Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug insbesondere für metallische Werkstoffe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 15.

Solche Bohrwerkzeuge werden im Fahrzeugbau, z. B. bei der Herstellung von Zylinderkopf-Bohrungen, zum Bohren aus einem Vollmaterial oder zum Aufbohren bereits vorgefertigter Bohrlöcher verwendet.

So ist aus der EP 0 750 960 B1 ein gattungsgemäßes Bohrwerkzeug bekannt, das einen üblichen Spannschaft und einen daran anschließenden zylindrischen Bohrkörper aufweist. Zwischen der Bohrkörper-Stirnseite und dem Spannschaft erstrecken sich zwei nutenförmige Spanräume. Diese werden jeweils von Seitenwänden begrenzt, von denen jeweils eine Seitenwand an der Bohrkörperstirnseite ein Schneidelement trägt. In den beiden Spanräumen werden während des Bohrvorgangs Späne aus dem Bohrloch nach außen abgeführt.

Die das Schneidelement tragende Seitenwand des jeweiligen Spanraums ist hierbei eben ausgebildet und schließt bündig mit der Oberseite des Schneidelements ab. Die beiden Spanräume erstrecken sich teilweise gewendelt in der Bohrkörperlängsachse.

Durch diesen teilweise gewendelten Verlauf der Spanräume sowie die radial offene Gestaltung der Spanräume ist die Spanabfuhr aus dem Bohrloch beeinträchtigt. So können die Späne aufgrund der Zentrifugalkraft an die Bohrungswand gedrängt werden. Dies hat insbesondere bei einer vorgefertigten Zylinderkopf-Bohrung, in deren Wand Hohlräume, etwa Taschen oder Querbohrungen, vorhanden sind, den Nachteil, dass sich Späne in den Hohlräumen klemmen. Die Hohlräume müssen daher nach dem Bohrvorgang zeitaufwendig manuell von den Spänen befreit werden, um deren Funktionsfähigkeit zu gewährleisten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bohrwerkzeug insbesondere für metallische Werkstoffe bereitzustellen, bei dem während des Bohrvorgangs anfallende Späne zuverlässig aus der Bohrung abgeführt werden.

Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist die, das Schneidelement tragende Seitenwand einen, von der Seitenwand in der Umfangsrichtung hochgezogenen Steg auf, der sich in der Bohrerlängsrichtung erstreckt. Durch den in der Umfangsrichtung hochgezogenen Steg ist der Spanraum außenseitig zumindest teilweise geschlossen. Die während des Bohrvorgangs durch den Spanraum transportierten Späne werden somit aufgrund der Zentrifugalkraft nicht gegen die Bohrungswand, sondern gegen den Steg gedrängt, so dass die Späne berührungsfrei gegenüber der Bohrungswand abgeführt werden.

Der erfindungsgemäße Steg kann somit den Spanraum in der Radialrichtung nach außen begrenzen. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Steg am außenumfangsseitigen Rand der Seitenwand gebildet ist. Die somit zwischen dem Steg und einer gegenüberliegenden Seitenwand des Spanraums gebildete Nut ist damit ausreichend breit dimensioniert, d. h. größer als die Spanbreite von geteilten und/oder ungeteilten Spänen.

Erfindungsgemäß werden somit die entstehenden Späne aufgrund der wirkenden Fliehkräfte in die Nut gedrückt, die sich bevorzugt geradlinig, ohne eine Wendelung, in der Bohrkörperlängsrichtung erstrecken kann. Ein solcher geradliniger Nutverlauf begünstigt eine schnelle Spanabfuhr.

Zur Ausbildung der oben genannten Nut kann der Steg in einer Ausführungsform mit seiner Oberkante im wesentlichen bündig mit der Oberseite des Schneidelements abschließen. Auf diese Weise ist die durch den Steg begrenzte Nut mit ihrem Nutboden gegenüber dem Schneidelement in der Drehrichtung des Bohrwerkzeugs nach hinten verlagert. Die Späne können so aufgrund der wirkenden Zentrifugalkraft zuverlässig in die Nut gedrückt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann alternativ der Steg die Oberseite des Schneidelements überragen, wodurch entsprechend die Nuthöhe in einfacher Weise gesteigert werden kann. Dabei kann der Nutboden der zwischen dem Steg und der gegenüberliegenden Seitenwand des Spanraums gebildeten Nut im wesentlichen bündig mit der Oberseite des Schneidelements abschließen. Um den Spänetransport von dem stirnseitigen Schneidelement aus dem Spanraum heraus zu unterstützen, kann sich die Nuttiefe der zwischen dem Steg und der gegenüberliegenden Seitenwand des Spanraums gebildeten Nut in der Richtung des Spannschafts erhöhen.

