DE102013210332B4

DE102013210332B4 - Zerspanungswerkzeug, insbesondere Bohrstange sowie Verfahren zur Bearbeitung einer Anzahl von Bohrungen

Info

Publication number: DE102013210332B4
Application number: DE102013210332.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Hacker; Sebastian Kunschir
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2019-07-18
Anticipated expiration: 2033-06-05
Also published as: DE102013210332A1; US20160114401A1; US9789547B2; WO2014195007A1; DE202013012454U1

Abstract

Bohrstange (2) zur gleichzeitigen Bearbeitung von in Axialrichtung (4) voneinander um ein vorgegebenes Abstandsmaß (a) beabstandete Bohrungen (16), umfassend einen sich in Axialrichtung (4) erstreckenden Grundkörper (10) mit einer Rotationsachse (R) und mit mehreren in Axialrichtung (4) zueinander beabstandeten Schneidelementen (12) mit mehreren Führungselementen (14) zum Führen des Grundkörpers (10) in einer Führungsbohrung (16A), wobei die Führungselemente (14) zur Rotationsachse (R) um einen Führungsradius (r1) beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (14) für eine konzentrische Abstützung des Zerspanungswerkzeugs ausgebildet sind und das Zerspanungswerkzeug innerhalb eines Umfangsbereichs abstützen, in den das Zerspanungswerkzeug aufgrund der beim Bohrvorgang auftretenden Schneidkräfte abgedrängt wird, und dass der Grundkörper (10) eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweist und im Querschnitt betrachtet in einen Funktionsbereich (19) und einen Exzenterbereich (20) unterteilt ist, wobei der Funktionsbereich (19) die Schneidelemente (12) sowie die Führungselemente (14) aufweist und die Schneidelemente (12) sowie die Führungselemente (14) über einen Winkelbereich (a) kleiner 180° um den Grundkörper (10) verteilt angeordnet sind und dass die Umfangsseite (22) des Grundkörpers (10) im Exzenterbereich (20) einen im Vergleich zum Führungsradius (r1) verringerten Abstand (d) zur Rotationsachse (R) aufweist, wobei der Grundkörper (10) im Exzenterbereich (20) im Vergleich zum Funktionsbereich (19) eingezogen ist, so dass ein Ausweichraum (28) ausgebildet ist, derart, dass eine exzentrische Einführung des Zerspanungswerkezugs in die Bohrung (16) ermöglicht ist, wobei die Führungselemente (14) von den Schneidelementen (12) in Axialrichtung (4) beabstandet stirnseitig am Grundkörper ausgebildet sind, ohne dass an dieser als Führungsposition bezeichneten Position des Grundkörpers (10) ein Schneidelement (12) angeordnet ist

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein rotierendes Zerspanungswerkzeug nämlich eine Bohrstange mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Bearbeitung einer Anzahl von Bohrungen, die in Axialrichtung voneinander um ein vorgegebenes Abstandsmaß beabstandet sind, mit Hilfe eines solchen Zerspanungswerkzeugs.
Eine derartige Bohrstange sowie ein derartiges Verfahren ist aus der EP 0 771 602 B1 zu entnehmen.
Lagerwellen, beispielsweise Nocken- oder Kurbelwellen in Kraftfahrzeugen, sind üblicherweise an mehreren, axial voneinander beabstandeten Lagerstegen in Lagerohrungen, nachfolgend kurz als Bohrungen bezeichnet, gelagert. Die einzelnen Bohrungen werden dabei üblicherweise mit Hilfe einer sogenannten Reihenbohrstange auf ein Endmaß aufgebohrt. Die Bohrstange weist hierzu in Axialrichtung um das jeweilige Abstandsmaß versetzt zueinander angeordnete Schneiden auf, die jeweils für die Bearbeitung einer jeweiligen Bohrung vorgesehen sind. Mehrere der Bohrungen werden also durch die in Axialrichtung voneinander beabstandeten Schneiden gleichzeitig bearbeitet.
Dem Abstandsmaß der Bohrungen entsprechend sind daher an der Bohrstange Arbeitspositionen mit jeweils einer Schneide ausgebildet. Üblicherweise ist dabei jeweils pro Arbeitsposition nur eine Schneide ausgebildet.
Für den Bohrvorgang muss die Bohrstange geführt oder abgestützt werden. Eine unmittelbare Abstützung der Bohrstange im Bereich der jeweiligen Schneiden durch Führungselemente wie Führungsleisten, wie dies beispielsweise bei Reibahlen bekannt ist, ist nicht ohne Weiteres möglich, da die Bohrstange zunächst durch die rohen zu bearbeitenden Bohrungen hindurch gesteckt werden muss.
Um dies zu ermöglichen sind gemäß der EP 0 771 602 B1 in radialer Richtung versetzbare Schneiden bzw. Führungselemente angeordnet. Die zunächst radial zurückgesetzten Elemente werden nach dem Einfahren der Bohrstange in radialer Richtung ausgefahren, so dass eine jeweilige Bohrung auf das gewünschte Endmaß aufgebohrt werden kann. Diese Ausgestaltung erfordert eine bewegliche, mechanisch aufwendige Anordnung der Schneiden bzw. Führungselemente. Auch muss prozesssicher gewährleistet sein, dass beim Zurückziehen der Bohrstange die Elemente wieder zumindest ein Teilstück radial eingefahren werden, um die Oberfläche der bearbeiteten Lagerbohrungen nicht beim Herausziehen der Bohrstange zu verletzen.
