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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Durchführung von Bohrvorgängen, insbesondere die Begrenzung des Vorschubes bei einem Bohrvorgang, wobei die Einrichtung sowohl in Verbindung mit einer Handbohrmaschine, als auch mit einem numerisch gesteuerten Fertigungsautomaten betrieben werden kann. Die Erfindung eignet sich für viele verschiedene Bohranwendungen.
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Hintergrund der Erfindung
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Dämpfungssysteme werden bereits in verschiedenen Bearbeitungswerkzeugen eingesetzt. Sie können den jeweiligen Bearbeitungsvorgang stabilisieren. Auch beim Bohren sind Dämpfungen des Vorschubs bekannt. Solche Vorschubdämpfungen sollen ein Herausreißen von Material durch den Austritt des Bohrers verhindern.
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Bei Einrichtungen der vorgenannten Art ist von Nachteil, dass die anfallenden Späne in Abhängigkeit vom zu bearbeitenden Werkstoff zu unerwünschten Nebenwirkungen führen, wenn die betreffenden Werkstücke eine empfindliche Oberfläche aufweisen. Diese unerwünschte Wirkung besteht darin, dass insbesondere beim Bohren Fließspäne entstehen können, die sich um das Werkzeug wickeln und so zu Wickelspänen oder Spänewicklern führen. Dies kann den Peel-Up-Effekt verstärken. Unter dem Peel-Up-Effekt versteht man, dass ein Bohrwerkzeug die obere oder die oberen Lagen eines Faserverbundwerkstoffes an- oder abhebt. Die Spänewickler werden durch das Bohrwerkzeug herumgewirbelt, so dass der rotierende, um das Bohrwerkzeug gewickelte Fließspan unkontrollierte Bewegungen ausführt und dabei die Oberfläche des Werkstücks mehr oder weniger durch Kratzer beschädigt. Die Beseitigung der hierdurch entstehenden Kratzer verursacht einen erheblichen Aufwand an Mehrarbeit. Zusätzlich ergibt sich eine Störung im Arbeitsablauf dadurch, dass die Spänewickler nach jedem Bohrzyklus von Hand entfernt werden müssen. Weiter kann es beim Voranschreiten des Bohrwerkzeugs im bearbeiteten Material zu Beschleunigungen sowohl der Drehfrequenz des Bohrwerkzeuges, als auch des Vorschubs kommen, insbesondere an Schichtgrenzen der Verstärkungsfasern von Faserverbundwerkstücken. Insbesondere die letzte Schicht neigt zu Ausfransungen beim Austritt des Bohrwerkzeugs (Push-Out-Effekt).
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Beschreibung der Erfindung
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Daher liegt der Erfindung eine Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der vorgenannten Art derart weiterzubilden, dass Beschädigungen von Werkstückoberflächen durch Spänewickler oder ausfransende Späne auf der dem Bohrwerkzeug abgewandten Seite des Werkstück, also beim Austritt des Bohrwerkzeugs sicher vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird nach Anspruch 1 dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Einstellung des Vorschubs für eine Bohrmaschine (1) umfassend ein Bohrwerkzeug (7), einen Bohrbock (4), eine Dämpfungseinheit (3), eine Justieraufnahme (2) und ggf. eine Führung (5) zur Anwendung kommt, wobei der Bohrbock (4) mit einem nicht rotierenden Teil der Bohrmaschine verbunden ist und einen Vorschub des Bohrwerkzeuges (7) entlang seiner Drehachse erlaubt und die Dämpfungseinheit (3) den Vorschub des Bohrwerkzeuges (7) dämpft und der Bohrbock (5) zusätzlich eine Absaugung (11) auf seiner der Bohrmaschine (1) abgewandten Seite (14) aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die Erfindung werden Beschädigungen der Oberfläche von Werkstücken verhindert, so dass entsprechende Nacharbeiten vermieden werden. An der Austrittsstelle des Borwerkzeugs werden erheblich weniger Späne herausgerissen, insbesondere bei unidirektionalen Lagen von Faserverbundwerkstoffen. Außerdem entfällt das bisher nach jedem Bohrzyklus notwendige Entfernen der Späne von dem Bohrwerkzeug und dem Werkstück. Weiter ist keine zweite Arbeitskraft zur Bedienung einer Absaugeinrichtung erforderlich. Schließlich kann die Bohrmaschine mit einer Hand bedient werden.