Wie bereits erwähnt, ist es besonders bevorzugt, wenn die von dem Steg begrenzte Nut zwischen der Bohrkörper-Stirnseite und dem Spannschaft geradlinig verläuft. Auf diese Weise wird ein rinnenförmig ausgestalteter geradlinig verlaufender Spanraum ohne jegliche Wendelung bereitgestellt, der einen schnellen Abtransport der Späne ermöglicht. Ein Radialwinkel der Seitenwände des Spanraums kann dabei bei null liegen.

Die Förderung der Späne durch den Spanraum wird weiter begünstigt, wenn die Seitenwände des Spanraums eben ausgebildet sind und/oder zueinander im wesentlichen rechtwinklig angeordnet sind. Vorzugsweise kann die zwischen dem Steg und der gegenüberliegenden Seitenwand des Bohrkörpers gebildete Nut schaftseitig mit einem Auslass seitlich geöffnet sein, um eine Förderung der Späne aus dem Spanraum heraus zu ermöglichen.

Die Spanabfuhr kann durch den Einsatz eines Kühlmittels unterstützt werden, das mit hohem Druck im Bereich der Stirnseite des Bohrwerkzeugs aus einem Kühlmittelaustritt in den Spanraum geführt ist und die Späne aus der Bohrung herausspült.

Erfindungsgemäß kann das Kühlmittel über einen ersten Kühlmittelaustritt und einem zweiten Kühlmittelaustritt mit hohem Druck in den Spanraum geführt werden. Die beiden Kühlmittelaustritte können dabei so zueinander positioniert werden, dass die entstehenden Späne beabstandet von der Bohrungswand im Bereich eines Scheitels zwischen den Spanraumwänden gebündelt werden.

Die Bündelung der entstehenden Späne mit Hilfe der austretenden Kühlmittelströme kann unterstützt werden, wenn die beiden Kühlmittelkanäle in unterschiedliche Seitenwände des Spanraums münden.

Zur Versorgung des Bohrwerkzeugs mit Kühlmittel kann das Bohrwerkzeug zumindest eine zentrale Kühlmittelleitung aufweist, von der ein erster und zweiter Kühlmittelkanal abzweigen. Alternativ kann die zentrale Kühlmittelleitung über eine Querbohrung mit dem ersten und zweiten Kühlmittelkanal strömungstechnisch in Verbindung sein. Dabei kann der erste Kühlmittelkanal als ein Hauptkanal mit größerem Strömungsquerschnitt in die, dem Steg gegenüberliegende Seitenwand des Spanraums münden. Der zweite Kühlmittelkanal kann als ein Nebenkanal mit geringerem Strömungsquerschnitt in die, das Schneidelement tragende Seitenwand münden. Durch die Anordnung des zweiten Kühlmittelkanals unterhalb des Schneidelements kann die Spanabfuhr sowie die Bündelung der Späne im Scheitelbereich weiter unterstützt werden.

Die Strömungsgeschwindigkeit des aus den Kanälen austretenden Kühlmittels in der Bohrkörperlängsrichtung hängt vom Volumenstrom und vom Austrittsdurchmesser der Kühlmittelkanäle ab. Eine zusätzliche Kühlmittelgeschwindigkeitskomponente wird bei rotierendem Bohrwerkzeug durch die Zentrifugalkraft erzeugt. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels führt zu einem geringen statischen Druck des Kühlmittels, was im Spanraum eine Saugwirkung erzeugt. Ein aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit entstehender großer dynamischer Druck bewirkt, dass das Kühlmittel die Späne aus dem Spanraum wirkungsvoll abführen kann.

Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

1 in einer Seitenansicht ein Bohrwerkzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

2 in einer Vorderansicht die Stirnseite des Bohrwerkzeugs;

3 die Einzelheit X aus der 1 in Vergrößerung;

4 eine Ansicht entsprechend der 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

5 eine Ansicht entsprechend der 3;

6 eine Ansicht entsprechend der 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel; und

7 die Stirnseite des Bohrwerkzeugs gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.

In der 1 ist ein Bohrwerkzeug zum Bohren in metallischen Werkstücken gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Bohrwerkzeug weist einen zylindrischen Spannschaft 1 auf, an dem sich in üblicher Weise ein Bohrkörper 3 anschließt. Der Bohrkörper 3 weist zwei im wesentlichen nutenförmige Spanräume 5 auf, die sich zu beiden Seiten einer Bohrkörperlängsachse 7 erstrecken und in eine Stirnfläche 9 des Bohrerkörpers 3 münden. Jeder der Spanräume 5 ist durch zwei Seitenwände 11 und 13 begrenzt.

Von den beiden Seitenwänden 11, 13 der Spanräume 5 weist die Seitenwand 13 an ihrem stirnseitigen Ende eine taschenförmige Ausnehmung auf, in der ein plattenförmiges Schneidelement 15 sitzt, deren Oberseite mit der Seitenwand 13 bündig abschließt. Das Schneidelement 15 überragt mit seiner frontseitigen Schneidkante 17 geringfügig die Stirnfläche 9 des Bohrkörpers 3 und steht radial geringfügig über den Bohrkörperumfang vor, wie es in der 3 angedeutet ist.

In der 2 ist die Stirnfläche 9 des Bohrkörpers 3 in der Vorderansicht mit den beiden gegenüberliegenden Spanräumen 5 gezeigt. Demzufolge sind die beiden Schneidelemente 15 in gleichen radialen Abständen zur Bohrkörperlängsachse 7 angeordnet. Die beiden Seitenwände 11, 13 laufen an einem abgerundeten Scheitel 16 zusammen und sind im wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet.

Wie aus der 2 weiter hervorgeht, liegt der Radialwinkel zwischen einer Querachse 17 und den Schneidelementen 15 bei null. D. h., dass die Schneidelemente 15 in Umfangsrichtung nicht gekippt angeordnet sind, sondern in Richtung des Bohrkörper-Radius ausgerichtet sind.

An der, das Schneidelement 15 tragenden Seitenwand 13 des jeweiligen Spanraums 5 ist am außenumfangsseitigen Rand jeweils ein Steg 19 angeformt. Der Steg 19 ist in der Umfangsrichtung des Bohrwerkzeugs hochgezogen und erstreckt sich in der Bohrerlängsrichtung bis zum Spannschaft 1. Der Steg 19 schließt dabei gemäß der 3 in Axialrichtung unmittelbar hinter dem Schneidelement 15 an und begrenzt zwischen sich und der gegenüberliegenden Seitenwand 11 des Spanraums 5 eine im Querschnitt U-förmige, geradlinig verlaufende Nut 21.

Wie aus der 2 hervorgeht, überragt der Steg 19 das jeweilige Schneidelement 15 in der Umfangsrichtung, so dass die Nut 21 mit ihrem Nutboden bündig mit der Oberseite des Schneidelements 15 abschließt. Der Nutboden ist dabei durch die, das Schneidelement 15 tragenden Seitenwand 13 gebildet.

Wie aus der 2 hervorgeht, weist die Nut 21 an ihrem stirnseitigen Ende eine Nuttiefe a₁ auf, die sich in Richtung des Spannschafts 1 bis zu einer Nuttiefe a₂ erhöht, um eine Spanabfuhr zu unterstützen. Entsprechend verläuft die Seitenwand 13 in der Richtung der Bohrkörperlängsachse 7 zum Spannschaft 1 geneigt. Im Bereich des Spannschafts 1 ist der die Nut 21 seitlich begrenzende Steg 19 unterbrochen, so dass die Nut 21 gemäß der 1 mit einem Auslaß 22 seitlich geöffnet ist, damit die entstehenden Späne den jeweiligen Spanraum 5 verlassen können.

