DE3727103A1 - Werkzeug zum entgraten des uebergangs zwischen zwei bohrungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Entgraten der von einer in eine erste Bohrung eines Werkstücks mündenden Querbohrung längs einer Durchdringungslinie der beiden Bohrungen gebildeten Kante, wobei das Werkzeug eine Werkzeuglängsachse und mindestens eine Schneidkante aufweist und um eine Drehachse antreibbar ist.

Viele Drehteile, wie Ventilschieber, Ventilbuchsen, Düsen und dergleichen, weisen radial verlaufende Querbohrungen auf, die in eine zentrische Längsbohrung einmünden und bei ihrer Herstellung an der Einmündung in die Längsbohrung zur Bildung von Graten führen, die sich nur mit erheblichem Aufwand entfernen lassen. Dabei ist die völlige Gratfreiheit eine Grundvoraussetzung für die spätere Funktionstüchtigkeit der Teile, denn wenn im Betrieb eines solchen, z. B. in der Fluidtechnik eingesetzten Teils ein Grat losbricht, so kann dieser zu schwerwiegenden Betriebsstörungen führen.

Die dem Stand der Technik zu entnehmenden Verfahren zum Entfernen derartiger Grate sind alle mit erheblichen Nachteilen behaftet.

Gemäß einem ersten bekannten Verfahren werden die Bohrwerkzeuge ein- oder mehrmals in die beiden bereits fertig gebohrten Bohrungen eingeführt, um die überstehenden Grate zu entfernen. Dies funktioniert aber nicht bei zähen Werkstoffen, da hier die Grate nur hin- und hergebogen werden. Außerdem ist dieses Verfahren zeitaufwendig, und mit seiner Hilfe kann die an der Mündung der Querbohrung vorhandene Kante nicht gebrochen, d. h. nicht mit einer Anfasung versehen werden, was dann wünschenswert wäre, wenn die Bohrungen durch Schleifen oder Honen weiterverarbeitet werden müssen.

Es ist desweiteren bekannt, einen kugelförmigen Fräser in die zentrale Längsbohrung einzuführen und damit die Mündung der Querbohrung von innen anzusenken. Dies erfordert nicht nur eine zweiachsige Bewegung des Fräsers (zunächst in axialer Richtung der Längsbohrung, dann senkrecht hierzu), was einen erheblichen Aufwand bedingt, sondern Voraussetzung ist auch eine verhältnismäßig kurze Längsbohrung, deren Durchmesser zudem wesentlich größer als derjenige der Querbohrung sein muß.

Das sogenannte thermische Entgraten, bei dem die Grate abgebrannt werden, funktioniert bei Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit und damit insbesondere bei kupferhaltigen Werkstoffen nur schlecht, weil sich bei diesen die Grate nicht hinreichend erhitzen lassen; außerdem leiden beim thermischen Entgraten auch gewünschte scharfe Kanten, wie sie beispielsweise bei Gewinden vorkommen.

Das elektrolytische Entgraten ist schließlich für in großen Stückzahlen anfallende Teile unwirtschaftlich, da es aufwendige Einrichtungen benötigt.

Es sind deshalb schon Entgratwerkzeuge der eingangs erwähnten Art bekanntgeworden, nämlich sogenannte Entgratdorne, die durch die Querbohrung eingeführt werden. Ein solcher Entgratdorn ist der Länge nach geschlitzt, so daß federnde, am einen Ende freie Schenkel entstehen, von denen einer mit einer hervorspringenden Schneide versehen ist, mit der sich ein Grat an der Mündung der Querbohrung in die Längsbohrung abschaben läßt, wenn sich der Entgratdorn in der Querbohrung dreht. Beim Einführen des Entgratdorns in die Querbohrung wird die Schneide zurückgedrückt. Derartige Entgratdorne lassen sich aber nur in solchen Fällen anwenden, in denen eine Querbohrung kleinen Durchmessers in eine deutlich größere Längsbohrung einmündet, da die Federwirkung des die Schneide tragenden freien Schenkels begrenzt ist. Außerdem ergibt ein solcher Entgratdorn keine definierte Fase, und er läßt sich praktisch nicht nachschärfen.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Entgratwerkzeug zu entwickeln, welches sich grundsätzlich bei beliebigem Durchmesser der beiden Bohrungen verwenden läßt, jedenfalls dann, wenn man es an die Bohrungsdurchmesser anpaßt.

