EP3870384A1

EP3870384A1 - Stufenbohrer

Info

Publication number: EP3870384A1
Application number: EP19821058.5A
Authority: EP
Inventors: Dennis MAI; Oezkan YILDIRIM; Daniel HOECK; David ONDRA
Original assignee: Ruko GmbH Prazisionswerkzeuge
Current assignee: Ruko GmbH Prazisionswerkzeuge
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-09-01
Also published as: DE102018131237A1; DE112019005279A5; WO2020115301A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenbohrer (10) mit einem distalen Ende (12) und einem gegenüberliegenden proximalen Ende (14), einer Bohrspitze (16), die am distalen Ende (12) des Stufenbohrers (10) eine Spitze (32) mit zwei geometrisch definierten Hauptschneiden (16a, 16b) aufweist, denen jeweils eine Spannut (36, 38) zugeordnet ist, und mindestens einer, in einem Abstand zum distalen Ende (12) angeordneten ersten Aufbohrstufe (18), die eine Anzahl geometrisch definierter Schneiden (18a bis 30a) aufweist, denen jeweils eine Spannut (36, 38) zugeordnet ist. Erfindungsgemäß sind die in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Schneiden (24a, 24b bis 30a, 30b) einer Aufbohrstufe (24 bis 30) so ausgebildet, dass der Verlauf des Abstands einer Schneide (24a, 24b bis 30a, 30b) von einer Längsachse des Stufenbohrers von deren distalem Ende in Richtung proximalem Ende zwischen benachbarten Schneiden (24a, 24b bis 30a, 30b) unterschiedlich ist, wobei eine der benachbarten Schneiden eine Vorschneide (24a bis 30a) und die andere Schneide eine Nachschneide (24b bis 30b) bildet.

Description

Stufenbohrer

Die Erfindung betrifft einen Stufenbohrer gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben Art.

Stufenbohrer der hier angesprochenen Art sind bekannt und werden beispielsweise zum Aufbohren von Löchern in dünnen Blechmaterialien bis zu ca. 4 mm Materialstärke verwendet. Die gestufte Ausbildung des Bohrers gestattet es, mit einem einzigen Werkzeug Bohrungen verschiedener Durchmesser in ein Werkstück einzubringen, ohne dass für das Aus- und Einspannen eines neuen Werkzeugs unnötig Zeit aufgewendet werden muss.

Die bekannten Stufenbohrer weisen unter anderem eine Bohrspitze mit zumindest einer geometrisch definierten Schneide auf sowie mindestens eine einen größeren Außendurchmesser als die Bohrspitze aufweisende Aufbohrstufe, die ebenfalls eine Anzahl von Schneiden umfasst. Den Schneiden sowohl der Bohrspitze als auch der zumindest einen Aufbohrstufe sind Spannuten zugeordnet, welche dazu dienen, die von den Schneiden der Bohrspitze beziehungsweise den Schneiden der Aufbohrstufe abgetragenen Späne abzuführen, die bei Verwendung des Stufenbohrers auftreten, also bei der Bearbeitung eines Werkstücks. Eine sichere und reibungsarme Abfuhr der Späne ist Voraussetzung für eine sichere Funktion des Stufenbohrers. Die Schnittgeschwindigkeiten der Schneiden der Bohrspitze und der mindestens einen Aufbohrstufe weichen durch die unterschiedlichen Radien teilweise stark voneinander ab. Daher ist es oft sehr schwierig, die Schnittbedingungen, also die

Schnittgeschwindigkeit und den Vorschub so zu wählen, dass sich für alle Schneiden eine für eine sichere Spanabfuhr erforderliche Spanbildung ergibt. Insofern ist die Geometrie des Stufenbohrers, insbesondere die Geometrie der Schneiden und der Spannuten von entscheidender Bedeutung für die sichere Spanbildung und Spanabfuhr. Stufenbohrer werden in verschiedenen Ausführungsformen realisiert, nämlich als sogenannte

Mehrphasen-Stufenbohrer, also als ein Stufenbohrer, bei dem sowohl die Schneiden der Bohrspitze als auch die Schneiden der Aufbohrstufe eigene Spannuten aufweisen, sowie als einfache Stufenbohrer.

Bei den einfachen Stufenbohrern gehen die Spannuten der Bohrspitze in die Aufbohrstufe bzw. die Aufbohrstufen kontinuierlich über. Der einfache Stufenbohrer hat genauso viele Spannuten wie Schneiden an der Bohrerspitze, also in der Regel zwei. Diese Ausführung ist in der Fertigung relativ kostengünstig und bietet eine gute Stabilität des Werkzeugs. Bei der Bearbeitung eines Werkstücks werden sowohl die von der Bohrspitze abgetragenen Späne, als auch die von der Aufbohrstufe bzw. den Aufbohrstufen abgetragenen Späne in denselben Spannuten abgeführt. Die Spannuten sind über den Umfang des Stufenbohrers in einem gleichmäßigen Abstand zueinander angeordnet.

Die Erfindung betrifft in erster Linie einen einfachen Stufenbohrer.

