DE10034776B4 - Vorrichtung zum Erzeugen von schrägen Tieflochbohrungen in metallischen Werkstücken mit konvexer Oberfläche - Google Patents

Vorrichtung zum Erzeugen von schrägen Tieflochbohrungen in metallischen Werkstücken mit konvexer Oberfläche Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen von schrägen Tieflochbohrungen in metallischen Werkstücken mit konvexer Oberfläche, mit einem langgestreckten Bohrer (14), der einen inneren (20) und einen äußeren längslaufenden Kanal (21) aufweist, und einer Bohrbuchse (22), durch die der Bohrer (14) hindurchgeht und die eine verschleißfeste Büchse (25) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrbuchse (22) an ihrem dem Werkstück (10) zugewandten Ende mindestens eine geradlinige quer zur Bohrbuchsenachse verlaufende Stützkante (28) zur Abstützung auf der konvexen Oberfläche des Werkstücks aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von schrägen Tieflochbohrungen in metallischen Werkstücken mit konvexer Oberfläche nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Als Tieflochbohrungen werden generell Bohrungen bezeichnet, deren Tiefe größer ist als etwa das 10-fache des Durchmessers. Tieflochbohrungen bilden beispielsweise Ölkanäle, die in Kurbelwellen verlaufen, oder Kühlwasserkanäle in Zylinderköpfen. Eine Werkzeugmaschine zur Herstellung von Tieflochbohrungen in Kurbelwellen ist beispielsweise in DE 299 07 963 U1 beschrieben. Diese Vorrichtung weist langgestreckte Bohrer auf, die jeweils durch eine Bohrbuchse hindurchgehen, wobei die Bohrbuchse selbständig geführt ist und an das Werkstück angesetzt werden kann. Die Bohrbuchse wird dabei so weit vorgefahren, dass ihre Stirnfläche gegen das Werkstück stößt. In Kurbelwellen verlaufen die Ölkanäle jeweils schräg zur Hauptachse der Kurbelwelle von einem Hauptlager zu den benachbarten Hublagern bzw. quer durch die Hauptlager. Die Bohrungsenden befinden sich häufig nicht auf dem Scheitelpunkt der jeweiligen Lager sondern seitlich davon. Die Bohrungen verlaufen unter komplexen Raumwinkeln zur Hauptachse des Werkstücks.
  • Das Tieflochbohren erfolgt unter Verwendung von Schneidflüssigkeit, die unter hohem Druck von etwa 80 bar zugeführt wird. Die Schneidflüssigkeit fließt durch einen Längskanal im Innern des Bohrers, tritt an der Bohrspitze aus und strömt dann zusammen mit den Bohrspänen in einem Außenkanal zurück. Die Bohrbuchse ist so ausgebildet, dass sie mit der Oberfläche des Werkstücks bündig und unter vollflächigem Kontakt abschließt, so dass die außen am Bohrer zurückströmende Bohrflüssigkeit durch die Bohrbuchse hindurch zurückgeleitet wird. Im Stand der Technik wird für jede Bohrung eine eigene Bohrbuchse benutzt, deren Stirnseite räumlich so geformt ist, dass sie sich an die Oberfläche des Werkstücks anschmiegt. Da bei Kurbelwellen die Ölkanäle unterschiedliche Winkel haben und an unterschiedlichen Stellen der Lager austreten, ist häufig für jeden Ölkanal eine andere Bohrbuchse erforderlich. Dies stellt einen erheblichen Aufwand dar und erfordert einen häufigen Bohrbuchsenwechsel.
  • In FR 2 575 095 A3 ist eine Bohrhülse einer automatischen Bohrmaschine beschrieben, bei der die vordere Stirnfläche der Bohrhülse wendelförmig gestaltet ist, wobei der höchste Teil mit dem Tiefstteil durch eine vertikale Schulter verbunden ist. Die Stirnseite weist auf ihrem höchstgelegenen Teil einen ebenen Abschnitt auf, der einerseits durch die Schulter und andererseits durch eine Kante begrenzt ist. Zweck dieser Ausgestaltung ist das Verhindern des Eindringens von Bohrspänen zur Vermeidung einer Verstopfung in der Bohrbuchse. Eine Abstützung der Bohrbuchse am Werkstück ist nicht vorgesehen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Bohrvorrichtung mit Bohrbuchse zu schaffen, die unabhängig von der Form des Werkstücks einsetzbar ist, so dass unterschiedliche Werkstücke bzw. unterschiedliche Bohrungen unter Verwendung derselben Bohrbuchse erzeugt werden können.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hiernach ist die Bohrbuchse nicht an das Werkstück angepasst, sondern sie weist eine im Wesentlichen gerade Stützkante auf, mit der sie auf der konvexen Oberfläche des Werkstückes abgestützt ist. Es wird also bewusst auf eine vollflächige und abdichtende Abstützung am Bohrungsrand verzichtet und es wird akzeptiert, dass am Übergang zwischen Bohrbuchse und Werkstück Bohrflüssigkeit seitlich entweichen kann. Durch die im Wesentlichen gerade Stützkante wird erreicht, dass die Bohrbuchse mit der Stützkante stets am Scheitel der Oberfläche des Werkstücks zur Anlage kommt, auch dann, wenn die Bohrung seitlich von dem Scheitel erzeugt wird. Es wird also vermieden, dass zwei Rundungen oder Schrägflächen von Werkstück und Bohrbuchse gegeneinander gedrückt werden, die aufgrund ihrer Schrägen aufeinander gleiten und abrutschen würden. Vorzugsweise wird die Vorrichtung zur Erzeugung von Bohrungen in zylindrischen Oberflächen benutzt. Dann verläuft die Stützkante schräg oder rechtwinklig zur Längsachse des Werkstücks und liegt dabei auf der Scheitellinie des Werkstücks auf. Dabei besteht nicht die Gefahr des Abgleitens. Der Scheitel ist derjenige Punkt der Querschnittsebene des Rohres, der parallel zur Bohrbuchsenachse am weitesten zur Bohrbuchse hin vorsteht.
