DE68925049T2 - Bohrer - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Bohrer, die die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweisen (siehe Sitzungsbericht der ASME, Februar 1957, S.227). Solche Bohrer eignen sich zum Tieflochbohren und besitzen schraubenförmige oder gerade Spannuten, die im Schaft zum Abführen von Spänen dadurch ausgebildet sind.
• Im allgemeinen sind Bohrer mit schraubenförmigen Spannuten im Schaff zum Abführen von Spänen augebildet. Die Späne werden während ihres Wegs durch die Spannuten geringelt und in Form konischer schraubenförmiger Späne abgeführt. Solche abgeführten Späne drehen sich mit der Rotation des Bohrers, wickeln sich um benachbarte Abschnitte der Bohrvorrichtung und verursachen daher Probleme, wenn die Vorrichtung automatisch und kontinuierlich in Abwesenheit eines Bedieners betrieben wird. Man versuchte, Bohrer zu entwickeln, die Späne in Form kleiner Fragmente und nicht in Form fortlaufender Späne zu produzieren. Zur reibungslosen Abführung von Spänen sind herkömmliche Bohrer mit vergrößerten Spannuten für geringelte Späne ausgebildet, sodaß diese leicht hindurchgelangen können.
• Wenn geringelte Späne abgeführt werden, entsteht das Problem, daß die Entfernung der Späne schwierig ist. Besonders beim Tieflochbohren tritt das Problem auf, daß die Späne die Spannut verstopfen und nur mit Schwierigkeiten abgeführt werden können, wodurch es unmöglich ist, den Bohrvorgang durchzuführen.
• Wenn große Spannuten ausgebildet sind, um Späne reibungslos abzuführen, taucht das Problem auf, daß der Schaft eine verringerte Drehsteifigkeit besitzt, wodurch keine effiziente Lochbohrung möglich ist.
• Das Tieflochbohren, bei dem dem Schneidabschnitt Öl zugeführt werden muß, ist mit einem weiteren Problem verbunden. Wenn das Öl von außen durch die Spannut zugeleitet wird, bewegt sich der Span nach oben, während er zur Form eines Trichters geringelt wird, um das der Spannut zugeführte Öl abzuschöpfen, wodurch das Öl den Schneidabschnitt nicht erreicht. Zur Lösung dieses Problems werden herkömmliche Spiralbohrer durch ein komplexes Verfahren hergestellt, u.z. durch Formen einer axialen Bohrung in einem Schaff sowie durch anschließendes Verdrehen des Schaffs und Bilden von Ölzufuhröffnungen.
• Ein erfindungsgemäßer Bohrer umfaßt einen Schaft mit schraubenförmigen oder geraden Spannuten zur Ableitung von Spänen dadurch, wobei jede Spannut Wände besitzt, die vorne bzw. hinten in bezug auf die Rotationsrichtung des Bohrers positioniert sind, ein Paar Schneidkanten, die an einem Ende des Schaffs ausgebildet sind und sich jeweils vom Zentrum des Bohrers zu seiner Peripherie erstrecken, wobei jede Schneidkante mit einer Spanfläche über die Länge der Kante ausgebildet ist, wobei die Spannuten eine Tiefe des 0,25- bis 0,40-fachen des Bohrerdurchmessers aufweisen und einen etwa L- förmigen Querschnitt besitzen, wobei ihre vorderen und hinteren Wände in einem Winkel von 70 bis 120ºrelativ zueinander positioniert sind, wobei die hinteren Wände so angeordnet sind, daß ein Abschnitt des Spans, der sich durch einen äußeren peripheren Abschnitt der Schneidkante bildet, an ihnen anliegt, und die vorderen Wände der Spannuten angeordnet sind, um das Ringeln der Späne einzuschränken.
• Durch Vorsehen eines Bohrers mit Spannuten, deren Querschnitt etwa L-förmig ist, ist es möglich, daß die Späne problemlos abgeführt werden, während verhindert wird, daß sie sich kontinuiertich ringeln, ohne daß es erforderlich wäre, selbst im Falle des Tieflochbohrens die Spannuten zu einer größeren Tiefe auszubilden. Durch das Einschränken des Ringeins der Späne unterstützt man ihr sofortiges Abbrechen, wenn sie aus dem durch den Bohrer gebildeten Loch austreten oder den Bohrer verlassen.
