DE1812669A1 - Kernbohrer - Google Patents

Description

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Aktiengesellschaft Brov/n, Boveri & Cie., Baden (Schweiz-)

Kernbohrer

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernbohrer, bestehend aus einem Schaft und einem Bohrkopf, in dessen ßfctr den U in fan ρ ftleichmässlg verteilten Ausnehmungen mindestens zwoi Kchioidontragende V/endeplatten aus Hartmetall od. dpi. in sur Bchraeh;>e etwa radialen Ebenen befestigt sind, wobei die Schneide jeder Platte gegenüber der Schneide der folpenden Platte in radialer Richtunp versatzt ist und nur einen Teil der Rin^brülte bearbeitet.

Die bekannten Kernbohrer weisen den Nachteil auf, dass das zu zerspanende Volumen, bedingt durch die Schrieidenpeoretrie und den notwendigen Platz für die Halterung der Schneidenkörper, beträchtlich 1st, so dass sehr grocse Antriebsleistunrren erforderlich werden und dass, falls sie auf Radialbohrmaschinen, auf Bohrwerken oder ilhnlichen Werkzeugmaschinen zur Anwendung kommen, zwecke Abstützung der Hauptschnittkraft (umlaufende Radlalkrtft) für Jede einzelne Eohrun* mit prossem Zeitaufwand ver-

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schiedene Vorbereitungsarbelten v/ie Anschweissen und Bearbeiten von Führungszapfen cder Eindrehen von Führung^rille-n in genau vorbestimmter Lage durcngeführt werden müssen. Dazu ruft die durch die Sehne idengeonie trie verursachte, sehr grosse umlaufende Radialkraft folgende negative Wirkungen hervor:

- Es entstehen sehr grosse Reibungsverluste zwischen dem Bohr-

^ kopf und den Wanden des Bohrloches, was u.a. eine trosse An tr ie Lr. leistung/; bedingt,

- Die vorbeschriebenen Führungen sind nicht Jn der La;-e, die ui\- laufenden Radialkrolfte vollständig abzuKtütaon, so danjj b&in Anbohren Vlbrationen entstehen, v;elche kurze Standzeiten des Werkzeugs zur Folf'.e haben. Die Instandhaltunpskonten dor, Kernbohrera, d.h. die Kosten je Nachschliff sind sehr hoch.

Das hat zur Folge, dass Kernbohrer, abgesehen von ihrer Verwendung· auf Ticfbohi'biinken, bisher nur selten zur Anwendung kamen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben.

Die erflndungsgemässe Kernbohre-inrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass jede Wendeplatte mit ihrer Schneidkante in einer zur Bohrerachse normalen Ebene liegt, wobei diejenigen Normalebenen, die zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Platten zugeordnet sind, gegeneinander axial verschoben sind.

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Die i-.i j iuduiH-, wird nnf.chliCGGcnd büispieli^vieisc s.nhrnd vcn Figuren erläutert. Es zeicon :

Fig. 1 eine Anordnung eines sich im Einsatz befindenden Kernbohrers, geschnitten cemäss Linie I-I der Fiß. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt geinäss Linie X1--II durch die Anordnung noch ( Fig. 1,

Fig. 3 eine ve r grosser te DarstelDun^ eines Schnittes geir.äss Linie I1I-II1 der Fig. 2,

Fig. 4 eine Variante zu Flg. 3,

Fig. ^ und 6 eine Anordnung analog derjenigen der Fig. 1 und 2, in geänderter Ausführung.