Im Einzelnen weisen die bekannten Stufenbohrer ein distales Ende und ein hiervon entfernt gelegenes proximales Ende auf. Beim distalen Ende ist eine Bohrspitze vorgesehen. Die Bohrspitze ist mit einer Spitze an dem distalen Ende des Stufenbohrers versehen und weist eine Anzahl geometrisch definierter Schneiden auf, denen jeweils eine Spannut zugeordnet ist. Der radiale Abstand von der Längsachse des Stufenbohrers zur Schneide nimmt in einem ersten radialen Abstandsbereich in Richtung des proximalen Endes linear zu. An die Bohrspitze schließt sich mindestens eine, in einem Abstand zum distalen Ende angeordnete erste Aufbohrstufe an, die ebenfalls eine Anzahl geometrisch definierter Schneiden aufweist, denen jeweils eine der Spannuten zugeordnet ist. Der radiale Abstand von der Längsachse zur Schneide nimmt in einem zweiten radialen Abstandsbereich in Richtung des proximalen Endes linear zu. Im Bereich des proximalen Endes ist ein Einspannbereich vorhanden, mit dem der Stufenbohrer in ein Bohrfutter einer Bohrmaschine oder einer CNC-Maschine eingespannt werden kann.

Nachteilig an den bekannten Stufenbohrern ist die relativ geringe Standzeit der Stufenbohrer, aber auch das unruhige Bohrverhalten währende des Bohrens in das zu bearbeitende Werkstück. Die Standzeit wird u.a. durch eine schlechte Spanabfuhr und somit stärkerer Wärmeentwicklung negativ beeinflusst. Des Weiteren führt die gängige Schneidengeometrie während des Bearbeitens zu einem Verhaken des Stufenbohrers in dem zu bearbeitenden Werkstück und somit zu einem Ausfall des Stufenbohrers aufgrund der dadurch entstehenden zu hohen Drehmomente. Beispielsweise bei Verwendung des Stufenbohrers in handbetriebenen Maschinen kann das Verhaken zu Personenschäden führen, beispielsweise zu Schäden an Arm, Hand, Schulter usw. Durch die dabei auftretenden hohen Kräfte und Drehmomente leidet die Bohrungsqualität in Hinblick auf die Form, nämlich Rundheit, Gratbildung und kann zu einer Deformierung des Werkstücks führen.

Ein weiterer Nachteil der bisherigen Stufenbohrer ist, dass die herkömmlichen Stufenbohrer lediglich in einem Einsatzbereich von Materialstärken bis zu ca. 4 mm verwendet werden können. Es besteht aber erheblicher Bedarf an Stufenbohrern, welche größere Materialstärken bearbeiten können.

Aus der DE 10 2016 214 386 A1 ist ein Mehrphasenstufenborher mit einer Aufbohrstufe bekannt.

Aus der DE 203 03 656 U1 ist ein gattungsgemäßer einfacher Stufenbohrer bekannt, dessen beide Spannuten von der Bahrspitze über die einzelnen Aufbohrstufen verlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stufenbohrer gemäß der im Oberbegriff des

Anspruches 1 angegeben Art derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile die Möglichkeit geschaffen wird, größere Materialstärken (also größer als 4 mm Materialstärke) zu bearbeiten, und zwar bei hoher Standzeit und guter Bohrqualität. Zudem soll ein ruhiges Bohrverhalten gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Vorsehen einer Vorschneide und einer nachfolgenden Nachschneide sich die entstehenden Schnittkräfte pro Schneide verringern lassen, was Voraussetzung für eine Bearbeitung größerer Materialstärken ist. Vorschneide und Nachschneide weisen dabei unterschiedliche, jedoch aufeinander abgestimmte Schneidenverläufe auf. Dabei verbessert sich während des Bohrens auch das Bohrverhalten. Die Optimierung wird durch eine entsprechende Gestaltung der Schneiden erreicht.

Der Stufenbohrer ist mit einem distalen Ende und einem gegenüberliegenden proximalen Ende versehen. Eine Bohrspitze weist am distalen Ende des Stufenbohrers eine Spitze mit einer geometrisch definierten Querschneide und zwei Hauptschneiden auf, die jeweils einer Spannut zugeordnet sind. Mindestens eine, in einem Abstand zum distalen Ende angeordnete erste Aufbohrstufe ist vorgesehen, die eine Anzahl geometrisch definierter Schneiden aufweist, denen jeweils eine Spannut zugeordnet ist. Nach der Erfindung sind die in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Schneiden einer

Aufbohrstufe so ausgebildet, dass der Verlauf des Abstands einer Schneide von einer Längsachse des Stufenbohrers von deren distalem Ende in Richtung proximalem Ende zwischen benachbarten

Schneiden unterschiedlich ist, wobei eine der benachbarten Schneiden eine Vorschneide und die andere Schneide eine Nachschneide bildet.

Um die Schneidkräfte zu optimieren sind die unterschiedlichen Schneiden mindestens in einigen der mehreren Aufbohrstufen vorhanden, vorzugsweise nach der dritten und unmittelbar folgenden

Aufbohrstufe bzw. Aufbohrstufen. Insbesondere können dafür auch zusätzliche Spannnuten vorgesehen sein. Der Stufenbohrer wird dadurch zum Mehrphasen-Stufenbohrer.

