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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bohrmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der
EP2 754 531 B1 bekannt ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer derartigen Bohrmaschine.
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Gattungsgemäße Bohrmaschinen, insbesondere ausgebildet als Handbohrmaschinen mit entsprechend zur manuellen Handhabung geeignet ausgebildeten Griffen oder Gehäuseansätzen, mit einer zum rotatorischen Antreiben eines ansitzenden oder ansetzbaren und auswechselbaren Bohrwerkzeugs ausgebildeten Spindel sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Dabei gibt es verschiedenste Ausgestaltungen vom privaten bis zum industriellen Gebrauch.
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Insbesondere in der industriellen Produktion eingesetzte Bohrmaschinen erfordern, neben dem motorischen Spindelantrieb, häufig eine weitere Funktionalität, nämlich das Erzeugen eines axialen Vorschubs für die (Bohr-) Spindel, neben deren rotatorischem Antrieb: Häufig machen besondere Anforderungen, etwa in industriellen Montage- und Produktionsumgebungen, einen kontrollierten, an die Eigenschaften eines zu bohrenden Werkstoffs sowie eine Antriebsleistung für die Spindelrotation angepassten (und geeignet konfigurierbaren bzw. konfigurierten) Vorschub notwendig, welcher allein durch manuelle Betätigung, selbst einer erfahrenen Bedienperson, nicht ausreichend wiederholbar gewährleistet ist.
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Entsprechend ist es, mit verschiedenen, parallel zueinander existierenden Lösungsansätzen, aus dem Stand der Technik bekannt, zusätzlich zum rotatorischen Spindelantrieb einen (axial einen Spindelvorschub bzw. eine Spindelbewegung bewirkenden) Verstellantrieb an der Spindel vorzusehen. Dabei kommen, neben voneinander getrennten Antriebslösungen für den Rotationsantrieb einerseits sowie für die Axialverstellung andererseits, insbesondere auch integrierte Lösungen in Betracht, welche, mittels einer integrierten und gemeinsamen Getriebefunktionalität (Getriebemittel), an der Spindel beide Betriebsfunktionalitäten (rotatorischer Antrieb für das Bohren einerseits, Vorschub andererseits) ermöglichen.
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So offenbart etwa als technologisch anspruchsvolle Lösung die zum gattungsbildenden Stand der Technik zitierte
EP 2 754 531 B1 eine derartige integrierte Getriebeanordnung, welche sowohl das Rotationsmoment eines Hauptantriebs, als auch ein Vorschub- bzw. axiales Verstellmoment eines Verstellantriebs auf die Bohrspindel bringt und, im Rahmen dieser integrierten Getriebeanordnung, eine geeignete Entkopplung sicherstellt, da diese bekannte und technologisch anspruchsvolle Lösung mittels zweier Motoren funktioniert. Ein erster Motor übernimmt entsprechend das Rotationsmoment, ein zweiter Motor das Vorschub- und Verstellmoment, mit der vorteilhaften Konsequenz, dass, unabhängig voneinander, sowohl die Spindelrotation (etwa eine geeignete Bohr- Drehzahl) durch den ersten Motor eingerichtet werden kann, während eine Vorschubgeschwindigkeit durch geeignete (und auch änderbare) Ansteuerung des zweiten Motors ermöglicht ist, wobei diese Vorschubanpassung insbesondere auch in einem laufenden Bohrbetrieb erfolgen kann bzw., situativ, bei einem aufeinanderfolgenden Bohren verschiedener Werkstoffe, welche dann eine entsprechend angepasste Vorschubgeschwindigkeit ermöglichen. Zu diesem Zweck kann dann diese erwähnte (üblicherweise elektronische) Ansteuerung auch geeignet konfigurier- bzw. auswählbar sein, um insoweit den Nutzen dieser Technologie im (industriellen) Alltag zu flexibilisieren und zu optimieren.