Der Kernbohrer 1, von dem in Fig. 1 der hohle Bohr scha ft J> mit dem ' Bohrkopf 4 dargestellt ist, wird von der axial verschiebbaren Bohrbuchse 5 eng umschlossen, die so gehaltert und deren vorderes. Ende so. ausgebildet ist, dass, je nach Grosse des Kernbohrers, die Oberfläche des Werkstückes 7 durch die keilförmigen Bohrbüchsenstirnseiten 6 im elastischen - oder plastischen - Bereich verfortnt werden kann, oder dass durch die drehende Bohrbüchse 5 eine Rille in das Werkstück 7 eingeschnitten resp. eingefräst und anschliessend die Bohrbuchse 5 mit grosser Kraft in diese Rille gedruckt werden kann. Dies hat zur FoI^e, dass die Bohrbücnse 5 unverrückbar im Werkstück

verankert ist. 90 9844/0320

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Der Kernbohrer· 1 bat im Werkstück 7 bereits ein ringförmiges Bohrloch (65 in Fig. 4) ausgebohrt«, In den hohlen Bohrschaft 3 steigt mit zunehmender Tiefe der Kern 11, welcher nach dem Durchbohren des Loches frei liegt und aus dem Schaft 3 herausbefördert wird. Zwischen dem Innenraantel des hohlen Bohrschaftes 3 und der Aussenkontur des Kernes bildet sieh* entsprechend der Lage der spanabhebenden Werkzeuge, der ringförmige Cclzuflusskanal 13, dessen Breite in dor Grössenordnung von ^ 1 mm liegt. Im Bohrkopf

^ sind, entsprechend der Anzahl einzusetzender Werkzeuge, vier Ausnehmungen 15) 16,17 und l8 für vorzugsweise aus Hartmetall bestehende Wendeplatten 35> 36, 37 und 38 vorgesehen. Jede V/endeplatte wird mittels des Kler.uihalters 20, dessen Haltenase 21 auf der V/endeplatte aufliegt, an die Gegenwand der Ausnehmung gepresst. Dies geschieht mittels der Imbusschraube 25* welche durch die tangential im Bohrkopf 4 angeordnete Oeffnung 23 eingebracht und mit dem Klemmhalter 20 verschraubt werden kann. Das Einsetzen der Klenimhalter 20 erfolgt von vier Oelrückflusskanälen 27, 28, 29 und 30 aus, welche an-

W nähernd symmetrisch und gleichrnässig auf dem Umfang des Bohrkopfes verteilt sind. Diese Oelrückflusskanäle 27-30 erstrecken sich von der Stirnfläche des Bohrkopfes 4 bis an dessen oberes Ende, wo sie in Oeffnungen 32 ausmünden, wie dies aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus Fig. 2 dargestellt, in welchem die Lage der V/endeplatte 35 während des Bohrvorganges ersichtlich ist. Diese Wendeplatte 35 weist, wie übrigens alle andern, eine irn wesentlichen dreieckige, symmetrische, ebene Form auf, derart, dass

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sie, wie der Name sagt, nach Abnutzung dor ersten Schneidkante um 120 gedreht und mit der zweiten, unverbrauchten Schneidkante weiter verwendet werden kann, was nach weiterer Abnutzung dieser Kante nochmals geschieht, bevor neue V/endeplatten eingesetzt werden müssen. JcCo V/endeplatte ist mit drei Schneidkanten kO zum Bearbeiten des Lochbode'ns versehen, sowie mit drei FUhrungsflachen 42. Die jeweils in Arbeitsstellung befindliche Schneidkante ist in einer Ebene normal zur Bohrachse angeordnet. Die Schneidkante hO erstreckt sich nicht über die ganze Länge der zugehörenden Dreiecksbasis, sondern setzt sich über eine Stufe hk ungefähr in der Mitte bzw. etwas über dieser in einen nicht als Schneidkante benutzbaren Teil ab. Da der' Kernbohrer mindestens zwei V/endeplatten aufweist und die Wendeplatten normale rvi ei ce ungefähr gleichrnässig auf dem Umfang des Bohrkopfes h angeordnet sind, wird immer die eine V/endeplatte 35 für die Bearbe itung des einan Teiler. des Bohrlochbodens mit der Schneidkante 40 benutzt, während die zweite, in Pig. 3 gestrichelt dargestellte V/endeplatte eine der in die Zeichenebene gedrehten Wendeplatten 36 oder 38 darstellt. Die Platten 3d und 38 sind in den vorzugsweise funkenerodierten Ausnehmungen 16 bzw. 18 des Bohrkopfes 4 gegenüber den Wendeplatten 35 und 37 radial verschoben, so dass ihre Schneidkante hO den restlichen Teil der Bodenfläche des Bohrloches bearbeitet. Durch diese Anordnung kann sogar mit nur zwoi V/endeplatten ein weitgehender Ausgleich der Rad Laikräfte erreicht und damit das Entstehen von Reibung und Vibrationen vermieden v/erden, da die Drehmomente, bedingt durch die Schneidengeornetrie der Wendeplatten, sehr klsin sind. Anstatt aus Hartmetall, einer bevorzugten Aus führung« form, können die Wendeplatten auch aus och:iollstah.l bestehen. Das Einsetzen der Wendeplatten direkt im Bohrkopf wurde nur.