Um die Schnittkräfte zu optimieren, ist die Vorschneide über einen vorbestimmten ersten Bereich von einem distalen Ende der Vorschneide in Richtung eines proximalen Endes der Vorschneide gleichmäßig gekrümmt und einem Radius (R) zugeordnet. Durch die Krümmung wird gewährleistet, dass sich die Standzeit erhöht und beim Bohren das Bohrverhalten ruhiger wird.

Vorzugsweise verläuft die Vorschneide über einen vorbestimmten zweiten Bereich ausgehend von ihrem proximalen Ende des ersten Bereichs in Richtung eines proximalen Endes des zweiten Bereichs tangential von dem ersten Bereich mit einer konstanten Steigung. Auf einfache Weise kann dadurch festgelegt werden, welche der Schneiden mehr oder weniger aktiv beim Bohren ist. Insbesondere im Wesentlichen der gekrümmte Bereich der Vorschneide bildet den Bereich, in dem die Vorschneide wirksam ist.

Der Radius bei steigenden Aufbohrstufen bis einschließlich 1 ,5 mm, z.B. Durchmesserstufen mit 6, 7, 8, 9, etc mm, liegt in einem Bereich von einschließlich 0,5 mm bis einschließlich 1 ,5 mm, bevorzugt bei 1 ,0 mm, bei steigenden Aufbohrstufen größer als 1 ,5 mm, z.B. Durchmesserstufen mit 6, 8, 10, 12, etc in einem Bereich von einschließlich 2,4 mm bis einschließlich 3,4 mm, bevorzugt bei 2,9 mm. Hierdurch lässt sich insbesondere ein ruhiges Bohrverhalten erzielen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet bei der Vorschneide der zweite Bereich einen Winkel zur Längsmittelachse des Stufenbohrers oder einer Parallelen hierzu, der in einem Bereich von einschließlich 31 ° bis einschließlich 39° liegt, bevorzugt einschließlich 34° bis einschließlich 36°, vorzugsweise 35° aufweist.

Um insbesondere ein optimales Bohrergebnis zu erzielen, weist die Nachschneide über ihren wirksamen Bereich eine konstante Steigung auf.

Hierbei kann die Nachschneide einen Winkel mit der Längsachse des Stufenbohrers oder einer Parallelen hierzu bilden, der in einem Bereich von einschließlich 41 ° bis einschließlich 49° liegt, bevorzugt von einschließlich 44° bis einschließlich 46°. Insbesondere beträgt der Winkel 45°.

Es hat sich herausgestellt, dass sehr gute Bohrergebnisse bei vier Spannuten in der Aufbohrstufe bzw. den Aufbohrstufen erzielt werden können, wobei zwei Spannuten jeweils eine Vorschneide und zwei Spannuten jeweils eine Nachschneide einer Aufbohrstufe bilden. Insbesondere werden die auftretenden Schnittkräfte auf die Vorschneide und Nachschneide nahezu gleichmäßig verteilt, sodass sich ein ruhiges Bohrverhalten ergibt. Zudem können dadurch erheblich größere Materialstärken bearbeitet werden und höhere Schnittgeschwindigkeiten gefahren werden.

Vorzugsweise weist dabei lediglich ein Teil der mehreren Aufbohrstufen vier Spannuten auf, insbesondere die zweite Aufbohrstufe und folgenden Aufbohrstufen.

Um ein Ankörnen mit einem Spezialwerkzeug zu vermeiden, ist die Bohrspitze insbesondere wie folgt ausgebildet:

Die Schneiden der Bohrspitze können zueinander einen Winkel aufweisen, der in einem Bereich von einschließlich 121 ° bis einschließlich 127°, insbesondere bei 124° liegt.

Alternativ oder ergänzend kann der Durchmesser der Bohrspitze 30% kleiner, bevorzugt 35% kleiner, insbesondere 40% kleiner sein als der Durchmesser der nachfolgenden Aufbohrspitze.

Vorzugsweise liegt der maximale Abstand der Bohrspitze von der ersten Aufbohrstufe in einem Bereich von einschließlich 1 ,6 mm bis 2,2 mm, insbesondere bei 1 ,9 mm. Die Abstandsmessung erfolgt dabei zu einer Parallelen zur Längsachse. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Spannuten zu der Vorschneide einen

Spanwinkel in einem Bereich von 0° bis 3°, insbesondere 1°, an der Spitze und konstant ansteigend bis zu einem Bereich von 9° bis 15°, insbesondere 12°, am Spannutende auf. Hierdurch wird das

Schneidverhalten des Stufenbohrers nach der Erfindung weiter verbessert.

Vorzugsweise weisen dabei die Spannuten zu der Nachschneide einen Spanwinkel in einem Bereich von 24° bis 30°, insbesondere 27°, auf. Insbesondere beginnen die Spannuten der Nachschneiden ab der zweiten Aufbohrstufe, sind aber erst zwischen der dritten und vierten Aufbohrstufe in Nutzung.

