DE4301261A1

DE4301261A1 - Bohrwerkzeug nach Art eines Spiralbohrers

Info

Publication number: DE4301261A1
Application number: DE4301261A
Authority: DE
Inventors: Walter Schimmer
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1994-07-21
Also published as: DE69400441D1; DE69400441T2; EP0608084A1; US5380133A; EP0608084B1; JPH06210508A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bohrwerkzeug nach Art eines Spiral bohrers mit durch eine Bohrerseele zusammengehaltenen Windungen, die jeweils in einer radial verlaufenden Schneide auslaufen, von denen die eine bis an die Werkzeugachse reicht und die andere demgegenüber kürzer ist.

Ein derartiges Bohrwerkzeug ist in der DE-OS 30 20 948 beschrieben. Die Gestaltung des bekannten Bohrwerkzeuges läuft darauf hinaus, dieses auch mit kleineren Durchmessern herstellbar zu machen.

Bohrwerkzeuge der eingangs genannten Art lassen sich sowohl zum Bohren als auch Senken verwenden, wobei es sich im letzteren Falle vor allem um Sacklöcher handelt, die in einem flachen Grund auslaufen.

Das Bohren von Löchern und im Anschluß daran das Senken eines folgenden Sackloches stellt einen Verfahrensschritt dar, der sich für das Lichtbogenverschweißen von Aluminiumblechen als besonders vorteilhaft herausgestellt hat. Für das Verschweißen zweier derart vorbereiteter Aluminiumbleche verwendet man pro Loch und Sackloch jeweils ein Einschweißteil aus Aluminium, das durch Lichtbogenerhitzung am Grunde des Sackloches zum Schmelzen gebracht wird und dabei die beiden Bleche mittels der Schmelze miteinander verbindet. Ein derartiges Ver fahren wird beispielsweise in der älteren deutschen Patentanmeldung P 41 25 748.0 (unser Zeichen: E 14444) erläutert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Bohren eines Loches und das anschließende Senken eines folgenden Sackloches in zwei aufein anderliegenden Aluminiumblechen mittels eines Bohrwerkzeuges so zu gestalten, daß unmittelbar nach dem Bohr- und Senkvorgang das Ver schweißen mittels Lichtbogen erfolgen kann, ohne daß irgendwelche Vorbereitungsarbeiten für das Verschweißen an den Aluminiumblechen erforderlich werden.

Hierzu wird ein Bohrwerkzeug verwendet, das die eingangs erwähnte Gestaltung aufweist und erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:

a) die von durchgehenden Geraden gebildeten Schneiden lie gen im wesentlichen in einer mit der Werkzeugachse zu sammenfallenden Ebene,
b) die Schneiden bilden einen unter 180° liegenden stumpfen Winkel (Schneidenwinkel) von mindestens 175°,
c) die Schneiden weisen einen Keilwinkel von etwa 30° bei einem Spanwinkel von etwa 30° bis 45° auf.
d) der Durchmesser der Bohrerseele beträgt höchstens die Hälfte des Werkzeugdurchmessers.

Aufgrund der Anordnung der Schneiden als durchgehende Geraden in einer im wesentlichen mit der Werkzeugachse zusammenfallenden Ebene wird sichergestellt, daß der Grund des mittels des Senkvorganges erstell ten Sackloches in seiner Mitte keine Erhebung aufweist, die die sichere Auflage des Einschweißteiles stören würde. Der gewählte stumpfe Schnei denwinkel von höchstens 5° gewährleistet, daß beim Bohren des Durch gangsloches in der oberen Platte eine vollständige Zerspanung des Mate rials der oberen Platte erfolgt, während das Bohrwerkzeug schon in die darunterliegende Platte zur Bildung des Sackloches eindringt. Bei ähnlich gestalteten Bohrwerkzeugen mit überstumpfen Schneidenwinkeln (180° und darüber) würde beim Durchbohren des oberen Bleches von den äußeren Schneidenenden ein tellerartiges Reststück aus der oberen Platte her ausgebohrt werden, das dann den Senkvorgang in die untere Platte erheblich erschweren würde. Die Gestaltung der Schneiden hinsichtlich ihres Keilwinkels und des Spanwinkels ist besonders geeignet für das Zerspanen von Aluminium, insbesondere mit hohen Drehzahlen des Bohrwerkzeuges, die für den hier beschriebenen Zweck beispielsweise bei 30000 Umdrehungen/min. liegen können. Dabei ergibt sich eine beson ders feine Zerspanung, die zu problemlos absaugbaren Spänen führt, wobei infolge der hohen Drehzahl und der gewählten Gestaltung der Schneiden eine Zerspanung ohne irgendein Schmiermittel, Kühlmittel oder dergleichen möglich ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug bearbeiteten Stellen der beiden Aluminiumbleche sind daher unmittelbar nach dieser Bearbeitung für das Verschweißen mittels der oben erläuter ten Methode geeignet, für die eine span- und schmiermittelfreie Ober fläche Vorbedingung ist. Die Absaugung der Späne wird dabei dadurch besonders erleichtert, daß das Bohrwerkzeug mit einer relativ dünnen Bohrerseele ausgestattet ist, nämlich einer solchen, deren Durchmesser höchstens die Hälfte des Werkzeugdurchmessers beträgt.