Ausgehend von einem Entgratwerkzeug der eingangs erwähnten Art, läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß man den größten Werkzeugdurchmesser kleiner als den Durchmesser der Querbohrung wählt und die Schneidkante des Werkzeugs zumindest ungefähr in eine von der Werkzeuglängsachse und einem Werkzeugdurchmesser definierte Ebene legt sowie ihr einen solchen Verlauf gibt, daß jeder Punkt der Schneidkante einem Punkt eines Viertels der Durchdringungslinie der beiden Bohrungen derart zugeordnet ist, daß in jedem Punkt der Schneidkante die an diese gelegte Tangente quer zur Winkelhalbierenden des von der zu entgratenden Kante in dem entsprechenden Punkt der Durchdringungslinie gebildeten Winkels verläuft, wenn das Werkzeug achsparallel in die Querbohrung eingeführt ist und sich in Arbeitsstellung befindet. Ein solches Werkzeug läßt sich, ohne daß es schneidet, mit einer schnellen Bewegung auf eine vorgegebene Tiefe in die Querbohrung einführen und dann so antreiben, daß sich seine Schneidkante längs der von den beiden Bohrungen gebildeten Kante auf einer Kreisbahn um die Querbohrungsachse bewegt und dabei längs der Kante eine Fase mit wohl definierter Neigung herstellt. Erforderlich ist nur ein entsprechender Antrieb für das Werkzeug, der dieses nicht nur in Drehung um die Werkzeuglängsachse versetzt, sondern diese auch noch synchron auf einer Kreisbahn um die Querbohrungsachse herum bewegt und dabei die Schneidkante gegen das Werkstück anlegt. Erfolgt dieses Anlegen unter der Wirkung eines Federmechanismus, so ist die Größe der Anfasung abhängig von der Zahl der Umdrehungen des Werkzeugs und von der Größe der Anpreßkraft der Schneidkante gegen die zu entgratende Kante. Mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug lassen sich die Grate längs der Durchdringungslinie zweier Bohrungen beliebigen Durchmessers mit Sicherheit vollständig entfernen - gegebenenfalls muß natürlich für gewisse Bohrungsdurchmesserpaarungen jeweils ein Werkzeug mit entsprechend angepaßten Abmessungen eingesetzt werden; wie sich später noch zeigen wird, genügt ggf. eine einfache angetriebene Spindel einer Werkzeugmaschine für den Betrieb des erfindungsgemäßen Werkzeugs. Weitere Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß sich das Entgraten besonders rasch durchführen läßt und daß die Schneide des erfindungsgemäßen Werkzeugs eine hohe Standzeit hat, da jedem Punkt der Schneidkante nur vier Punkte der sich längs der Durchdringungslinie erstreckenden Kante zugeordnet sind. Schließlich läßt sich das erfindungsgemäße Werkzeug einfach nachschärfen, was sich gleichfalls aus dem Folgenden noch ergeben wird.

Zum Grundsätzlichen der Erfindung ist noch folgendes zu bemerken: Das erfindungsgemäße Werkzeug eignet sich besonders für die Bearbeitung von Bohrungen in Drehteilen. Es wird erfindungsgemäß insbesondere so angetrieben, daß die Schneidkante einen Rotationskörper mit der Querbohrungsachse als Rotationsachse beschreibt. Natürlich muß das Merkmal, daß der größte Werkzeugdurchmesser kleiner als der Durchmesser der Querbohrung ist, nur auf diejenigen Teile des Werkzeugs zutreffen, die in die Querbohrung eingeführt werden müssen. Da die Abwicklung der um die Querbohrungsachse herum verlaufenden Durchdringungslinie eine Kurve ähnlich einer Sinuslinie zwischen 0° und 360° mit zwei Hoch- und zwei Tiefpunkten ergibt, sind die Punkte der Schneidkante den Punkten dieser Kurve zwischen einem Hoch- und einem Tiefpunkt zugeordnet, d. h. einem Viertel der Durchdringungslinie, und wenn man kleiner Schwankungen der Orientierung der herzustellenden Fase gegenüber der Winkelhalbierenden des von der zu entgratenden Kante gebildeten Winkels in Kauf nimmt, muß die Schneidkante nicht überall exakt in einer Ebene liegen, die von der Querbohrungsachse und einem Querbohrungsdurchmesser gebildet wird.

Die punkteweise Zuordnung von Schneidkante und Durchdringungslinie ist natürlich auch nur für denjenigen Schneidkantenbereich erforderlich, der beim Arbeiten auch zum Einsatz kommt. Wenn vorstehend von dem in einem Punkt der Durchdringungslinie von der zu entgratenden Kante gebildeten Winkel die Rede ist, so handelt es sich um denjenigen Winkel, den die Kante im Schnitt längs einer Ebene bildet, die die Querbohrungsachse und diesen Punkt der Durchdringungslinie enthält. Unter der Arbeitsstellung des Werkzeugs ist diejenige Position zu verstehen, in der die Schneidkante die von den beiden Bohrungen gebildete Kante berührt und ein Endpunkt des wirksamen Bereichs der Schneidkante die höchsten Punkte der Durchdringungslinie und der andere Endpunkt des wirksamen Schneidkantenbereichs die tiefsten Punkte der Durchdringungslinie erreicht. Hieraus ergibt sich auch die Mindestlänge des wirksamen Schneidkantenbereichs; desweiteren folgt hieraus, daß die axiale Erstreckung der Schneidkante (bezogen auf die Querbohrungsachse) mindestens gleich der axialen Erstreckung der Durchdringungslinie sein muß. Wie bereits erwähnt, kann die erforderliche Querkraft, mit der die Schneidkante gegen die zu entgratende Kante angelegt wird, durch einen Federmechanismus oder durch ein entsprechend ausgebildetes Getriebe für den Werkzeugantrieb hervorgerufen werden.

Um das erfindungsgemäße Werkzeug mit einer einfachen angetriebenen Spindel einer Werkzeugmaschine halten und antreiben zu können, die nur eine Vorschubbewegung längs der Querbohrungsachse durchführen kann, wird desweiteren vorgeschlagen, den Werkzeugkörper mit einem Werkzeughalter zu kombinieren, der einen Einspannbereich zum Einspannen des Werkzeugs an einer Spindel und einen den Werkzeugkörper bzw. das eigentliche Werkzeug haltende Werkzeug-Befestigungsbereich aufweist, welch letzterer relativ zum Einspannbereich entgegen der Wirkung einer Federvorrichtung quer zur Werkzeuglängsachse bzw. Spindelachse bewegbar ist. Hieraus wird ersichtlich, daß das eigentliche Werkzeug nicht so gestaltet sein muß, daß man überhaupt von einer Werkzeuglängsachse sprechen kann, da als Bezugsachse nur die Querbohrungsachse bzw. die Spindelachse erforderlich ist.