• Die vordere Wand jeder Spannut kann vertieft sein, sodaß die periphere Seite der Spannut nach vorne in bezug auf die Drehrichtung vergrößert ist.
• Eine Bohrerform, die im Artikel "Some Experiments in the Influence of Various Factors on Drill Performance" (Sitzungsbericht der ASME, Februar 1957, S.191) vorgeschlagen wurde, besitzt Spannuten mit einer Tiefe des etwa 0,3-fachen des Bohrerdurchmessers und einen konvex gekrümmten, etwa U-förmigen Querschnitt. Die Mittelschneidkantenabschnitte erstrecken sich nach innen von äußeren Schneidkantenabschnitten an der Bohrerspitze (anstelle der herkömmlichen Meißelkante), um eine Schneidkante zu ergeben, die sich vom Mittelpunkt des Bohrers zu seiner Peripherie erstreckt und über ihre Länge mit einer Spanfläche ausgebildet ist. Während diese Spezialspitzenbildung des Bohrers seine Schneidfähigkeit verbessert, ist der Bohrer ansonsten herkömmlich, da die durch ihn erzeugten Späne eine fortlaufend geringelte Form aufweisen.
• Bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Bohrers wird verhindert, daß ein durch den Bohrer erzeugter Span durch die spannutendefinierenden Wände geringelt wird. Der Abschnitt des Spans hin zum Mittelpunkt wird plastisch verformt, indem er durch den Außenabschnitt des Spans gestreckt wird; der Span wird kontinuierlich in Form einer flachen Platte aus dem Loch oder der Bohrung abgeführt. Er bricht, da er durch Zentrifugalkraft und das obere Ende des Spannutenabschnitts gebogen wird. Der Span weist auf seinem Weg durch die Spannut die Form eines kontinuierlichen Stücks auf und kann daher problemlos abgeführt werden, ohne die Spannut zu verstopfen, selbst wenn der Bohrer zum Tieflochbohren verwendet wird.
• Da sich der Span nicht einringelt, kann dem Schneidabschnitt durch die Spannuten ohne Schwierigkeiten Öl zugeführt werden.
• Es folgt eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigelegten Abbildungen, worin:
• Fig.1 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bohrers ist;
• Fig.2 eine Bodenansicht des erfindungsgemäßen Bohrers ist;
• Fig.3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig.1 ist; Figuren 4 und 5 Ansichten sind, die Fig.3 entsprechen und weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen; und
• Fig.6 eine perspektivische Ansicht eines durch den Bohrer geformten Spans ist.
• Bezugnehmend auf Figuren 1 bis 3 besitzt der Schaff 10 eines Bohrers schraubenförmige Spannuten 3 zum Abführen von Spänen dadurch und ein konisches Ende, das mit einem Paar Schneidkanten 2 versehen ist, die in Punktsymmetrie angeordnet sind und sich vom Drehmittelpunkt 0 des Bohrers zur Außenperipherie des Schaffs 10 erstrecken. Jede der Schneidkanten 2 umfaßt einen Kantenabschnitt 21, der einen Meißelabschnitt aufweist, und einen Kantenabschnitt 22, der sich vom Abschnitt 21 hin zur Peripherie erstreckt. Diese Kantenabschnitte 21 und 22 sind im allgemeinen gerade und befinden sich in einer V-förmigen Anordnung mit einem stumpfen Winkel dazwischen an der Verbindungsstelle, wie man dies aus der Bodenansicht erkennt. Die Kantenabschnitte 21, 22 können in bezug auf die Rotationsrichtung des Bohrers vorwärts- oder rückwärtsgekrümmt sein.
• Die Endfläche des Schafts 10 umfaßt eine Flanke 13 mit der Schneidkante 2 und einen Schneidkantenrückenabschnitt 20 in Form einer geneigten Oberfläche, der in bezug auf die Rotationsrichtung hinter der Flanke 13 angeordnet ist.