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Allerdings ist die aus der
EP 2 754 531 B1 bekannte Lösung konstruktiv aufwändig und erfordert, neben dem Paar von geeignet auszuwählenden und einzurichtenden (Elektro-) Motoren, insbesondere auch eine komplexe, die Entkopplung der beiden Motoren sicherstellende Getriebekonfiguration, so dass, notwendigerweise, eine entsprechende Bohrmaschine hoher Herstellungskosten erfordert und dementsprechend nur gewissen (entsprechend hochpreisigen) Anwenderzielgruppen zugänglich ist. Da jedoch viele industrielle Produktionsvorgänge, insbesondere auch ein kontinuierliches, aufeinander folgendes Einbringen von Bohrungen in großer Anzahl (wie etwa in einem Flugzeug-Fertigungskontext) hochgradig standardisiert ist und häufig die mit dem bekannten Stand der Technik ermöglichte Flexibilität und situative Konfigurierbarkeit gar nicht benötigt (da etwa regelmäßig stets dieselben Materialien bzw. Verbundwerkstoffe zu bohren sind), besteht das Bedürfnis nach einfacheren, kostengünstigeren (und auch konstruktiv vereinfachten und entsprechend weniger störanfälligen) Lösungen, welche gleichwohl einen optimalen Bohr- und Handhabungsbetrieb, insbesondere in einem industriellen Anwendungskontext, ermöglichen.
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Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bohrmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs im Hinblick auf ihre konstruktive Einfachheit zu verbessern, dabei zusätzlich die Betriebseigenschaften im Hinblick auf eine Verschleiß- und Ausfallsicherheit zu verbessern und gleichwohl eine Bohrmaschine zu schaffen, welche zuverlässig und vorbestimmbar das rotatorische Antreiben einer Spindel (mit entsprechend ansitzendem oder ansetzbarem Bohrwerkzeug) ermöglicht, wobei in diesem Bohrbetrieb diese Spindel zusätzlich eine axiale Verstellung (im Sinne eines kontinuierlichen Vorschubs) erfährt.
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Die Aufgabe wird durch die Bohrmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Zusätzlich Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für eine Verwendung einer derartigen Bohrmaschine, bevorzugt ausgestaltet als Handbohrmaschine bzw. manuell handhabbare Bohrmaschine, welche zum Fertigen von Bohrungen, insbesondere Passbohrungen für Luftfahrzeuge, Verwendung findet, wobei im Rahmen dieser erfindungsgemäßen Verwendung Bohrwerkzeuge anzutreiben sind, welche Bohrungen im Durchmesserbereich zwischen 10 und 30 mm, bevorzugt zwischen 12 und 25 mm, realisieren, und wobei das Ziel dieser Bohrungen geeignetes Metall- oder Verbundwerkstoffmaterial sein kann.
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In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise erfolgt sowohl das rotatorische Antreiben der Spindel für den Bohrbetrieb, als auch die axiale Verstellung der Spindel für den Vorschubbetrieb durch den einzelnen und gemeinsam vorgesehenen Elektromotor der Bohrmaschine, welcher in einem Bohrmaschinengehäuse vorgesehen ist und so auf die Getriebemittel wirkt, dass diese dann mittels der Verstellmutter für den Vorschubbetrieb und gleichzeitig mittels des Drehantriebsrades für den rotatorischen Antrieb im Bohrbetrieb auf die Spindel wirken. Dabei sind die Getriebemittel im Zusammenwirken mit dem Drehantriebsrad und der Verstellmutter so ausgebildet bzw. konstruktiv ausgestaltet, dass im (gemeinsamen) Bohr- und Voschubbetrieb der Spindel die vom Drehantriebsrad einerseits und von der Verstellmutter andererseits wirkenden Umdrehungsgeschwindigkeiten unterschiedlich sind; dies führt dann dazu, dass während des rotatorischen Antreibens sich zusätzlich die Spindel axial bewegt.
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Nicht nur ist ein Elektromotor für eine derartige Funktionalität eine ideale Antriebsquelle und auch gegenüber anderen Motoren, etwa pneumatisch wirkenden Antrieben, zu bevorzugen, da über einen vergleichsweise großen Drehzahlbereich ein hoher Drehmoment erzeugbar ist und der Elektromotor mit gängiger Technologie zuverlässig und betriebssicher ansteuerbar ist (und insbesondere auch dann in einem Betrieb eine Drehzahlveränderung ermöglicht). Auch sind im vorliegendem Bereich der Bohrmaschinen einsetzbare leistungsstarke Elektromotoren kostengünstig in der Herstellung und betriebssicher und zuverlässig, selbst in einem industriellen Dauerbetrieb.