Aus der DE 10 2004 052 211 B4 ist eine weitere Bohrstange zur Bearbeitung hintereinander liegender Stege zu entnehmen. Diese weist eine speziell ausgebildete Einstellvorrichtung zur radialen Einstellung der Schneiden auf.
Zur Bearbeitung von Bohrungen sind weiterhin sogenannte Einschneiden-Reibahlen bekannt, wie sie beispielsweise zu entnehmen sind aus DE 3 429 498 C2 , EP 0 558 811 61 sowie EP 0 099 995 B1 . Darüber hinaus sind in dem nachveröffentlichten Artikel „Die Quadratur des Kreises“ der Zeitschrift Maschine und Werkzeug, Ausgabe 6/2015, Seite 88-91, unterschiedliche Bohrstangen beschrieben.
Aufgabe der Erfindung
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache Bearbeitung insbesondere von derartigen Werkstücken mit in Axialrichtung voneinander um ein vorgegebenes Abstandsmaß beabstandete Bohrungen zu ermöglichen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bohrstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen sind jeweils in den Unteransprüchen niedergelegt. Die im Hinblick auf die Bohrstange angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt.
Die Bohrstange weist mehrere in Axialrichtung zueinander beabstandeten Schneidelemente auf.
Die Bohrstange dient allgemein zur Bearbeitung von Bohrungen, die in einer Axialrichtung voneinander um ein vorgegebenes Abstandsmaß beabstandet sind. Die Bohrungen sind dabei typischerweise um mehrere Zentimeter voneinander beabstandet. Die Gesamtlänge der Bohrstange beträgt üblicherweise mehrere 10 cm, beispielsweise bis zu 50 cm oder auch mehr. Die Bohrstange weist dabei einen sich in Axialrichtung erstreckenden Grundkörper auf, der sich entlang einer Rotationsachse erstreckt, um die er im Betrieb beim eigentlichen Bohrvorgang mit Hilfe einer Werkzeugspindel dreht. Am Grundkörper sind mehrere in Axialrichtung zueinander versetzte Arbeitspositionen mit jeweils einem Schneidelement ausgebildet. Ergänzend ist weiterhin eine Führungsposition am Grundkörper mit zumindest einem, vorzugsweise jedoch zwei Führungselementen ausgebildet. An der Führungsposition stütz sich beim Bearbeitungsvorgang die Bohrstange in einer Führungsbohrung über die Führungselemente ab.
Sowohl das Schneidelement als auch die Führungselemente sind dabei üblicherweise als separate Körper am Grundkörper befestigt. Die Führungselemente sind typischerweise als Führungsleisten ausgebildet. Bei dem Schneidkörper handelt es sich üblicherweise um einen Hartmetall-Schneideinsatz, welcher beispielsweise am Grundkörper angeschraubt ist. In ähnlicher Weise handelt es sich auch bei den Führungsleisten vorzugsweise um beispielsweise eingelötete Hartmetall-Leisten. Alternativ zu separaten Führungselementen ist das zumindest eine Führungselement durch den Grundkörper selbst ausgebildet, insbesondere bildet die Umfangsseite des Grundkörpers das Führungselement.
Die Führungselemente liegen dabei in Bezug zur Rotationsachse auf einem Führungsradius. Der Grundkörper ist nunmehr unterteilt in einen die Funktionselemente aufweisenden Funktionsbereich sowie einen Exzenterbereich, wobei der Funktionsbereich und damit die Funktionselemente sich lediglich über einen Winkelbereich kleiner 180° erstrecken. Gleichzeitig weist eine Umfangsseite des Grundkörpers im gegenüberliegenden Exzenterbereich einen im Vergleich zum Führungsradius verringerten Abstand zur Rotationsachse auf.
Durch diesen insofern etwas eingezogenen Grundkörper im Exzenterbereich in Verbindung mit der Anordnung der Funktionselemente nur auf einer Hälfte des Grundkörpers besteht daher die Möglichkeit, die Bohrstange insgesamt exzentrisch, also radial bzgl. der Rotationsachse versetzt, durch die jeweiligen Bohrungen durchzuführen, wobei deren Bohrradius kleiner dem Führungsradius ist. Gleichzeitig ist jedoch beim eigentlichen Bohrvorgang ein unmittelbares Abstützen der Bohrstange an der Arbeitsposition, also unmittelbar im Bereich der Schneide gewährleistet.
Diese Ausgestaltung beruht hierbei auf der Überlegung, dass eine zuverlässige konzentrische Abstützung der Bohrstange bereits dann erreicht ist, wenn die Führungselemente die Bohrstange zuverlässig innerhalb eines Umfangsbereichs abstützen in den die Bohrstange aufgrund der beim Bohrvorgang auftretenden Schneidkräfte abgedrängt wird. Unter konzentrische Abstützung wird hierbei verstanden, dass die Rotationsachse mit der Bohrlochachse zusammenfällt. Durch die nur auf einer Seite angeordneten Funktionselemente kann auf der gegenüberliegenden „freien“ Umfangsseite ein Ausweichraum geschaffen werden, so dass eine geeignete exzentrische Einführung der Bohrstange in die Bohrungen ermöglicht ist und anschließend der eigentliche parallele Bearbeitungsvorgang von mehreren Lagerbohrung mit guter Abstützung erfolgen kann.