Durch die Geometrie der Schneiden und der Stufenübergänge wird nun kein Entgräter mehr benötigt, da die Stufenübergänge diese Funktion übernehmen

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zahl der Spannuten der Bohrspitze und der nachfolgenden Aufbohrstufe bzw. der nachfolgenden Aufbohrstufen unterschiedlich. Insbesondere können zwei Spannuten in der Bohrspitze und vier Spannuten in der nachfolgenden Aufbohrstufe bzw. der nachfolgenden Aufbohrstufen vorgesehen sein. Vor allem kann dabei die Spannut der Bohrspitze in die Spannut der nachfolgenden Aufbohrstufe bzw. der nachfolgenden Aufbohrstufen übergehen.

Durch die vorgenannten geometrischen Veränderungen des Stufenbohrers lassen sich nunmehr größere Materialstärken mit dem erfindungsgemäßen Stufenbohrer ohne Werkzeugwechsel bearbeiten. Die Länge einer Aufbohrstufe kann daher zwischen einschließlich 4 mm und einschließlich 16 mm liegen, bevorzugt zwischen einschließlich 8 mm und einschließlich 12 mm, insbesondere bei 10 mm.

In ersten Versuchen haben sich ein kleiner Stufenbohrer mit sieben Aufbohrstufen, ein mittlerer Stufenbohrer mit acht Aufbohrstufen und ein großer Stufenbohrer mit ebenfalls acht Aufbohrstufen bewährt. Vorzugsweise hat dabei der kleine Stufenbohrer einen Durchmesser von der ersten bis zur letzten Aufbohrstufe von 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, der mittlere Stufenbohrer einen Durchmesser von der ersten bis zur letzten Aufbohrstufe von 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm,

14 mm, 16 mm, 18 mm, 20 mm, und der große Stufenbohrer einen Durchmesser von der ersten bis zur letzten Ausbohrstufe von 6 mm, 9 mm, 12 mm, 15 mm, 18 mm, 21 mm, 24 mm, 27 mm.

Die Stufenbohrer nach der Erfindung zeigen beste Performance in Baustahl, Edelstahl, NE-Metalle,

Holz, Kunststoffe und Plexiglas. Bei Bohrungen von größeren Durchmessern entfällt das Vorbohren mit einem kleineren Spiralbohrer und damit auch ein Werkzeugwechsel. Wenn mehrere Löcher in verschiedenen Durchmessern gebohrt werden müssen, entfällt ebenfalls der Werkzeugwechsel. Mit dem Stufenbohrer nach der Erfindung kann gleichzeitig entgratet werden.

Einsatz findet der beschriebene Stufenbohrer in allen Blechstärken bis einschließlich 10mm. Der optimale Einsatz befindet sich zwischen 2mm und 10mm.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel.

In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Stufenbohrers nach der Erfindung von schräg oben;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Stufenbohrers von Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Ansicht von unten auf den Stufenbohrer von Fig. 2;

Fig. 4a eine vergrößerte Detailansicht der Bohrspitze gemäß dem Kreis A von Fig. 2;

Fig. 4b die vergrößerte Detaildarstellung der Bohrspitze von Fig. 4a mit Bemaßung;

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Details B von Fig. 2, bei der die um 90° versetzten Verläufe der Vorschneide und Nachschneide überei nandergelegt sind;

Fig. 6a eine schematische Ansicht des Verlaufs der Vorschneide;

Fig. 6b eine schematische Ansicht des Verlaufs der Nachschneide, und

Fig. 7 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie C-C von Fig. 2, um die Spanwinkel der

Vorschneide und der Nachschneide darzustellen. In den Figuren 1 bis 7 ist ein Beispiel eines Stufenbohrers 10 mit einem distalen Ende 12 sowie einem hierzu entfernt gelegenen proximalen Ende 14 dargestellt. Der Stufenbohrer 10 ist ausgehend von dem distalen Ende 12 mit einer Bohrspitze 16 und mit sich daran in Richtung des proximalen Endes 14 anschließenden sieben Aufbohrstufen 18 bis 30 versehen. Die Bohrspitze 16 weist an dem distalen Ende eine durch Schneiden 16a und 16b gebildete Spitze 32 auf.

An der Spitze 32 der Bohrspitze 16 sind die zwei geometrisch definierten Schneiden 16a und 16b vorgesehen, die sich bezogen auf die Längsachse 44 des Stufenbohrers 10 in zueinander

entgegengesetzten Richtungen in einem gleichen Winkel verlaufen, auf den später noch eingegangen wird. Jeder Schneide 16a, 16b ist eine Spannut 36 bzw. 38 zugeordnet. Es sind somit zwei einander entsprechende Spannuten 36, 38 in der Bohrspitze 16 vorgesehen. Die Spannut 36, 38 dient dazu, vor allem die von der Schneide 16a, 16b abgetragenen Späne abzuführen.

Die Spannut 36, 38 erstreckt sich jeweils von dem distalen Ende 12 der Bohrerspitze 16 durchgehend spiralförmig mit einer von der Spitze 32 in Richtung des proximalen Endes 14 abnehmender Steigung und somit einem zunehmenden Spiralwinkel bis über die letzte Aufbohrstufe 30 hinaus in ein Endstück 40. An das Endstück 40 schließt sich ein zylindrisch ausgebildeter Schaft 42 an, in dem drei ebene Spannflächen 42a in Längsrichtung verlaufend jeweils 120° zueinander versetzt im Schaft 42 eingebracht sind. Die Ausgestaltung des Schaftes 42 von Bohrern, auch von Stufenbohrern, mit einem derartigen Schaft 42 ist bekannt, sodass hier nicht weiter darauf eingegangen wird.