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arbeitstechnischen und öenauigkeitsgründen von der Fachwelt für unmöglich erachtet. Die Funkenerosion zeigte den Weg der Lösung;.

Zum Herstellen einer Durchgangsbohruhs mittels eines Kernbohrers wird der leere Bohrkopf 4 mit der Antriebsspindel verbunden. Hierauf wird die Bohrbuchse 5 über den Bohrkopf 4 geschoben und anschliessend werdon 'die Wendepl&tten im Bohrkopf eingesetzt und befestigt. Durch dief.es Vor gehen wird verhütet, dass beim Einfahren in die Bohrbuchse mit ^ montierten Wentfeplatten diese beschädigt werden. Hierauf wird die Bohrbuchse 5 mit grosser Kraft und, je nach Kernbohrer-Durchr.-osoer, mit drehender Bewegung auf das V/erks.tück 7 gepresst, so dass die EinprUgkante 6 nach dem Abheben eine gut merkbare Spur oder· RiIIs hinterlässt. Hierauf wird dor Kernbohrer 1, dessen' Schart 3 im nicht dargestellten Bohrfutter festgehalten wird, abgesenkt, dorsrt, dass dor mit den Führungsflächen.9 versehene Bohrkopf 4 in die Bohrbuchse- 5 ein ·«-■· fährt und an seinem Umfang von dieser geführt wird. Irr, Bohrkopf 4 sind, wie aus den Figuren ersichtlich, die entsprechenden vier Wendeplatten 35-3Ö in die zugehörigen Ausnehmungen 15-18 eingenetzt und mittels der Klemnhalter 20 und der Schrauben 25 befestigt. Bei Verwendung von vier Wondeplatten sind je zwei sich gegenüberliegende 35 und 37 für das Herausarbeiten des Kernes 11 und die beiden 36 und 38 für die eigentliche Bohrlochwand vorgesehen. Durch die praktisch symmetrische Anordnung wird erreicht, dass nur sehr geringe Drehmomente und damit kleinste Vibrationen auftreten, da die radialen Kräfte,- bedingt durch die Symmetrie, sich praktisch aufheben. Zudem verhindert natürlich auch die Bohrbüchse 5 das Aufkommen derartiger Schv/ingungen, da sie d^- ganze System im Bereich des Bohrkopfes äusserst starr hält, der sich dann später im Werkstück durch seine Führungsflachen 9 selbst führt.

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Kit dern kegiw* dos Behrens erfolgt durch don hohlen Bohrschaft 3 die Zufuhr von Drucköl, violence beispielsweise unter einem Druck von 70-200 f.tu in der; ];1γϊ<;!-·" r.r.] Ijü gepresst wird, von wo es über den Bohrboileu. <·ο:: !-. jiL.Uückcs γ fließet, vor den Schneidkanten ¹JO der Wendeplatten yö-yy hincurchstrüriit und den Bohrkopf k durch die Oelrückfliu;r!'.r nülc Γ:7-3Ο mit den Oeffnungen 32 verlässt. Dabei schmiert dieses OcI nicht nur die Wände dos Bohrloches 65 und die entsprechende Fläche des Bohrkopfes h_s sondern erzeugt zv/isehen der Innenfläche der Bohrbuchse 5 und dem Bohrkopf 4 ein Drucköllager, das auch direkt mit dem ningk&nal I3 verbunden sein kann. Der Hauptzweck dieses Oelzufuhr ( liegt jedoch im Fortschwömmen der Bohrspäne und im gleichzeitio;en Kühlen der \vendeplEtten 35-38.

