DE3929472C2

DE3929472C2 -

Info

Publication number: DE3929472C2
Application number: DE3929472A
Authority: DE
Inventors: Wilfried 6074 Roedermark De Gerk; Hartmut 6240 Koenigstein De Hirt; Gerhard 6000 Frankfurt De Klee
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1989-09-05
Publication date: 1993-09-02
Also published as: US5116171A; JPH03166004A; JPH0661648B2; US5713703A; DE3929472A1

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Bohrkopf zum Feinbearbeiten von Bohrungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung dient der Lösung der in der modernen Fertigungstechnik zunehmend häufiger auftretenden Forderung, Ausbohrungen, insbesondere innere Zylindermantelflächen möglichst schnell und maßgenau herzustellen, deren Oberflächenkontur abhängig vom Weg des Schneidmeißels parallel zur Drehachse und in Abhängigkeit von seinem Drehwinkel gegenüber dem Werkstück um maximal 500 µm bis 1000 µm von einer exakt zylindrischen Mantelfläche mit einer Toleranz von ±0,5 µm abweicht. Solche kegeligen und/oder unrunden Ausbohrungen, deren Oberfläche demnach polar und/oder axial von einer achsparallelen Geraden bzw. einem achskonzentrischen Kreis abweichen, können mit den bisher bekanntgewordenen Bohrköpfen nur mangelhaft hergestellt werden.

Unter der Voraussetzung, daß die Steuerdruckquelle den notwendigen Steuerdruck zur richtigen Zeit und in richtiger Höhe bereitgestellt, müssen die mechanischen Stellmittel dieser Bohrköpfe folgende Eigenschaften gleichzeitig haben:

1. Der Schneidemeißel muß dem Steuerdruck hinreichend genau und ohne Hysterese folgen, und
2. Die Eigenfrequenz des Bohrkopfes muß deutlich über der Steuerdruckfrequenz liegen. Unterscheiden sich diese Frequenzen nur wenig, so kommt es zu Resonsanzerscheinungen, welche den Bohrkopf für einen Einsatz im Resonanz-Frequenzbereich unbrauchbar machen.

Die Bohrköpfe nach dem Stand der Technik erfüllen entweder die eine oder die andere Voraussetzung, nicht jedoch beide zu gleicher Zeit.

So überträgt bei dem gattungsgemäßen Bohrkopf nach der US 30 07 356 der Abtrieb seinen Ausschlag mittels aneinander reibender Teile auf den quer zur Rotationsachse schwenkbaren Schneidmeißel. Wegen dieser Reibung kann ein solcher Bohrkopf kleinen Druckänderungen, deren Wirkung die Reibkräfte nicht übersteigt, nicht folgen und auch bei größeren Kräften ist die Schneidmeißelstellung nicht reproduzierbar mit dem Steuerdruck verknüpft, was sich darin äußert, daß gleicher Steuerdruck, je nachdem, ob er fallend oder steigend ist, verschiedene Schneidmeißelstellungen hervorruft. Zudem liegt die aus der Schwenkbewegung resultierende Kippachse im vom Abtrieb abgewandten Endbereich der Bohrstange, so daß nur ein relativ geringer Schwenkbereich, beispielsweise zur Vermeidung von Riefen beim Zurückziehen des Bohrkopfes, erreichbar ist.

Die Bohrköpfe nach der DE-OS 20 34 601 und der DE-OS 22 28 553 besitzen zwar keine Reibung, stellen daher maßgenaue Werkstücke her, doch ist ihre Eigenfrequenz niedrig, denn das auf den Schneidmeißel bezogene reduzierte Massenträgheitsmoment aller gegenüber der Basis bewegten und daher an einer Schwingung teilhabenden Teile ist groß.

Bei dem Bohrkopf nach der DE 34 33 793 A1 ist zwar der Schwenkbereich des Schneidmeißels größer als bei dem Bohrkopf nach der genannten US 30 07 356, da die Verstellbewegung bereits im Bereich des Abtriebsgliedes erfolgt. Jedoch muß dort die Schwenkbewegung durch im Reibungsschluß miteinander stehender Teile erzeugt werden.