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Eine besonders vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Spindel Rückschubmittel zugeordnet sind, welche, üblicherweise nach dem Beenden eines Bohrvorgangs, den Spindelvorschub umkehren und, zum Ermöglichen eines weiteren Bohrvorgangs, die Spindel in eine Ursprungsposition zurückverschieben. Dies ist erfindungsgemäß weiterbildend dadurch realisiert, dass die weiterbildungsgemäßen Rückschubmittel die Verstellmutter vom Elektromotor entkoppeln und dann, bei einem Ansteuern des Elektromotors das entsprechend angetriebene Drehantriebsrad schnell und effizient das Rückschieben (Rückstellen) bewirkt. Besonders effektiv und schnell erfolgt dieses Rückstellen (Rückschieben), wenn, wie zusätzlich weiterbildungsgemäß vorgesehen, die Rückschubmittel Mittel zum rotatorischen Festlegen der Verstellmutter aufweisen, mit anderen Worten, die Verstellmutter (etwa relativ zum umgebenden Bohrmaschinengehäuse) festgelegt ist und insoweit dann der Drehmomenteintrag durch das Drehantriebsrad das Rückschieben in kürzest möglicher Zeit bewirken kann. Hier manifestiert sich i.ü. auch ein signifikanter Vorteil etwa gegenüber der gattungsbildenden Zwei-Motorenlösung gemäß
EP 2 754 531 B1 : Hier bleiben beide Motoren auch bei einem Rückschubbetrieb mit der Spindel verbunden bzw. eingekoppelt, so dass bei der gattungsbildenden Technologie (dann bei Ansteuerung beider Motoren in umgekehrter Drehrichtung) das Rückschieben wiederum lediglich auf der Basis der Differenz in der Umfangsgeschwindigkeit von Drehantriebsrad und Verstellmutter erfolgt, mit anderen Worten, signifikant langsamer und damit mit deutlich höherer Rückschubzeit als bei der vorliegenden Erfindung.
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In der konstruktiv-mechanischen Umsetzung lässt sich eine derartige Funktionalität besonders vorteilhaft und elegant dadurch realisieren, dass zunächst dem spindelseitigen Drehantriebsrad ein Drehantriebsritzel zugeordnet ist, während der spindelseitigen Verstellmutter ein entsprechend kämmendes Verstellritzel kämmend zugeordnet ist. Mittels dieser Zahnradpaare lässt sich dann in besonders einfacher Weise das zur Bestimmung der Vorschubgeschwindigkeit maßgebliche Übersetzungsverhältnis einrichten, da, erfindungsgemäß, für eine effektive Axialbewegung der Spindel im Verstellbetrieb die Umdrehungsgeschwindigkeiten des Drehantriebsrads einerseits und der Verstellmutter andererseits unterschiedlich sein müssen. Dieser Unterschied wiederum, welcher die Verstellgeschwindigkeit bestimmt, wird beeinflusst vom Übersetzungsverhältnis der beschriebenen Zahnradpaare, so dass insbesondere auch für eine jeweilige (Vor-)Konfiguration durch entsprechende Auswahl geeigneter Ritzel das Vorschubverhalten (was dann entsprechend den gewählten Ritzeln und damit realisierten Übersetzungsverhältnissen konstant ist) bei einer Bohrmaschinenfertigung oder -umrüstung voreingestellt werden kann.
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Konstruktiv ist es diesbezüglich dann wiederum besonders bevorzugt, das Drehantriebsritzel und das Verstellritzel koaxial auf einer gemeinsamen Welle drehbar vorzusehen, wobei diese Welle in besonders günstiger Weise parallel zur Spindel ausgerichtet und gelagert ist. Nicht nur vereinfacht dies das beschriebene Herstellen der Übersetzungsverhältnisse, auch ist dadurch die Möglichkeit geschaffen, durch Austausch auf einfache Weise eine Übersetzungsänderung vorzunehmen.
