DE4434166C2 - Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Bohrkopfes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Bohrkopfes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4, wie aus DE 35 10 259 C2 bekannt.

Bei der Verstellung beweglicher Teile eines Bohrkopfes verlagert sich häufig der Massenschwerpunkt, der sich im Normalfall über der Drehachse befindet, und führt zu einer Unwucht des Bohrkopfes. Eine Unwucht tritt vor allem dann verstärkt auf, wenn der Werkzeughalter radial zur Rotationsachse verstellt wird. Vorrichtungen zum Ausgleich von Unwuchten zielen darauf ab, Schäden beim Präzisionsbohren und Feinschlichten als Folge der durch Massenunwucht hervorgerufenen Vibrationen zu vermeiden.

Aus der eingangs genannten DE 35 10 259 C2 ist eine Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Bohrkopfes bekannt mit einem Bohrkopfgehäuse, einem am Bohrkopfgehäuse radial verstellbar an geordneten Werkzeughalter, einem am Bohrkopfgehäuse angeordneten Drehring mit außenseitiger Skalierung, zwei ringförmigen Gegengewichten, die eine Massenkonzentration in einem Ringsegment aufweisen, und mit einem Getriebe, welches eine Stellbewegung des Drehringes in zueinander gegensinnige Drehbewegungen der ringförmigen Gegengewichte umsetzt. Die Gegengewichte sind an mindestens zwei Zugschnüre angeschlossen, die über Umlenkbolzen geführt sind. Durch die Zugschnüre ist der Drehbewegung eines Gegengewichtes eine entgegengesetzte Drehbewegung des anderen Gegengewichtes zugeordnet. Klemmschrauben fixieren die an ihren Enden mit Hülsen versehenen Zugschnüre. Eine präzise Einstellung der Gegengewichte in Abhängigkeit von der Stellung des Werkzeughalters ist nur möglich, wenn die Zugschnüre unter einer ausreichenden und definierten Zugspannung stehen. Erfahrungsgemäß läßt die Zugspannung von Zugschnüren im Laufe der Zeit nach, beispielsweise durch Schlupf an den Klemmschrauben und/oder durch Materialdehnung. Bei nachlassender Zugspannung der Zugschnüre resultieren Ungenauigkeiten bei der Positionseinstellung der Gegengewichte. Zur Vermeidung solcher Ungenauigkeiten muß die Zugspannung der Zugschnüre regelmäßig kontrolliert und müssen die Zugschnüre regelmäßig nachgespannt werden. Die Wartungsarbeiten erfordern qualifiziertes Personal.

Da die Drehzahl moderner Bohrköpfe extrem hoch ist, führt jede noch so kleine Unwucht bei der Bearbeitung von Präzisionsbohrungen auch zu störenden Maßungenauigkeiten mit der Folge einer Qualitätsminderung. Das gilt um so mehr, wenn im Bereich von wenigen Mikrometern liegende enge Toleranzen angestrebt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Bohr­ kopf mit radial verstellbar angeordnetem Werkzeughalter eine Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht anzugeben, die einen sehr präzise einstellbaren und an die Stellung des Werkzeughalters sicher anpaßbaren Massenausgleich erlaubt und praktisch keiner Wartung bedarf.

Die Aufgabe wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß in einer ersten Ausführungsform dadurch gelöst, daß das Getriebe aus zwei miteinander kämmenden Ritzeln besteht, wobei das eine Ritzel in eine Innenverzahnung des Drehringes eingreift, wobei das andere Ritzel in eine Verzahnung am Innenumfang des einen ringförmi­ gen Gegengewichts eingreift und wobei der Drehring mit dem anderen ringförmigen Gegengewicht fest verbunden ist.

Die Aufgabe wird ferner bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 erfindungsgemäß in einer zweiten Ausführungsform dadurch gelöst, daß die ringförmigen Gegengewichte mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind und an innenseitigen einander zu gewandten Stirnflächen Zahnkränze aufweisen, daß das Getriebe aus einem zwischen den ringförmigen Gegengewichten angeordneten Stirnrad besteht, welches in die Zahnkränze der Gegengewichte eingreift, und daß der Drehring mit einem der beiden ringförmigen Gegengewichte fest verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in Verbindung mit einem; Vielzweck-Drehbohrkopf einsetzbar und kann in unterschiedliche Bohrkopfkonstruktionen eingebaut werden, da sie unabhängig von den beweglichen Teilen des Bohrkopfes wirkt. Weitere konstruktive Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 und 3 sowie 5 bis 8.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 die Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, eines Bohrkopfes mit eingebauter Vorrichtung zum Aus­ gleich der Unwucht,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die zum Ausgleich der Unwucht dienende Vorrichtung des Bohrkopfes,

Fig. 5 einen Längsschnitt der Vorrichtung entlang der Linie C-C von Fig. 4,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung in der Draufsicht,

Fig. 7 einen Längsschnitt entlang der Linie D-D der Fig. 6 und

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung im Längsschnitt (analog zu den Fig. 5 und 7).