Grundsätzlich kommt es nicht auf eine exakte Führung der Schneidkante in einer Durchmesserebene bezüglich der Querbohrungsachse an, bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform, bei der der Werkzeug-Befestigungsbereich relativ zum Werkzeughalter-Einspannbereich in einer die Schneidkante enthaltenden Ebene geführt ist. Zu diesem Zweck könnte der Werkzeughalter zwei steife Gelenklaschen aufweisen, die zusammen mit dem Befestigungsbereich und dem Einspannbereich ein Gelenkparallelogramm bilden, welches mit einer Feder beaufschlagt wird. Einfacher ist jedoch eine Ausführungsform, bei der der Werkzeughalter zwischen Einspann- und Befestigungsbereich ein Parallelfedergelenk aufweist, welches insbesondere so ausgebildet ist, daß der Werkzeughalter zwei den Einspann- und den Befestigungsbereich miteinander verbindende Blattfedern aufweist, deren Ebenen (bei entspannten Blattfedern) senkrecht zur Richtung der Auslenkbewegung der Schneidkante verlaufen.

Diese Ausführungsform läßt sich besonders einfach gestalten, wenn das Werkzeug mit dem Befestigungsbereich einstückig ist, so daß dann nur vier Teile vorhanden sind, nämlich der Einspannbereich, zwei Blattfedern und das den Befestigungsbereich bildende Werkzeug.

Damit bei durch den Werkzeughalter radial nach außen gefederter Schneidkante diese stets unter Vorspannung gegen die zu entgratende Kante anliegt, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Werkzeughalter so ausgebildet, daß sein Einspannbereich eine Drehachse definiert und daß im Ruhezustand des Werkzeugs die Werkzeuglängsachse gegenüber der zu ihr parallelen Werkzeughalter-Drehachse derart quer, d. h. radial nach außen, versetzt ist, daß der radiale Abstand aller Punkte der Schneidkante von der Werkzeughalter-Drehachse größer ist als der halbe Querbohrungsdurchmesser.

Damit sich andererseits das Werkzeug leicht in die Querbohrung einfahren läßt, empfiehlt es sich, am Werkzeughalter einen Anschlag zur Begrenzung des maximalen radialen Abstands der Schneidkante von der Werkzeughalter-Drehachse vorzusehen, der jedoch so angeordnet sein muß, daß die Schneidkante trotz ihres zur Werkzeugdrehachse schrägen Verlaufs alle Stellen der zu entgratenden Kante erreicht. Um eine längs der ganzen Durchdringungslinie der beiden Bohrungen gleichmäßige Fase zu gewährleisten und ein Einfressen der Schneidkante in das Werkstück zu verhindern, besitzt eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen Anschlag in Gestalt einer an die Form der Schneidkante und damit an den Verlauf der Durchdringungslinie angepaßten Kurve. In diesem Zusammenhang wird deutlich, daß sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung grundsätzlich auch Kanten entgraten ließen, die an den Durchdringungsstellen zweier sich kreuzender Kanäle, von denen mindestens der eine keinen kreisrunden Querschnitt hat, vorhanden sind, denn es ist dann nur erforderlich, die Schneidkante und die den Anschlag bildende Kurve entsprechend zu gestalten.

Damit das arbeitende Werkzeug nur mit seiner Schneidkante gegen das Werkstück anliegt, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der sich an die Schneidkante in Umfangsrichtung des Werkzeugs eine derart gestaltete Kurvenfläche anschließt, daß die letztere im Schnitt senkrecht zur Werkzeuglängsachse für jeden Punkt der Schneidkante eine Bogenlinie ergibt, deren radialer Abstand von der Werkzeuglängsachse - ausgehend von der Schneidkante - stetig abnimmt. Wenn man dann die Kurvenfläche noch so gestaltet, daß sie ungefähr schraubenlinienförmig verläuft, kann man das Werkzeug auch ohne Schwierigkeiten nachschärfen, denn wenn man dann in der von der Schneidkante gebildeten Ebene so nachschleift, daß die Schleiffläche bezüglich der Werkzeuglängsachse stets eine Durchmesserebene bildet, verlagert sich die Schneidkante zwar axial, jedoch bleibt der radiale Abstand einander entsprechender Punkte der ursprünglichen und der durch Nachschleifen neu erzeugten Schneidkante stets derselbe. Man erhält so also ein Werkzeug mit einem sich entgegen der Werkzeugdrehrichtung an die Schneidkante anschließenden Freiwinkel, welches einfach nachgeschärft werden kann.