  • Bohrbuchsen enthalten normalerweise eine verschleißfeste Büchse am stirnseitigen Ende. Üblicherweise steht die Büchse geringfügig vor, so dass sie dasjenige Teil bildet, das der Oberfläche des Werkstücks angepasst sein muss. Die verschleißfeste Büchse besteht aus verschleißfestem Stahl oder Hartmetall. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung braucht die Büchse nicht über die Bohrbuchse hinaus vorzustehen sondern sie kann vollständig in der Bohrbuchse versenkt sein. Die verschleißfeste Büchse braucht ebenfalls nicht auf das Werkstück abgestimmt zu sein.
  • Die Funktionalität der Büchse ist auf das Führen des Bohrers reduziert. Eine Dichtfunktion hat die Büchse nicht.
  • Die Erfindung ermöglicht es, eine einzige Bohrbuchse für unterschiedliche Winkel und unterschiedliche Werkstückoberflächen zu verwenden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Stützkante durch eine ebene Seitenfläche der Bohrbuchse begrenzt. Die ebene Seitenfläche erleichtert die Herstellung einer geradlinigen Stützkante am stirnseitigen Ende.
  • Das dem Werkstück zugewandte Ende der Bohrbüchse kann teilweise als ebene Stirnfläche oder teilweise als zurückweichende Schrägfläche ausgebildet sein, wobei die Stützkante die ebene Stirnfläche begrenzt. Durch die zurückweichende Schrägfläche wird die Öffnung für das Austreten der zurückgespülten Bohrflüssigkeit vergrößert. Dadurch, dass die Bohrflüssigkeit vor dem Erreichen der Bohrbuchse ins Freie austritt, wird erreicht, dass die in der Bohrflüssigkeit enthaltenen Späne nicht in die Bohrbuchse gelangen und hierin auch keinen Verschleiß verursachen. Dadurch wird die Lebensdauer der Bohrbuchse vergrößert.
  • Zweckmäßigerweise sind zwei parallele Stützkanten vorgesehen, die zu beiden Seiten der Längsbohrung der Bohrbuchse verlaufen. Damit kann die Bohrbuchse wahlweise nach rechts oder links schräg gestellt werden und im übrigen ihre Ausrichtung beibehalten.
  • Die Stützkante ist vorzugsweise abgerundet oder abgeschrägt. Es entsteht ein im Wesentlichen punktförmiger Kontakt zwischen Bohrbuchse und Werkstückoberfläche. Dieser Kontakt reicht für eine stabile Führung und Verschiebesicherheit aus, insbesondere wegen des Umstandes, dass der Berührungspunkt auf dem Scheitel des Werkstücks liegt und ein Abgleiten entlang einer Schrägfläche nicht möglich ist.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung des Erzeugens eines Ölkanals in einer Kurbelwelle,
  • 2 einen Querschnitt durch den Schaft des Bohrers entlang der Linie II-II von 1,
  • 3 einen vergrößerten Maßstab einer Ansicht von 1 in Ausrichtung des Pfeils III und
  • 4 eine perspektivische Darstellung der Bohrbuchse.
  • Als Werkstück 10 ist im vorliegenden Fall eine Kurbelwelle vorgesehen, die Hauptlager 11 und davon abgesetzte Hublager 12 aufweist. Zwischen einem Hublager 12 und einem Hauptlager 11 soll ein Ölkanal 13 gebohrt werden. Dieser verläuft in der Kurbelwelle unter einem Raumwinkel, d. h. er hat eine Komponente in axialer Richtung und er verläuft seitlich neben den Achsen von Hublager 12 und Hauptlager 11 (s. 3).