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung dient zum Aus­ gleich der Unwucht eines Bohrkopfs, der ein Bohrkopf­ gehäuse und einen an diesem radial verstellbar angeordneten Werkzeughalter aufweist. Der Bohrkopf besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Bohrkopfgehäuse 1, das über Befestigungsschrauben 4 an einem Flansch 2 befestigt ist. Der Flansch 2 weist ein Gewindeendstück 3 zur Befestigung eines nicht dargestellten Dorns auf, der auf die Hauptspin­ del einer Werkzeugmaschine paßt.

Eine Quertraverse 5 ist auf mit Lagerkugeln 5a und 5b ver­ sehenen Führungsbahnen radialbeweglich angeordnet. Die Quertraverse 5 ist quer zur Stirnflächenaussparung des Bohrkopfgehäuses 1 angeordnet und zum Schutz gegen Beschä­ digungen von einem Mantel 8 umgeben. Ein Werkzeughalter 6 ist mit Hilfe von Befestigungsschrauben 6a auf der Quer­ traverse 5 montiert.

Im Inneren des zylindrischen Bohrkopfgehäuses 1 ist in an sich bekannter Weise eine Einstellschraube 12 angeordnet (Fig. 2). Für die Stellbewegung der Einstellschraube 12 sind im Ausführungsbeispiel mehrere Einstellelemente vorgesehen, bestehend aus Einstellring 7 sowie Zahnrädern 7a, 7b, 7c und 7d (Fig. 2).

Die Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht, im folgenden kurz Massenausgleichsvorrichtung 20 genannt, ist zwischen dem zylindrischen Bohrkopfgehäuse 1 und den Einstellelemen­ ten 7, 7a-7d zur Betätigung der Einstellschraube 12 ange­ ordnet. Die Massenausgleichsvorrichtung 20 besteht aus einem skalierten Drehring 21, an dessen Innenseite ring­ förmige Gegengewichte 22a und 22b angeordnet sind. Der Drehring 21 weist eine Innenverzahnung 23 auf. Daneben erkennt man eine weitere Innenverzahnung 24 am Innenumfang des ringförmigen Gegengewichtes 22b. Die Funktion der Innenverzah­ nung 23 und 24 wird später erläutert.

Der Drehring 21 ist mit dem anderen Gegengewicht 22a über einen Stift 21a verbunden, so daß sich das ringförmige Gegengewicht 22a und der Drehring 21 gemeinsam drehen.

Die ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b weisen Ausgleichs­ massen m1 und m2 auf. Zur Verstellung der ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b ist ein Zahnradgetriebe vorgesehen, welches eine Stellbewegung des Drehringes 21 in zueinander gegensinnige Drehbewegungen der ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b umsetzt. Das Zahnradgetriebe besteht aus zwei miteinander kämmenden Ritzeln 25, 26, die in einer Aus­ sparung 27 des zylindrischen Bohrkopfgehäuses 1 gegenüber der Innenseite des Drehringes 21 angeordnet sind. Der Fig. 5 entnimmt man, daß das Ritzel 25 zwei Zahnkränze 25a, 25b gleichen Durchmessers besitzt. Das Ritzel 26 steht einer­ seits mit der Innenverzahnung 23 des skalierten Drehringes 21 und andererseits mit dem Zahnkranz 25a des Ritzels 25 in Eingriff. Der Zahnkranz 25b des Ritzels 25 greift in die Innenverzahnung 24 des ringförmigen Gegengewichtes 22b ein. (Fig. 4 und 5).

Die ringförmigen Gegengewichte 22a, 22b befinden sich direkt nebeneinander. Ihre Ausgleichsmassen m1, m2 sind in einem Ringsegment mit dem Winkelmaß α konzentriert, das geringfügig weniger als 180° beträgt. Das Moment dieser Ausgleichsmassen m1, m2, gemessen in Grammillimeter (gmm) wird so gemessen, daß ein maximaler Ausgleich der Unwucht der beweglichen Teile des Bohrkopfes erfolgt. Dies geschieht, wenn die Massen m1, m2 - wie in Fig. 4 und 5 gezeigt - nebeneinander angeordnet sind und sich diametral entgegengesetzt zu der maximalen Verschiebe­ position der beweglichen Teile, nämlich der Quertraverse 5 und des Werkzeughalters 6, befinden.

Bei einer Position mit Nullverschiebung (Fig. 1) der beweg­ lichen Teile (Schneidwerkzeug mit maximal eingefahrener Position) befindet sich der Massenschwerpunkt der Anordnung auf der geometrischen Drehachse des Bohrkopfes oder in unmittelbarer Nähe, wobei die Ausgleichsmassen m1, m2 (wie in Fig. 4 und 5 gezeigt) der Gegengewichte 22a, 22b wiederum nebeneinander angeordnet sind, jedoch um 180° im Vergleich zur ursprünglichen Lage versetzt.