Um ein Werkzeug mit einer radial nach außen gefederten Schneidkante rasch in die Querbohrung einführen zu können, ohne daß dabei eine gesteuerte zweiachsige Bewegung der das Werkzeug antreibenden Spindel erforderlich ist oder die Bohrungswand beschädigt wird, empfiehlt sich eine Ausführungsform, bei der ein freies Werkzeugende zumindest über einen Teil seines Umfangs kegel- oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist und so eine Einführschräge bildet.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einiger besonders vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Entgratvorrichtung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kreuzschlittensystems einer Werkzeugmaschine mit angetriebener Spindel zum Antreiben einer ersten Ausführungsform von erfindungsgemäßem Werkzeug und Werkzeughalter, wobei Teile der dargestellten Elemente in einem axialen Schnitt gezeichnet wurden;

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform von Werkzeug und Werkzeughalter, wobei aber auch das Werkstück im Schnitt dargestellt wurde;

Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Teile, gesehen in Richtung des Pfeils A aus Fig. 3, wobei allerdings die antreibende Spindel und das Werkstück im Schnitt dargestellt wurden;

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 3;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Kontakts der Werkzeugschneide mit der zu entgratenden Kante bei verschiedenen Drehwinkelstellungen des Entgratwerkzeugs relativ zur Querbohrungsachse, und

Fig. 7 eine dem unteren Teil der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs, welches dem Anfasen der von Querbohrung und Außenumfang eines Drehteils gebildeten Kante dient.

Die Fig. 1 zeigt einen Werkzeugträgerschlitten 10 in der Seitenansicht, der in Richtung des Doppelpfeils vorgeschoben und zurückgezogen werden kann und in dem eine Werkzeugspindel 12 um eine Spindelachse drehbar gelagert ist; sie wird von einem Motor 16 über einen Zahnriementrieb oder dergleichen angetrieben und enthält eine Spannzange 18 zum Einspannen eines als Ganzes mit 20 bezeichneten erfindungsgemäßen Werkzeughalters. Eine koaxial zur Spindelachse 14 angeordnete feste Achse 22 ist einerseits in einem auf dem Werkzeugträgerschlitten befestigten Bock 24 befestigt und wird andererseits in noch zu beschreibender Weise von der Spindel 12 gehalten.

Der Werkzeughalter 20 besitzt einen Einspannbereich 26, dessen Außenkontur, in Richtung der Spindelachse 14 gesehen, ein Rechteck bildet und zu dem ein hohler Schaft 28 gehört, welcher sich in der Spannzange 18 einspannen läßt und in dem eine Lagerbuchse 30 befestigt ist, die der Lagerung der festen Achse 22 konzentrisch zur Spindelachse 14 dient. Erfindungsgemäß trägt die feste Achse 22 an ihrem vorderen Ende eine Steuerkurve 32, die bei der dargestellten Ausführungsform einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt besitzt.

Der Werkzeughalter 20 umfaßt desweiteren einen Werkzeug-Befestigungsbereich 34, dessen Außenkontur, in Richtung der Spindelachse 14 gesehen, gleichfalls ein Rechteck bildet und der über zwei Blattfedern 36 mit dem Einspannbereich 26 verbunden ist; diese Blattfedern bilden im entspannten Zustand bei der in Fig. 1 dargestellten Drehwinkelstellung des Werkzeughalters 20 jeweils eine auf der Zeichnungsebene senkrecht stehende Ebene, und sie sind mit den gemäß Fig. 1 oberen und unteren Seiten des Einspannbereichs 26 und des Befestigungsbereichs 34 fest verbunden.

Im Werkzeug-Befestigungsbereich 34 befindet sich eine Werkzeugaufnahme 40, in der sich ein Werkzeug 42 befestigen läßt. Wegen eines am Werkzeugbefestigungsbereich 34 fest angebrachten und, wie die Fig. 2 erkennen läßt, leistenförmig ausgebildeten Abtasters 44, der unter der Wirkung der Blattfedern 36 gegen den Umfang der Steuerkurve 32 anliegt, sind einerseits die Blattfedern vorgespannt und läßt sich andererseits das Werkzeug 42 leicht in eine Querbohrung eines Werkstücks einfahren. Eine Schneidkante des Werkzeugs 42 wurde mit 48 bezeichnet.

Nach einer Beschreibung der Ausführungsform nach den Fig. 3 bis 6 wird noch einmal auf die in den Fig. 1 und 2 gezeigte erste Ausführungsform zurückzukommen sein.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen zwar einen etwas anderen Werkzeughalter 20′, das Werkzeug 42 stimmt jedoch in Ausbildung und Funktion mit dem Werkzeug 42 der Ausführungsform nach Fig. 1 überein. Der Werkzeughalter 20′ besitzt einen Schaft 28′, welcher sich in die Spannzange 18 einer antreibbaren Spindel 12 einspannen läßt und fester Bestandteil des Einspannbereichs 26 ist, den zwei Blattfedern 36 mit dem Werkzeug-Befestigungsbereich 34 verbinden. Das Werkzeug 42 ist wieder in der Werkzeugaufnahme 40 des Befestigungsbereichs 34 befestigt und besitzt eine Werkzeuglängsachse 42 a, die, wenn das Werkzeug 42 arbeitet, so wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, gegenüber der Spindelachse 14 in Richtung auf die Schneidkante 48 des Werkzeugs versetzt, jedoch parallel zur Spindelachse ist. Letzteres wird durch die Blattfedern 36 gewährleistet.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen ein Werkstück 50 mit einer Längsbohrung 52 und einer Querbohrung 54, die in die Längsbohrung mündet und deren Achse mit 54 a bezeichnet wurde. Beim Arbeiten des Werkzeugs 42 wird der Werkzeugträger mit seiner Spindelachse 14 so eingestellt, daß die letztere erfindungsgemäß mit der Querbohrungsachse 54 a fluchtet.