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Bevorzugt ist es, wenn die Dämpfungseinheit (3) eine Gasdruckfeder und eine Flüssigkeit zur Dämpfung des Vorschubs des Bohrwerkzeuges (7) umfasst.
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Bevorzugt ist es, wenn der Vorschub des Bohrwerkzeuges (7) einstellbar ist.
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Durch anwendungsspezifische Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit, kann eine optimale Bohrungsqualität erreicht werden. Die Vorschubgeschwindigkeit richtet sich dabei nach vielen Faktoren wie beispielsweise: Werkzeuggeometrie, Werkstoff, Bohrmaschinendrehzahl. Eine typische Schnittwertkonstellation für die Bearbeitung von CFK ist ein Vorschub von 0,05 mm pro Umdrehung (zweischneidiges Werkzeug) und eine Schnittgeschwindigkeit von 80 m pro Minute, welche sich durch die Regulierung des Dämpfungskoeffizienten einstellen lässt.
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Bevorzugt ist es, wenn die Schwankung des Vorschubes des Bohrwerkzeugs (7) höchstens 0,4 mm/s beträgt, wodurch ein gleichmäßiger Bohrvorgang erreicht wird. Diese Stabilität führt wiederum zu konstanten Schnittkräften im Prozess, was sowohl die Standzeit des Werkzeuges-, als auch die Qualität des Bohrergebnisses erhöht.
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Bevorzugt ist es, wenn Dämpfungseinheit (3) und die Führung (5) separat ausgeführt sind. Dies hat zur Folge, dass die Austauschbarkeit der der Einzelteile und ggf. Bohrbuchsen (6) vereinfacht wird.
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Bevorzugt ist es, wenn die Bohrmaschine (1) eine Handbohrmaschine darstellt.
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Unter diesen Umständen wird das vorschubregulierte Bohren auch unter geringen Platzverhältnissen möglich, was die Flexibilität der Einsatzmöglichkeiten optimiert.
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Bevorzugt ist es, wenn die Führung (6) die Verwendung verschiedener Werkzeugdurchmesser zulässt.
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Bevorzugt ist es, wenn die Justieraufnahme (2) eine Ausrichtung des Gesamtsystems ermöglicht.
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Die Justieraufnahme (2) ist beim Lösen der Klemmverbindung um ca. 100° in positive und negative Richtung relativ zur Bohrungsachse rotierbar. Alle weiteren Einzelteile folgen der Drehung ebenfalls. Im Ergebnis lässt diese Verdrehbarkeit des Gesamtsystems um die Bohrungsachse eine individuelle Ausrichtung der Einzelkomponenten zu und verbessert damit die Anwendbarkeit des Systems bei geringen Platzverhältnissen.
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Die Erfindung umfasst auch die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche zum Bohren von Werkstücken, die Faserverbundmaterialien enthalten.
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Die oben beschriebenen Aspekte und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können ebenfalls aus den Beispielen der Ausführungsformen entnommen werden, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und anhand der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Begrenzung des Vorschubes mit einer Handbohrmaschine,
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2 eine Schrägansicht einer solchen Einrichtung,
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3 zeigt Ein- und Austrittsöffnungen von Bohrwerkzeugen gemäß Stand der Technik.
