AT396672B - Vorrichtung zur spanabhebenden bearbeitung, insbesonders zum hinterschneiden von bohrlöchern - Google Patents

Description

AT396672B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere zum Hinterschneiden von Bohrlöchern, mit einer Antriebsspindel, einem achsparallelen exzentrisch»! Zapfen auf der Antriebsspindel und einem Werkzeug mit einer Bohrung, wobei das Werkzeug mit freiem Spiel in der Bohrung auf dem exzentrischen Zapfen gehalten ist und wobei das Werkzeug auf seiner Mantelfläche mehrere 5 Schneidkanten zur spanabhebenden Bearbeitung aufweist

Zum Herstellen von Hinterschneidungen in vorgefertigten in der Regel zylindrisch»! Bohrungen ist ein Fräswerkzeug bekannt, das im wesentlichen aus einem Aufnahmeschaft mit einem diesem vorderseitig zugeordneten Fräskopf besteht Der Fräskopf ist vom Aufnahmeschaft außermittig durchsetzt und auf diesem unbeweglich fixiert Die vom Zentrum des Aufnahmeschaftes weiter abragende Seitenflanke des Fräskopfes ist 10 zum Abtragen des zu bearbeitenden Materials als Schneide ausgebildet

Dem Fräswerkzeug wird zu dessen Arbeitsverrichtung von einem herkömmlichen motorisch betriebenen Gerät Drehbewegung verliehen. Das zuvor mit dem Fräskopf in die Bohrung eines Bauteiles eingeführte drehende Fräswerkzeug arbeitet mit der exzentrisch umlaufenden Schneide eine den Bohrungsdurchmesser partiell vergrößernde Hinterschneidung aus. IS Erfahrungsgemäß ist mit diesem bekannten Gerät jedoch ein quantitativ nur unbefriedigender Materialabbau möglich, wobei die Hinterschneidung sich zudem sehr einseitig, d. h. nicht befriedigend konzentrisch zur Achse der zylindrischen Bohrung, ausbildet Eine der Hauptursachen dies» Mängel liegt in d» problematischen Handhabung des Werkzeuges begründet, da der in d» vorgefertigten zylindrischen Bohrung umlaufende Fräskopf aufgrund dessen exzentrisch» Anordnung am Aufnahmeschaft ein pulsierendes 20 radiales Versetzen des letzteren bewirkt, was besonders stark in Erscheinung tritt, wenn der Durchmesser der zylindrischen Bohrung gleich oder nur geringfügig größer als die radiale Erstreckung des Fräskopfes zwischen dessen Seitenflanken ist

Um ein Abtragen von Material zwecks Erzielung einer Hinterschneidung zu bewirken, muß der Handhabende dem besagten radialen Versetzen des Aufnahmeschaftes mit entsprechender Kraftaufwendung 25 entgegenwirken. Die werkzeugseitig pulsierend bzw. schlagartig auftretenden Kräfte bewirken ein frühzeitiges Ermüden des Handhabenden und demzufolge ein Nachlassen der Abbauleistung. Hinzu kommt, daß die Form d» Ausfräsung subjektiv durch den Handhabenden bestimmt wird, so daß die Hinterschneidungen sich aufgrund der natürlichen ungleichen bzw. einseitigen bewegungs- und kraftmäßigen V»haltenscharakteristik jedes Handhabenden einseitig ausbilden. 30 Schließlich ist noch aus der DEOS 3 036 090 ein Fräswerkzeug bekannt geworden, das mehrere unrunde Fräsköpfe in Form von Schneiden aufweist. Die Schneiden sind exzentrisch mit einem Langloch versehen, das von einem Lagerbolzen durchgriffen wird. Der Lagerbolzen sitzt exzentrisch zur Achse ein» Antriebswelle, wobei die Exzentrizität den gedachten Arbeitsdurchmesser d» Schneiden übersteigt

Bei diesem bekannten Fräswerkzeug werden die Schneiden zwangsweise von d»i Lagerbolzen in 35 Drehrichtung um die Achse der Antriebswelle mitgeschleppt Auf Grund der Zentrifugalkraft w»den die Schneiden mit den Schneidkanten radial nach außen gelenkt. Zur Erstellung von Schlitzen schlagen die Schneiden am Bauteil auf und werden dadurch entgegen der Drehrichtung zurückgelenkt. Nach Verlassen des Bauteiles nehmen die Schneiden durch die Zentrifugalkraft wieder die ausgelenkte Stellung ein.