Im Einspannbereich 26 ist ein einstellbarer Anschlag 56 mit Hilfe eines Zapfens 58 um die Spindelachse 14 drehbar und in nicht dargestellter Weise feststellbar gelagert. Dieser Anschlag besitzt einen Exzenterkopf 60, der mit einer am Werkzeugbefestigungsteil 34 fest angebrachten, sich senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 3 erstreckenden Leiste 62 zusammenwirkt; die Teile 56 und 62 der erfindungsgemäßen Anschlagvorrichtung bilden also ein einstellbares Mittel zur Begrenzung der Rückfederung der Blattfedern 36, unter deren Wirkung die Schneidkante 48 des Werkzeugs 42 gegen das Werkstück 50 anliegt, so daß sich mit der einstellbaren Anschlagvorrichtung 56, 62 ein leichtes Einführen des Werkzeugs in die Querbohrung 54 des Werkstücks 50 sicherstellen läßt.

Wie die Fig. 3 ohne weiteres erkennen läßt, könnte das Werkzeug 42 mit dem Teil 34 einstückig sein, ebenso mit der Leiste 62; außerdem könnte ohne weiteres der Exzenter 60 einstückig mit dem Teil 26 sein.

Im folgenden soll nun die erfindungsgemäße Ausbildung des Werkzeugs 42 anhand der Fig. 3 bis 5 im einzelnen erläutert werden:

Eine in der Seitenansicht ungefähr schraubenlinienförmig verlaufende Kurvenfläche 70 endet an einer Fläche 72, die erfindungsgemäß senkrecht zu den von den nicht-verformten Blattfedern 36 gebildeten Ebenen und durch die Achse des Schafts 28 bzw. 28′, d. h. durch die Drehachse des Werkzeughalters 20 bzw. 20′, verläuft. Dort wo das obere Ende der Kurvenfläche 70 die Fläche 72 durchdringt, bildet das Werkzeug die Schneidkante 48. Wie insbesondere die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, liegt aber auch die Werkzeuglängsachse 42 a in der Fläche 72.

Ergänzend sei bemerkt, daß die Fläche 72 nicht durch den ganzen Werkzeugkörper hindurchlaufen muß, sondern auch Bestandteil einer Längsnut sein könnte, die sich an die Schneidkante 48 anschließt; dann wäre aber das Nachschärfen des Werkzeugs etwas schwieriger als bei der dargestellten Ausführungsform.

Am gemäß den Fig. 3 und 4 unteren freien Ende des Werkzeugs 42 besitzt dieses einen Einführkonus 74, genauer gesagt einen Teil eines Konus, der das Einführen des Werkzeugs in die Querbohrung 54 erleichtert, und zwischen dem Einführkonus 74 und der oberen Hälfte der Kurvenfläche 70 befindet sich noch ein Teil einer Kreiszylinderfläche 76.

Wie man aus einer Betrachtung der Fig. 3 erkennen kann, bildet der Übergang der Querbohrung 54 in die Längsbohrung 52 längs einer Durchdringungslinie eine Kante 66, die um die Querbohrungsachse 54 a herum verläuft und bei einer Abwicklung in eine Ebene eine ungefähr sinusförmig verlaufende Kurve mit zwei Hochpunkten und zwei Tiefpunkten ergibt. Jedem Punkt eines Viertels dieser Kante 66, welches Viertel zwischen einem Hochpunkt und einem Tiefpunkt liegt, ist nun ein Punkt des wirksamen Bereichs der Schneidkante 48 zugeordnet, wobei der bogenförmige Verlauf der Schneidkante 48 so gewählt ist, daß, wenn sich das Werkzeug 42 in seiner in Fig. 3 dargestellten Arbeitsposition befindet, die an der Berührungsstelle von Schneidkante 48 und Durchdringungskante 66 an die Schneidkante 48 gelegte Tangente erfindungsgemäß senkrecht auf der Winkelhalbierenden desjenigen Winkels steht, den die Kante 66 bildet, wenn man sie in einer Ebene schneidet, die durch die Spindelachse 14 bzw. die Querbohrungsachse 54 a und den momentanen Berührungspunkt von Schneidkante 48 und Durchdringungskante 66 verläuft. Da die Fig. 3 einen Schnitt durch das Werkstück 50 in einer Ebene zeigt, die von den Achsen der Längsbohrung 52 und der Querbohrung 54 definiert wird, bildet die Kante 66 in der Zeichnungsebene der Fig. 3 einen Winkel von 90°, und infolgedessen verläuft die in dem in Fig. 3 dargestellten Berührungspunkt zwischen Schneidkante 48 und Durchdringungskante 66 an die Schneidkante gelegte Tangente unter einem Winkel von 45° zur Querbohrungsachse 54 a.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Werkzeug 42 so in den Werkzeug-Befestigungsbereich 34 des Werkzeughalters 20′ eingesetzt, daß bei mit der Querbohrungsachse 54 a fluchtender Spindelachse 14 und mit seiner Schneidkante 48 gegen die Durchdringungskante 66 anliegendem Werkzeug 42 die beiden Blattfedern 36 so ausgelenkt sind, daß die Schneidkante 48 mit der gewünschten Vorspannung gegen die Durchdringungskante 66 anliegt. Außerdem ist der Exzenterkopf 60 so eingestellt, daß sich das Werkzeug 42 leicht in die Querbohrung 54 einführen läßt.