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Im Rahmen der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist das Drehantriebsritzel durch den Elektromotor antreibbar, wobei insbesondere die Einbaubedingungen in einem Handbohrmaschinengehäuse es vorteilhaft erscheinen lassen, dass der Elektromotor bzw. dessen Abtriebswelle in einem (weiter bevorzugt rechten) Winkel zur Spindelerstreckung stehen, so dass der Elektromotor dann geeignet in einem (z.B. zur Realisierung eines Gehäusegriffs geeigneten) Gehäuseansatz aufgenommen werden kann. Zur mechanischen Ankopplung des Elektromotors ist es dann wiederum vorteilhaft, ein abtriebsseitig am Elektromotor vorgesehenes Ritzel sowie das Drehantriebsritzel (jeweils) mit Kegelverzahnungen auszugestalten, so dass insoweit die vorteilhafte Rechtwinkligkeit in der Drehmomentübertragung gewährleistet ist. Dagegen ist es weiterbildungsgemäß vorteilhaft, das Verstellritzel auf der (gemeinsamen) Welle axial bewegbar vorzusehen, wobei diese Axialbewegung geeignet in Form von (etwa pneumatischen, elektromagnetischen oder elektromotorischen) Stellmitteln erfolgen kann. Hier ist es konstruktiv besonders bevorzugt, das Verstellritzel (drehbar) auf einer Hohlwelle od.dgl. Baugruppe vorzusehen, welche selbst dann auf der gemeinsamen Welle drehbar sitzt und ggf. durch Federmittel od.dgl. Kraftspeicher in die Einkopplungsposition vorgespannt ist, in welche dann für den Bohr- und Vorschubbetrieb beide Ritzel (Drehantriebsritzel und Verstellritzel) mit den jeweiligen Partnern Drehantriebsrad bzw. Verstellmutter zusammenwirken können. Auch gestattet diese konstruktive Realisierung in besonders einfacher Weise das vorstehend diskutierte Lösungsprinzip einer rotatorischen Festlegung der Verstellmutter im Rahmen der erfindungsgemäß weiterbildenden Rückschubmittel, nämlich dadurch, dass durch die Axialbewegung des Verstellritzels in die Auskupplungsposition dieses in der Art einer Sperrklinke, einer drehfesten Aufnahme od.dgl. nicht nur vom Drehantriebsritzel entkoppelt ist (also von diesem nicht mehr mit Drehantriebsenergie beaufschlagt wird), sondern auch relativ zum Bohrgehäuse drehfest angeordnet (gesperrt) ist.
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Ein weiterer signifikanter Vorteil des erfindungsgemäßen (gemeinsamen) Elektromotors liegt in der weiterbildungsgemäß vorgesehenen Möglichkeit, diesem Elektromotor elektrische Erfassungsmittel zuzuordnen, welche einen momentanen elektrischen Betriebsparameter der Bohrmaschine bzw. des Elektromotors erfassen können (bzw. insbesondere auch eine Änderung dieses elektrischen Betriebsparameters detektieren können). Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, mittels der weiterbildenden Erfassungsmittel einen aktuell aufgenommenen Motorstrom (z.B. Ankerstrom) des Elektromotors zu erfassen und dessen Änderung festzustellen; so würde etwa ein (sprunghaftes) Abfallen eines solchen Motorstroms ein Indiz dafür sein, dass in einem Bohr- und Vorschubbetrieb das Bohrwerkzeug das zu bohrende Werkstück durchdrungen hat (da entsprechend die vom Werkstück angebotene Gegenkraft signifikant abnimmt). Dieser einfach im Steuerstromkreis des Elektromotors zu detektierende Parameter ermöglicht nunmehr das einfache Anpassen von Betriebsmodi der Bohrmaschine mittels der den Erfassungsmitteln vorteilhaft nachgeschalteten Betriebsmodusmitteln, etwa dergestalt, dass als Reaktion auf den detektierten (Anker-)Stromabfall die Rückschubbwegung eingeleitet wird, ergänzend oder alternativ eine Schmiermittelversorgung bzw. Schmiermittelbeaufschlagung des Bohrwerkzeugs deaktiviert wird - nicht nur ist diese nach erfolgtem Durchbohren des betreffenden Werkstücks nicht mehr erforderlich und spart entsprechend Schmiermittel, auch wird, praktisch insbesondere bei Werkorten mit einer Vielzahl von parallel betriebenen Bohrmaschinen, eine Beeinträchtigung benachbart arbeitender Bedienpersonen durch (unnötigen) Schmiermittelaustritt vermindert.