Dieses grundlegende Prinzip, bei der alle Funktionselemente des Zerspanungswerkzeugs, die quasi eine Störkontur bilden, also die Schneidelemente sowie die Führungselemente, in einem Winkelbereich kleiner 180° liegen, kombiniert mit der speziellen Ausbildung des im Exzenterbereich quasi abgeflachten Grundkörpers ermöglicht daher grundsäztlich ein exzentrisches Einfahren aber auch ein Ausfahren aus einer Bohrung und gleichzeitig ein zentrisches Bearbeiten der Bohrung. Das exzentrische Ausfahren vermeidet ein Beschädigen der bearbeiteten Bohrungsoberfläche beim Zurückziehen des Zerspanungswerkzeuges aus der Bohrung. Insofern ist dieses grundlegende erfinderische Prinzip auch bei Führungsleisten-Werkzeugen von Vorteil, bei denen keine axial versetzten Schneidelemente angeordnet sind.
Vorzugsweise verläuft dabei die Umfangsseite des Grundkörpers im Exzenterbereich entlang einer Bogenlinie, insbesondere entlang einer Kreisbogenlinie. Der Mittelpunkt dieser Bogenlinie ist dabei auf einer Einfahrachse angeordnet, die exzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist. Sie ist insbesondere bzgl. der Rotationsachse in den Funktionsbereich hinein verschoben. Durch die insbesondere kreisbogenartige Ausgestaltung wird daher - im Querschnitt bzw. in Aufsicht betrachtet - der Exzenterbereich durch einen Halbkreis gebildet, der zur Ausbildung des erforderlichen Freiraums mit seinem Mittelpunkt in den Funktionsbereich hinein versetzt ist. Anstelle einer Kreisbogenlinie besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit einer anderen Konturgebung, insbesondere beispielsweise eine elliptische Umfangskontur im Exzenterbereich.
In zweckdienlicher Ausgestaltung verläuft die Umfangsseite des Grundkörpers im Funktionsbereich ebenfalls entlang einer (Kreis-) Bogenlinie. Der Verlauf der Umfangsseite des Grundkörpers lässt sich daher in dieser speziellen Ausführungsvariante durch zwei Kreisbogenlinien annähern, deren Mittelpunkte jeweils in Richtung zum anderen Bereich versetzt sind.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante sind die Führungselemente von den Schneidelementen in Axialrichtung beabstandet und an einer freien Stirnseite angeordnet, ohne dass an der axialen Position der Führungselemente ein Schneidelement angeordnet ist. Bei dieser Variante wird die Bohrstange zunächst durch die Bohrungen exzentrisch eingefahren, bis die Führungsposition mit den Führungselementen in eine vorzugsweise vorab auf Endmaß bearbeitete Führungsbohrung eingeführt wird. Anschließend werden die weiteren Bohrungen mit den Schneidelementen bearbeitet. Bei dieser Ausführungsform sind die einzelnen Arbeitspositionen und damit die einzelnen Schneidelemente vorzugsweise jeweils äquidistant um das gleiche Abstandsmaß zueinander in Axialrichtung versetzt, wie es durch das Abstandsmaß der Bohrungen vorgegeben ist. Dadurch wird eine parallele, gleichzeitige Bearbeitung der einzelnen Lagerbohrungen gewährleistet.
In einer alternativen Ausgestaltung sind die Führungselemente an einer gleichen axialen Position wie eines der Schneidelemente angeordnet, so dass Arbeitsposition und Führungsposition zusammenfallen und eine kombinierte Führungsarbeitsposition an der Bohrstange ausbilden. Das Schneidelement der Führungsarbeitsposition, genauer seine Schneide, ist gegenüber den Schneiden der weiteren Arbeitspositionen bzgl. des vorgegebenen Abstandsmaßes in Axialrichtung vorlaufend angeordnet. Hierdurch wird ein zweistufiges Bearbeitungsverfahren ermöglicht, bei dem in einer ersten Bearbeitungsstufe zunächst die Schneide der Führungsarbeitsposition eine Lagerbohrung zu einer Führungsbohrung bearbeitet. Die Führung und Abstützung der Bohrstange erfolgt dabei an der zu bearbeitenden Bohrung mit Hilfe der Führungselemente, die hierzu auf gleicher axialer Position wie das Schneidelement oder geringfügig nach hinten versetzt zum Schneidelement angeordnet sind, wie diese bei Bearbeitungsvorgängen mit Einschneiden-Reibahlen üblich ist. Anschließend werden in einer zweiten Bearbeitungsstufe die weiteren Bohrungen mit den weiteren Schneidelementen gleichzeitig bearbeitet, während die Bohrstange über die Führungselemente in der ausgebildeten Führungsbohrung abgestützt wird. Dadurch ist ein separates Bearbeiten der Führungsbohrung nicht mehr erforderlich und es wird ein Arbeitsschritt eingespart.