Alle Bohrköpfe nach dem Stand der Technik haben außerdem den Nachteil, daß sie eine große Druckmittelkammer besitzen. Bei großer Druckmittelkammer muß wegen der Kompressibilität des Druckfluids zum Aufbau eines bestimmten Druckes in der Druckmittelkammer eine relativ große Fluidmenge über die widerstandsbehaftete Fluidzuführung in die Druckmittelkammer ein- bzw. aus ihr abfließen. Es bedarf also einer gewissen Zeit, bis der Druck in der Druckmittelkammer gleich dem Steuerdruck ist. Bei schnell wechselndem Steuerdruck weicht daher der Kammerdruck hinsichtlich Druckamplitude und Phase vom Steuerdruck vor der Fluidzuführung ab und es kommt zu Stellungsfehlern des Schneidmeißels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsbildenden Bohrkopf zu verbessern und derart weiterzubilden, daß eine gegenüber dem Stand der Technik einfache robuste, wenig Teile aufweisende Bauart vorgesehen ist, welche auf einfache Weise maßgenau herstellbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Durch die erfindungesgemäße Gestaltung des Bohrkopfes wird die federnde Verbindung, die beim gattungsbildenden Bohrkopf durch die Bohrstange gebildet ist, zwischen Flansch und Abtriebsglied gelegt, so daß der Schwenkbereich der Bohrstange vergrößert wird; gleichzeitig werden durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Bohrkopfes bezogen auf gleiche Abmessungen und Massen der den Schneidmeißel mit dem Abtriebsglied des Druckmittelmotors verbindenden Bohrstange nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung das auf dem Schneidmeißel bezogene reduzierte Massenträgheitsmoment aller gegenüber der Basis bewegten und daher an einer Schwingung teilhabenden Teile kleiner als jenes der bekannten druckgesteuerten Bohrköpfe, bei denen Schneidmeißel und Abtriebsglied des Druckmittelmotors bei ihrer Verstellung denselben Weg durchlaufen. Dies führt dazu, daß bei sonst gleicher Federsteife des Schneidmeißels in Richtung seines Zustellweges die Resonanz- bzw. Eigenfrequenz des Bohrkopfes höher ist als die der bekannten druckgesteuerten Bohrköpfe. Der Schneidmeißel des erfindungsgemäßen Bohrkopfes folgt also wesentlich schneller maßstabgenau den Druckänderungen des ihn in einer Einstellage beeinflussenden Fluids. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die am Drehmeißel meßbare und auf dessen Weg bezogene Federsteife, im wesentlichen nur durch die Eigensteife des Druckmittelmotors bestimmt ist. Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Gestaltung des Bohrkopfes und seiner Antriebsmittel eine Verkleinerung des Druckmittel-Volumens im Druckmittelmotor, so daß dieses nur wenig größer als das zur Bewegung des Abtriebsglied des Druckmittelmotors notwendige Volumen ist, was ebenfalls besonders vorteilhaft ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenanischt eines rotierenden Bohrkopfes gemäß der Erfindung,

Fig. 2 im verkleinerten Maßstab einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 im verkleinerten Maßstab einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1.

Fig. 1 ist ein zwei Teile 10 und umfassender hydraulischer Bohrkopf Bk gezeigt. Das Teil 10 auch als Drehteil bezeichnet, ist ein flaches Teil von kreisförmigem Querschnitt, das durch einen exzentrischen Einstich 12 im Bereich der Schnittlinie II-II in zwei Abschnitte unterteilt ist, nämlich in einen eine dünne Platte bildenden Abschnitt 13 und einen Abschnitt, der einen eine dicke Platte bildenden Flansch 14 verkörpert, die durch einen runden exzentrisch liegenden, einen Steg 15 bildenden Abschnitt miteinander verbunden sind. Dieser durch den Einstich im oberen Teil des Teiles 10 entstehende, relativ dünne Abschnitt 13 besitzt etwa die Gestalt einer geschlossen "Sichel" - vgl. Fig. 3 - und ist federnd gegenüber dem den unteren Abschnitt bildenden Flansch 14 und dient gleichzeitig als bewegliche Druckabdichtung für den noch zu beschreibenden Druckmittelmotor DM, wobei der breite Teil der Sichel in bezug auf Fig. 2 rechts, der schmale Teil links liegt. Dort weist der Abschnitt 13 ferner einen auf der dem Abschnitt abgewandten Seite einen zylindermantelförmigen Fortsatz 16 auf, der koaxial zur Symmetrieachse 17 - die gleichzeitig die Rotationsachse des Bohrkopfes bildet - angeordnet und Teil des Druckmittelmotors DM ist. Das Teil 10 bildet also die starre Basis des noch zu erläuternden Druckmittelmotors.

Das Teil 11, auch als Abtriebsglied oder als Platte bezeichnet, trägt die zentrisch angeordnete, einen Schneidmeißel 20 aufweisende Bohrstange 21 und weist an der der Bohrstange abgewandten Seite einen ebenfalls zentrisch angeordneten, kolbenförmigen Fortsatz 23 auf, der in den zylindermantelförmigen Fortsatz 16 eingreift. Das Teil 11 ist mittels Schrauben 25 und einer Abdichtung in Form einer Rundschnurdichtung 26 zwischen den einander zugewandten Zylindermantelflächen der Fortsätze 16 und 23 fest und dicht mit dem Teil 10 verbunden. Zwischen dem kolbenförmigen Fortsatz 23 und dem zylindermantelförmigen Fortsatz 16 befindet sich ein Fluidraum oder eine Fluidkammer 27. Die Höhe dieses Raumes, bestimmt durch die unterschiedlichen Höhen der Fortsätze 16 und 23, ist wegen der nachteiligen Wirkung der Flüssigkeitskompressibilität möglichst niedrig gewählt. Die Fortsätze 16 und 23 sind Teile des genannten Druckmittelmotors DM, wobei der dünne, elastische und plattenförmige Abschnitt 13 des Teils 10 mit dem Teil 11, das den Antrieb des Druckmittelmotors bildet, über die Schrauben 25 am Fortsatz 16 verbunden ist.

