DE4218492C2

DE4218492C2 - Rotierender Bohrkopf

Info

Publication number: DE4218492C2
Application number: DE4218492A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Klee; Wilfried Gerk
Original assignee: Samson AG
Current assignee: Samson AG
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2012-06-05
Also published as: DE4218492A1; JP2790762B2; JPH06320307A; US5304019A

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Bohrkopf gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Durch die DE 34 33 793 A1 (Fig. 3) ist ein rotierender Bohrkopf mit quer zur Rotationsachse fein einstellbarem Werkzeugträger bekannt geworden, der einen einen Werk zeugträger quer zur Rotationsache verschiebenden Keil träger aufweist. Dem ein Verschiebeteil bildenden Werk zeugträger ist ein weiteres Verschiebeteil zugeordnet; Werkzeugträger und Verschiebeteil weisen einander zuge wandte Schrägflächen auf, die vom Keilträger nach außen gedrückt werden. Hierbei werden Werkzeugträger und Ver schiebeteil gegensinnig symmetrisch nach außen bewegt, um eine Auswuchtung der auftretenden Fliehkräfte in be zug auf die Drehachse zu bewirken.

Eine solche Anordnung ist jedoch infolge der Vielzahl der aufeinander gleitenden Teile der mechanischen Stellmittel stark reibungsbehaftet, so daß mit solchen Bohrköpfen der Forderung nach einer schnellen Einstel lung des Schneidmeißels zur maßgenauen Herstellung von inneren im geringen Ausmaße (etwa 500 µm bis 1.000 µm) von einer exakt zylindrischen Mantelfläche abweichenden Zylindermantelflächen nicht möglich ist.

Ferner ist ein feineinstellbarer Bohrkopf bekannt, bei dem das Abtriebsglied eine Vorsprünge aufweisende und auf diesen aufliegende Platte ist, auf deren abgewand ter Seite ein in einer exzentrischen Bohrung der Bohr stange befindlicher Stößel aufliegt und bei seiner Beaufschlagung in Achsrichtung bewirkt, daß die infolge der exzentrischen Bohrung eine dünne und eine dicke Wandung aufweisende Bohrstange längs ihrer dünneren Wandung gedehnt wird, so daß die Bohrstange zur dicke ren Wandung hin schwenkt und dabei dem Schneidmeißel eine quer zur Rotationsachse liegende im µm-Bereich liegende fast achsensenkrechte Zustellbewegung aufprägt; vgl. US 3 007 356, Fig. 2.

Da der Stößel außermittig auf der Platte aufliegt bil den Platte und Stößel ein bei Auslenkung unwuchtiges und ebenfalls mehrfach reibungsbehaftetes Hebelgetrie be. Ferner wird der Stößel aufgrund dieser Ausbildung schräg beaufschlagt und erfährt hierdurch seitliche Auslenkungen, die zum Verklemmen des Stößels in der Bohrung führen. Die Reibungs- und Klemmkräfte verhin dern, daß ein solcher Bohrkopf kleinen Druckänderungen, deren Wirkung die Reibkräfte nicht übersteigt, folgen kann und auch bei größeren Kräften die Schneidmeißel stellung nicht reproduzierbar mit dem Steuerdruck ver knüpft werden kann, so daß auch bei gleichem Steuer druck, je nachdem ob er fallend oder steigend ist, ver schiedene Schneidmeißelstellungen die Folge sind.

Um die störenden Reibungskräfte zu vermeiden und um die gewünschte Steife der mechanischen Stellmittel zu er halten, ist es bekannt, das Antriebsglied und die Bohr stange einstückig auszubilden; vgl. DE 39 29 472 A1, Fig. 1.