Jede Aufbohrstufe 18 bis 30 weist jeweils zwei durch die Spannuten 36 und 38 gebildete Schneiden 18a bis 22a und Vorschneiden 24a bis 30a und durch weitere, lediglich in den Aufbohrstufen 20 bis 30 sich befindliche Spannuten 46 und 48 jeweils gebildete zwei Nachschneiden 24b bis 30b auf. Die Spannut 46, 48 beginnt ab der zweiten Aufbohrstufe, verläuft durchgehend spiralförmig in Richtung des proximalen Endes 14 mit konstantem Spiralwinkel von 12° bis über die letzte Aufbohrstufe 30 hinaus in das Endstück 40. Über den Umfang der Aufbohrstufe 24 bis 30 ist in Drehwinkel-Abstand von 90° die Spannut 36 mit einer Vorschneide 24a bis 30a, dann die Spannut 46 mit einer Nachschneide 24b bis 30b, dann die Spannut 38 mit einer Vorschneide 24a bis 30a und dann die Spannut 48 mit einer Nachschneide 24b bis 30b angeordnet. Bei den ersten drei Aufbohrstufen 18 bis 22 sind pro

Aufbohrstufe 18 bis 22 lediglich zwei Schneiden im Eingriff 18a; 20a,; 22a,. Vor- und Nachschneiden 24a bis 30a, 24b bis 30b sind erst nach der dritten Aufbohrstufe 22 im Einsatz. Die Spannut 36, 38 verläuft also durchgehend von der Spitze 32 bis zum Endstück 40. Die Spannut 46, 48 ist ab der zweiten Aufbohrstufe 20 vorhanden, aber erst ab der vierten Aufbohrstufe 24 relevant, d. h. ab der vierten Aufbohrstufe 24 verfügen diese Spannuten 46, 48 über die Nachschneiden 24b bis 30b, welche beim Bohren im Einsatz sind. Vor der vierten Aufbohrstufe 24, also bis einschließlich der dritten Aufbohrstufe 22, sind nur die Schneiden 18a bis 22a der beiden Spannuten 36, 38 im Eingriff. Daher wird bei diesem Bereich auch nicht von Vor- und Nachschneiden oder einem Vorschneider und einem Naschschneider gesprochen. Vielmehr erfolgt hier das Bohren wie bei einem Standard-Stufenbohrer mit zwei Spannuten 36, 38 und somit zwei Schneiden 18a bis 22a. Ein Grund hierfür ist, dass der

Materialanteil des Stufenbohrers 10 bei vier Schneiden und somit vier Spannuten 36, 38, 46, 48 ausgehend von der Spitze 32 in diesem Bereich zu gering ist. Der Stufenbohrer 10 würde in diesem Bereich zu schnell brechen.

Somit weist die Aufbohrstufe 18 zwei Schneiden 18a auf, die Aufbohrstufe 20 weist zwei Schneiden 20a auf, die Aufbohrstufe 22 weist zwei Schneiden 22a auf, die Aufbohrstufe 24 weist zwei Vorschneiden 24a und zwei Nachschneiden 24b auf, die Aufbohrstufe 26 weist zwei Vorschneiden 26a und zwei Nachschneiden 26b auf, die Aufbohrstufe 28 weist zwei Vorschneiden 28a und zwei Nachschneiden 28b auf, die Aufbohrstufe 30 weist zwei Vorschneiden 30a und zwei Nachschneiden 30b auf.

Die Vorschneiden 24a bis 30a und die Nachschneiden 24b bis 30b weisen jeweils einen

unterschiedlichen Verlauf pro Aufbohrstufe 24 bis 30 des Stufenbohrers 10 auf. Die Vorschneide 24a bis 30a ist jeweils ausgehend von ihrem distalen Ende in Richtung eines proximalen Endes der Vorschneide 24a bis 30a über einen ersten Bereich gleichmäßig gekrümmt und einem Radius R zugeordnet, siehe hierzu Fig. 6a. Der Radius R beträgt im vorliegenden Fall 1 mm. An den ersten Bereich der Vorschneide 24a bis 30a schließt sich ein zweiter Bereich an, also ausgehend von dem proximalen Ende des ersten Bereichs in Richtung eines proximalen Endes des zweiten Bereichs. In diesem zweiten Bereich verläuft die Vorschneide tangential von dem ersten Bereich mit einer konstanten Steigung und schließt hierbei einen Winkel von 35° zu einer zur Längsachse 44 Parallelen ein. Hierbei ist in Betrieb im Wesentlichen der erste Bereich der Vorschneide 24a bis 30a wirksam, wie sich aus dem Verlauf der Nachschneiden 24b bis 30b ergibt, die im Folgenden beschrieben werden.