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Ein weiterer exemplarischer Vorteil dieser in Form der Erfassungsmittel und der Bohrmodusmittel realisierten Weiterbildung der Erfindung liegt etwa in der Möglichkeit, innerhalb eines Bohrvorgangs eine Anpassung an geänderte Betriebsbedingungen vorzusehen. Exemplarisch sei etwa auf Bohrwerkzeuge verwiesen, welche neben einem eigentlichen (Spiral-)Bohrer zum Fertigen eines Bohrlochs in einem rückwärtigen Schaftbereich zusätzlich einen im Durchmesser verbreiterten Senkabschnitt aufweisen. Im Bohr- und Vorschubbetrieb würde insoweit dann die Bedienperson mit dem Bohrabschnitt zunächst die Bohrung in das betreffende Werkstück einbringen, der Motorstrom bzw. dessen Abfall würde das vollständige Durchbohren anzeigen, woraufhin dann, für ein Senken des Bohrlochs mittels des Senkabschnitts am Bohrwerkzeug (üblicherweise mit dem Erfordernis deutlich reduzierter Spindel-Umdrehungsgeschwindigkeit) eine entsprechende Ansteuerung durch die dem Elektromotor vorgeschaltete Motorelektronik erfolgen kann. Dies kann wiederum vollständig automatisiert ablaufen und entsprechend (vor-)konfiguriert werden, ohne dass etwa an die die Bohrmaschine mit dieser Funktionalität handhabende Bedienperson besondere Anforderungen gestellt werden müssen.
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So ist es insbesondere auch erfindungsgemäß weiterbildend bevorzugt, die Erfassungsmittel mit Auswertemitteln zu versehen, welche, etwa geeignet der Steuerelektronik zugeordnet und mit zusätzlichen Signalübertragungs- bzw. elektronischen Kommunikationsmitteln, etwa einer Webserverfunktionalität, versehen, die durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Elektromotors ermöglichte elektrische Parametererfassung für Qualitätssicherungs- und Auswertezwecke nutzen. So hat es sich etwa als erfindungsgemäß bevorzugt herausgestellt, Höhe und Verlauf des Motorstroms über einen Bohrzyklus auszuwerten, um damit Rückschlüsse auf eine Bohrungsqualität und/oder einen Bohrwerkzeugverschleiß ziehen zu können. So würde sich nämlich im Rahmen einer drehzahlgeregelten Motoransteuerung Verschleiß am Bohrwerkzeug in einem höheren Ankerstrom widerspiegeln, so dass dann entsprechende Daten erfasst und für diese Qualitätssicherungs- und Wartungsaspekte ausgewertet können.
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Während die vorliegende Erfindung, nicht zuletzt aufgrund der dargelegten Vorteile im praktischen Betrieb und in einer industriellen Fertigungsumgebung, besonders bevorzugt für das Fertigen von Bohrungen in einem Luftfahrzeug-Montagekontext ist, ist gleichwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese Verwendung beschränkt. Vielmehr eignet sich die vorliegende Erfindung vorteilhaft für jegliche (bevorzugt manuell handhabbare) Bohrmaschine, welche konstruktive Einfachheit mit zuverlässigen und eine lange Standzeit ermöglichenden Betriebseigenschaften im kombinierten Bohr- und Vorschubbetrieb einer Bohrspindel realisieren soll.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
- 1: eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Bohrmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2: eine Längsschnittansicht durch die Bohrmaschine gemäß 1;
- 3: eine Detailansicht aus der Perspektive der 1 der Spindel, der zugeordneten Getriebemittel sowie des Elektromotors;
- 4: eine Detailansicht auf die Getriebemittel des ersten Ausführungsbeispiels, insoweit als Seitenansicht auf die Darstellung der 3;
- 5: eine Längsschnittansicht durch die Anordnung gemäß 3 und
- 6: eine Detailansicht in Form eines vergrößerten Ausschnitts auf die Getriebemittel samt Drehantriebsrad und Verstellmutter in der Ansicht der 5.
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Die 1 und 2 zeigen Ansichten der erfindungsgemäßen Bohrmaschine mit einem Bohrmaschinengehäuse 10, welches einen pistolenartigen Griffabschnitt 12 sowie einen zusätzlichen, dazu parallel verlaufenden Aufnahmeabschnitt 14 für einen Elektromotor 16 anbietet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen elektronisch kommutierten Elektromotor einer elektrischen Leistungsaufnahme von 700W, welcher eine Bohrspindel 18 mit einends ansitzendem Bohrwerkzeug 20 zum Einbringen von Bohrungen eines Durchmessers von ca. 3 mm bis 13 mm in Flugzeug-Aluminiummaterial aufweist.
