DE4218466C2 - Rotierender Bohrkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Bohrkopf mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Ein solcher Bohrkopf ist aus der DE 40 00 025 A1 be­ kannt, bei welchem elastische Schwenkglieder mit unter­ schiedlicher Dehnungscharakteristik in Form geschlos­ sener plattenförmiger Sicheln vorgesehen sind, womit der Bohrkopf jedoch einen relativ großen Durchmesser aufweist.

In der modernen Fertigungstechnik tritt immer häufiger die Forderung auf, insbesondere innere Zylindermantel­ flächen möglichst schnell und maßgenau herzustellen, deren Oberflächenkontur abhängig vom Weg des Schneid­ meißels parallel zur Drehachse und in Abhängigkeit von seinem Drehwinkel gegenüber dem Werkstück um maximal 500 bis 1.000 µm von einer exakt zylindrischen Mantel­ fläche mit einer Toleranz im 1 µm-Gebiet ± 50% ab­ weicht.

Hierzu müssen, unter der Voraussetzung, daß die Steuer­ druckquelle den notwendigen Steuerdruck zur richtigen Zeit und in richtiger Höhe bereitstellt, die mechani­ schen Stellmittel derart ausgebildet sein, daß der Schneidmeißel dem Steuerdruck hinreichend genau und ohne Hysterese folgen kann und muß darüber hinaus die von der Steife der mechanischen Stellmittel beeinflußte Eigenfrequenz des Bohrkopfes deutlich über der Steuer­ druckfrequenz liegen. Unterscheiden sich diese Frequen­ zen nur wenig, so kommt es zu Resonanzerscheinungen, welche den Bohrkopf für einen Einsatz oberhalb dieses Frequenzbereiches unbrauchbar machen.

Zur Erfüllung dieser Forderungen ist es aus der genann­ ten DE 39 29 472 A1 bekannt, anstelle der mit Reibung aufeinander gleitender Teile behafteten Bohrköpfe nach dem eingangs genannten Stande der Technik das mit der Bohrstange einstückig oder starr verbundene Abtriebs­ glied mit einem Kolben zu versehen, der einen mit dem Basisteil fest verbundenen, außermittig zur Drehachse des Bohrkopfes angeordneten Zylinder abdichtet, während auswechselbare Biegefedern, welche die Steife der Bohr­ stange bestimmen, mittels einer Schraubverbindung das Abtriebsglied mit dem Basisteil fest verbinden. Infolge der Exzentrizität der Federverbindung zwischen Basis­ teil und Abtriebsglied ergibt sich bei einem Druckwech­ sel des dem Druckmotor zuzuführenden Druckmediums ein Kippen der Bohrstange im Ausmaße des Abtriebsweges, der durch den Weg des Abtriebsschwerpunktes des Abtriebs­ gliedes gegenüber dem Basisteil gegeben ist.

Ein solcher Bohrkopf besitzt zwar keine im Reibungs­ schluß miteinander in Verbindung stehenden Bauelemente, jedoch ist der Fertigungsaufwand erheblich, da die ein­ zelnen Bauteile sehr maßgenau sein müssen.

Ferner weist ein solcher Bohrkopf noch folgenden Nach­ teil auf.

Bekanntlich ist die für das Verstellung des Schneidmei­ ßels notwendige mechanische Arbeit das Produkt aus Kraft x Weg und ist die Kraft durch den zur Verfügung stehenden Druck pro Flächeneinheit multipliziert mit der wirksamen Fläche des hydraulischen Motors bestimmt.

Für jeden Schneidmeißelhalter gilt ferner die Forde­ rung, daß die Federsteife zwischen der Einspannregion und dem Schneidmeißel möglichst groß sein soll, z. B. eine Tonne/mm und weiterhin soll der Schneidmeißel um einen möglichst großen Betrag verstellt werden können, z. B. 500 µm. Zur Bereitstellung der notwendigen Kraft sind daher möglichst große wirksame Flächen des hydrau­ lischen Motors erwünscht. Andererseits ist aber der Ar­ beitsraum für solche Bohrköpfe zur maßgenauen Nachar­ beitung von Innenmantelflächen in aller Regel sehr be­ grenzt, so daß den geometrischen Abmessungen der Bohr­ köpfe enge Grenzen gesetzt sind.

Bei dem aus der DE 39 29 472 A1 bekannten Bohrkopf neh­ men beispielsweise bereits die Biegefedern etwa die Hälfte des zur Verfügung stehenden Bereichs der Quer­ schnittsfläche des Bohrkopfes ein, so daß für die Druckkammer wenig Wirkfläche zur Verfügung steht, was bei einem gegebenen maximalen Arbeitsdruck des Druckme­ diums und einer geforderten Größe der Kraft eine Ver­ ringerung der Federsteife bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotie­ renden Bohrkopf gemäß der im Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, daß eine kompakte Bauart mit geringem Bohrkopfdurchmesser ermöglicht wird.