Die Nachschneiden 24b bis 30b weisen im Gegensatz zu den Vorschneiden24a bis 30a über ihren ganzen Verlauf eine konstante Steigung auf, siehe Fig. 6b. Die Nachschneiden schließen dabei einen Winkel von 45° zu einer zur Längsachse 44 Parallelen ein.

In Fig. 5 sind die beiden Verläufe einer Vorschneide 24a bis 30a und einer Nachschneide 24b bis 30b übereinandergelegt dargestellt, also die Nachschneide 24b bis 30b ist um 90° in Richtung der Vorschneide 24a bis 30a gedreht zusammen mit der Vorschneide 24a bis 30a dargestellt. Hieraus wird deutlich, dass die Kurven unterschiedlich ausgebildet sind und sich in einem Schnittpunkt S schneiden. Die Vorschneide 24a bis 30a ist im Hinblick auf die Drehrichtung der Nachschneide 24b bis 30b vorgelagert. Insofern wirkt zunächst die Vorschneide 24a bis 30a im Wesentlichen in ihrem gekrümmten Bereich und anschließend die Nachschneide 24b bis 30b. Durch diesen Verlauf ergeben sich nahezu ausgeglichene Kräfteverhältnisse beim Spanen zwischen der Vorschneide 24a bis 30a und der Nachschneide 24b bis 30b. Hierdurch wird ein ruhiges Bohrverhalten ermöglicht. Aus der Darstellung wird auch deutlich, dass sich das Kräfteverhältnis durch Verschieben des Schnittpunktes einstellen lässt, also beispielsweise wenn die Nachschneide 24b bis 30b einen geringeren Winkel aufweist.

Wie bereits ausgeführt wurde, sind pro Aufbohrstufe 24 bis 30 vier Spannuten 36, 38, 46, 48 vorgesehen, wobei zwei Spannuten 36, 38 zwei Vorschneiden 24a bis 30a und zwei Spannuten 46, 48 zwei Nachschneiden 24b bis 30b einer Aufbohrstufe 24 bis 30 bilden.

Die Bohrspitze 16 ist im Detail in den Figuren 4a und 4b dargestellt, hierbei weist die Bohrspitze 16 einen Durchmesser von 3,2 mm und die erste Aufbohrstufe 18 einen Durchmesser von 6 mm auf.

Dieser Durchmesser ist somit mehr als 40 % kleiner als der Durchmesser der anschließenden

Aufbohrstufe 18. Die Schneiden der Bohrspitze 16 weisen zueinander einen Winkel von 124° auf. Der maximale Abstand der Bohrspitze 16 von der ersten Aufbaustufe beträgt 1,9 mm bezogen auf eine Parallele zur Längsachse 44.

Der Spanwinkel a, welche die Spannuten 36, 38 zu den Vorschneiden 24a bis 30a einnehmen, ist unterschiedlich zu dem Spanwinkel b, welche die Spannuten 46, 48 zu den Nachschneiden 24b bis 30b einnehmen, siehe Fig. 7. Die Spannuten 36, 38 zu der Vorschneide 24a bis 30a weisen jeweils einen Spanwinkel a von 1° an der Spitze 32 auf, der konstant ansteigt bis zu einem Spanwinkel von 12° am Ende der Spannuten 36, 38. Im Gegensatz hierzu weisen die Spannuten 46, 48 zu der Nachschneide 24b bis 30b einen Spanwinkel b von konstant 27° auf. Die Drehrichtung ist mit D angezeigt.

Die Länge jeder Aufbohrstufe 18 bis 30 beträgt 10 mm. Der Durchmesser der ersten Aufbohrstufe 18 beträgt 6 mm, der zweiten Aufbohrstufe 20 beträgt 7 mm, der dritten Aufbohrstufe 22 beträgt 8 mm, der vierten Aufbohrstufe 24 beträgt 9 mm, der fünften Aufbohrstufe 26 beträgt 10 mm, der sechsten Aufbohrstufe 28 beträgt 11 mm, und der siebten Aufbohrstufe 30 beträgt 12 mm. Die Schneidengeometrie gewährleistet ein sehr ruhiges Bohrverhalten. Zudem verbessert die erfindungsgemäße Ausbildung des Stufenbohrers die Oberflächenqualität sowie die Rundheit der Bohrung und reduziert die Gratbildung an den Kanten. Durch die extrem verringerte Wärmeentwicklung wird die Standzeit der Stufenbohrer 10 entscheidend verbessert.

Mit dem neuen Stufenbohrer 10 ist das Zeitspanvolumen der Vorschneide 24a bis 30a und der Nachschneide 24b bis 30b ausgewogen. Durch die Vorschneide 24a bis 30a und die Nachschneide 24b bis 30b entsteht jeweils ein schmalerer Span, welche durch die spiralgenuteten Spannuten 36, 38, 46, 48 einfacherer nach hinten abtransportiert werden kann.

Des Weiteren reduzieren sich die Kräfte durch die vier Spannuten 36, 38, 46, 48 mit den jeweiligen Vorschneiden 24a bis 30a und Nachschneiden 24b bis 30b. Die Schneiden 24a bis 30a, 24b bis 30b werden weniger stark beansprucht, die Wärmeentwicklung ist geringer und die Wärmeabfuhr wird durch die vielfache Schneidenanzahl begünstigt.

