DE19649143A1 - Feineinstellbare Bohrstange und Herstellverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine feineinstellbare Bohrstange nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 6 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Zum Erstellen von Bohrungen mit niedrigen Toleranzen, aber einem verhältnismäßig gro­ ßen Durchmesser, beispielsweise für Preßsitze, werden üblicherweise feineinstellbare Bohrstangen verwendet. Diese Bohrstangen tragen ein oder mehrere Schneidelemente, insbesondere Schneidplatten, die meist in einem Klemmhalter sitzen. Die Schneidplatte selbst kann dabei in dem Klemmhalter meist grob eingestellt werden, für genaue Justie­ rungen ist jedoch in dem Klemmhalter selbst eine Verstellschraube vorgesehen, die den Klemmhalter verbiegt. Zum Erreichen einer besseren Justierbarkeit wird hierbei üblicherweise eine kleine Gewindeschraube eingesetzt (beispielsweise M4), so daß mit einer Schraubenumdrehung nur eine geringe Höhenverstellung erreicht wird. Zur Verbes­ serung der Stabilität des verbogenen Klemmhalters kann dann noch mit einer etwas größeren Schraube gegengehalten werden, wobei jedoch oftmals mehrfach nachjustiert werden muß, um innerhalb enger Toleranzen (beispielsweise unter 50 µm) zu bleiben.

Eine völlig andere Einstellmöglichkeit haben Bohrstangen mit einer U-förmigen Trennfuge in ihrem Schaft, die mittels zweier Stellschrauben radial gequetscht wird. Hierdurch wird eine Parallelverschiebung der Schaftachse erreicht, die einen Verstellbereich von bis zu 0,3 mm zuläßt.

Bei einer weiteren Ausführungsform sitzt radial im Schaft ein Klemmkeil, dessen dicke­ rer Teil im Bereich der Achse des Schafts sitzt. Mittels einer Stellschraube läßt sich der Klemmkeil radial in seinem Sitz nach außen verstellen, so daß seine Klemmkraft einseitig im äußeren Bereich der Bohrstange zunimmt. Hierdurch wird die Bohrstange leicht gekrümmt, wobei durch Wahl einer sehr steilen Schräge (nur wenig unter 90°) eine Feinjustierung, beispielsweise im Bereich bis zu 0,35 mm möglich ist.

Weiterhin kann die Schneidplatte auf einer Verstellschraube selbst befestigt sein, die dann entsprechend stabil (dick) ausgeführt sein muß. Um hierbei eine Feinjustierung zu ermöglichen, kann die Verstellschraube mit einem Nonius versehen sein.

All diesen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die Feinjustierung ein erhebliches Fingerspitzengefühl erfordert, wobei bei der Verwendung feinerer Stellelemente die Stabilität des Sitzes der Schneidplatte an der Bohrstange nachläßt. Bei einigen der beschriebenen Ausführungsformen kommt noch hinzu, daß die Achse des Schafts ver­ stellt wird, so daß dieser einerseits nur noch an einem Ende geführt werden kann und andererseits die Anordnung mehrerer Schneidelemente, insbesondere von drei oder mehr Schneidelementen problematisch oder gar unmöglich ist, da die Justierung eines Schneidelementes eine Verstellung des oder der anderen Schneidelemente bewirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Bohrstange derart einstellbar auszufüh­ ren, daß mit einfachen Mitteln eine Feinjustierung des Schneidelementes und damit eine verhältnismäßig einfache Herstellung von Bohrungen mit engen Toleranzen möglich ist.

Bei den eingangs beschriebenen Bohrstangen wird die Aufgabe gelöst mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6; bei dem eingangs erwähnten Verfah­ ren wird die Aufgabe gelöst mit den kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 11.