Die Kurvenfläche 70 ist nun so ausgebildet, daß sie zwei Forderungen erfüllt: Zum einen soll sie nur mit der Schneidkante 48 an der Durchdringungskante 66 anliegen, so daß sich hinter der Schneidkante ein sogenannter Freiwinkel ergibt, und zum anderen soll das Werkzeug auch dann, wenn es nachgeschärft wurde, eine Schneidkante aufweisen, die in ihrer Form und Lage, sieht man von einer Parallelverschiebung in Richtung der Werkzeuglängsachse 42 a ab, der in der Zeichnung dargestellten Schneidkante 48 exakt entspricht. Dabei wird das Werkzeug 42 dadurch nachgeschärft, daß man an der Fläche 72 so schleift, daß sich diese Fläche sozusagen um die Werkzeuglängenachse 42 a dreht. Die Kurvenfläche 70 ist also so gestaltet, daß sich bei jedem Schnitt in einer die Werkzeuglängenachse 42 a und einen Radius bezüglich dieser Achse enthaltenden Ebene dieselbe, der dargestellten Schneidkante 48 entsprechende Bogenlinie ergibt, sieht man von einer fortschreitenden Verschiebung dieser Bogenlinie gemäß Fig. 3 nach unten ab. Damit sich der geschilderte Freiwinkel ergibt, ist die Kurvenfläche 70 so gestaltet, daß sie schraubenlinienförmig verläuft und im Schnitt senkrecht zur Werkzeuglängenachse 42 a für jeden Punkt der Schneidkante 48 einen Teil einer Spirale ergibt, deren radialer Abstand von der Werkzeuglängsachse - ausgehend von der Schneidkante 48 - entgegen der Drehrichtung des Werkzeugs abnimmt.

Die Fig. 6 zeigt mehrere Drehwinkelpositionen der Schneidkante 48 um die Achse des Schafts 28 bzw. 28′ bzw. um die Querbohrungsachse 54 a, wobei man sieht, wie die Eingriffsstelle der Schneidkante 48 an der Durchdringungskante 66 vertikal hin- und herwandert und sich mit dem von der Durchdringungskante 66 gebildeten Winkel die Neigung der Schneidkante 48 an der Eingriffs- oder Berührungsstelle ändert. Der oberste Schnitt durch den Bereich 66¹ der Durchdringungskante soll in einem der Hochpunkte der Durchdringungskante gelegt sein, der mittlere Schnitt durch den Bereich 66² zeigt die Situation nach einer Drehung des Werkzeugs um die Spindel- bzw. Querbohrungsachse um 45° und der untere Schnitt durch einen Bereich 66³ der Durchdringungskante die Situation nach einer Drehung um 90°, wobei das Werkzeug in einem der Tiefpunkte der Durchdringungskante gegen diese anliegt. Man sieht gleichzeitig, wie das Werkzeug durch die Blattfedern bezüglich der Spindelachse bzw. der Querbohrungsachse in radialer Richtung und parallel zu sich selbst nach außen verlagert wird.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich schließlich, daß nach einem Nachschärfen des Werkzeugs dieses gegenüber der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Position um die Werkzeuglängsachse 42 a entsprechend verdreht in den Befestigungsbereich 34 des Werkzeughalters eingesetzt werden muß, wobei diese Drehung des Werkzeugs gegenüber dem Werkzeughalter so groß sein muß, daß die von der Schneidkante definierte Ebene wieder senkrecht zu der von den entspannten Blattfedern 36 definierten Ebenen verläuft.

Anhand der Fig. 7 soll nun gezeigt werden, daß sich der Grundgedanke der Erfindung auch auf das Anfasen der äußeren Durchdringungskante, die von der Außenumfangsfläche eines Drehteils und einer Querbohrung gebildet wird, anwenden läßt.

Soweit in Fig. 7 nicht dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 3 verwendet wurden, sollen die Abweichungen im folgenden beschrieben werden:

Das Werkzeug 42′ besitzt, ausgehend von einer Schneidkante 48′, eine schraubenlinienförmig nach oben verlaufende Kurvenfläche 70′, die ebenso wie bei der Darstellung in Fig. 3 auf der Werkzeugrückseite liegt, während die durch die Werkzeuglängsachse 42 a und die Querbohrungsachse 54 a verlaufende Fläche 72′ des Werkzeugs dem Betrachter der Fig. 7 zugewandt ist. Die Drehrichtung des Werkzeugs 42′ wurde (ebenso wie in Fig. 3) durch einen Pfeil angedeutet.

Zurückkehrend zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 ist noch folgendes zu ergänzen:

Im Bereich der Einführschräge, d. h. des Einführkonus 74, sowie im Bereich der Kreiszylinderfläche 76 besitzt der Werkzeugkörper erfindungsgemäß keinen Freiwinkel, so daß trotz der von diesen Flächen mit der Fläche 72 gebildeten Kanten beim Einfahren des Werkzeugs in die Werkstückbohrung selbst dann, wenn sich das Werkzeug dabei bereits dreht, keine Spannung ergibt; das Werkzeug reibt nur an der Wand der Bohrung.