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Der Griffabschnitt 12 des Gehäuses ist zur Aufnahme einer schematisch dargestellten, auf einer Leiterplatte 22 gehaltenen Steuerelektronik ausgebildet, welche wiederum über elektrische bzw. elektronische Schnittstellen 24 für eine externe Steckerkontaktierung beschaltet ist. Mit Fingern einer Bedienperson im Griffzustand betätigbare Schalter 26, 28 ermöglichen das Aktivieren bzw. Deaktieren der Bohrmaschine in jeweilige Betriebszustände, etwa in den Bohrbetrieb.
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Zwischen dem Elektromotor 16 und der Spindel 18 ist ein Getriebe (Getriebemittel) 30 vorgesehen, welches - nachstehend im Detail zu beschreiben - ein Motor-Abtriebsmoment sowohl in eine für einen Bohrbetrieb der Spindel 18 bzw. des Bohrwerkzeugs 20 vorgesehene Drehbewegung, als auch, für einen Verstellbetrieb, die Spindel 18 in eine axial entlang der Spindellängsachse verlaufende Spindel-Verstellbewegung betreibt.
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Die Ansichten von 1, 2 verdeutlichen zusätzlich, wie die Spindel von schalenartigen Gehäuseabschnitten 32 im oberen Bereich abgedeckt ist; zusätzlich ist ein (mit Unterdruck wirksamer) Absauganschluss mit entsprechendem Flanschabschnitt 34 zu erkennen, welcher, über einen Absaugkanal 36 zu einem bohrerseitigen Gehäuse-Innenbereich geöffnet, dort im Bohrbetrieb anfallende Späne zur externen Behandlung durch den Auslass 34 absaugt. Am bezogen auf das Bohrwerkzeug 20 eingriffsseitigen Ende weist das Gehäuse einen Endabschnitt 38 auf, welcher zum Aufsetzen auf ein mit der gezeigten Vorrichtung zu bohrendes Werkstück ausgebildet ist. Im Dreh- und Vorschubbetrieb wird dann, in nachfolgend im Detail zu erläuternder Weise, die Spindel in eine Bohr-Drehbewegung versetzt und zusätzlich, entsprechend einem vorgesehenen Bohrfortschritt, die Spindel (in der Figurenebene der 2 nach rechts) verstellt.
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Anhand der isolierten Komponentendarstellungen bzw. Detailansichten der 3 bis 6 werden im Weiteren insbesondere die konstruktiven Details der Getriebemittel 30 erläutert, welche den kombinierten Bohr- und Vorschubantrieb der Spindel 18 auf der Basis des Motorantriebs des Motors 16 ermöglichen. So zeigt etwa die isolierte Komponentenansicht der 3 in der Perspektivdarstellung, wie ein abtriebsseitiges Ritzel 40 des Elektromotors 16 über ein motorseitiges Kegelrad 42 - zur Ausbildung eines 90°-Winkels - mit einer gleichermaßen kegelig ausgebildeten Außenverzahnung eines Drehantriebsritzel 44 kämmt, welches wiederum, über seine Geradverzahnung 46, mit einem Drehantriebsrad 48 kämmt. Dieses wiederum ist, wie insbesondere die Detail-Schnittansicht der 6 verdeutlicht, drehfest mit der (ein Außengewinde tragenden) Spindel 18 verbunden, so dass über die Wirkungskette (Motor 16 - Abtrieb 40 - Kegelrad 42 - Drehantriebsritzel 44, 46 - Drehantriebsrad 48) die Spindel 18 in eine ein Bohren mit dem endseitig (lösbar) ansitzenden Bohrwerkzeug 20 ermöglichende Drehbewegung angetrieben werden kann. Dieses Bohrwerkzeug 20 weist, wie insbesondere die Perspektivansicht der 3 erkennen lässt, im dargestellten Ausführungsbeispiel endseitig einen zylindrischen Spiral-Bohrabschnitt 50 auf, welcher in einen sich im Durchmesser verbreiternden und für einen Senkbetrieb geeigneten Senkabschnitt 52 übergeht, so dass mit diesem Werkzeug sowohl ein (Durchgangs-)Loch bohrbar ist, als auch dann der Lochrand mittels des Senkabschnitts 52 gesenkt werden kann. An einem Kupplungsabschnitt 54 (5) der Spindel 18 ist das Werkzeug 20 abnehm- und lösbar an der Spindel befestigt.