An der erfindungsgemäßen Bohrstange sind zwei wesentliche Änderungen gegenüber dem Stand der Technik vorgenommen, die jede für sich zu einer besseren Feineinstell­ barkeit und einer hohen Stabilität der Einstellung führen. Vorteilhaft lassen sich beide Merkmale miteinander kombinieren und führen hierdurch zu einer Bohrstange, deren Feineinstellung in einem Bruchteil der bisherigen Zeit vorgenommen werden kann. Als erstes hat die erfindungsgemäße Bohrstange gegenüber dem Stand der Technik nicht die übliche Stellschraube, die dort entweder als sehr kleines Element ausgeführt ist, um eine niedrige Steigung zu haben, oder als verhältnismäßig großes Element ausgeführt ist, so daß sie mit einem langen Gabelschlüssel einstellbar ist, sondern ein Differential­ schraubelement, das zwei koaxiale Gewinde unterschiedlicher Steigung enthält, wobei die Gesamtverstellung mit einer Funktion der Differenz der beiden Steigungen erfolgt. Dieses Differentialschraubelement kann praktisch an allen der vorbeschriebenen Bohr­ stangen eingesetzt werden, besonders vorteilhaft jedoch in Verbindung mit einem (Kurz)klemmhalter, dessen Verstellbarkeit bisher höchst problematisch war. Die andere erfindungsgemäße Änderung liegt im Klemmhalter des Schneidelementes selbst, der gegenüber den bisherigen Klemmhaltern eine das Verbiegen erleichternde Kerbung hat, so daß gegenüber der bisherigen Verstellung des Kurzklemmhalters, der praktisch als Ganzes schräg angehoben wurde, dieser nun im wesentlichen nur noch mit seinem vor­ deren Bereich, an dem das Schneidelement befestigt ist, angehoben wird. Hierdurch wird erreicht, daß ein großflächiger Sitz (der nicht angehobene Bereich bis zur Kerbe, in dem die Befestigungsschraube des Klemmhalters sitzt) erhalten bleibt. Hierdurch sitzt der erfindungsgemäße Klemmhalter wesentlich stabiler an dem Schaft der Bohrstange, gleichzeitig ist eine feinfühligere Verstellung (Auslenkung des freien Endes des Klemm­ halters) möglich. Vorteilhaft mündet die Kerbung in eine Erweiterung, wobei die Erweite­ rung vorteilhaft eine Bohrung ist. Hierdurch wird nochmals eine spannungsärmere und leichtere Verstellung mittels der Stellschraube erreicht.

Das Differentialschraubelement ist insbesondere als Schraube ausgebildet und hat zwei Gewinde unterschiedlicher Steigung (und damit vorzugsweise auch unterschiedlichen Durchmessers). Das eine (erste) Gewinde sitzt in dem Schaft der Bohrstange und bewirkt, daß das Differentialschraubelement beim Drehen in Richtung auf den Klemm­ halter zur Verstellung desselben wandert (bzw. sich von diesem entfernt). Im Gegensatz zum Stand der Technik wirkt das erfindungsgemäße Differentialschraubelement mit sei­ ner durch das Drehen resultierenden Longitudinalverstellung nicht direkt auf den Klemm­ halter (bzw. bewirkt nicht eine der Longitudinalverstellung entsprechende Verstellung), sondern ist mit einem Schraubelement gekoppelt, das auf dem zweiten Gewinde des Differentialschraubelementes sitzt und sich beim Drehen des Differentialschraubelemen­ tes in dem Schaft ebenfalls relativ zum Differentialschraubelement verdreht (das Schraubelement dreht nicht mit dem Differentialschraubelement mit gleichem Dreh­ winkel mit). Vorzugsweise ist dieses Schraubelement drehfest in dem Schaft angeord­ net, beispielsweise über eine entsprechende Kerbung bezüglich des Schafts oder des Klemmhalters. Dadurch, daß sich das Differentialschraubelement einerseits in den Schaft und andererseits in das Schraubelement einschraubt, hat das Schraubelement durch das Verstellen des Differentialschraubelementes eine Längsverstellung (Longitudinalverschiebung) relativ in dem Schaft, die der Differenz der Steigungen der beiden Gewinde des Differentialschraubelementes entspricht. Das Schraubelement selbst kann auch wiederum als Differentialschraubelement ausgebildet sein, so daß es sich durch bzw. bei seiner Längsverstellung in dem Schaft ebenfalls verdreht, wodurch nochmals eine Veränderung, insbesondere eine Verkleinerung der resultierenden Stei­ gung (mm/U) möglich ist. Die Verstellung des Abstandes des Schneidelementes ist somit eine Funktion der Differenz der beiden Steigungen des Differentialschraubelemen­ tes und entspricht der Differenz, wenn das Schraubelement sich bei seiner Längs­ verschiebung nicht verdreht.

Vorzugsweise trägt die erfindungsgemäße Bohrstange mehrere Schneidelemente, die insbesondere alle die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisen. Da mit der erfindungs­ gemäßen Verstellung der Schneidelemente keine Achsverschiebung des Schaftes der Bohrstange einhergeht, kann die erfindungsgemäße Bohrstange auch mehrfach gelagert werden (vor und hinter dem/den Schneidelement/en), was insbesondere bei sehr langen Bohrstangen mit mehreren Schneideinsätzen vorteilhaft ist. Mit der erfindungsgemäßen Bohrstange können entsprechend leicht mehrere Bohrungen gleichzeitig erstellt werden, wobei auch Bohrungen, die in einem Abstand von mehr als 5 cm, insbesondere mehr als 10 cm und insbesondere mehr als 20 cm beabstandet sind, erstellt werden können.

Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich also Gegensände mit einer Bohrung mit engen Toleranzen herstellen, wobei - dank der schnellen Einstellbarkeit der Bohrstange - bezo­ gen auf die Gesamtarbeitszeit mehr Bohrungen und diese in engeren Toleranzen her­ gestellt werden können. Vorzugsweise werden Toleranzen von mindestens IT8, ins­ besondere mit IT7 erstellt, beispielsweise ein Sitz im Bereich von 20 bis 80 mm mit einer Passung H7. Mit der Erfindung können also insbesondere Preßsitze, Festsitze oder Haftsitze hergestellt werden, wobei insbesondere Zylindergehäuse für Verbrennungs­ kraftmaschinen und hier wiederum Sitze zur Lagerung einer Zwischenwelle und/oder der Kurbelwelle angefertigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus einer Bohrstange.

In einem Schaft 1 einer Bohrstange 10 sitzt in einer Ausnehmung 5 ein Kurzklemmhalter 6, der Mittels einer Schraube 2 mit seinem hinteren Abschnitt 7 fest an den Schaft 1 geschraubt ist. Der vordere Abschnitt 8 des Kurzklemmhalters 6 hat eine Befestigungs­ vorrichtung 9 für eine Schneidplatte 11 und ist (↔) axial zum Schaft 1 verstellbar (axial beinhaltet auch schräg als mögliche Ausführungsform). Die Verstellbarkeit erfolgt mit­ tels einer Differentialschraube 3, die mit ihrem ersten Gewinde 12 in dem Schaft 1 sitzt und mittels einer Drehung axial in Richtung auf den Kurzklemmhalter 6 mit der Steigung des Gewindes 12 verstellbar ist. Ein zweites Gewinde 13 der Differentialschraube 3, das koaxial zu dem ersten Gewinde 12 liegt, sitzt in einer Hülse 4, die sich drehfest an dem Kurzklemmhalter 6 abstützt. Das Gewinde 13 ist mit einer etwas geringeren Steigung ausgeführt als das Gewinde 12 und hat den gleichen Drehsinn, so daß durch das Ein­ schrauben der Differentialschraube 3 in den Schaft 1 sich die Differentialschraube 3 zwar mit der Steigung des Gewindes 12 in Richtung auf den Kurzklemmhalter 6 bewegt, gleichzeitig wird jedoch die Hülse 4 mit der Steigung des Gewindes 13 zurückgenom­ men, so daß die Hülse 4, die letztendlich die Verstellung des Kurzklemmhalters 6 bewirkt, nur mit der Differenz der beiden Steigungen der Gewinde 12 und 13, das heißt als Funktion dieser Differenz, vorgeschoben wird. Die Hülse 4 kann hierbei in dem Schaft 1 auch eine Führung haben, die eine Drehung der Hülse 4 bei ihrer Längs­ verschiebung bewirkt, so daß sich die Differenz der beiden Gewinde 12 und 13 noch­ mals um die (geringe) Drehung der Hülse 4 verändern (vermindern) läßt. Die Abstands­ änderung ist somit eine Funktion der Differenz der beiden Gewinde 12 und 13. Die resultierende Axialbewegung ist also um so geringer, je geringer die Differenz der Gewindesteigungen ist. Hierfür eignet sich insbesondere eine Gewindekombination M8 mit Steigung 1,25 mm/U und M6 mit 1 mm/U; hieraus resultiert eine Verstellung des Schneidelementes 11 mit 0,25 mm/U (bei drehfester Hülse 4). Eine noch kleinere Gewindesteigung kann erzielt werden mit der Kombination 5/16′′ (Steigung 1,41 mm/U) mit M8; hieraus resultiert ein Vorschub von 0,16 mm/U. Solche geringen Steigungen bei gleichzeitig stabiler Ausführung der Schrauben (Dicke) erlauben ein Einstellen des Abstandes des Schneidelementes 11 zur Längsachse 14 der Bohrstange 10 bis hin zu 1 µm (von Hand).

Die Feineinstellung wird unterstützt durch einen Schlitz 15 (Kerbe), der zwischen dem befestigten Teil 7 und dem verstellbaren Teil 8 des Kurzklemmhalters 6 verläuft. Der Schlitz 15 endet in einer Bohrung 16, die zusammen eine elastische Verformung des Kurzklemmhalters 6 unterstützen, so daß dieser bei genügender Festigkeit axial zum Schaft 1 verstellbar ist.

Anders als dargestellt kann die Differentialschraube auch mit Innen- und Außengewin­ den versehen sein, statt der Hülse sitzt dann eine Schraube in dem Innengewinde und übernimmt die Funktion der Hülse.

Vorzugsweise sind mehrere solche Anordnungen an der Bohrstange 10 angebracht, so daß mehrere Schneidvorgänge (mehrere Sitze bzw. Sitz mit Fase) gleichzeitig durch­ geführt werden können.