Die vor den Sehneiukanten ¹IO der V/endeplattcn 35"33 hei'geschobenen, abgearbeiteten Spane werden durch das mit grosser Geschwindigkeit ankommende Druoköl v.-eggefegt und durch die Oelruckflussknnale 27-30 ausgetragen. Der Oeldurchr.r-t:·=· liegt bei einer derartigen Kernbohrung von z.B. 50 cm Durchmesser ungefähr in der Grössenordnung von I50 Liter/ min, wobei der Bohrer mit Umfangsgeschwindigkeiten von beispielsweise zwischen 70 und 100 m/min angetrieben wird. Um das Oel-Späne-Gemisch aus den Kanälen 27-30 zu leiten, ist vorgesehen, über deren Oeffnungen 32 ein Span- und Oelumlenkeleirjent vorzusehen.

In Fig. 4 ist analog der Darstellung in Fig. 3 eine Sonderausführung für V'erkzeuginaschirien mit geringer Antriebsleistung, mit einem Bohrkopf mit vier Wendeplatten 35^-38a und vierfacher Abstufung 60-63 der Schnittebenen dargestellt. Dadurch wird erreicht, dass jede Schneide nur ein Viertel des ringförmigen Bohrloches 65 bearbeitet. Dies hat

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zur Folge,, dass mit entsprechend geringer Antriebsleistung gearbeitet werden kann. Oder ec können, insbesondere bei grossem Durchmesser der» Bohrkopfef, zwei oder mehrere Gruppen von zusammengehörenden, eine volle Breite des Bohr]oehes überdeckenden Schneidkanten vorgesehen werden, wodurch der Vorschub sinrigemäss auf das zwei- oder mehrfache gesteigert v/erden kann, was vei'ständlicherweise eine Erhöhung der Antriebsleistung im gleichen Ausmass bedingt.

Generell muss die form der Wendeplatte so sein, dass sie mühelos " · ^ in den Bohrkopf eingeführt werden kann und in diesem in der Art eines Keilen festgehalten uird, Es entstellt auf diese Weise zwischen dem Bohrkopf und der V.'endeplatte eine formschlüssige Verbindung.

Die die Bchrlochwände bearbeitenden V/endeplatten sind gegeneinander radial um sehr wenig, beispielsweise einige Zehntel bis 5 mm versetzt, urn, wie vorstehend erläutert, im Hinblick auf zu vermeidende Reibungsverluste und Vibrationen möglichste Symmetrie zu wahren und dadurch bedingte grosse Vorschubgeschwindigkeiten zu erreichen.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere, den Fig. 1 und 2 entsprechende Ausführung dargestellt. Im Bohrkopf 50 sind jedoch drei verschiedene Drucköl-Zuflusskanäle vorgesehen: Der mittelachsige Kanal für das eigentliche Schwemmöl, z.B. unter 70 atü, analog der Ausführung gemass den Fig. 1 und 2, und zusätzlich zwei aussermittige Kanäle 52 und 52> welche Schmieröl unter einem Druck von z.3. 200 atü führen. Dieses OeI ' wird durch Verteilkanäle 55 zu den Taschen 57 im Bohrkopf 50 geleitet. Dadurch ergibt sich eine hydrostatische Schmierung des in der Bohrbuchse 5 gelagerten Bohrkopfes 50 schon bei Stillstand und kleinen Drehzahlen. Bei zunehmender Drehzahl bewirken die

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Taschen 57 eine hydrodynamische Schmierung dos in der Bohrbuchse gelagerten Bohrkopf es, wodurch die genaue Führung des Kernbohrers noch unter.':tut?,t und da« Auftreten von Schwingungen (Klsttern des Bohrers) mit Sicherheit verhindert wird.