Zweckdienlicherweise ist hierbei vorgesehen, dass die Führungselemente sich über eine axiale Länge erstrecken, die derart bemessen ist, dass sie den Grundkörper solange in der Führungsbohrung abstützen, solange die weiteren Bohrungen bearbeitet werden. Beim Bearbeitungsvorgang wird daher zunächst die Führungsbohrung ausgebildet, bevor die Schneiden der weiteren Arbeitsposition in Eingriff mit den ihnen zugeordneten Bohrungen gelangen. Bei der Bearbeitung dieser weiteren Bohrungen wird der Grundkörper in der Führungsbohrung über die langgestreckten Führungselemente abgestützt.
Die Führungsarbeitsposition ist in einem mittleren Bereich des Grundkörpers ausgebildet. Insbesondere bei sehr weiten Auskraglängen der Bohrstange wird dadurch eine mittige Unterstützung und damit eine gute konzentrische Führung bei der Bearbeitung der Führungsbohrung erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Figurenliste
Diese zeigen jeweils in vereinfachten, schematisierten Darstellungen:

1A,B eine Bohrstange, die in mehrere voneinander beabstandete Bohrungen eingeführt ist in einer teilweise geschnittenen Seitendarstellung zu Beginn und zum Ende eines Bearbeitungsvorgangs,
2 eine Stirnansicht auf die Bohrstange,
3 eine Stirnansicht auf eine zu bearbeitende Bohrung mit darin einliegender Bohrstange beim exzentrischen Einfahren der Bohrstange in die Bohrungen,
4 eine Darstellung ähnlich 3, wobei hier jedoch die Bohrstange in eine zentrische Bearbeitungsposition verschoben ist, bei der der eigentliche Bohrvorgang erfolgt,
5A-C Darstellungen einer in Bohrungen eingeführten Bohrstange gemäß einer zweiten Ausführungsvariante, zur Verdeutlichung eines zweistufigen Bearbeitungsvorgangs, wobei 5A eine Position der Bohrstange vor der Bearbeitung einer Bohrung zur Führungsbohrung, 5B eine Zwischenposition vor Beginn der Bearbeitung der weiteren Bohrungen und 5C eine Endposition nach dem Bearbeiten der Bohrungen zeigt.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Gemäß beider aus den 1A, 1B bzw. 5A, 5B, 5C zu entnehmender Ausführungsvarianten erstreckt sich eine auch als Reihenbohrstange bezeichnete Bohrstange 2 in Axialrichtung 4 von einer rückseitigen Kupplung 6 zu einer vorderen Stirnseite 8. Anschließend an die Kupplung 6 weist die Bohrstange 2 einen stabförmigen Grundkörper 10 auf, an dem axial voneinander beabstandet Schneidelemente 12 an einer jeweiligen Arbeitsposition am Grundkörper 10 befestigt sind. Alle Schneidelemente 12 sind dabei am Grundkörper 10 an der gleichen Winkelposition angeordnet, liegen daher auf einer Linie. Pro Arbeitsposition ist am Grundkörper 10 jeweils nur ein Schneidelement 12 angeordnet. Weiterhin sind am Grundkörper nach Art von Führungsleisten ausgebildete Führungselemente 14 an einer Führungsposition des Grundkörpers 10 angeordnet.
Die Bohrstange 2 dient allgemein zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Bohrungen 16, insbesondere Lagerbohrung beispielsweise für eine Kurbelwelle oder Nockenwelle. Die einzelnen Bohrungen 16 sind dabei in Lagerstegen 18 eines Lagergehäuses ausgebildet, welche um ein definiertes Abstandsmaß a voneinander beabstandet sind. Üblicherweise sind benachbarte Lagerstege 18 jeweils um das gleiche Abstandsmaß a zueinander beabstandet. Das Abstandsmaß a liegt typischerweise im Bereich von mehreren cm, beispielsweise im Bereich von 5 cm bis 20 cm, je nach Motor- und Zylindergröße. Im Ausführungsbeispiel sind fünf Lagerstege 18 dargestellt. Je nach Motoraufbau können dies auch weniger oder mehr sein. Alle Bohrungen 16 fluchten miteinander, weisen daher eine gemeinsame Bohrungsachse B auf, welche im Bearbeitungszustand typischerweise mit einer Rotationsachse R der Bohrstange 2 zusammenfällt. Die Bohrstange 2 rotiert um die Rotationsachse R beim Bearbeitungsvorgang.
Zum Bearbeiten der Bohrungen 16 wird allgemein derart vorgegangen, dass die Bohrstange 2 zunächst durch die Bohrungen 16 in Axialrichtung 4 eingeführt wird, bis die einzelnen Schneidelemente 12 jeweils vor den ihnen zugeordneten Bohrungen 16 positioniert sind. Um das Einfahren der Bohrstange 2 zu ermöglichen, wird diese - wie nachfolgend noch näher erläutert wird - exzentrisch in die Bohrungen 2 eingefahren. Hierbei ist die Rotationsachse R versetzt zur Bohrungsachse B angeordnet. Anschließend beginnt der eigentliche Bearbeitungsvorgang. Hierzu wird die Bohrstange 2 wieder konzentrisch zur Bohrungsachse B ausgerichtet, so dass die Bohrungsachse B und die Rotationsachse R zumindest nahezu wieder übereinander liegen. Durch Rotation der Bohrstange 2 um die Rotationsachse R erfolgt dann der eigentliche Bearbeitungsvorgang, bei dem die einzelnen Schneidelemente 12 in Eingriff mit der jeweiligen Bohrung 16 gelangen. Bei dieser spanenden Bearbeitung wird die Bohrstange 2 mit den Führungselementen 14 in eine der Bohrungen 16, nachfolgend als Führungsbohrung 16A bezeichnet, abgestützt.