Die Blattfedern stellen mit dem Werkzeug-Befestigungsbereich des Werkzeughalters und dem Werkzeug selbst ein Feder-Masse-System mit einer durch die Masse und die Federsteifigkeit bestimmten Resonanzfrequenz dar.

Aufgrund der geringen Masse liegt diese Resonanzfrequenz sehr hoch, und obwohl pro Umdrehung des Werkzeugs dieses zwei Schwingungen durchführt, läßt sich in der Praxis doch mit einer ausreichend hohen Werkzeugdrehzahl arbeiten, bei der man noch sehr weit im unterkritischen Bereich liegt, so daß die Schneidkante des Werkzeugs exakt der vorgegebenen Bahn folgt. Durch in Fig. 4 dargestellte dreieckförmige Aussparungen 80 in den Blattfedern nähert man deren Querschnitt einem Träger gleicher Biegesteifigkeit an. Auf diese Weise wird der Federweg vergrößert bzw. die Feder-Kennlinie flacher, ohne die Steifigkeit der Blattfedern in den anderen Belastungsrichtungen nennenswert zu reduzieren.

Wichtig ist dabei, daß die Spitzen der beiden dreiecksförmigen Aussparungen 80 zu den Einspannstellen der beiden Blattfedern weisen.

Das erfindungsgemäße Werkzeug kann auch mehrere Schneidkanten aufweisen. So ist es z. B. möglich, am freien Ende des Werkzeugs eine Schneidkante zum Anfasen derjenigen Durchdringungskante vorzusehen, die von einer Querbohrung mit der kreiszylindrischen Außenumfangsfläche eines Werkstücks gebildet wird, und darüber die für das Entgraten der inneren Durchdringungskante einzusetzende Schneidkante anzuordnen. Bei durchgehenden Querbohrungen ist es auch möglich, entweder zwei Schneidkanten für die äußeren Durchdringungskanten oder zwei Schneidkanten für die inneren Durchdringungskanten zusammenzufassen. Die Schneidkanten müssen aber so angeordnet werden, daß sie nacheinander in Eingriff mit dem Werkstück kommen, da sich beim Nachschärfen des Werkzeugs der axiale Abstand der Schneidkanten ändert.

Ein weiteres Einsatzgebiet für die Erfindung ist das Entgraten von schräg verlaufenden Querbohrungen. Auch für diesen Einsatzzweck kann eine Schneidengeometrie errechnet werden, die zu einer brauchbaren Fase führt.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform mit einer den radialen Abstand der Schneidkante von der Werkzeug-Drehachse steuernden Kurve hat den Vorteil, daß sich unterschiedliche Breiten längs einer Fase vermeiden lassen; dies ist besonders wichtig bei spröden Materialien, wie z. B. Messing, denn durch die in axialer Richtung auf- und abwandernde Durchdringungslinie ändern sich Frei- und Spanwinkel an der Schneidkante fortwährend, so daß auch die Schnittbedingungen nicht konstant sind.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß durch die Erfindung ein Werkzeug zum Entgraten der Durchdringungskanten geschaffen wurde, welche von zwei einander durchdringenden kreiszylindrischen Flächen erzeugt werden.

Obwohl sich der Verlauf der Schneidkante und der Freiwinkel empirisch ermitteln lassen, soll in einem Anhang auch eine mathematische Bestimmung dieser beiden Größen angegeben werden.

Anhang

Mathematische Bestimmung des Schneidkantenverlaufs und des erforderlichen Freiwinkels für das Entgratwerkzeug.

A. Bestimmung des Schneidkantenverlaufs

Fig. 1 zeigt den Verlauf der Durchdringungslinie, wenn man die Wand der kleineren Bohrung mit Durchmesser d, die in die größere Bohrung mit Durchmesser D mündet, in die Zeichnungsebene abwickelt. Der Verlauf über den Umfang

ähnelt einer Sinuslinie mit 2 Perioden. Zu betrachten ist nur der Verlauf zwischen α=0 bis α=π/2 oder 90 Grad.

Die Auslenkung in Richtung h ergibt die Lage des jeweiligen Schneidpunktes des Entgratwerkzeugs in axialer Richtung;
h ist eine Funktion von α.

Zur Bestimmung der Schneidenpunkte des Entgratwerkzeugs in radialer Richtung sind mehrere Schritte nötig.

In Fig. 2 ist der Schnitt aus Fig. 1 durch die Bohrung mit Durchmesser d an der Stelle α=0° dargestellt. Der Kantenwinkel K beträgt hier 90°. Der Fasenwinkel F ist die Neigung der Schneidkante am Berührungspunkt gegenüber der Achse des Entgratwerkzeugs. Die Schneidkante soll jeweils senkrecht auf der Winkelhalbierenden des Kantenwinkels stehen. Der Fasenwinkel F an dieser Stelle ist 45°.

Fig. 3 zeigt den Schnitt an einer anderen Winkellage α. Allgemein gilt:

Kantenwinkel K = 90°+ϕ

und

Zwischen ϕ und α besteht die Funktion

Für jeden Punkt der Schneidkante kann nun der Fasenwinkel F und die Schneidkantensteigung tan F ermittelt werden.

In Fig. 4 stellt die Linie a den Verlauf der Schneidkantensteigung über der axialen Richtung h dar. Als Parameter zur Berechnung der Linie a dient der Winkel α. Zum Beispiel an der Stelle α=0° bzw. h=0 ist Winkel F=45° und tan F=1.