• Jede der Spannuten 3 besitzt einen etwa L-förmigen Querschnitt und ist durch eine Wand 31, die in bezug auf die Rotationsrichtung vorne positioniert ist, und eine Wand 32, die hinten in bezug auf die Drehrichtung in einem Winkel von 90º mit der Wand 31 positioniert ist, definiert. Dieser Winkel ist innerhalb eines Bereichs von 70 bis 120º, vorzugsweise 85 bis 100º variabel. Wenn der Winkel diesen Bereich übersteigt, kann man nicht verhindern, daß sich der Span einringelt, indem er gegen die spannutdefinierende Wand gepreßt wird, wie dies weiter unten beschrieben wird; wenn der Winkel hingegen unterhalb dieses Bereichs liegt, ist die Bildung der Spannut schwierig.
• Die vordere Wand 31 ist vertieft (durch Wegschneiden), sodaß die periphere Seite der Spannut 3 in bezug auf die Drehrichtung nach vorne vergrößert ist. Genauer gesagt besitzt die vordere Wand 31 einen Vorsprung 33, wobei die Wand 31 über diese Position hinaus zur Peripherie vertieft ist, um eine Wand 35 zu bilden. Anstatt die Wand 35 zu bilden, kann eine geneigte Wand 39 solcherart geformt sein, daß sie die Breite der Spannut hin zur Peripherie erhöht. Wie aus Fig.1 ersichtlich, erstreckt sich der Vorsprung 33 kontinuierlich etwa zentral von der Spannut 3.
• Vorzugsweise besitzen die Spannuten 3 eine Tiefe A des 0,25- bis 0,40-fachen des Durchmessers D des Schafts 10. Wenn die Tiefe A unterhalb dieses Bereichs liegt, ist die Abführung der Späne mit Schwierigkeiten verbunden, während tiefere Spannuten die Steifigkeit des Schafts 10 beeinträchtigen. Die Tiefe A der dargestellten Spannuten ist das 0,25-fache des Durchmessers D des Bohrers. Der periphere vergrößerte Abschnitt der Spannut 3 besitzt eine Dimension B, die etwa das 0,15-fache von D ausmacht, und eine Dimension C, die etwa das 0,1-fache von D ausmacht.
• Fig.4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die insoferne die gleiche Konstruktion wie oben aufweist, als die Spannut 3 durch Wände 31 und 32 definiert ist, die einander in einem rechten Winkel schneiden; sie unterscheidet sich insoferne von der ersten Ausführungsform, als die Wand 31 keinen Vorsprung 33 besitzt und sich zur Peripherie des Schafts erstreckt.
• Die die Spannut 3 definierenden Wände 31 und 32 besitzen jeweils einen geraden Querschnitt und bilden dazwischen einen Winkel von 90º. Diese Wände können jedoch, wie aus Figuren 5 bis 10 ersichtlich, in unterschiedlicher Weise modifiziert sein.
• Bezugnehmend auf Fig.5 ist eine Wand 61, die hinsichtlich der Drehrichtung des Bohrers vorne positioniert ist, in einem Winkel von 120º zur hinteren Wand 62 angeordnet. Die Wände 61, 62 weisen jeweils einen geraden Querschnitt auf.
• Bei Verwendung des Bohrers zur Bildung eines Lochs oder einer Bohrung entstehen Späne 4 (siehe Fig.6). Der Span 4 umfaßt kleine Ringelabschnitte 41, die durch den Abschnitt der Schneidkante 2 in der Nähe des Bohrermittelpunkts gebildet werden, und einen flachen Plattenabschnitt 40, der durch den anderen Abschnitt der Kante 2 in Richtung Bohrerperiphene gebildet wird. Die Ringelabschnitte 41 erstrecken sich von einer Seite des Plattenabschnitts einstückig damit und sind getrennt längsseitig des Plattenabschnitts 40 angeordnet, wobei im Seitenteil Risse 44 vorhanden sind.
• Der so geformte Span 4 wird in folgender Weise erzeugt. Bezugnehmend auf Fig.4 sieht man einen flachen Plattenabschnitt 40, der durch den Außenabschnitt (Kantenabschnitt 22) der Schneidkante 2 gebildet und in die Spannut 3 gezwängt wird; eine Seite dieses Abschnitts wird gegen den Basisabschnitt der Wand 31 gepreßt, wobei der planare Teil des Plattenabschnitts 40 gegen die Wand 32 gepreßt wird, wodurch das Einringeln des gesamten Spans 4 verhindert wird. (Der Span wird einer plastischen Verformung durch das Schneidverfahren unterzogen und wird weiter plastisch verformt, indem er durch seinen Außenabschnitt gestreckt wird.) Daher wird der Span in Form eines flachen Streifens mit Rissen 44 im Seitenteil