Um diesen grundsätzlichen Arbeitsvorgang zu ermöglichen, also das exzentrische Einfahren mit dem anschließenden zentrischen Ausrichten und Starten des Bohrvorgangs, sind die Schneidelemente 12 sowie die Führungselemente 14 an definierten Winkelpositionen am Grundkörper 10 angeordnet. Die spezielle Anordnung sowie das Funktionsprinzip werden nachfolgend anhand der 2 bis 4 näher erläutert:
2 zeigt eine Stirnansicht auf die Bohrstange 2 mit genau zwei Führungselementen 14 sowie dem vordersten Schneidelement 12, an das sich in Axialrichtung 4 die weiteren Schneidelemente 12 an der identischen Winkelposition anschließen.
Der Grundkörper 10 ist in etwa in zwei Hälften unterteilt, wobei die eine Stabhälfte einen Funktionsbereich 19 und die andere Stabhälfte einen Exzenterbereich 20 bildet. Innerhalb des Funktionsbereichs 19 sind alle Funktionselemente, nämlich die Führungselemente 14 sowie das Schneidelement 12, welche beim Einfahren eine Störkontur bilden, an einer Umfangsseite 22 des Grundkörpers 10 über einen Winkelbereich a verteilt angeordnet. Der Winkelbereich a ist dabei kleiner als 180°. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erstrecken sich diese drei Funktionselemente über einen Winkelbereich α von etwa 160°. Während das eine Führungselement 14 in Rotationsrichtung 24 unmittelbar nachfolgend zum Schneidelement 12 angeordnet ist mit einem Winkelabstand von beispielsweise 10° bis 20°, ist das zweite Führungselement 14 etwa am Ende des Winkelbereichs α mit einem Winkelabstand zum Schneidelement 12 im Bereich von beispielsweise 130 bis 160° angeordnet.
Die beiden Führungselemente 14 sind dabei derart angeordnet, dass eine resultierende Kraftkomponente F, die beim Zerspanungsvorgang auf den Grundkörper 10 einwirkt, in den Bereich zwischen die beiden Führungselemente 14 orientiert ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Führungselemente 14 beim Bearbeitungsvorgang gegen eine Bohrungswand 26 gepresst werden, so dass eine kozentrische Führung der Bohrstange 2 gewährleistet ist.
Die Führungselemente 14 sind von der Rotationsachse R um einen Führungsradius r1 beabstandet. Der radial äußerste Punkt des Schneidelements 12 definiert die Schneide, die vorzugsweise identisch auf dem gleichen Führungsradius r1 liegt. Bei einigen Ausführungsvarianten kann die Schneide auch etwas radial nach innen versetzt sein, um eine radiale Vorspannung auf die Führungselemente 14 auszuüben.
Der Grundkörper 10 selbst weist eine von der Kreisform abweichende Kontur auf. Im Ausführungsbeispiel setzt sich der Grundkörper 10 im Querschnitt betrachtet zumindest annähernd aus zwei gegeneinander verschobene Kreissegmente zusammen. Im Funktionsbereich 19 verläuft die Umfangsseite 22 daher entlang einer Kreisbogenlinie mit einem ersten Kreisradius k1 um die Rotationsachse R. Im Exzenterbereich 20 verläuft die Umfangsseite 22 demgegenüber entlang eines zweiten Kreisbogens mit einem zweiten Kreisradius k2 um eine zur Rotationsachse R versetzten Achse, die nachfolgend als Einfahrachse E bezeichnet wird. Wie insbesondere aus der 2 zu entnehmen ist, ist die Einfahrachse E in radialer Richtung versetzt zur Rotationsachse R angeordnet, wobei sie in den Funktionsbereich 19 hinein verschoben ist. Hierdurch ist ein Abstand d von der Rotationsachse R zu der Umfangsseite 22 (insbesondere gemessen an einer Position in der Mitte des Winkelbereiches (360° -α) des Exzenterbereiches 20) im Vergleich zum Führungsradius r1 deutlich reduziert, so dass anschließend an den Exzenterbereich 20 ein in etwa sichelförmiger Frei- oder Ausweichraum 28 ausgebildet ist. Der Führungsradius ist beispielsweise um 10-30% größer als der Abstand d. In der 2 ist zur Illustration ein Kreis mit dem zweiten Kreisradius k2 um die Einfahrachse E gestrichelt dargestellt. Gleichzeitig ist ein Führungskreis mit dem Führungsradius r1 als durchgezogene Kreislinie um die Rotationsachse R dargestellt.