Zur Schaffung einer Hinterschneidung in Bohrungen ist dieses Fräsweikzeug nicht geeignet, da die durch die 40 Zentrifugalkraft hervorgerufenen Auslenkkräfte d» Schneiden bei weitem nicht ausreich»! würden, Material von der Wandung der Bohrung abzutragen. Die Schneiden würden lediglich ohne jegliche Schlagausübung entlang der Wandung der Bohrung gleiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sich insbesond»e zum Hinterschneiden von Bohrungen eignendes Fräswerkzeug zu schaffen, das sich durch hohen Materialabbau und Handhabungskomfort 45 auszeichnet

Erfindungsgemäß wird dies bei ein» Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß das Werkzeug ringförmig ausgebildet ist und daß die Exzentrizität zwischen der Antriebsspindel und dem exzentrischen Zapfen 5 bis 25 % des Durchmessers des Hüllkreises der Schneiden des Werkzeuges beträgt

Die ringförmige Ausbildung der Vorrichtung erlaubt das Anordnen ein» Mehrzahl von Schneiden auf 50 dessen Umfang, was einen hohen Materialabbau bewirkt Die Schneiden können zweckmäßig in zueinander unterschiedlichen Winkelabständen angebracht sein, um zudem den gleichmäßigen optimalen Abbau des Materials zu begünstigen. Anstelle des Anordnens von Schneiden ist es grundsätzlich auch möglich, Hartmetallkömer oder -partikel als Schneidkörper im bzw. am Fräskopf anzuordnen.

Um ein selbsttätiges, nicht mit nennenswertem manuellen Kraftaufwand verbundenes Ausaibeiten ein» 55 Hinterschneidung mittels, des Fräskopfes..zu erreichen, ist dieser zu einem-zur Aufnahmeschaftachse exzentrisch und parallel verlaufenden Lagerzapfen frei drehbar geführt Der Lagerzapfen kann konstruktiv entweder Teil des Aufnahmeschaftes oder des Fräskopfes sein. Durch den gegenüb» der Aufnahmeschaftachse exzentrisch angeordneten Lagerzapfen wird beim Drehen des Aufnahmeschaftes auch der Fräskopf in Drehung versetzt wobei» entlang der Wandung der vorgefertigten zylindrischen Bohrung läuft und die gewünschte 60 Hinterschneidung ausarbeitet

Der Lagerzapfen kann in eine entweder zentrisch oder außermittig in einem Lager des Fräskopfes vorgesehene Bohrung einragen. Bei zentrischer Bohrung mit zur Gleitlag»ung üblichem Lagerungsspiel -2-

AT396672B gegenüber dem Lagerzapfen kommt es zu einem Abtragen des Materials durch ein eine Art Abwälzen des Fräskopfes an der Wandung der zylindrischen Bohrung. Das Nachführen des Fräskopfes entsprechend der gewünschten Hinterschneidungstiefe erfolgt manuell. Ragt der Lagerzapfen hingegen in eine außermittig angeordnete Bohrung des Fräskopfes ein, so kommt es beim Drehen des Aufhahmeschaftes auf Grund der 5 Massenträgheit und der Zentrifugalkraft des Fräskopfes zu dessen radialem Auslenken um den Lagerzapfen. Da der seinerseits ebenso exzentrisch angeordnete Lagerzapfen mit dem Antriebsschaft mitdreht, wandert auch der Fräskopf um die Aufnahmeschaftachse, wobei der ausgelenkte Fräskopf sich gegen die Wandung der zylindrischen Bohrung anlegt und so eine Hinterschneidung ausarbeitet. Der Fräskopf wird auf Grund der Zentrifugalkraft entsprechend der fortlaufenden Abtragung automatisch weiter ausgelenkt, um die 10 gewünschte Tiefe der Hinterschneidung zu erreichen. Dieserart kommt es zu einem gleichmäßigen Abbau mit hoher Abbauleistung, ohne daß der Handhabende Radialschlägen ausgesetzt ist. Zweckmäßig greift am Fräskopf ein Rücktriebsglied, beispielsweise in Form einer Feder, an, so daß der Fräskopf im Stillstand des Aufnahmeschaftes automatisch in die Ausgangsstellung einfährt bzw. in dieser gehalten wird.