nach oben durch die Spannut 3 gezwängt. Der Span, der sich somit entlang der leicht schraubenförmigen Ausgestaltung der Spannut 3 nach oben bewegt, tritt aus der gebohrten Bohrung und wird an den rissigen Abschnitten 44 durch eine Zentrifugalkraft abgebrochen. Wenn die gebohrte Bohrung tief ist wird der Span durch einen gekrümmten Spannutenabschnitt 38 am oberen Ende der Spannut nach außen gebogen (siehe Fig.1), wodurch der Span, der durch die Rißbildung und die ausgeprägte plastische Verformung spröde ist, zu Fragmenten zerfällt. Der Span 4, der durch den Bohrer der in Figuren 1 bis 3 dargestellten Konstruktion gebildet wird, wird nach oben in die Spannut 3 gezwängt, wobei der flache Plattenabschnitt 40 anfänglich durch die Spanfläche 32a und der Seitenteil gegen die Wand 31 gepreßt wird. Der seitliche Außenabschnitt des Spans 4 bewegt sich dann zum vergrößerten Spannutenabschnitt, der durch die Wand 35 definiert ist (siehe Fig.3). Dies stellt eine reibungslose Abführung des Spans 4 sicher. Während die Wand 31 ein Einringeln des Spans durch Preßkontakt mit dem Seitenteil des flachen Plattenabschnitts 40 verhindert, erleichtert der vergrößerte Spannutenabschnitt, der durch die Wand 35 gebildet wird, die sich außerhalb der Wand 31 befindet, das Passieren des Spans. Besonders bei Verwendung des Bohrers für das Tieflochbohren weist der Bohrer den Vorteil des reibungslosen Abführens der Späne 4 auf.
• Bei der in Fig.5 dargestellten Konstruktion wird der flache Plattenabschnitt 40 des Spans 4 gegen die Wand 62 gepreßt, wobei eine Kante davon in Kontakt mit dem Basisabschnitt der Wand 61 steht, wodurch sich der Span 4 in der Spannut 3 vor dem Abführen nicht in seiner Gesamtheit einringeln kann.
• Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung kann der Span 4 in Form eines flachen Streifens abgeführt werden, ohne daß er sich in seiner Gesamtheit in der Spannut 3 einringelt, sodaß die Spannut 3 keine große Tiefe aufweisen muß. Dies erhöht die Kerndicke (die Dimension zwischen den tiefsten Abschnitten der Spannuten) α (siehe Fig.4) des Schafts 10, um dadurch dem Schaft eine verbesserte Steifigkeit zu verleihen, wodurch sich die Bohrerachse während des Bohrens nicht verbiegen kann.
• Es ist bei den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht wahrscheinlich, daß der abzuführende Span das der Spannut zugeführte Öl abschöpft. Dies ermöglicht es, Öl durch die Spannut von außen zuzuführen, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß keine Ölzufuhröffnung im Bohrer gebildet werden muß.
• Obwohl die Spannuten 3 in den Schäften der obigen Ausführungsformen alle schraubenförmig sind, müssen solche Spannuten nicht immer schraubenförmig, sondern können auch gerade sein.
• Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Span am Einringeln gehindert und durch die spannutdefinierenden Wände plastisch verformt, kontinuierlich in Form einer flachen Platte abgeführt und durch Zentrifugalkraft abgebrochen, wenn er um eine vorbestimmte Menge aus dem gebohrten Loch ragt. Wenn die gebohrte Bohrung tief ist, wird der Span am oberen Ende der Spannut nach außen gebogen und dadurch abgebrochen. Der Span erstreckt sich fortlaufend durch die Spannut und kann daher selbst beim Tieflochbohren ohne Verstopfen der Spannut reibungslos abgeführt werden.
• Die verringerte Tiefe der Spannut verleiht dem Schaft verbesserte Steifigkeit, wodurch der Bohrer selbst beim Tieflochbohren mit hoher Effizienz und Genauigkeit betreibbar und bei hoher Zustellgeschwindigkeit leicht verwendbar ist. Da Öl von außen durch die Spannut zugeführt werden kann, bietet der Bohrer den Vorteil, daß die Bildung einer Ölzufuhröffnung im Bohrer nicht erforderlich ist.