Durch den gebildeten Ausweichraum 28 kann der Grundkörper 10 zum Einführen der Bohrstange 2 in die Bohrungen 16 radial in Richtung zu diesem Ausweichraum 28 versetzt werden, so dass die Bohrstange 2 mit den Schneidelementen 12 und den Führungselementen 14 durchgeführt werden kann. Dieser Einführvorgang wird anhand der 3 erläutert:
Zum Einführen der Bohrstange 2 durch die Bohrungen 16 wird die Bohrstange 2 exzentrisch zur Bohrungsachse B entlang der Einfahrachse E durch die Bohrungen 16 hindurch geführt. Die Kontur und Dimensionierung des Exzenterbereichs 20, insbesondere die der Umfangsseite 22 im Exzenterbereich 20 ist dabei derart gewählt, dass bei einer derartigen exzentrischen Zuführung gewährleistet ist, dass die einzelnen Funktionselemente 12, 14 einen Freigang zur Bohrungswand 26 der unbearbeiteten Bohrung 16 aufweisen. Die Bohrung 16 weist im unbearbeiteten Ausgangszustand einen Rohradius r2 auf, der in den 3 und 4 durch eine Hilfslinie dargestellt ist.
Zum Bearbeiten wird anschließend die Bohrstange 2 wieder zentriert, also radial versetzt, so dass die Bohrungsachse B und die Rotationsachse R miteinander fluchten, wie dies in 4 dargestellt ist. In diesem Zustand erfolgt dann der Bearbeitungsvorgang. Hierzu wird die Bohrstange 2 in Rotationsrichtung 24 um die Rotationsachse R in Rotation versetzt, so dass das jeweilige Schneidelement 12 die Bohrungsinnenwand 26 bearbeitet und auf einen Endradius r3 aufbohrt.
Über die Führungselemente 12 wird eine konzentrische Führung der Bohrstange 2 erzielt. Um eine möglichst exakte konzentrische Führung der Bohrstange 2 zu gewährleisten werden die Führungselemente 14 vorzugsweise etwas exzentrisch bzgl. der Rotationsachse R angeordnet oder sind auf einem etwas größerem Ra-dius angeordnet, wie dies in der nachveröffentlichten Patentanmeldung der Anmelderin DE 10 2012 223 183 A1 beschrieben ist.
Das zu den 2 bis 4 beschriebene Grundprinzip ist sowohl bei der ersten Ausführungsvariante gemäß den 1A, 1B sowie auch bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß den 5A - 5C verwirklicht.
Bei der ersten Ausführungsvariante sind die Führungselemente 14 stirnseitig am Grundkörper 10 ausgebildet, ohne dass an dieser als Führungsposition bezeichneten Position des Grundkörpers 10 ein Schneidelement 12 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsvariante wird daher in einem vorbereitenden separaten Verfahrensschritt zunächst die Führungsbohrung 16A auf den Endradius r3 aufgebohrt, bevor anschließend die Bohrstange 2 eingeführt wird. Diese wird mit ihren Führungselementen 14 in die Führungsbohrung 16 zunächst exzentrisch eingeführt. Anschließend, nach Zentrierung der Bohrstange 2 beginnt dann der Bearbeitungsvorgang der weiteren Bohrungen 16. Die einzelnen Schneidelemente 12 sind daher entsprechend dem Abstandsmaß a ebenfalls um ein Abstandsmaß a zueinander beabstandet, insbesondere jeweils äquidistant zueinander.
Im Unterschied hierzu ist bei der Ausführungsvariante gemäß den 5A - 5C eine gemeinsame Bearbeitung aller Bohrungen 16 bei nur einem einzigen Einfahren der Bohrstange 2 ermöglicht. Es ist daher keine Vorbearbeitung einer Bohrung zur Ausbildung einer Führungsbohrung 16A erforderlich. Der Bearbeitungsvorgang ist hierbei zweistufig, wobei in einer ersten Stufe zunächst die Führungsbohrung 16A ausgebildet wird und anschließend in der zweiten Bearbeitungsstufe dann die weiteren Bohrungen 16 bearbeitet werden. Grundsätzlich können auch mehr als eine Führungsbohrung 16A ausgebildet werden. Die Ausbildung der Führungsbohrung 16A erfolgt dabei nach dem sogenannten Führungsleisten-Prinzip, wie es beispielsweise bei Reibahlen bekannt ist.