Der Abfluß der Späne läßt sich dadurch besonders günstig gestalten, daß die Bohrerseele vor jeder Schneide in einer in den schneidenseitigen Schenkel des Spanwinkels übergehenden Nut derart ausläuft, daß die Nuten eine Kernausspitzung neben dem inneren Ende der bis zur Werk zeugachse reichenden Schneide bilden. Die beiden Nuten vergrößern im inneren Bereich der Schneiden den dort vorhandenen Freiraum, in den die Späne leicht abfließen und in rückwärtiger Richtung entlang der Windungen des Bohrwerkzeuges heraustransportiert werden können.

Die vorstehend erläuterte Gestaltung des Bohrwerkzeuges läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch abwandeln, daß die in der kürzeren Schneide auslaufende Windung mit dem ihr zugeordneten Teil der Bohrerseele entfernt ist. Diese Gestaltung, bei der also nur eine einzige Schneide vorhanden ist, liefert einen erheblichen Freiraum für das Abfließen der Späne, da diese von der einen Schneide nicht nur von deren äußeren Bereich in rückwärtiger Richtung abgeführt werden können, sondern auch von ihrem inneren Bereich in den Raum der hier nicht vorhandenen zweiten Windung. Vom inneren Bereich der Schneide können also die Späne sofort radial nach außen abfließen, d. h. der innere Bereich, der z. B. bei üblichen Spiralbohrern bezüglich des Spanflusses besonders kritisch ist, läßt durch den Freiraum der nicht vorhandenen Windung ein freies Abfließen der Späne in besonders günstiger Weise zu.

Die Gestaltung des Bohrwerkzeuges mit nur einer Schneide erlaubt darüberhinaus eine freie Gestaltung der Schneide selbst, deren Spanwin kel sich auch von außen nach innen kontinuierlich bis zu einem Winkel von 0° verkleinern kann. Für den Vorgang des Zerspanens spielt diese Verringerung des Spanwinkels keine entscheidende Rolle, da im inneren Bereich der Schneide das Zerspanungsvolumen am geringsten ist. Diese Gestaltung der Schneide liefert den wesentlichen Vorteil, daß sie ohne weiteres nachgeschliffen werden kann, wobei das Bohrwerkzeug sich gleichmäßig geringfügig verkürzt, ohne daß sich dabei der Spanwinkel an jedem Radius des Bohrwerkzeuges ändert. Bei einem Nachschleifen einer Schneide, deren Spanwinkel von außen nach innen der gleiche ist, wäre dies nicht der Fall. Bei einem Nachschleifen einer derartigen Schneide würde die Schneidkante sich entgegen der Drehrichtung des Bohrwerkzeu ges nach rückwärts versetzen und damit außer Mitte geraten, was zur Erzeugung eines unerwünschten Bohrkerns führen würde.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 das Bohrwerkzeug mit zwei Schneiden in Seiten sicht,

Fig. 2 das gleiche Bohrwerkzeug in Seitensicht um 90° gegenüber der Nachstellung in Fig. 1 gedreht,

Fig. 3 das gleiche Bohrwerkzeug in axialer Sicht auf die beiden Schneiden,

Fig. 4 einen Schnitt durch das Bohrwerkzeug gemäß Fig. 1 längs der Linie VI-VI in Fig. 1,

Fig. 5 das Bohrwerkzeug mit nur einer Schneide in per spektivischer Sicht,

Fig. 6 das gleiche Bohrwerkzeug in Seitensicht auf die nach außen ragende Ecke der einen Schneide,

Fig. 7 das gleiche Bohrwerkzeug in Seitensicht gegenüber der Darstellung in Fig. 6 um 90° gedreht,

Fig. 8 das gleiche Bohrwerkzeug im Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt das Bohrwerkzeug 1 mit den beiden Schneiden 2 und 3. In diesen beiden Schneiden 2 und 3 enden zwei Windungen 4 und 5, die sich ähnlich der Gestaltung des bekannten Spiralbohrers gewindeartig um eine Seele 6 herumwinden. Die Seele 6 ist zylindrisch ausgebildet und wächst zusammen mit den Windungen 4 und 5 axial aus dem zylindri schen Schaft 7 des Bohrwerkzeugs heraus. Die Oberfläche des Schaftes 7 geht jeweils in eine Phase 8 jeder Windung 4 und 5 über (in Fig. 1 ist nur die Phase 8 an der Windung 5 zu sehen), wobei diese Phasen dem Durchmesser des durch den Schaft 7 gebildeten Zylinders folgen, jedoch in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung leicht nach innen abgeschrägt sind, um in einem Bohrloch die Reibung durch die betref fende Phase zu verringern.