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Neben dem beschriebenen Wirkmechanismus zum Erzeugen einer Bohr-Drehbewegung der Spindel 18 ist das gezeigte Getriebe 30 zusätzlich ausgebildet, gleichzeitig eine (das Bohrwerkzeug 20 in Bohrrichtung vorantreibende) Vorschubbewegung durchzuführen. Diese erfolgt wiederum, ausgehend von den Baugruppen 40, 42 und 44 über eine (etwa mittels axial lösbarer Nockenverbindung 54, 4, mit Schrägung bzw. schiefer Ebene) ermöglichte Ankopplung des Rotationsmoments des Drehantriebsritzels 44 auf ein dazu koaxial auf einer Welle 56 drehbar gelagertes Verstellritzel 58, welches, im verkoppelten Zustand etwa der 3 bis 6, synchron mit dem Drehantriebsritzel 44 auf der Welle 56 dreht. Das Ritzel 58 kämmt mit einer Verstellmutter 60, welche auf das Außengewinde der Spindel 18 aufgeschraubt ist, so dass ein Abtriebsmoment des Elektromotors 16 über die Wirkungskette 40 - 42 - 44 - 58 - 60 auf die Spindel gebracht wird und durch Wirkung der Mutter 60 einen Axialvorschub derselben bewirkt. Dabei lassen die Darstellungen (insbesondere die Detailansicht der 4) erkennen, dass die Paarung aus Drehantriebsritzel 46 und Drehantriebsrad 48 einerseits und aus Verstellritzel 58 und Verstellmutter 60 andererseits, jeweils zueinander verschiedene Übersetzungsverhältnisse ausbilden (so zeigt etwa die Seitenansicht der 4, dass das Drehantriebsrad 48 einen etwas größeren Außendurchmesser aufweist als die unmittelbar benachbarte Verstellmutter 60), so dass durch diese Übersetzungsdifferenz, neben dem rotatorischen Antrieb der Bohrspindel zum Zweck des Bohrens mit dem Bohrwerkzeug 20, auch die Verstellbewegung erfolgen kann (bei gleichen Übersetzungsverhältnissen dieser Paare würde die Spindel in Axialrichtung stillstehen, es würde also kein Vorschub stattfinden). Entsprechend wird durch die gezeigte Konstruktion die Möglichkeit eröffnet, durch Ausgestalten des Übersetzungsverhältnisses der miteinander kämmenden Ritzelpaare die Vorschubgeschwindigkeit (Geschwindigkeit der axialen Verstellbewegung) relativ zur Umdrehungsgeschwindigkeit festzulegen, so dass zwar dieses Verhältnis bei einer bestimmten Bauform der Bohrmaschine stets konstant ist, durch geeignete Auswahl von Ritzeln und dem damit ermöglichten Variieren des Übersetzungsverhältnisses eine Vor-Konfiguration und Anpassung ermöglicht ist.
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In Form der schematisch gezeigten Anschlagmutter 63 am Umfang der Spindel 18 ist ein maximaler Verstellhub (bzw. etwa ein Senkpunkt) bestimm- bzw. festlegbar ist. Genauer gesagt erfolgt durch Anschlag dieser Anschlagmutter 63 am Lagerbereich des Drehantriebsrades ein Lastanstieg, welcher dazu führt, dass das Verstellritzel 58 (entlang einer schiefen Ebene der Nocken 54) in eine (in der Figurenebene der 4 rechts) gelöste Neutralstellung gleitet. Dieser Zustand wird - nicht im Detail gezeigt - detektiert und in eine nachfolgend im Detail zu beschreibende Betätigung eines Pneumatik-Zylinders 64 übergeleitet, wodurch die Drehfixierung des Verstellritzels 58 erfolgt.