Hierzu umfaßt der Bohrkopf ein flaches Drehteil von kreisförmigem Querschnitt, das durch einen exzentri schen Einstich in zwei Abschnitte unterteilt ist, näm lich in einen eine dünne Platte und einen eine dicke Platte bildenden Abschnitt, die durch den beim Einstich entstehenden, runden, exzentrisch liegenden Abschnitt miteinander verbunden sind. Die durch den Einstich entstehende relativ dünne Platte federt gegenüber der relativ dicken Platte und ist gleichzeitig Teil eines Druckmotors, dessen starre Basis die dicke Scheibe bil det. Hierzu weist die dünne Platte einen abgewandten zylindermantelförmigen Fortsatz auf, in den ein mit der Bohrstange einstückiger kolbenförmiger Fortsatz, der das Abtriebsglied bildet, eingreift und mittels Schrau ben mit der dünnen Platte fest verbunden ist. Infolge der Exzentrizität des verbleibenden Abschnittes zwi schen dicker und dünner Platte ergibt sich bei einem Druckwechsel des dem Druckmotor zuzuführenden Druckme diums ein im µm-Bereich liegender Abtriebsweg, der durch den Weg des Abtriebsschwerpunktes der dünnen Platte gegenüber der dicken Platte gegeben ist.

Mit Ausnahme der Ausbildung nach DE 34 33 793 A1, Fig. 3, ist diesen Ausbildungen von Bohrköpfen der Nachteil zu eigen, daß die Teil des Bohrkopfes bildende Bohr stange bei ihrer Auslenkung unwuchtig wird. Diese Un wucht kann bei sehr hohen Drehzahlen des Bohrkopfes, die im Bereich von 8.000 U/min und höher liegen können, so hohe Kräfte erzeugen, daß die Lager der Bohrmaschi ne, auf der diese Kräfte übersetzt einwirken, überla stet werden können. Ganz abgesehen davon, daß solche Unwuchten der reproduzierbaren Einstellung der Bohr stange entgegenwirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bohr kopf der eingangs genannten Art zu schaffen, der besser als bisher den Forderungen der Praxis gerecht wird und dessen die Stellbewegungen des Schneidmeißels bewirken den mechanischen Teile derart ausgebildet und angeord net sind, daß sie reibungsarm oder nahezu reibungsfrei, arbeiten und daß die Einstellungsmöglichkeiten des Schneidmeißels und der sich bei der Auslenkung der Bohrstange mit dem Schneidmeißel ergebenden Unwucht erweitert werden.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Funktionszone des Bohrkopfes als integrale Biegegelenke in Form eines Spreizhebelgetriebes und der symmetrischen Anordnung von Werkzeugträger und Kompensationsglied in der Konfi guration einer rotationssymmetrischen Bohrstange wird beim Wirksamwerden des Druckmediums in der Druckkammer nicht nur der Werkzeugträger um kleine Beträge quer zur Drehachse des Bohrkopfes, sondern auch das Kompensa tionsglied in gleicher aber entgegengesetzt gerichteter Weise quer zur Drehachse um den gleichen Betrag ver stellt, so daß infolge der symmetrisch zur Drehachse erfolgenden Bewegungen von Werkzeugträger und Kompensa tionsglied störende Unwuchten in bezug auf die Drehach se kompensiert werden.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch die Dicke der Biegeteile das Verhältnis der Schwenkwinkel von Werkzeugträger zu Unwucht-Kompensationsglied auf einfache Weise verändert werden kann. Ist z. B. das Biegeteil des Unwucht-Kompensationsgliedes dicker als die des Werkzeugträgers, dann biegt sich der dem Unwucht-Kompensationsglied zugeordnete Bohrstangenteil beim Ausschlag um einen kleineren Winkel als der Werkzeugträger. Auf diese Weise kann, entsprechend der jeweils vorliegenden Verhältnisse, bei Inkaufnehmen einer bestimmten Unwucht, der Ausschlag der Bohrstange vergrößert werden. Auch kann das eine Biegegelenk so steif gemacht werden, daß der Ausschlag des Unwucht- Kompensationsgliedes gegenüber dem Ausschlag des Werzeugträgers vernachlässigbar wird. So vergrößert sich der Weg des Werkzeugträgers auf etwa den doppelten Wert, allerdings unter Verzicht der erfindungsgemäßen Kompensation der Unwucht; es lassen sich also infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der Funktionsteile des Bohrkopfes in bezug auf die Unwucht kompensierte und nicht kompensierte Bohrköpfe der gleichen Ausbildung herstellen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispie les eines Schneidmeißelhalters mit einspannbarem Schneidmeißel in Form eines umlaufenden Bohrkopfes be schrieben.