Bildet man das Flächenintegral unter der Linie a, so erhält man direkt die Schneidkantenlinie b. Die Integration kann beispielsweise graphisch erfolgen. Die Ordinate X ist der radiale Verlauf der Schneidkante.

B. Bestimmung des Freiwinkels an der Schneidkante

Die auf- und absteigende Durchdringungslinie erfordert an der Werkzeugschneide einen entsprechenden Freiwinkel, der durch einen wendelförmigen Verlauf der Freifläche entsteht. An der Stelle größter Steigung der Durchdringungslinie muß der hier im Eingriff stehende Schneidkantenpunkt eine noch etwas größere Steigung an seiner ihm zugeordneten wendelförmigen Freifläche haben.

Durch Differenzieren von Gleichung (1) läßt sich die Steigung tan γ bzw. der Steigungswinkel γ (siehe Fig. 1) an jedem beliebigen Winkel α ermitteln.

Den Winkel α _h , bei dem die größte Steigung vorliegt, findet man, indem man den Hochpunkt der Gleichung (3) ermittelt.

α _h eingesetzt in Gleichung (3), ergibt den größten Steigungswinkel γ der Durchdringungslinie.

In Fig. 4 ist auf der Schneidkantenlinie b der Punkt größten Freiwinkels mit einem X gekennzeichnet.

Claims (15)

1. Werkzeug zum Entgraten oder Anfasen der von einer in eine kreiszylindrische Fläche, insbesondere eine erste Bohrung, eines Werkstücks mündenden Querbohrung längs einer Durchdringungslinse der beiden kreiszylindrischen Flächen gebildeten Kante, mit einer Werkzeuglängsachse und mindestens einer Schneidkante, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (48) zumindest ungefähr in einer von der Werkzeuglängsachse (42 a) und einem Werkzeugdurchmesser definierten Ebene (72) liegt sowie einen solchen Verlauf aufweist, daß jeder Punkt der Schneidkante einem Punkt eines Viertels der Durchdringungslinie (66) derart zugeordnet ist, daß in jedem Punkt der Schneidkante (48) die an diese gelegte Tangente zumindest ungefähr quer zur Winkelhalbierenden des von der zu entgratenden Kante (66) in dem entsprechenden Punkt der Durchdringungslinie gebildeten Winkels verläuft, wenn das Werkzeug (42) achsparallel in die Querbohrung (54) eingeführt ist und sich in Arbeitsstellung befindet.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Werkzeugdurchmesser kleiner als der Durchmesser der Querbohrung (54) ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Werkzeughalter (20; 20′) mit einem Einspannbereich (26) zum Einspannen des Werkzeughalters an einer Spindel und mit einem das Werkzeug (42) haltenden Werkzeug-Befestigungsbereich (34), welch letzterer relativ zum Einspannbereich (26) entgegen der Wirkung einer Federvorrichtung (36) quer zur Werkzeuglängsachse (42 a) bewegbar ist.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeug-Befestigungsbereich (34) relativ zum Werkzeughalter-Einspannbereich (26) in einer die Schneidkante (48) enthaltenden Ebene (72) geführt ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (20) zwischen Einspann- und Befestigungsbereich (26 bzw. 34) ein Parallelfedergelenk (36) aufweist.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter (20) zwei Einspann- und Befestigungsbereiche (26 bzw. 34) mit einander verbindende Blattfedern (36) aufweist.

7. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter-Einspannbereich (26) eine Drehachse (14) definiert und daß im Ruhezustand des Werkzeugs (42) die Werkzeuglängsachse (42 a) gegenüber der zu ihr parallelen Werkzeughalter-Drehachse (14) derart quer versetzt ist, daß der radiale Abstand aller Punkte der Schneidkante (48) von der Werkzeughalter-Drehachse (14) größer ist als der halbe Querbohrungsdurchmesser.

8. Werkzeug nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch einen Anschlag (32, 44; 60, 62) zur Begrenzung des maximalen radialen Abstands der Schneidkante (48) von der Werkzeughalter-Drehachse (14).

9. Werkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (60, 62) einstellbar ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (32) die Gestalt einer an die Form der Schneidkante (48) angepaßten Kurve hat.

11. Werkzeug nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Schneidkante (48) in Umfangsrichtung des Werkzeugs (42) eine derart gestaltete Kurvenfläche (70) anschließt, daß sie im Schnitt senkrecht zur Werkzeuglängsachse (42 a) für jeden Punkt der Schneidkante einen Teil einer Spirale ergibt, deren radialer Abstand von der Werkzeuglängsachse - ausgehend von der Schneidkante - entgegen der Werkzeugdrehrichtung - abnimmt.

12. Werkzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenfläche (70) schraubenlinienförmig verläuft.

13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenfläche (70) derart gestaltet ist, daß sich bei jedem Schnitt in einer die Werkzeuglängsachse (42 a) und einen Werkzeugdurchmesser enthaltenden Ebene dieselbe, der Schneidkante (48) entsprechende Bogenlinie ergibt.

14. Werkzeug nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein freies Werkzeugende zumindest über einen Teil seines Umfangs kegel- oder kegelstumpfförmig (bei 74) ausgebildet ist und so eine Einführschräge bildet.

15. Werkzeug nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen einen Teil eines Kreiszylindermantels bildenden Werkzeugbereich (76) zwischen Schneidkante (48) und Einführschräge (74).