Ausgehend von einem Bohrkopf der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schwenkglieder zwei parallel zueinander ange­ ordnete Zugstäbe sind.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Basis­ teil und Abtriebsglied Teile eines rotationssymmetri­ schen Grundkörpers, der im mittleren Bereich den Grund­ körper vollständig durchsetzende Ausnehmungen aufweist, von denen die die Drehachse durchsetzende Ausnehmungen zur Aufnahme des Druckkraftwandlers dient, während die dazu benachbarten Ausnehmungen als Zugstäbe dienende Stege unterschiedlicher Stärke und Länge einschließen.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen 2 bis 5 aufgeführt.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der mechanischen Ver­ bindungsmittel zwischen dem Basisteil des Bohrkopfes und des mit der Bohrstange ein integrales Bauteil bil­ denden Abtriebsgliedes als Zugstäbe ermöglicht eine den vorstehend genannten Forderungen entsprechende, relativ großflächige Ausbildung der das Druckmittel aufneh­ menden Druckkammer und eine genaue Dimensionierung der mechanischen Stellmittel, was eine stets reproduzier­ bare Einstellung des Schneidmeißels proportional zur Druckhöhe des steuernden Druckmediums bei gleichzeiti­ ger Erfüllung der Forderung nach einer raumsparenden und kompakten Ausbildung des Bohrkopfes ermöglichen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Bohrkopf gemäß der Erfindung nach der Linie I-I in Fig. 2 und

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Bohrkopf nach Fig. 1.

Ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneter Bohrkopf besteht, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, im wesentlichen aus einem rotationssymmetrischen Grundkör­ per 11, der eine Bohrstange 30 trägt, einen Druckkraft­ wandler 50 aufweist und ferner auf der der hier nicht dargestellten Drehmaschine zugewandten Seite einen dem Einspannen dienenden zylindrischen Fortsatz 12 besitzt. Ferner ist dort ein flanschartig radial sich erstrec­ kender Ansatz 15 vorgesehen, an dem bündig ein mittels Gewindeschrauben 39 lösbar befestigtes, nicht erfin­ dungswesentliches Schutzrohr 18 anliegt. Das Schutzrohr 18 erstreckt sich in Richtung der Drehachse 20 des Bohrkopfes annähernd über dessen gesamte Längenerstrec­ kung und weist an der abgewandten Stirnseite einen nach innen gerichteten, ringförmigen Fortsatz 22 auf, der eine Ringdichtung 24 trägt, die auf der Außenmantelflä­ che 25 des dort im Durchmesser abgesetzten Grundkörpers 11 dichtend aufliegt.

Der Grundkörper 11 ist also in seinem Durchmesser drei­ fach gestuft, wobei der genannte Ansatz 15 als Teil des Basisteils a den größten und der die Außenmantelfläche 25 aufweisende, als Abtriebsglied b bezeichnete Endbe­ reich den kleinsten Durchmesser aufweist. Der die größ­ te axiale Erstreckung aufweisende mittlere Bereich weist den Grundkörper vollständig durchsetzende Ausneh­ mungen 32, 33, 34 und 36 auf.

Die in bezug auf Fig. 1 die Rotationsachse 20 durch­ setzende rechteckige Ausnehmung 32 dient der Aufnahme des nicht näher zu beschreibenden vorzugsweise rota­ tionssymmetrisch ausgebildeten Druckkraftwandlers 50, der vorzugsweise konzentrisch zur Rotationsachse 20 innerhalb der Ausnehmung 32 angeordnet und mit einer Stirnfläche mit der Ausnehmung 33 bündig ist. Die in bezug auf die Drehachse 20 außermittigen Ausnehmungen 33, 34 und 36 schließen elastische Schwenkglieder 37 und 38, im folgenden auch als Zugstäbe oder als Stege bezeichnet, zwischen sich ein, die in Stärke s₁ und s₂ sowie in ihrer Länge l₁ und l₂ unterschiedlich sind und wirkungsmäßig zwei etwa parallel zueinander verlaufende Zugstäbe 37 und 38 unterschiedlicher Länge und Stärke bilden, die als Basisteil a mit dem Abtriebsglied b des Grundkörpers 11 verbinden.

Das Abtriebsglied b des Grundkörpers 11 dient - wie bereits erwähnt - als Träger für die Bohrstange 30, deren Grundplatte 31 mit der Stirnseite des Grund­ körpers 11 mittels Gewindeschrauben 39 (vgl. Fig. 2) starr verbunden ist. Mit der Bohrstange 30 ist ein Schneidmeißel 40 lösbar verbunden.