Die beiden Schneiden 2 und 3 werden je von einer durchgehenden Geraden gebildet, wie dies deutlich die Fig. 1 zeigt. Sie bilden einen Winkel, der über 175° und unter 180° liegt (in der Figur überhöht dargestellt). Sie liegen in einer mit der Werkzeugachse 9 zusammen fallenden Ebene, die bei der Darstellung in Fig. 1 mit der Zeichen ebene zusammenfällt. Ein nur geringfügiger Versatz der beiden Schneiden 2 und 3 gegenüber dieser Ebene in dem Sinne, daß in Drehrichtung jeweils eine Schneide der anderen vorläuft, ist für die Funktion des Bohrwerkzeugs so lange unbedeutend, wie es sich tatsächlich nur um ganz geringe Maße, z. B. 0,1 mm, handelt. Auf der in Drehrichtung vorderen Seite der Windungen 4 und 5, benachbart zu den Schneiden 2 und 3, sind je eine Nut 10 angebracht (in Fig. 1 ist nur die Nut 10 in der Windung 4 zu sehen), die für einen erleichterten Spanabfluß sorgen. Die Nutengründe 22 bilden gegenüber der Werkzeugachse 9 den Winkel S₂, der bei etwa 35 bis 55° liegt. Weiterhin sind in Drehrichtung hinter den Schneiden 2 und 3 Hinterschliffe 11 angebracht (nur der Hinter schliff 11 an der Windung 5 ist in Fig. 1 zu sehen), die der Reibungs verringerung gegenüber dem Werkstück dienen. Schließlich ist in Dreh richtung unmittelbar hinter jeder Schneide 2, 3 eine schmale Freifläche 12 und 13 angeschliffen (siehe Fig. 3), von der jeweils die Schneiden 2 und 3 zusammen mit den Nuten 10 gebildet werden.

Aufgrund der in die Windungen 4 und 5 neben den Schneiden 2 und 3 eingeschliffenen Nuten 10, die im Bereich des Schnittpunktes der beiden Schneiden 2 und 3 ineinander einlaufen, ergibt sich unmittelbar neben dem inneren Ende der Schneide 2 eine Kernausspitzung in Form einer kleinen Quernut von einem bis einigen 0,1 mm Tiefe. Diese Kernaus spitzung 14 wirkt sich beim Senken nicht aus, da sie neben der Achse 9 des Bohrwerkzeugs liegt. Die Schneide 2 ist nämlich länger ausgebildet als die Schneide 3 und reicht mindestens bis zur Werkzeugachse 9, so daß beim Senken in jedem Falle die Schneide 2 das ihr gegenüber stehende Material mindestens bis zur Werkzeugachse 9 wegräumt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen deutlich die in der Ebene der Werkzeug achse 9 liegenden Schneiden 2 und 3. Weiterhin zeigt die Fig. 3 die beiden Freiflächen 12 und 13 in Drehrichtung hinter den Schneiden 2 und 3, die zusammen mit den Nuten 10 den in Fig. 2 eingezeichneten Keilwinkel K bilden. Dieser Winkel beträgt beim dargestellten Ausfüh rungsbeispiel 30°. Darüber hinaus zeigt die Fig. 2 auch den Spanwinkel S₁, der zwischen der Werkzeugachse 9 und der an die Schneiden 2, 3 anschließenden Flächen gebildet wird, wobei diese Flächen zumindest teilweise in die Nut 10 übergehen. Dieser Spanwinkel S₁ beträgt hier 40°.

In Fig. 1 ist noch der Durchmesser D der Bohrerseele 6 eingezeichnet, der etwas geringer ist als der Werkzeugdurchmesser, gemessen am Schaft 7.

Aus der Schnittzeichnung gemäß Fig. 4 (Schnitt entlang der Linie IV- IV aus Fig. 1) ist deutlich das radiale Herauswachsen der Windungen 4 und 5 aus der zylindrischen Bohrerseele 6 ersichtlich.