Der erfindungsgemäße Stufenbohrer 10 ist insbesondere in geführten Bohreinheiten und

Handbohrmaschinen geeignet und eignet sich für Baustähle, höherlegierte Stähle, Messing, Aluminium, Plexiglas, aber auch Holz. Bisher waren bei Materialstärken bis zu 10 mm 8 verschiedene Spiralbohrer, Körner und Entgratwerkzeuge notwendig. Mit dem erfindungsgemäßen Stufenbohrer 10 gibt es eine Zeitersparnis von bis zu 75 %, da die Arbeitsschritte Ankörnen, Aufbohren mit 1 bis 3 Spiralbohrern und Entgraten entfallen. Außerdem können unterschiedliche Bohrungsdurchmesser mit einem Werkzeug, anstatt mit mehreren Spiralbohrern oder auch Kernbohrer, bearbeitet werden.

Durch die Ausbildung der Bohrspitze 16 werden die Zentrierung und das Anbohrverhalten verbessert.

Der Stufenbohrer 10 nach der Erfindung vereint verschiedenste Anwendungen miteinander, nämlich einen Spiralbohrer, einen Kernbohrer, einen Stufenbohrer, Körner und ein Entgratwerkzeug. Zudem wird die Flexibilität des Stufenbohrers 10 erhöht und die Bearbeitungszeiten verringert, da diese unterschiedlichste Anwendungen miteinander vereint. Bezugszeichenliste

10 Stufenbohrer

12 distales Ende

14 proximales Ende

16 Bohrspitze

16a Schneide - links

16b Schneide - rechts

18 erste Aufbohrstufe

18a Schneide

20 zweite Aufbohrstufe

20a Schneide

22 dritte Aufbohrstufe

22a Schneide

24 vierte Aufbohrstufe

24a Vorschneide

24b Nachschneide

26 fünfte Aufbohrstufe

26a Vorschneide

26b Nachschneide

28 sechste Aufbohrstufe

28a Vorschneide

28b Nachschneide

30 siebte Aufbohrstufe

30a Vorschneide

30b Nachschneide

32 Spitze

36 Spannut in der Bohrspitze 16 und der Aufbohrstufen 18 bis 30 zur Bildung von Schneiden 18a bis 22a und Vorschneiden 24a bis 30a 38 Spannut in der Bohrspitze 16 und der Aufbohrstufen 18 bis 30 zur Bildung von Schneiden 18a bis 22a und Vorschneiden 24a bis 30a 40 Endstück

42 Schaft

42a Spannflächen am Schaft 42

44 Längsachse

46 Spannut nur in der Aufbohrstufen zur Bildung von Nachschneiden

48 Spannut nur in den Aufbohrstufen zur Bildung von Nachschneiden

50

R Schneidenradius der Vorschneide 24a bis 30a

a Spanwinkel der Vorschneide 24a bis 30a

b Spanwinkel der Nachschneide 24b bis 30b

S Schnittpunkt von Vorschneide 24a bis 30a und Nachschneide 24b

bis 30b

D Drehrichtung des Stufenbohrers 10 im Betrieb

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Stufenbohrer (10) mit

a. einem distalen Ende (12) und einem gegenüberliegenden proximalen Ende (14), b. einer Bohrspitze (16), die am distalen Ende (12) des Stufenbohrers (10) eine Spitze (32) mit zwei geometrisch definierten Hauptschneiden (16a, 16b) aufweist, denen jeweils eine Spannut (36, 38) zugeordnet ist,

c. mindestens einer, in einem Abstand zum distalen Ende (12) angeordneten ersten Aufbohrstufe (18), die eine Anzahl geometrisch definierter Schneiden (18a bis 30a) aufweist, denen jeweils eine Spannut (36, 38) zugeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Schneiden (24a, 24b bis 30a, 30b) einer Aufbohrstufe (24 bis 30) so ausgebildet sind, dass der Verlauf des Abstands einer Schneide (24a, 24b bis 30a, 30b) von einer Längsachse des

Stufenbohrers von deren distalem Ende in Richtung proximalem Ende zwischen benachbarten Schneiden (24a, 24b bis 30a, 30b) unterschiedlich ist, wobei eine der benachbarten

Schneiden eine Vorschneide (24a bis 30a) und die andere Schneide eine Nachschneide (24b bis 30b) bildet.

2. Stufenbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen

Schneiden (24a, 24b bis 30a, 30b) mindestens in einigen der mehreren Aufbohrstufen (18 bis 30) vorhanden sind, vorzugsweise nach der dritten Aufbohrstufe (18 bis 30) und unmittelbar folgenden Aufbohrstufen (18 bis 30).

3. Stufenbohrer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschneide (24a bis 30a) über einen vorbestimmten ersten Bereich von einem distalen Ende der Vorschneide (24a bis 30a) in Richtung eines proximalen Endes der Vorschneide (24a bis 30a) gleichmäßig gekrümmt ist und einem Radius (R) zugeordnet ist.