Hierzu ist eine der Arbeitspositionen, denen jeweils ein Schneidelement 12 angeordnet ist, zugleich als Führungsposition ausgebildet, so dass eine kombinierte Führungs-Arbeitsposition 32 am Grundkörper 10 ausgebildet ist. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass an dieser Position neben dem Schneidelement 12 zugleich auch die Führungselemente 14 angeordnet sind. Die Führungselemente 14 beginnen daher in etwa der axialen Position des Schneidelements 12 und erstrecken sich nach hinten in Axialrichtung 4 über eine axiale Länge I. Diese Führungs-Arbeitsposition 32 ist dabei zweckdienlicherweise in einem mittleren Bereich 30 der Bohrstange 2 ausgebildet.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsvariante mit den insgesamt fünf Lagerstegen 18 ist daher diese Führungsarbeitsposition 32 dem dritten und damit mittleren Lagersteg 18A zugeordnet. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1A, 1B sind die einzelnen Schneidelemente 12 nicht mehr äquidistant in Axialrichtung 4 verteilt. Vielmehr ist das mittlere Schneidelement 12A der Führungs-Arbeitsposition 32 bzgl. des Abstandsmaßes a vorlaufend angeordnet, um zu gewährleisten, dass zunächst der mittlere Lagersteg 18A bearbeitet und eine Führungsbohrung 16A ausgebildet wird. Das mittlere Schneidelement 12A ist daher etwa um die Breite des Lagerstegs 18A ausgehend von einer äquidistanten Anordnung in Richtung zu dem nächsten Schneidelement 12 nach vorne versetzt und gleichzeitig um diesen Abstand weiter von dem rückseitig anschließenden Schneidelement 12 beabstandet. Wie aus der 5B zu entnehmen ist, ist dabei die Abweichung von der Gleichverteilung etwas geringer als die Breite der Lagerstege 18, so dass also die weiteren Schneidelemente 12 bereits in Eingriff kommen, wenn das mittlere Schneidelement 12A sich noch in der Führungsbohrung 16A befindet. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt bereits eine Abstützung der Bohrstange 2 über die Führungselemente 14 in der Führungsbohrung 16A.
Die Führungselemente 14 sind bei dieser Ausführungsvariante auch entscheidend für eine zuverlässige konzentrische Führung der Bohrstange 2 bei der Bearbeitung der Führungsbohrung 16A. Dieses erfordert, dass sie im Wesentlichen auf gleicher axialer Höhe wie das mittlere Schneidelement 16A beginnen.
Die axiale Länge l der Führungselemente 14 ist - ebenso wie in dem ersten Ausführungsbeispiel - derart bemessen, dass der Grundkörper 10 solange abgestützt wird, wie die weiteren Schneidelemente 12 die Bohrungen 16 bearbeiten.

Claims

Bohrstange (2) zur gleichzeitigen Bearbeitung von in Axialrichtung (4) voneinander um ein vorgegebenes Abstandsmaß (a) beabstandete Bohrungen (16), umfassend einen sich in Axialrichtung (4) erstreckenden Grundkörper (10) mit einer Rotationsachse (R) und mit mehreren in Axialrichtung (4) zueinander beabstandeten Schneidelementen (12) mit mehreren Führungselementen (14) zum Führen des Grundkörpers (10) in einer Führungsbohrung (16A), wobei die Führungselemente (14) zur Rotationsachse (R) um einen Führungsradius (r1) beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (14) für eine konzentrische Abstützung des Zerspanungswerkzeugs ausgebildet sind und das Zerspanungswerkzeug innerhalb eines Umfangsbereichs abstützen, in den das Zerspanungswerkzeug aufgrund der beim Bohrvorgang auftretenden Schneidkräfte abgedrängt wird, und dass der Grundkörper (10) eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweist und im Querschnitt betrachtet in einen Funktionsbereich (19) und einen Exzenterbereich (20) unterteilt ist, wobei der Funktionsbereich (19) die Schneidelemente (12) sowie die Führungselemente (14) aufweist und die Schneidelemente (12) sowie die Führungselemente (14) über einen Winkelbereich (a) kleiner 180° um den Grundkörper (10) verteilt angeordnet sind und dass die Umfangsseite (22) des Grundkörpers (10) im Exzenterbereich (20) einen im Vergleich zum Führungsradius (r1) verringerten Abstand (d) zur Rotationsachse (R) aufweist, wobei der Grundkörper (10) im Exzenterbereich (20) im Vergleich zum Funktionsbereich (19) eingezogen ist, so dass ein Ausweichraum (28) ausgebildet ist, derart, dass eine exzentrische Einführung des Zerspanungswerkezugs in die Bohrung (16) ermöglicht ist, wobei die Führungselemente (14) von den Schneidelementen (12) in Axialrichtung (4) beabstandet stirnseitig am Grundkörper ausgebildet sind, ohne dass an dieser als Führungsposition bezeichneten Position des Grundkörpers (10) ein Schneidelement (12) angeordnet ist
Bohrstange (2) zur gleichzeitigen Bearbeitung von in Axialrichtung (4) voneinander um ein vorgegebenes Abstandsmaß (a) beabstandete Bohrungen (16), umfassend einen sich in Axialrichtung (4) erstreckenden Grundkörper (10) mit einer Rotationsachse (R) und mit mehreren in Axialrichtung (4) zueinander beabstandeten Schneidelementen (12) mit mehreren Führungselementen (14) zum Führen des Grundkörpers (10) in einer Führungsbohrung (16A), wobei die Führungselemente (14) zur Rotationsachse (R) um einen Führungsradius (r1) beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (14) für eine konzentrische Abstützung des Zerspanungswerkzeugs ausgebildet sind und das Zerspanungswerkzeug innerhalb eines Umfangsbereichs abstützen, in den das Zerspanungswerkzeug aufgrund der beim Bohrvorgang auftretenden Schneidkräfte abgedrängt wird, und dass der Grundkörper (10) eine von der Kreisform abweichende Kontur aufweist und im Querschnitt betrachtet in einen Funktionsbereich (19) und einen Exzenterbereich (20) unterteilt ist, wobei der Funktionsbereich (19) die Schneidelemente (12) sowie die Führungselemente (14) aufweist und die Schneidelemente (12) sowie die Führungselemente (14) über einen Winkelbereich (a) kleiner 180° um den Grundkörper (10) verteilt angeordnet sind und dass die Umfangsseite (22) des Grundkörpers (10) im Exzenterbereich (20) einen im Vergleich zum Führungsradius (r1) verringerten Abstand (d) zur Rotationsachse (R) aufweist, wobei der Grundkörper (10) im Exzenterbereich (20) im Vergleich zum Funktionsbereich (19) eingezogen ist, so dass ein Ausweichraum (28) ausgebildet ist, derart, dass eine exzentrische Einführung des Zerspanungswerkezugs in die Bohrung (16) ermöglicht ist, wobei die Führungselemente (14) an einer Führungs-Arbeitsposition (32) an gleicher axialer Position wie eines der Schneidelemente (12A) angeordnet sind, wobei die Führungs-Arbeitsposition (32) in einem mittleren Bereich (30) des Grundkörpers (10) ausgebildet ist.