Der in der Ausnehmung 32 befindliche Druckkraftwandler 50 umfaßt in bekannter Weise ein Kolben- und ein Zylin­ derteil 51 und 52, die mittels elastischer Dichtungen 53 gegeneinander abgedichtet sind. Das Kolbenteil 51 ist mittels Schrauben 57 mit dem Teil a des Grundkör­ pers 11 konzentrisch zur Rotationsachse 20 fest verbun­ den.

Über eine zentrische Bohrung 54 im Grundkörper 11, die mit einer Bohrung 55 im Kolbenteil 51 kommuniziert, er­ folgt die Druckmittelzufuhr.

Beim Wirksamwerden des Druckmittels im Druckkraftwand­ ler wird der dünnere und längere Steg 37 (Zugstab) im Grundkörper 11 mehr als der kürzere und dickere Steg (38) (Zugstab) gedehnt, so daß ein Kippen der mit dem Abtriebsglied b des Bohrkopfes 10 verbundenen Bohr­ stange 30 in Richtung zum dickeren Steg 38 (Zugstab) erfolgt und dabei der Schneidmeißel 40 aus der in der Zeichnung dargestellten Ruhelage in Pfeilrichtung 60 auf einer etwa senkrecht zur Rotationsachse 20 verlau­ fenden gekrümmten Bahn im µm-Bereich bewegt wird. Diese Bewegung ist größer als der durch den Druckwechsel her­ vorgerufene Weg des Abtriebsschwerpunktes des Abtriebs­ gliedes b gegenüber dem Basisteil a.

Bezugszeichenliste

aBasisteil
bAbtriebsglied

10

Bohrkopf

11

Grundkörper

12

Fortsatz

15

Ansatz

17

Gewindeschrauben

18

Schutzrohr

20

Rotationsachse

22

Fortsatz

24

Ringdichtung/Dichtung

25

Außenmantelfläche

30

Bohrstange

31

Grundplatte

32

Ausnehmung

33

Ausnehmung

34

Ausnehmung

35

36

Ausnehmung

37

Zugstab/Steg/elastische Schwenkglieder

38

Zugstab/Steg/elastische Schwenkglieder

39

Gewindeschrauben

40

Schneidmeißel

50

Druckkraftwandler

51

Kolbenteil

52

Zylinderteil

53

elastische Dichtungen

54

zentrische Bohrung

55

Bohrung

57

Schrauben

60

Pfeilrichtung

Claims (5)

1. Rotierender Bohrkopf (10), mit einer mittels eines als Druckmittel wirkenden Fluids um kleine Verstell­ beträge quer zur Rotationsachse (20) schwenkbaren Bohrstange (30), wobei an der Bohrstange (30) ein Schneidmeißel (40) angeordnet ist, mit einem druck­ mittelgespeisten Druckkraftwandler (50) zwischen einem Basisteil (a) des Bohrkopfes (10) und einem Abtriebsglied (b) und mit elastischen Schwenkglie­ dern (37, 38), die eine unterschiedliche Dehnungs­ charakteristik aufweisen, zum Umsetzen der Bewegung des Abtriebsgliedes (b) in eine Schwenkbewegung der Bohrstange (30), die starr mit dem Abtriebsglied (b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkglieder zwei parallel zueinander angeordnete Zugstäbe (37, 38) sind.

2. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Basisteil (a) und Abtriebglied (b) Teile eines rotationssymmetrischen Grundkörpers (11) sind, der im mittleren Bereich den Grundkörper voll­ ständig durchsetzende Ausnehmungen (32, 33, 34, 36) aufweist, von denen die die Rotationsachse (20) durchsetzende Ausnehmung (32) zur Aufnahme des Druckkraftwandlers (50) dient, während die dazu benachbarten Ausnehmungen (33, 34, 36) als Zugstäbe dienende Stege (37, 38) unterschiedlicher Stärke und Länge (s₁/l₁, s₂/l₂) einschließen.

3. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkraftwandler (50) zwischen den beiden Zugstäben (37, 38) angeordnet ist.

4. Rotierender Bohrkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Basisteil (a), Ab­ triebsglied (b) und die beiden Zugstäbe (37, 38) ein integrales, aus einem Stück durch Elektroerosion hergestelltes Bauteil bilden.

5. Rotierender Bohrkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (11) von einem Schutzrohr (18) umgeben ist, das mit dem Ba­ sisteil (a) starr verbunden ist und dessen Durchmes­ ser im Bereich des Abtriebsgliedes (b) so groß ist, daß sich das Abtriebsglied (b) frei bewegen kann, und daß zwischen Abtriebsglied (b) und Schutzrohr (18) eine Dichtung (24) angeordnet ist.