  • Der Bohrer 14 weist einen langgestreckten Bohrschaft 15 auf, dessen rückwärtiges Ende in einem Werkzeughalter 16 befestigt ist, welcher in ein Spannfutter 17 der Werkzeugmaschine eingesetzt ist. Der Werkstückhalter 16 weist eine Greifrille 18 zum Angreifen eines automatischen Werkzeugwechslers auf. Am vorde ren Ende des Schafts 15 befindet sich ein Bohreinsatz 19 aus Hartmetall. Der Querschnitt des Schafts 15 ist in 2 dargestellt. Der Schaft weist einen inneren längslaufenden Kanal 20 auf, durch den Bohrflüssigkeit, die der Werkzeugmaschine 17 zugeführt wird, zum vorderen Ende des Schafts 15 strömt und dort die Bohrspäne mitnimmt und dann in einem seitlich offenen äußeren Kanal 21, welcher sich ebenfalls in Längsrichtung des Schafts 15 erstreckt, zurückströmt.
  • Zum Führen des Bohrers 14 dient die Bohrbuchse 22. Die Bohrbuchse 22 ist mit einem Greifring 23 mit Greifrille versehen und sie kann von einer Bewegungsvorrichtung 24 unabhängig vom Bohrer 14 bewegt werden. Die Bohrbuchse 22 weist einen längslaufenden Kanal 14a auf, durch den der Schaft 15 hindurchfährt. Am vorderen Ende des Kanals 14a befindet sich eine verschleißfeste Büchse 25 aus hochfestem Stahl oder Hartmetall. Die Büchse 25 ist in der Bohrbuchse 22 vollständig versenkt und sie schließt mit ihrem vorderen Ende bündig mit der Bohrbuchse ab, wie insbesondere aus 4 zu ersehen ist.
  • Die Bohrbuchse 22 weist einen generell zylindrischen Schaft 26 auf, der an entgegengesetzten Seiten zwei ebene Seitenflächen 27 als Abflachungen aufweist. Die vorderen Enden der ebenen Seitenflächen 27 bilden geradlinige Stützkanten 28, die parallel zueinander verlaufen. Die Stützkanten 28 begrenzen eine ebene Stirnfläche 29, die senkrecht zur Achsrichtung des Schafts 26 verläuft und die in eine Schrägfläche 30 übergeht, welche von der Stirnfläche 29 aus kontinuierlich zurückweicht. Die Schrägfläche 30 erstreckt sich über die Mittelachse der Büchse 25 hinaus. Sie dient dazu, rückgespülte Bohrflüssigkeit seitlich austreten zu lassen.
  • Die Stützkanten 28 sind im vorliegenden Fall abgerundet, d. h. sie sind als Zylinderflächen ausgebildet. Im Einsatz liegen die Stützkanten 28 gemäß 3 quer zu der Längsachse des Hublagers 12, dessen Oberfläche die konvexe Oberfläche 32 des zu bearbeitenden Werkstücks bildet. Der Scheitel 31 des Werkstücks ist der Punkt, der, bezogen auf die Längsachse der Bohrbuchse 22, der Bohrbuchse am nächsten liegt. Man erkennt, dass die Stützkante 28 den Scheitel 31 kreuzt und dort punktförmig zur Anlage kommt. Daher kann die Bohrbuchse nicht rechts oder links vom Scheitel 31 abgleiten. Die Bohrung 13 verläuft dagegen seitlich neben dem Scheitel 31. Während des Betriebes wird die Bohrbuchse 22 mit einer Anpresskraft axial nach vorne gedrückt, wobei die Stützkante 28 gegen den Scheitel 31 drückt.
  • Man erkennt, dass dieselbe Bohrbuchse 22 unverändert für unterschiedliche Schrägbohrungen und unterschiedliche Werkstücke benutzt werden kann. Sie bildet somit eine Universalbohrbuchse.

Claims (5)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen von schrägen Tieflochbohrungen in metallischen Werkstücken mit konvexer Oberfläche, mit einem langgestreckten Bohrer (14), der einen inneren (20) und einen äußeren längslaufenden Kanal (21) aufweist, und einer Bohrbuchse (22), durch die der Bohrer (14) hindurchgeht und die eine verschleißfeste Büchse (25) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrbuchse (22) an ihrem dem Werkstück (10) zugewandten Ende mindestens eine geradlinige quer zur Bohrbuchsenachse verlaufende Stützkante (28) zur Abstützung auf der konvexen Oberfläche des Werkstücks aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkante (28) eine ebene Seitenfläche (27) der Bohrbuchse (22) begrenzt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Werkstück (10) zugewandte Ende der Bohrbuchse (22) teilweise als ebene Stirnfläche (29) und teilweise als zurückweichende Schrägfläche (30) ausgebildet ist, wobei die Stützkante (28) die ebene Stirnfläche (29) begrenzt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei parallele Stützkanten (28) vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkante (28) abgerundet oder abgeschrägt ist.
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