Was die Prägekante, bei rotierendem Anpressen der Bohrbuchse 5 e Fräskante 6 bezeichnet, betrifft, v/ird diese dadurch air. Fräskante ausgebildet, dass die in sich geschlossene kreisförmige Prägekante durch eine, vorzugsweise mehrere sich z.B. radial erstreckende Ausnehmungen unterteilt wird. Dadurch wirken die neu geschaffenen Vorderkanten der Prägekante als Schneiden, während infolge der Verformung des Werkstückes im Bereich der Kante 6 das Material in diese Ausnehmungen ausweicht und von der nachfolgenden Schneide mindesten.": teilweise abgetragen wird.

Nach dem Ansetzen und Anpressen der Bohrbuchse mit hohem Druck (z.B. einem Flächendruck von ^500 kg/cm ) wird grundsätzlich zwischen dem V/erkstück und der Bearbeitungsmaschine über die bohrbuchse eine kraft--und formschlüssige Verbindung hergestellt.

Es ist ferner festzuhalten, dass die beschriebene Anordnung erlaü t, die Breite des Ringkanals auch bei grossen Lochdurchmessern von z.B. 500 mm nur zwischen- ungefähr 15 bis 20 mm auszufuhren.

Die beschriebene Konstruktion einer Kernbohreinrichtung ermöglicht es, das ringförmige Bohrloch 65 zwischen der Bohrlochaussenwand und der Kernmantelfläche, verglichen mit einem konventionellen Kernbohrer, um 50 fo zu verkleinern, was eine entsprechende Reduktion der

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Antriebsleistung ergibt. Durch die Sclmeidengeoinctile ο.ηΰ die Anordnung mehrerer über den Urufang .des Bohrkopf es verteilter S chnc>5 ^kanten wird erreicht, dass die umlaufende Radialkraft n^hefcu box null liegt, was eine weitere Verminderung der Antriebniels tun:, um ?;> fo bringt. Gesamtheit lässt sich somit, gleichen Bohrlochdurehmesser vorausgesetzt, mit der erflndungsgemässen gegenüber einer konventionellen Kornbohreinrichtung eine Herabsetzung der Antriebsleistung um ca. 75 ^cß> oder eine Erhöhung des Vorschubes und der Arbeitsleistung auf das Vierfache erreichen.

BAD

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Claims (5)

Pa t °_J}_1. fi η s η r tt c h g:

1. Kernbohrer, beßtchend aus einen Schaft und einem Bohrkopf, \u dosten über den Umfanp· ftleiohiniissip; verteilten Ausnehmungen mindestens κ viel schneidentrapende V.'endeplatten aus Hartmetall od. dp;l. in zur Bohrerachse etwa radialen Ebenen befestigt sind, wobei die Schneide jeder Platte gegenüber der Schneide der folpendc?n Platte in radialer Richtung versetzt ist und nur einen Teil der Rinrbreite bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass jede V.'endeplatte (35-38,35a-38a) mit ihr-sr Schneidkante ("0 bzw. 6Ο-63) in einer zur Bohrerachse normalen Ebene lier.t, v/ob ei diej eil j pen Norinalebenen, die zwei in Unifanrsi'lchtunr aufeinanderfolgenden Platten zugeordnet sind, p;er;eneinander axial verschoben sind.

2. Kernbohreinrichtunr; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die V.'endeplatten (35-38, 35a -38a) seitliche Führunpsflachen (^zl2) aufweisen, die entlang den V/änden des ringförmigen Bohrloches (65) gleiten.

3. Kernbohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schneidkante (*Ι0) eine Stufe (kk) besitzt.

4. Kernbohrer nach C¹^n Ansprüchen 1-3, dadurch rekennzeichnet,

den
dass in den zv/ischer 'Ausnehmungen (15- l8) für die VJendeplatten

(35-3B₅ 35a-33a) liegenden Umfangsbereichen des Bohrkopfes (^ druo.k".lre;:peist.c Taschen (57) anreordnet sind. BAD ORIGlNAI'

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5. Kernbohrer nach Anspruch ^l\, dadurch gekennzeichnet, dass die Taschen (57) an Schmierölkanäle (52) angeschlossen sind, die in der Viand des Bohrkopfes 0,50) bzw. des Schaftes -(3) auspeapart sind.

Aktiengesellschaft BROWN,' BOVERI & CIE.

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