66) radial nach innen gerichtet abgeschrägt sind, um einen zweiten Hinterschliff (RR) auszubilden.

11. Selbstzentrierendes Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere Fläche (58, 60) mit dem ersten Abschnitt (32) integriert verbunden ist; und wobei eine Kehle (92, 100) an einem Übergang zwischen der äußeren Fläche (58, 60) und dem ersten Abschnitt (32) ausgebildet ist, wobei sich die Kehle (92, 100) radial nach innen gerichtet abschrägt, wenn sich die Kehle (92, 100) entgegen der vorderen Kante (62, 66) der äußeren Fläche (58, 60) erstreckt, um in der Kehle (92, 100) einen radialen Hinterschliff (RR) auszubilden.

12. Bohrwerkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kehle (92, 100) eine gerundete Fläche zwischen einer vorderen Kante (90, 98) und einer darauf folgenden Ecke (102, 104) enthält, die sich an die äußere Seitenfläche (58, 60) und eine Hinterschliff-Fläche (76, 78) einer zugehörigen Hauptschneidkante (72, 74) anschließt und dazwischen gekrümmt ist, wobei die gerundete Fläche einen Krümmungsradius aufweist, der abnimmt, wenn sich die Kehle (92, 100) von der vorderen Kante (90, 98) zur nachfolgenden Ecke (102, 104) erstreckt.

13. Bohrwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial verlaufende, äußere Fläche (58, 60) des zweiten Abschnitts (34) im wesentlichen geglättet ist.