Die voran geschilderte Ausführungsform ist für ein großes Durchmesserspektrum und zum Bearbeiten IS weich»- und harter Materialien geeignet Ebenso zum Abtragen von Materialien mit unterschiedlichster Härte, insbesondere im kleineren Durchmesserbereich, ist auch ein Fräskopf mit vergleichsweise niedrig» Masse geeignet.

Zum Antreiben des Fräskopfes ist es von Vorteil, wenn im Querschnitt gesehen die eingeschlossene Fläche der Hüllkurve der Bewegungsbahn des exzentrischen Zapfens die Bohrung des Werkzeuges an zumindest einer 20 Stelle überragt Unter der Hüllkurve wird jene Kurve verstanden, die der vom Zentrum des Aufhahmeschaftes entfernteste Punkt des Lagerzapfenumfanges beim Drehen des Aufhahmeschaftes beschreibt

Der voran definierte, gegenüber dem Lagerzapfen erheblich größere lichte Querschnitt des Fräskopflagers erlaubt einerseits die freie Verdrehbarkeit des Fräskopfes und anderseits auch eine radiale Beweglichkeit des Fräskopfes gegenüber dem Lagerzapfen. Beim Drehen des Aufnahmeschaftes rotiert um dessen Achse in 25 gleicher Drehzahl der Lagerzapfen. Dieser touchiert auf Grund des großen lichten Querschnittes des Fräskopflagers jene Stelle der Bohrung des Fräskopflagers, welche in die durch die Hüllkurve begrenzte geometrische Kreisfläche einragen. Das besagte Touchieren erfolgt in Drehrichtung des Aufhahmeschaftes, so daß der Fräskopf in gleicher Drehrichtung aufeinanderfolgend Schlagimpulse erhält, die ihn in annähernd synchrones Mitdrehen gegenüber dem Antriebsschaft versetz»!. Der Fräskopf führt so also sowohl eine 30 Drehung um das Zentrum des Aufnahmeschaftes als auch um die eigene Achse durch.

Befindet sich das Fräswerkzeug mit dem Fräskopf in einer vorgefertigten zylindrischen Bohrung, so schlagen die Schneiden des Fräskopfes auf Grund des Drehens desselben um das Zentrum des Aufnahmeschaftes in der Folgeaiuinterschiedlichen Stellen der Bohrungswandung auf und tragen so durch die kinetische Energie des Fräskopfes zur Schaffung einer Hinterschneidung Material ab. 35 Das Überragen von Stellen des Fräskopflagers durch die Hüllkurve läßt sich auf zwei Arten erreichen. So kann die Bohrungskontur des Fräskopflagers durch radiales Verschieben des Fräskopfes im Rahmen der durch den lichten Querschnitt möglichen Versetzung in den durch die Hüllkurve umschriebenen Kreis gelangen. Ebenso ist dies erreichbar, wenn der kleinste Durchmess» der Bohrung des Werkzeuges klein» ist als die Summe der Längen des Durchmessers des exzentrischen Zapfens und der zweifachen Exzentrizität Dadurch 40 kommt es zwangsweise zu einem Touchieren der besagten Stellen durch den Lagerzapfen und damit zum geschilderten Antrieb des Fräskopfes, ohne daß durch äußere Hilfe der Fräskopf in den Wirkungsb»eich des Lagerzapfens gebracht w»den muß.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Bohrung des Werkzeuges kreisförmig. Das Touchieren des Lagerzapfens an der Oberfläche einer solchen Bohrung verursacht im wesentlichen tangential darauf 45 einwirkende Schläge.

Zur Erzielung eines minimalen Schlupfes zwischen Aufnahmeschaft und Fräskopf kann es ebenso von Vorteil sein, wenn die Bohrung des Werkzeuges einen polygonalen Querschnitt auf weist Im besonderen eignet sich dabei ein quadratischer Querschnitt

Um einerseits eine optimale Zahl von Antriebsimpulsen für den Fräskopf zu »zielen und anderseits eine 50 für guten Handhabungskomfort maßgebliche Laufruhe des Fräswerkzeuges unterschiedlichste Arbeitsdurchmesser des Fräskopfes zu erreichen, beträgt die Exzentrizität des Lagerkopfes 5 bis 25 % des Arbeitsdurchmessers des Fräskopfes.