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Insbesondere zeigen die Schnitt- bzw. Detailansichten von 4 bis 6 die zusätzlich im Rahmen der Erfindung realisierte Möglichkeit, das Verstellritzel 58 durch axiales Verschieben auf der Achse 56 festzulegen bzw. drehfest zu blockieren, so dass die damit kämmende Verstellmutter 60 gleichermaßen drehfest festgelegt ist. In diesem Betriebszustand würde dann ein elektromotorisches Antreiben des Drehantriebsrades 48 in der der Bohrrichtung entgegengesetzten Drehrichtung ein schnelles Rück-Verstellen bzw. Zurückführen einer vorgeschobenen Spindel 18 (etwa bei einem abgeschlossenen Bohrvorgang) in eine zurückgezogene Ausgangsposition ermöglichen.
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Zu diesem Zweck greift ein geeignet in axialer Richtung (in der Figurenebene der 4 nach rechts) pneumatisch betätigter Zylinder 64 über eine drehbar auf der Welle 56 gelagerte Hohlwelle 66 innenseitig am Ritzel 58 an und zieht dieses in der Figurenebene nach rechts, bis ein axial vorspringender Zahnabschnitt 68 des Verstellritzels 58 in der Art einer Sperrklinke in ein Sperrprofil 76 einer feststehenden Aufnahme greift, wobei dieses durch Wirkung des Pneumatikzylinders 64 bewirkte Entkoppeln des Ritzels 58 vom Drehantriebsritzel 44, gegen die rückstellende Kraft einer Druckfeder 72, das rotatorische Festlegen der Verstellmutter 60 über die Wirkungskette 76 - 68 - 58 - 60 ermöglicht. Auch wenn diese Axialverstellung des Verstellritzels 58 im dargestellten Ausführungsbeispiel pneumatisch erfolgt (und eine entsprechende Pneumatik-Zuführung in das Gehäuse der Bohrmaschine integriert ist), ist es auch möglich, andere Verstellprinzipien einzusetzen, wie etwa eine elektromotorische oder elektromagnetische Verstellung.
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Mittels einer an der Spindel sitzenden Federbaugruppe 62 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel eine Abschaltung des Rückstellbetriebs realisiert. Zu diesem Zweck erfasst ein mit einem Lagerabschnitt 65 (axial in 4 rechts der Federn 62 vorgesehen) verbundener Sensor (nicht gezeigt) einen Eingriff der Federn 62 und deaktiviert daraufhin die den PneumatikZylinder 64 treibende Pneumatik. Während die Druckfeder 72 das Ritzel 58 daraufhin zurück in die Eingriffs- bzw. Verkopplungsstellung am Ritzel 44 bringt, erfolgt gleichzeitig die Abschaltung des Elektromotors 16 als Reaktion auf eine Pneumatikdetektion mittels eines Pneumatikschalters bzw. -detektors 67, dessen Zustandsänderung von der (nicht gezeigten) Motorsteuerung ausgewertet wird und entsprechend den Antriebsmotor deaktiviert.
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In den Figuren nicht gezeigt ist eine dem Elektromotor 16 vorgeschaltete Ansteuerelektronik, welche neben einer Signalbeaufschlagung des Elektromotors insbesondere auch das Erfassen eines (aktuellen) vom Motor 16 aufgenommenen Ankerstroms ermöglicht. Diesbezüglich sieht dann das Ausführungsbeispiel vor, als Reaktion auf eine (z.B. bei einem fertiggestellten Bohrloch sprunghafte) Änderung des Ankerstroms geeignete Betriebsmodusänderungen der Bohrmaschine zu aktivieren, etwa eine Drehzahlverringerung des Elektromotors 16, um nachfolgend mittels des Senkabschnitts 52 einen Senkbetrieb am Bohrloch durchführen zu können, ergänzend oder alternativ die Möglichkeit eröffnend, als Reaktion auf eine derartige Parameteränderung (also z.B. das Abfallen des Ankerstroms) bereits den vorstehend diskutierten Rückstellmodus zu aktivieren, indem durch Lösen des Ritzels 58 vom Ritzel 44 und nachfolgendes Dreh-Verankern des Ritzels 58 die Verstellmutter 60 blockiert wird und ein nachfolgendes Umschalten des Elektromotors samt Antreiben der Spindel 48 über das Antriebsrad dann die (schnelle) Rückführung ermöglichen kann.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ist sowohl die konstruktiv-mechanische, als auch die funktionale Ausgestaltung der gezeigten Bohrmaschine rein exemplarisch und kann nahezu beliebig an verschiedenste Erfordernisse einer Einsatzumgebung angepasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2754531 B1 [0001, 0005, 0006, 0011]