4. Stufenbohrer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschneide (24a bis 30a) über einen vorbestimmten zweiten Bereich ausgehend von ihrem proximalen Ende des ersten Bereichs in Richtung eines proximalen Endes des zweiten Bereichs tangential von dem ersten Bereich mit einer konstanten Steigung verläuft.

5. Stufenbohrer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen der gekrümmte Bereich der Vorschneide (24a bis 30a) den Bereich bildet, in dem die Vorschneide (24a bis 30a) wirksam ist.

6. Stufenbohrer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) bei steigenden Aufbohrstufen in Stufen von bis zu einschließlich 1,5 mm in einem Bereich von einschließlich 0,5 mm bis einschließlich 1,5 mm, bevorzugt bei 1,0 mm liegt, bei steigenden Aufbohrstufen in Stufen größer als 1,5 mm in einem Bereich von einschließlich 2,4 mm bis einschließlich 3,4 mm, bevorzugt bei 2,9 mm liegt.

7. Stufenbohrer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorschneide (24a bis 30a) der zweite Bereich einen Winkel zu einer Längsmittelachse (44) des Stufenbohrers (10) oder einer Parallelen hierzu bildet, der in einem Bereich von einschließlich 31° bis einschließlich 39° liegt, bevorzugt einschließlich 34° bis einschließlich 36°, vorzugsweise 35° aufweist.

8. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschneide (24b bis 30b) über ihren wirksamen Bereich eine konstante Steigung aufweist.

9. Stufenbohrer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschneide (24b bis 30b) einen Winkel mit der Längsachse (44) des Stufenbohrers (10) oder einer Parallelen hierzu bildet, der in einem Bereich von einschließlich 41° bis einschließlich 49° liegt, bevorzugt von einschließlich 44° bis einschließlich 46°, insbesondere 45° aufweist.

10. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Spannnuten (36, 38, 46, 48) in der Aufbohrstufe (18 bis 30) bzw. den Aufbohrstufen (24 bis 30) vorgesehen sind, wobei zwei Spannuten (36, 38) jeweils eine Vorschneide (24a bis 30a) und zwei Spannuten (46, 48) jeweils eine Nachschneide (24b bis 30b) einer Aufbohrstufe (24 bis 30) bilden.

11. Stufenbohrer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich ein Teil der

Aufbohrstufen (18 bis 30) vier Spannuten aufweist, insbesondere die zweite Aufbohrstufe (20) und folgenden Aufbohrstufen (22 bis 30).

12. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneiden (16a, 16b) der Bohrspitze (16) zueinander einen Winkel aufweisen, der in einem Bereich von einschließlich 121° bis einschließlich 127°, insbesondere bei 124° liegt.

13. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Bohrspitze (16) 30% kleiner, bevorzugt 35% kleiner, insbesondere 40% kleiner als der Durchmesser der nachfolgenden Aufbohrspitze (18) ist.

14. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand der Spitze (32) der Bohrspitze (16) von der ersten Aufbohrstufe (18) in einem Bereich von einschließlich 1,6 mm bis 2,2 mm, insbesondere bei 1,9 mm liegt.

15. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannuten (36, 38) zu der Vorschneide (24a bis 30a) einen Spanwinkel (a) in einem Bereich von 0° bis 3°, insbesondere 1°, an der Spitze (32) und konstant ansteigend bis zu einem Bereich von 9° bis 15°, insbesondere 12°, am Ende der Spannuten (36, 38) aufweist.

16. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannuten (46, 48) zu der Nachschneide (24b bis 30b) einen konstanten Spanwinkel (b) in einem Bereich von 24° bis 30°, insbesondere 27°, aufweist.

17. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Spannuten (36, 38) der Bohrspitze (16) und der nachfolgenden Aufbohrstufe (18 bis 30) bzw. der nachfolgenden Aufbohrstufen (18 bis 30) unterschiedlich ist, insbesondere zwei Spannuten (36, 38) in der Bohrspitze (16) und vier Spannuten (36, 38, 46, 48) in einer der nachfolgenden Aufbohrstufe (18 bis 30) bzw. der nachfolgenden Aufbohrstufen (18 bis 30) vorgesehen sind.

18. Stufenbohrer nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (36, 38) der Bohrspitze (16) in die Spannut (36, 38) der nachfolgenden Aufbohrstufe (18 bis 30) bzw. der nachfolgenden Aufbohrstufen (18 bis 30) übergeht.

19. Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge einer Aufbohrstufe (18 bis 30) zwischen einschließlich 4 mm und einschließlich 16 mm liegt, bevorzugt zwischen einschließlich 8 mm und einschließlich 12 mm, insbesondere bei 10 mm.

20 Stufenbohrer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sieben Aufbohrstufen (18 bis 30) mit einem Durchmesser von der ersten zur letzten

Aufbohrstufe (18 bis 30) von 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm vorgesehen sind; oder acht Aufbohrstufen (18 bis 30) mit einem Durchmesser von 6 mm, 8 mm, 10 mm,

12 mm, 14 mm, 16 mm, 18 mm, 20 mm vorgesehen sind; oder acht Aufbohrstufen (18 bis 30) mit einem Durchmesser von 6 mm, 9 mm, 12 mm, 15 mm, 18 mm, 21 mm, 24 mm, 27 mm vorgesehen sind.