Das erfindungsgemäße Fräswerkzeug ist auch zur Herstellung nutenförmiger Ausnehmungen, die dem Einlegen von Elektroleitungen dienen können, in Bauteilen aus den g»iannten Materialien einsetzbar. Hiezu 55 kann der Fräskopf an der vorderen Stirnseite zusätzlich Schneiden od. dgl. aufweisen.

Zum Antrieb des Fräswerkzeuges wird dieses in ein handelsübliches Handgerät das den Drehantrieb motorisch vermittelt eingesetzt Das Handgerät ist beispielsweise elektrisch oder durch Druckluft betätigt Eine besonders hohe Abbauleistung läßt sich erfahrungsgemäß im hohen Drehzahlbereich von vorzugsweise üb» 8.000 U/min erreichen. 60 Die Erfindung soll nunmehr an Hand von Zeichnungen, die Ausführungsbeispiele wiedergeben, näher erläut»t werden. Es zeigen Fig. 1 ein Fräswerkzeug mit angedeutetem Antriebsgerät teilweise geschnitten, Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch das Fräsw»kzeug gemäß dem Schnittv»lauf (Π-Π) d» Fig. 1, Fig. 3 -3-

Claims (5)

1. AT396672B eine vergrößerte Anächt des Fräswerkzeuges gemäß Pfeil (ΕΠ) unter Fig. 1, Fig. 4 eine ähnliche Ausführung eines Fräswerkzeuges in vergrößerter Schnittdarstellung, analog dem Schnittverlauf (Π-Π) der Fig. 1. Das in Fig. 1 gezeigte, mit (1) bezeichnete Fräswerkzeug ist in ein andeutungsweise erkennbares, mit (2) bezeichnetes Antriebsgerät, das dem Fräswerkzeug Drehbewegung verleiht, eingesetzt Der Antrieb dieses Gerätes kann auf herkömmliche Weise, wie etwa mittels Druckluft, wofür eine entsprechende Zuleitung (3) vorgesehen ist, erfolgen. Das Fräswerkzeug (1) besteht im wesentlichen aus einem mit (4) bezeichneten Aufnahmeschaft und einem mit (5) bezeichneten Werkzeug mit im wesentlichen ringförmigem Querschnitt Der Aufnahmeschaft (4) ragt mit einem Stummel (6) in das Antriebsgerät (2) und weist za dessen Drehmitnahme Angriffsflächen (7) auf. Durch einen ringförmigen Bund (8) schultert sich der Aufhahmcschafi (4) am Antriebsgerät (2) axial ab. In den Aufnahmeschaft (4) ist achsparallel zu diesem ein Lagerzapfen (9) eingeschraubt, wobei dieser um die Exzentrizität (E) gegenüber der Aufnahmeschaftachse (10) außermittig versetzt ist Der Zapfen (9) durchragt das Werkzeug (5) und stützt diesen nach vorne durch einen endseitigen Kopf (11) in einer Versenkung (12a) ab. Das Werkzeug (5) setzt sich aus einem Fräskopflager (12) und in dieses eingelassenen, mantelseitig Oberragenden, leistenförmigen Schneiden (13) zusammen. Letztere überragen geringfügig auch die vordem Stirnseite des Fräskopflagers (12) und des Kopfes (11), so daß ein Abtragen von Material eines Bauteiles sowohl mantel- als auch stirnseitig möglich ist Wie im weiteren der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das Fräskopflager (12) zum Durchgriff des Zapfens (9) eine Bohrung (14) mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt auf. Die kleinste Uchte Weite (d) dieser Bohrung (14) ist erheblich größer als der Querschnitt des Zapfens (9). In dieser Darstellung beträgt die kleinste lichte Weite (d) der Bohrung (14) geringfügig weniger als das Summenmaß aus dem Durchmesser des Zapfens (9) und der zweifachen Exzentrizität (E). Die Exzentrizität (E) wiederum beträgt etwa 10 % des durch einander gegenfiberliegende Flanken der Schneiden (13) definierten Arbeitsdurchmessers des Werkzeuges (5). Beim Drehen des Aufnahmeschaftes (4) kreist der Zapfen (9) um die Aufnahmeschaftachse (10), wobei der von der Aufnahmeschaftachse (10) entfernteste Umfangspunkt des Zapfens (9) eine kreisförmige Hüllkurve (H) beschreibt. Wie die Fig. 2 verdeutlicht, überragt die Hüllkurve (H) den lichten Querschnitt der Bohrung (14) in überwiegendem Maße. Der vom Aufnahmeschaft (4) in Bewegung versetzte Zapfen (9) läuft demzufolge zwangsläufig an der Mantelkontur der Bohrung (14) auf, so daß dem Werkzeug (5) ein Tangentialimpuls verliehen wird, demzufolge der Fräskopf im gleichen Drehsinne wie der Aufnahmeschaft (4) Drehbewegung ausführt. Das sich in einer vorgefertigten Bohrung eines Bauteiles befindliche, mit hoher Geschwindigkeit umlaufende Werkzeug (5) bzw. dessen Schneiden (13) schlagen in rascher Folge an der Wandung dieser Bohrung auf und arbeiten eine Hinterschneidung aus. Dabei kann der Aufnahmeschaft (4) bei entsprechender Abstimmung dessen Durchmessers mit dem Durchmesser der bauteilseitigen Bohrung eine gute Führung schaffen und so exakten Rundlauf in der Bohrung gewährleisten. Das Abbremsen der Drehbewegung des Fräskopfes (5) zufolge Arbeitsverrichtung desselben wird durch weitere in schneller Folge auftretende Tangentialimpulse wettgemacht. Der Fig. 3 ist im einzelnen entnehmbar, daß der Kopf (11) im Querschnitt größer als die Bohrung (14) ausgebildet ist, so daß ein Wegfallen des Werkzeuges (5) vom Aufnahmeschaft (4) bzw. vom Zapfen (9) nicht möglich ist Die in Fig. 4 aufgezeigte ähnliche Ausführungsform unterscheidet sich von jener gemäß den Fig. 2 uns 3 dadurch, daß hier eine Bohrung (15) mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen ist. Alle anderen Ausbildungsmerkmale entsprechen der voran erörterten Ausführung, weshalb in Fig. 4 im weiteren dieselben Bezugszeichen aufscheinen. Auch die Funktion dieser Ausführungsform entspricht der bereits geschilderten. Der Vorteil dieses Fräswerkzeuges besteht in der Herstelibarkeit unterschiedlichster Hinterschneidungstiefen, wobei ein und dasselbe Werkzeug auch für Bohrungen unterschiedlichsten Durchmessers geeignet ist. Dem Handhabenden werden zudem keine nennenswerten Schlagimpulse vermittelt, so daß sich das Werkzeug auch durch hohen Handhabungskomfort auszeichneL PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung, insbesondere zum Hinterschneiden von Bohrlöchern, mit einer Antriebsspindel, einem achsparallelen exzentrischen Zapfen auf der Antriebsspindel und einem Werkzeug mit einer Bohrung, wobei das Werkzeug mit freiem Spiel in der Bohrung auf dem exzentrischen Zapfen gehalten ist und wobei das Werkzeug auf seiner Mantelfläche mehrere Schneidkanten zur spanabhebenden Bearbeitung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (5) ringförmig ausgebildet ist und daß die Exzentrizität (E) zwischen der Antriebsspindel (10) und dem exzentrischen Zapfen (9) 5 bis 25 % des Durchmessers des Hüllkreises der Schneiden des Werkzeuges (5) beträgt -4- AT396672B
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt gesehen die eingeschlossene Fläche der Hüllkurve (H) der Bewegungsbahn des exzentrischen Zapfens (9) die Bohrung (14,15) des Werkzeuges (5) an zumindest einer Stelle übenagt.-
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste Durchmesser (d) der Bohrung (14,15) des Werkzeuges (5) kleiner ist als die Summe der Längen des Durchmessers des exzentrischen Zapfens (9) und der zweifachen Exzentrizität (E).
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (15) des 10 Werkzeuges (5) kreisförmig ist
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (14) des Werkzeuges (5) einen polygonalen Querschnitt aufweisL 15 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -5-