Um das Bohrwerkzeug mit einem Kühlmittel zu versorgen, erstrecken sich in der 1 zwei Kühlmittelleitungen 23 zentral durch das Bohrwerkzeug, von denen jede einem Spanraum 5 zugeordnet ist. Jede der zentralen Kühlmittelleitungen 23 ist gemäß der 2 strömungstechnisch mit einer Querbohrung 25 in Verbindung, die das Kühlmittel in zwei separate Kühlmittelkanäle 27 und 28 aufteilt. Die beiden Kühlmittelkanäle 27, 28 sind jeweils in die Bohrkörper-Stirnfläche 9 eingearbeitete Bohrungen. Der Kühlmittelkanal 27 mündet daher in die Stirnfläche 9 des Bohrkörpers 3 und wird in der Stirnfläche 9 als ein Stichkanal 29 zur Seitenwand 11 geführt, wo er in einem ersten Kühlmittelaustritt 31 in den Spanraum 5 mündet. Der zweite Kühlmittelkanal 28 erstreckt sich unterhalb des jeweiligen Schneidelements 15 in der Richtung der Bohrkörperlängsachse 7 und mündet mit einem zweiten Kühlmittelaustritt 33 in die schräg verlaufende Seitenwand 13.

In den 1 bis 3 sind jeweils die Zentralleitungen 23 sowie die zweiten Kühlmittelkanäle 28 stirnseitig durch jeweils einen Gewindestopfen 35 geschlossen gezeigt.

Bei einem Bohrvorgang werden die entstehenden Späne aufgrund der Zentrifugalkraft in die Nut 21 des rotierenden Bohrwerkzeugs gedrückt und daher mittels des Stegs 19 berührungsfrei gegenüber der Bohrungswand gehalten. Aufgrund der von a₁ zu a₂ steigenden Nuttiefe wird der Spantransport in Richtung des Nutauslaufes 22 unterstützt. Eine zusätzliche Unterstützung der Spanabfuhr erfolgt durch das Kühlmittel, das durch den ersten Kühlmittelaustritt 31 gemäß der 2 und den zweiten Kühlmittelaustritt 33 gemäß der 3 mit hohem Druck in den jeweiligen Spanraum 5 eingeleitet wird und die Späne im Bereich des Scheitels 16 zwischen den beiden Seitenwänden 11, 13 zusätzlich bündelt.

In den 4 und 5 ist ein Bohrwerkzeug gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 ist in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Nut 21 als eine Vertiefung in der Seitenwand 13 eingearbeitet. Die Nut 21 ist somit in einer Werkzeugdrehrichtung gegenüber dem Schneidelement 15 in der Umfangsrichtung zurückgesetzt. Der am Außenumfangsrand gebildete Steg 19 schließt somit mit seiner Oberkante im wesentlichen bündig mit der Oberseite des jeweiligen Schneidelements 15 ab. Die Nut 21 ist dabei mit einer Nuttiefe a₁ in der Axialrichtung unmittelbar hinter dem Schneidelement 15 angeordnet. Diese steigert sich bis zu einer Nuttiefe a₂ im Bereich des Spannschafts 1.

Die Versorgung der Spanräume 5 mit Kühlmittel erfolgt in gleicher Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel mittels der zentralen Kühlmittelleitungen 23 sowie den ersten und zweiten Kühlmittelkanälen 27 und 28.

In dem dritten Ausführungsbeispiel der 6 und 7 ist einerseits die Nut 21 als eine Vertiefung in die Seitenwand 13 eingearbeitet und somit der Nutboden gegenüber dem Schneidelement 15 zurückgesetzt, wie es im zweiten Ausführungsbeispiel der 4 und 5 der Fall ist. Darüber hinaus ist der die Nut 21 begrenzende Steg 19 über das Schneidelement 15 hinaus in der Umfangsrichtung hochgezogen, wie es im ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Dadurch ergibt sich eine im Vergleich zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erhöhte Nuttiefe, wodurch die entstehenden Späne noch sicherer in der Nut 21, und daher berührungsfrei gegenüber der Bohrungswand aus dem Bohrloch abgeführt werden können.