Claims (9)

1. Bohrer, umfassend:

einen Schaft (10) mit schraubenförmigen oder geraden Spannuten (3) zum Abführen von Spänen dadurch;

wobei jede Spannut Wände (31, 32) besitzt, die in bezug auf die Drehrichtung des Bohrers vorne bzw. hinten positioniert sind;

ein Paar Schneidkanten (2) an einem Ende des Schafts;

wobei sich jede Schneidkante vom Zentrum (O) des Bohrers zu seiner Peripherie erstreckt;

wobei jede Schneidkante mit einer Spanfläche über die Länge der Kante versehen ist;

wobei jede Spannut (3) eine Tiefe des 0,25- bis 0,40-fachen des Bohrerdurchmessers besitzt und ihre hintere Wand so angeordnet ist, daß ein Abschnitt des Spans an ihr anliegt, der durch einen äußeren peripheren Abschnitt der Schneidkante gebildet wird;

dadurch gekennzeichnet, daß die Spannuten einen etwa L-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei ihre vorderen und hinteren Wände (31, 32) in einem Winkel von 70 bis 120º relativ zueinander positioniert sind und die vorderen Wände (31) der Spannuten angeordnet sind, das Einringeln der Späne einzuschränken.

2. Bohrer nach Anspruch 1, worin die Spannuten angeordnet sind, die durch die Schneidkanten erzeugten Schneidspäne in einer im allgemeinen flachen Form zu bilden.

3. Bohrer nach Anspruch 1 oder 2, worin sich die vorderen und hinteren Wände von einer Verbindungsstelle der Wände zur Peripherie des Bohrers erstrecken und die Länge der hinteren Wand (32) von der Verbindungsstelle zur Peripherie größer ist als jene der vorderen Wand (31).

4. Bohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin jede vordere Wand im allgemeinen parallel zu einem Bohrerdurchmesser liegt.

5. Bohrer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin zumindest ein Abschnitt jeder vorderen Wand auf einem Bohrerdurchmesser liegt.

6. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jede hintere Wand im allgemeinen senkrecht auf ihre zugehörige vordere Wand steht.

7. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jede hintere Wand (32) im allgemeinen linear im Radialquerschnitt ist.

8. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die vordere Wand (31) radial innere und äußere Abschnitte (33; 35, 39) besitzt, und der äußere Abschnitt (35,39) relativ zum inneren Abschnitt vorne positioniert ist.

9. Bohrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zumindest ein Abschnitt der vorderen Wand (31) im allgemeinen linear im Radialquerschnitt ist.