Außerdem kann auch das Gewinde mit der kleineren Steigung in dem Schaft sitzen (→ Bewegungsumkehr).

Ferner kann das Differentialschraubelement auch in dem Klemmhalter sitzen.

Zum Herstellen beispielsweise eines Zylindergehäuses für einen Motorblock wird das Zylindergehäuse zuerst gegossen, beispielsweise in Grauguß oder Aluminium, und dann die vorgegossene Bohrung, die später als Preßsitz dient, ausgebohrt. Dies erfolgt in mehreren Arbeitsgängen, vorzugsweise mit ein bis zweimal Vorbohren und spätestens dann unter Einsatz der erfindungsgemäßen Bohrstange. Hierbei führt die Stange vor­ zugsweise in ein Gegenlager, um beidenends abgestützt zu sein.

Claims (16)

1. Bohrstange mit einem Schneidelement, das durch Drehen eines Stellschraub­ elementes hinsichtlich seines Abstandes zu einer Drehachse der Bohrstange ver­ stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellschraubelement ein Differential­ schraubelement (3) mit zwei Gewinden (12, 13) unterschiedlicher Steigung ist, und daß die Verstellung (↔) des Abstandes eine Funktion der Differenz der beiden Steigungen ist.

2. Bohrstange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz eine Steigung von höchstens 0,5 mm/U, insbesondere maximal 0,25 mm/U hat.

3. Bohrstange nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Diffe­ rentialschraubelement (3) mit einem Gewinde (12) in einem Schaft (1) der Bohr­ stange (10) sitzt, und daß auf dem anderen Gewinde (13) der Differentialschraube (3) verdrehbar bezüglich dieses anderen Gewindes (13) und verschiebbar bezüglich des Schaftes (1) ein Schraubelement (4) sitzt, das durch Drehen der Differential­ schraube die Abstandsverstellung bewirkt.

4. Bohrstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneidelement (11) auf einem Klemmhalter (6) sitzt.

5. Bohrstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmhalter (6) einenends (7) mit einem Sitz fest (2, 5) an dem Schaft (1) sitzt, anderenends (8) das Schneidelement (11) trägt, und daß zwischen dem Schneidelement (11) und dem Sitz (5) ein Schlitz oder eine Kerbung (15) vorgese­ hen ist.

6. Bohrstange mit einem Schneidelement, das auf einem Ende eines Klemmhalters sitzt, das hinsichtlich seines Abstandes zu einer Drehachse der Bohrstange ver­ stellbar ist, das andere Ende des Klemmhalters sitzt mit einem Sitz fest an einem Schaft der Bohrstange, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Klemmhalter (6) zwi­ schen dem Ende (8), das das Schneidelement (11) trägt, und dem Ende (7), das an dem Schaft (1) befestigt (2) ist, ein Schlitz oder Kerbung (15) vorgesehen ist, der/die hinsichtlich einer Verbiegung (↔) des Klemmhalters (6) zum Biegungsäuße­ ren hin offen ist.

7. Bohrstange nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbung bzw. der Schlitz (15) mindestens ein Drittel der Materialstärke des am Schaft (1) befestigten Endes (7) tief ist.

8. Bohrstange nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbung bzw. der Schlitz (15) in einer parallel zur Kerbe bzw. Schlitz verlaufenden Bohrung (16) endet, die dicker ist als der Kerb-/Schlitzdurchmesser an der Bohrung (16).

9. Bohrstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß längst der Bohrstange versetzt mindestens zwei Schneidelemente angeordnet sind, insbesondere in einem Abstand von mindestens 10 cm.

10. Bohrstange nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter dem/den Schneidelement/en ein Bereich für eine Drehaufnahme an dem Schaft (1) vorgesehen ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes mit einer Bohrung mit engen Tole­ ranzen, wobei die Bohrung mittels eines Schneidelementes erstellt wird, das durch Drehen eines Stellschraubelementes hinsichtlich seines Abstandes zu einer Dreh­ achse einstellbar ist, und wobei der Durchmesser der Bohrung durch das Drehen des Stellschraubelementes festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festlegen des Durchmessers innerhalb der engen Toleranzen dieser mittels eines Differentialschraubelementes eingestellt wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mit einem Durchmesser von mindestens 10 mm, insbesondere mindestens 20 mm erstellt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung mit einer Toleranzqualität von mindestens IT8, insbesondere IT7 erstellt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Bohrung ein Preßsitz, Festsitz oder Haftsitz hergestellt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenstand ein Zylindergehäuse einer Verbrennungskraftmaschine hergestellt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung zur Lage­ rung einer Zwischenwelle und/oder Kurbelwelle angefertigt wird.