Bohrstange (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsseite (22) des Grundkörpers (10) im Exzenterbereich (20) entlang einer Bogenlinie verläuft, deren Mittelpunkt auf einer Einfahrachse (E) angeordnet ist, die gegenüber der Rotationsachse (R) in den Funktionsbereich (19) verschoben ist.
Bohrstange (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsseite (22) im Funktionsbereich (19) entlang einer Kreisbogenlinie mit einem ersten Kreisradius (k1) um die Rotationsachse (R) und im Exzenterbereich (20) entlang einer Kreisbogenlinie mit einem zweiten Kreisradius (k2) um die Einfahrachse (E) verläuft.
Bohrstange (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidenelement (12A) der Führungsarbeitsposition bezüglich des vorgegebenen Abstandmaßes (a) gegenüber weiteren Schneiden (12) in Axialrichtung (4) vorlaufend angeordnet ist, so dass bei der Bearbeitung der Bohrungen (16) zunächst die Bohrung an der Führungs-Arbeitsposition (32) zur Ausbildung der Führungsbohrung (16A) bearbeitet wird.
Bohrstange (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungselemente (14) sich über eine axiale Länge (I) erstrecken, die derart bemessen ist, dass sie den Grundkörper (10) in der Führungsbohrung (16A) abstützen, solange die weiteren Bohrungen (16) bearbeitet werden.
Bohrstange (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausweichraum (28) sichelförmig ausgebildet ist.
Bohrstange (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsradius (r1) um 10% bis 30% größer ist als der Abstand (d).
Bohrstange (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umfangsseite (22) des Grundkörpers (10) im Funktionsbereich (19) entlang einer Kreisbogenlinie mit einem ersten Kreisradius (k1) verläuft und der Abstand (d) kleiner als der erste Kreisradius (k1) ist.
Bohrstange (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidelemente (12) und die Führungselemente (14) sich etwa über einen Winkelbereich von 160° erstrecken.
Bohrstange (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Führungselement (14) in Rotationsrichtung (24) unmittelbar nachfolgend zu einem Schneidelement (12) und ein zweites Führungselement (14) mit einem Winkelabstand von 130° bis 160° zum Schneidelement (12) angeordnet sind.
Bohrstange (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Führungselement (14) in Rotationsrichtung (24) mit einem Winkelabstand von 10° bis 20° nachfolgend zu dem Schneidelement (12) angeordnet ist.
Verfahren zur Bearbeitung von mehreren um ein vorgegebenes Abstandsmaß (a) beabstandete Bohrungen (16) mit Hilfe einer Bohrstange (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungswerkzeug (2) zunächst in Axialrichtung (4) durch die Bohrungen (16) exzentrisch durchgeführt wird, anschließend radial in Richtung zur Rotationsachse (R) versetzt wird, und dass anschließend die Bearbeitung der Bohrung (16) beginnt, wobei der Grundkörper (10) in einer Führungsbohrung (16A) mit den Führungselementen (14) abgestützt ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in einem vorbereitenden separaten Verfahrensschritt eine Führungsbohrung (16A) auf einen Endradius (r3) aufgebohrt wird, bevor anschließend die Bohrstange (2) durch die Bohrungen (16) exzentrisch eingeführt wird und die Führungselemente in die Führungsbohrung (16A) eingeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweistufiger Bearbeitungsvorgang erfolgt, wobei in einer ersten Bearbeitungsstufe eine der Bohrungen zur Ausbildung einer Führungsbohrung (16A) mit Hilfe der Bohrstange (2) bearbeitet wird, anschließend die Bohrstange (2) weiter in Axialrichtung (4) zugestellt wird und dann weitere Bohrungen (16) bearbeitet werden und gleichzeitig der Grundkörper (10) in der Führungsbohrung (16A) über die Führungselemente (14) abgestützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (16) von einem Rohradius (r2) auf einen Endradius (r3) aufgebohrt werden, wobei der Rohradius (r2) kleiner als der Führungsradius (r1) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bohrungen (16) einen gleichen Rohradius (r2) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bohrungen (16) des Werkstücks bei einem einmaligen Einfahren des Zerspanungswerkzeugs (2) bearbeitet werden.