Der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Bohr kopf umfaßt im wesentlichen ein rotationssymmetrisch ausgebildetes Hauptteil 11, das an einem Ende in eine rotationssymmetrische Bohrstange 12 übergeht und an dem abgewandten Ende eine eingedrehte Druckkammer 13 auf weist, in der ein als Abtriebsglied wirkender Kolben 15 angeordnet ist, der mit seinem Stößel 16 durch eine zentrische Öffnung 17 ragt, die die Druckkammer 13 mit einer, im Hauptteil angeordneten Ausnehmung 19 verbindet.

In der Ausnehmung 19 ist ein Spreizhebelgetriebe 20, bestehend aus vier Federgelenken 21, 22, 23 und 24, die ein Mittelglied 25 und zwei Schenkelglieder 26, und 27 miteinander und mit der Wandung 28 bzw. 29 der Ausneh mung 19 verbinden, angeordnet, das sich von einem Knie hebelgetriebe durch einen weiteren Gelenkpunkt unter scheidet.

Die Wandung 28 der Ausnehmung 19 bildet mit dem als Werkzeugträger 30 dienenden Teil der Bohrstange 12 und die Wandung 29 der Ausnehmung 19 bildet mit dem als Ausgleichsmasse wirkenden Unwucht-Kompensationsglied 31 der Bohrstange 12 jeweils eine integrale Funktionszone des Hauptteils 11, wobei Werkzeugträger 30 und Unwucht- Kompensationsglied 31 geometrisch ähnlich ausgebildet sind.

Das Hauptteil 11 weist ferner einen Deckel 33 mit einem eine Durchgangsbohrung 34 tragenden Einspannteil 35 für ein nicht dargestelltes Werzeugwechselsystem auf, durch den die Druckkammer 13 gegenüber Atmosphäre abgeschlos sen ist. Wird der Druckkammer 13 über die Durchgangs bohrung 34 ein Druckmittel zugeführt, so bewegt sich der geeignet abgedichtete Kolben in bezug auf die Zeichnung nach oben und wirkt dabei auf das Mittelglied 25 des Spreizhebelgetriebes 20 ein. Hierdurch werden die beiden Schenkelglieder 26 und 27 gegenüber dem Mit telglied 25 im Uhrzeigersinn bzw. gegen den Uhrzeiger sinn bewegt, so daß sich der Abstand zwischen den bei den äußeren Federgelenken 23 und 24 des Spreiz hebelgetriebes vergrößert. Auf diese Weise werden der Werkzeugträger 30 und das Unwucht-Kompensationsglied 31 zu einer Schwenkung um die als Biegeteile 42 und 43 wirkenden Wandungen der Ausnehmung 19 des Hauptteiles 11 im und gegen den Uhrzeigersinne gezwungen. Da diese Bewegungen symmetrisch zur Drehachse 44 des beschriebe nen Bohrkopfes 10 erfolgen, werden störende Unwuchten in bezug auf die Rotationsachse 44 kompensiert.

Das Hauptteil 11 weist also eine durch das Spreizhebel getriebe 20 verkörperte erste Funktionszone und eine durch die Biegeteile 42 und 43 verkörperte zweite Funk tionszone auf, deren geometrische Formen mit Hilfe von Elektroerosion erzeugt werden.

Durch die Dicke der Biegeteile 42 und 43 kann das Ver hältnis der Schwenkwinkel von Werkzeugträger 30 zu Unwucht-Kompensationsglied 31 verändert werden. Ist z. B. der dem Unwucht-Kompensationsglied 31 zugeordnete Biegeteil 43 dicker als der dem Werkzeugträger 30 zugeordnete Biegeteil 42, dann biegt sich, unter dem Einfluß des zugeleiteten Druckmediums, der linke Bohrstangenteil, also das Unwucht-Kompensationsglied 31, um einen kleineren Winkel als der rechte Bohr stangenteil, nämlich der Werkzeugträger 30, was Bedeu tung haben kann, wenn, unter Inkaufnahme einer bestimm ten Unwucht, der wirksame Ausschlag der Bohrstange, al so des Schneidmeißels 36, vergrößert werden soll.