Das Teil 10 besitzt ferner nahe dem Außenrand Löcher 28 und einen Zentrierflansch 29 zum Befestigen des Bohrkopfes an der hier nicht dargestellten Bohrmaschinenspindel. Weiterhin weist das Teil 10 eine zentrale Druckmittel- oder Fluidzuleitung 30 auf, die in die flache scheibenförmige Druckmittelkammer 27 mündet.

Der vorstehend beschriebene Druckmittelmotor besteht also aus einer Basis, die mit der Rotationsachse starr (drehfest) verbunden ist. Der Abtrieb bewegt sich bei Druckwechsel des Druckfluids gegenüber der Basis. Basis und Abtrieb umschließen die Druckmittelkammer, welche eine mit Strömungswiderstand behaftete Fluidzuleitung besitzt.

Damit die Druckmittelkammer trotz Bewegung des Abtriebes dicht bleibt, ist die bewegliche Abdichtung vorgesehen. Der Abtriebsweg ist der durch Druckwechsel hervorgerufene Weg des Abtriebsschwerpunktes gegenüber der Basis.

Die zur Erzeugung des notwendigen Steuerdruckes erforderliche Steuerdruckquelle ist, da nicht zur Erfindung gehörend und an sich bekannt, weder dargestellt noch beschrieben.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende:

Erhöht sich der Druck des von der hier nicht dargestellten Steuerdruckquelle zur Verfügung gestellten Druckmittels, also eines Fluids, so wird das in die Druckmittelkammer 27 eintretende Fluid versuchen, ein größeres Volumen einzunehmen. Dabei wird infolge des durch den Einstich 12 geschwächten Widerstandsmomentes der in bezug auf Fig. 1 rechte Teil des federnden Abschnittes 13 stärker verformt als der linke Teil. Das Teil 11 schwenkt daher im Uhrzeigersinn um die Symmetrie- bzw. Rotations-Achse 17 der Bohrstange 21. Geht der Druck des Fluids auf den Ausgangsdruck zurück, so federt der Abschnitt 13 in seine Ausgangslage zurück und die Bohrstange 21 nimmt ebenfalls ihre Ausgangslage wieder ein. Die Steifigkeit dieser Anordnung ist durch die Abmessungen ihrer Bauteile, insbesondere des federnden Abschnittes 13 bestimmt.

Hierbei wird ersichtlich, daß das als Abtriebsglied des Druckmittelmotors wirkende Teil 11 kleinere Wege macht als der längs einer gekrümmten Bahn bewegte Schneidmeißel 20 und daß das Fluidvolumen der Gesamtanordnung klein ist und daher die Eigenfrequenz des Bohrkopfes höher als bei einer Vorrichtung mit einer Bohrstange ist, die sich bei der Schneidmeißelzustellung infolge eines Parallelfedergelenkes parallel zur Symmetrie- bzw. Rotations-Achse 17 bewegt (DE-OS 20 34 601).

Selbstverständlich kann anstelle der beschriebenen starren Verbindung der Bohrstange mit der Platte 11 die Bohrstange auch mittels eines Werkzeugwechselsystems bekannter Bauart mit der Platte verbunden sein.

Claims

1. Rotierender Bohrkopf zum Feinbearbeiten von Bohrungen mit einem quer zur Rotationsachse fein einstellbaren Schneidmeißel, der von einer Bohrstange getragen ist, welche mit einem Flansch des Bohrkopfes verbunden ist, ferner mit einem Druckmittelmotor, welcher eine Druckmittelleitung, eine Druckmittelkammer sowie ein Abtriebsglied umfaßt und dem ein exzentrisch gegen eine Federkraft wirkendes Übertragungsglied zugeordnet ist zur Übertragung der Bewegung des Abtriebgliedes in eine radiale Schwenkbewegung des Schneidmeißels, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft durch eine federnde Verbindung in einem ersten Abschnitt (13) zwischen Abtriebsglied (11, 16) und dem Flansch (14) als einem zweiten Abschnitt verkörpert ist, wobei die zwei Abschnitte (13, 14) unterschiedlich stark ausgebildet sind und durch einen exzentrisch angeordneten, das Übertragungsglied bildenden Steg (15) miteinander verbunden sind, während die federnde Verbindung von dem dünnen elastischen Abschnitt (13) gebildet ist, der als Druckmittelkammer-Wand bei Druckmittelbeaufschlagung ausbrauchbar ist.

2. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (13, 14) Teile eines flachen, einen exzentrischen Einstich (12) aufweisenden Drehteils (10) von kreisförmigem Querschnitt sind und daß der Abschnitt (13) einen koaxial zur Rotationsachse (17) liegenden zylindermantelförmigen Fortsatz (16) aufweist, der Teil des Druckmittelmotors (DM) ist, derart, daß über das Druckmittel der Abschnitt (13) und das damit starr verbundenes Abtriebsglied (11) um eine zur Rotationsachse (17) außermittig liegende, durch den Steg (15) bestimmte Schwenkachse zu verschwenken ist.