Das in den Fig. 5 bis 8 dargestellte Bohrwerkzeug 15 ist prinzipiell in der gleichen Weise aufgebaut wie das Bohrwerkzeug 1 gemäß den Fig. 1 bis 4, allerdings besitzt das Bohrwerkzeug 15 nur eine Schnei de 16. Die Gestaltung des Bohrwerkzeugs 15 kann durch die Überlegung erläutert werden, daß beim Bohrwerkzeug 1 die Schneide 3 mit den darunterliegenden Teilen (Hinterschliff 11 und ein Teil der Windung 5 und der Bohrerseele 6) weggeschliffen sind. Für den vollständigen Schneidvorgang und das Senken eines Sackloches spielt dies keine Rolle, da die verbliebene Schneide 16 mindestens bis an die Werkzeugachse 9 heranreicht. Beim Drehen des Bohrwerkzeugs 15 um seine Werkzeug achse 9 nimmt also die Schneide 16 das gesamte zu entfernende Materi al beim Bohren bzw. Senken mit. An die Schneide 16 schließt sich die Freifläche 17 an, die zusammen mit der aus Fig. 6 ersichtlichen Span fläche 18 den Keilwinkel der Schneide 16 bildet. Die Schneide 16 sitzt am Ende der einzigen Windung 19, die aus dem Schaft des Bohrwerk zeugs 15 herauswächst. Dabei bildet der der Werkzeugachse 9 benach barte Teil der Windung 19 gewissermaßen eine sich um die Achse 9 windende Bohrerseele, die damit einen besonders großen Freiraum für das Abfließen der Späne zuläßt. Die Windung 19 besitzt an ihrem äußeren Rand die Phase 21, die dem Durchmesser des Schaftes folgt. Dabei verläuft die Windung 19 mit einer Fläche um die Werkzeugachse 9, wie dies etwa bei einer Wendeltreppe der Fall ist.

Der in der Fig. 8 dargestellte Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII aus Fig. 6 zeigt deutlich, daß die Windung 19, die in ihrem der Werk zeugachse 9 benachbarten Bereich gleichzeitig die Bohrerseele bildet, einen wesentlich größeren Querschnitt aufweist als der aus der Fig. 4 ersichtliche entsprechende Schnitteil von Bohrerseele 6 und Windungen 4 und 5. Hierdurch ergibt sich für das Bohrwerkzeug 15 mit nur einer Schneide 16 eine gegenüber dem Bohrwerkzeug 1 wesentlich größere Stabilität und Verdrehungssicherheit. Außerdem ist in der Fig. 8 noch dargestellt, daß sich die Windung 19 von ihrem Endbereich in der Nähe der Schneide 16 hinsichtlich ihrer Außenfläche ständig mit der Werkzeug achse 9 annähert, wodurch vermieden wird, daß die Außenfläche der Windung 19 mit der Wandung eines Bohrlochs in Berührung und damit Reibkontakt treten kann.

Claims

1. Bohrwerkzeug (1, 15) nach Art eines Spiralbohrers mit durch eine Bohrerseele zusammengehaltenen Windungen (4, 5; 19), die jeweils in einer radial verlaufenden Schneide (2, 3; 16) auslaufen, von denen die eine (2; 16) bis an die Werkzeugachse (9) reicht und die andere (3) demgegenüber kürzer ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die von durchgehenden Geraden gebildeten Schneiden (2, 3) liegen im wesentlichen in einer mit der Werkzeugachse (9) zusammenfallenden Ebene,
b) die Schneiden (2, 3) bilden einen unter 180° liegenden stumpfen Winkel (Schneidenwinkel) von mindestens 175°,
c) die Schneiden (2, 3; 16) weisen einen Keilwinkel (K) von etwa 30° bei einem Spanwinkel (S₁, S₁₅) von etwa 30° bis 45° auf,
d) der Durchmesser (D) der Bohrerseele (6) beträgt höchstens die Hälfte des Werkzeugdurchmessers.

2. Bohrwerkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrerseele (6) vor jeder Schneide (2, 3) in einer in den schneidenseitigen Schenkel des Spanwinkels (S₁, S₁₅) übergehenden Nut (10) derart ausläuft, daß die Nuten (10) eine Kernausspitzung (14) neben dem inneren Ende der bis zur Werkzeugachse (9) rei chenden Schneide (2) bilden, wobei der Grund (22) der Nuten (10) gegenüber der Werkzeugachse (9) einen Winkel (S₂) von etwa 35° bis 55° bildet.

3. Bohrwerkzeug (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der kürzeren Schneide auslaufende Windung mit dem ihr zugeordneten Teil der Bohrerseele entfernt ist, so daß nur eine Schneide (16) mit ihrer Windung (19) verbleibt.

4. Bohrwerkzeug (15) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Spanwinkel (S₁₅) von außen nach innen von einem Winkel von etwa 30° bis 45° kontinuierlich bis zu einem Winkel von 0° verkleinert.