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In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder zumindest ähnliche Elemente, Komponenten oder Aspekte verwendet. Es wird angemerkt, dass im Folgenden Ausführungsformen im Detail beschrieben werden, die lediglich illustrative und nicht beschränkend zu verstehen sind.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Einrichtung zur Begrenzung des Vorschubes mit einer Handbohrmaschine (1). Mit einer Justieraufnahme (2) kann die Ausrichtung des Bohrbocks (4) zur Bohrmaschine (2) variabel eingestellt werden. Die Dämpfungseinheit (3) erlaubt eine kontrollierte Dämpfung des Vorschubs bei Bohrvorgängen. Die Dämpfungseinheit (3) kann eine Gasdruckfeder sein. Die Dämpfungseinheit (3) kann so eingerichtet sein, dass der Vorschub des Bohrwerkzeuges (7) begrenzt wird auf höchstens 0,001 mm/s. Die Dämpfungseinheit (3) kann so eingerichtet sein, dass der Vorschub des Bohrwerkzeuges (7) eingestellt werden kann, in dem eine Justierschraube an der Hubstange verwendet wird. Zusätzlich können Justieraufnahme (2) und Bohrbock (4) durch eine erste Führung (5) verbunden sein. Weiter kann eine Bohrbuchse (6) das Bohrwerkzeug (7) im Bohrbock (4) führen. Bohrabrieb und Späne können durch eine Absaugöffnung (11) abgesaugt werden. Die Absaugöffnung (11) kann sich auf der der Bohrmaschine (1) abgewandten Seite des Bohrbocks (4) befinden. Die Absaugöffnung (11) kann mit einer Absaugleitung (12) verbunden sein. Die Absaugleitung (12) kann mit Vakuum beaufschlagt werden. Dadurch können Bohrabrieb, Späne, Abluft und sonstige Medien (13) von der Bearbeitungsstelle entfernt werden. Somit ist eine kryogene Kühlung während des Bohrvorgangs etwa durch Zuführung eines Kühlmittels möglich und das Kühlmittel kann über die Absaugleitung (12) entfernt werden.
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2 zeigt eine Schrägansicht einer Einrichtung zur Begrenzung des Vorschubes mit einer Handbohrmaschine. Dabei sind auf der der Bohrmaschine (1) abgewandten Seite des Bohrbocks (4) Abstandhalter (8) angeordnet, die zu Beginn des Bohrvorganges an einem Werkstück zur Anlage kommen. Diese erlauben bei geeigneter Beabstandung und Höhe eine weitgehend vertikale Bohrung des zu bearbeitenden Werkstücks.
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3 zeigt Ein- und Austrittsöffnungen (15) von Bohrwerkzeugen gemäß Stand der Technik. Beim herkömmlichen Bohren von Verbundwerkstoffen ragen einzelne Fasern (18) in das Bohrloch hinein, sofern die Verbundwerkstoffe (16) Gewebe aus Verstärkungsfasern aufweisen. Weisen die Verbundwerkstoffe (17) dagegen unidirektionale Fasern oder Tows als Verstärkungsfasern auf, so können die Fasern zum Teil aus dem Verbund außerhalb des Bohrlochs herausgerissen werden und flächige Späne (19) aus den Fasern können in das Bohrloch hineinragen.
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Durch die Erfindung kann die Anzahl und Fläche der sich bildenden Späne (17) bzw. (19) gegenüber den herkömmlichen Bohrwerkzeugen verringert werden.
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Während die Erfindung illustriert und beschrieben wurde im Detail in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung, ist es beabsichtigt, dass derartige Illustrationen und Beschreibungen lediglich illustrativ oder exemplarisch und nicht restriktiv sind, so dass die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus.
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Alleinig der Umstand, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, beschränkt nicht den Gegenstand der Erfindung. Auch Kombinationen dieser Merkmale können vorteilhaft eingesetzt werden. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht den Umfang der Ansprüche beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Handbohrmaschine
- 2
- Justieraufnahme
- 3
- Dämpfungseinheit
- 4
- Bohrbock
- 5
- Führung
- 6
- Bohrbuchse
- 7
- Bohrwerkzeug
- 8
- Abstandhalter
- 11
- Absaugöffnung
- 12
- Absaugleitung
- 13
- abgesaugte Medien
- 14
- der Bohrmaschine abgewandte Seite des Bohrbocks
- 15
- Austrittsöffnung des Bohrers
- 16
- Gewebe
- 17
- unidirektionales Gelege
- 18
- Späne
- 19
- Span