Wird dagegen der Biegeteil 43 so steif gemacht, daß der Ausschlag des Unwucht-Kompensationsgliedes 31 gegenüber dem Ausschlag des Werkzeugträgers 30 vernachlässigt werden kann, so vergrößert sich der Weg des Werkzeugträgers 30 auf etwa den doppelten Wert; hierbei entsteht bei der Auslenkung allerdings eine Unwucht entsprechend den vorbekannten nicht ausgewuchteten Bohrköpfen. Dies hat dann Bedeutung, wenn bei der Fabrikation von Bohrköpfen dieser Art, für verschiedene Aufgabenstellungen zwei sehr ähnliche Bohrkopftypen zu produzieren sind, die sich nur in der Gestalt einer einzigen Zone unterscheiden, um sowohl ausgewuchtete als auch nicht ausgewuchtete Bohrköpfe realisieren zu können.

Bezugszeichenliste

10

Bohrkopf

11

Hauptteil

12

Bohrstange

13

Druckkammer

15

Kolben/Abtriebsglied

16

Stößel am Abtrieb

17

Öffnung

19

Ausnehmung

20

Spreizhebelgetriebe

21

Federgelenk

22

Federgelenk

23

Federgelenk

24

Federgelenk

25

Mittelglied

26

Schenkelglied

27

Schenkelglied

28

Wandung

29

Wandung

30

Werkzeugträger

31

Kompensationsglied

33

Basisteil

34

Fluidzufuhr

35

Einspannteil

36

Schneidmeißel

42

Biegezone

43

Biegezone

44

Rotationsachse

Claims

1. Rotierender Bohrkopf (10) mit einer mittels eines als Druckmittel wirkenden Fluids um kleine Verstell beträge quer zur Rotationsachse (44) auf einer ge krümmten Bahn schwenkbaren, einen Schneidmeißel (36) aufweisenden Bohrstange (12), einem Basisteil (33), einem diesem gegenüber beweglichen Abtriebsglied (15), einer zwischen Basisteil (33) und Abtriebs glied (15) angeordneten Druckfluidkammer (13) mit einer Fluidzufuhr (34) sowie mit dem Abtriebsglied (15) zugeordneten Getriebegliedern (16, 21 bis 27) und mit einem Unwucht-Kompensationsglied (31), das die bei der Auslenkung des Werkzeugträgers (30) ent stehende Unwucht durch eine entgegengesetzt gerich tete Bewegung zumindest teilweise kompensiert, da durch gekennzeichnet, daß der Werkzeugträger (30) und das Unwucht-Kompensationsglied (31) über ein federgelenkiges Spreizhebelgetriebe (20) miteinander verbunden sind, umfassend vier Federgelenke (21 bis 24), zwei Schenkelglieder (26, 27) und ein Mittel glied (25), wobei das Mittelglied (25) jeweils über die Federgelenke (21, 22) mit den Schenkelgliedern (26, 27) und das Schenkelglied (26) mit dem Werk zeugträger (30) und das Schenkelglied (27) mit dem Unwucht-Kompensationsglied (31) verbunden sind, und daß die Schenkelglieder (26, 27) über das Mittel glied (25) vom Antriebsglied (16) beaufschlagt sind, und das Unwucht-Kompensationsglied (31) mit einem Biegeteil (43) verbunden ist und der Werkzeugträger mit dem Biegeteil (42) verbunden ist.

2. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Werkzeugträger (30) und das Unwucht-Kompensationsglied (31) symmetrisch zur Drehachse (44) ausgelenkt sind.

3. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der Biegeteil (43) des Unwucht- Kompensationsgliedes (31) unterschiedlich, vorzugs weise steifer, als der Biegeteil (42) des Werkzeug trägers (30) ausgebildet ist.

4. Rotierender Bohrkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebs glied (16), das Spreizhebelgetriebe (20), der Werk zeugträger (30) und das Unwucht-Kompensationsglied (31) reibungsfrei miteinander verbundene Teile sind.

5. Rotierender Bohrkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biegeteil (43) des Unwucht-Kompensationsgliedes (31) die glei chen geometrischen Maße wie der Biegeteil (42) des Werkzeugträgers (30) hat.

6. Rotierender Bohrkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl dem Werkzeugträger (30) als auch dem Unwucht-Kompensa tionsglied (31) ein Schneidmeißel (36) zugeordnet ist.

7. Rotierender Bohrkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Spreiz hebelgetriebe (20), der Werkzeugträger (30) und das Unwucht-Kompensationsglied (31) ein durch Elektro erosion hergestelltes, einstückiges Bauteil sind.