Die Ausgleichsmassen m1, m2 der Gegengewichte 22a, 22b sind abhängig von den Radien R1, R2 und R3, der Dicke der Gegen­ gewichte, deren Winkelmaß α sowie dem spezifischen Gewicht des verwendeten Materials.

Der skalierte Drehring 21 ist mit einer metrischen oder einer Zollskala E (Fig. 1) versehen und zeigt Durchmesser (entsprechend der tatsächlichen Position der Werkzeug­ spitze) oder ebenfalls in Grammillimeter (gmm) das Moment der beweglichen Ausgleichsmassen m1, m2 des Bohrkopfes entsprechend der Verschiebungen des Schwerpunkts besagter beweglicher Massen in Relation zur Drehachse des Bohrkopfes an.

Die Skala kann für die Angabe der Durchmesser ebenfalls eine metrische oder eine Zollaufteilung oder zur Anzeige der Massenmomente ebenfalls eine Aufteilung in Pound-Inch (lb.in) aufweisen.

Das Ausgleichen der Unwucht erfolgt durch Drehen des skalierten Drehrings 21, der die Gegengewichte 22a, 22b über die Ritzel 25, 26 sowie die Innenverzahnungen 23, 24 gegensinnig verschiebt, bis die Ausgleichsmassen m1, m2 die Schwerpunktverlagerung der beweglichen Quertraverse 5 des Werkzeughalters 6 und des Schneidwerkzeuges 6b ausgleicht.

Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung sind die Gegen­ gewichte jeweils einstückig ausgebildet, wobei die Massen integraler Bestandteil der Gegengewichte sind. Bei einer anderen, in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführung der Vorrichtung bestehen die ringförmigen Gegengewichte 122a, 122b jeweils aus einem Ring 122c, 122d und einer an diesen angeschlossenen, separaten Ausgleichs­ masse m1′, m2′. Ein Gegengewicht 122b ist mit einer Innen­ verzahnung 124 versehen. Diese Innenverzahnung befindet sich in Eingriff mit einem Zahnkranz 125b eines als Doppelzahnrad ausgebildeten Ritzels 125.′ Der andere Zahn­ kranz 125a des Ritzels 125 steht im Eingriff mit einem Ritzel 126, das selbst wiederum mit der Innenverzahnung 123 an der Umlaufkante des skalierten Drehringes 121 steht. Die beschriebene Ausführungsform ist vorteilhaft, weil das spezifische Gewicht der Ausgleichsmassen für jede Situation passend gewählt werden kann. In einer bevorzugten Ausge­ staltung in Bohrköpfen kann z. B. ein Bereich spezifischer Gewichte zwischen 2,5 und 20 kg/dm³ dargestellt werden.

Die Ausgleichsmassen m1′, m2′ der Gegengewichte 122a, 122b werden außer durch das spezifische Gewicht des verwendeten Materials durch die unterschiedlichen Radien R1, R2 in Verbindung mit der Dicke und dem Winkelmaß α der besagten Ausgleichsmassen m1′, m2′, definiert. (Fig. 6 und 7).

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung. Bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführung sind die ringförmigen Gegengewichte 222a, 222b mit axialem Abstand zueinander angeordnet und weisen an innenseitigen, einander zugewandten Stirnflächen Zahnkränze 223, 224 auf. Die Zahnkränze 223, 224 stehen mit einem Stirnrad 225 in Eingriff. Das Stirnrad 225 ist drehbar an einem Zapfen 226 angeordnet, welcher durch eine Befesti­ gungsvorrichtung 227 gehalten ist. Die Gegengewichte 222a, 222b werden von dem skalierten Drehring 221 umschlossen, wobei ein Stift 221a den skalierten Drehring 221 mit dem ringförmigen Gegenge­ wicht 222a verbindet.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Bohrkopfes, mit
einem Bohrkopfgehäuse,
einem am Bohrkopfgehäuse radial verstellbar angeordneten Werkzeughalter,
einem am Bohrkopfgehäuse angeordneten Drehring mit außenseitiger Skalierung,
zwei ringförmigen Gegengewichten mit einer Massenkonzentra­ tion in einem Ringsegment und
einem Getriebe, welches eine Stellbewegung des Drehringes in zueinander gegensinnige Drehbewegungen der ringförmigen Gegengewichte umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe aus zwei miteinander kämmenden Ritzeln (25, 26) besteht, wobei das eine Ritzel (26) in eine Innenverzahnung (23) des Drehringes (21) eingreift, wobei das andere Ritzel (25) in eine Innenverzahnung (24) am Innenumfang des einen ringförmigen Gegengewichtes (22b) eingreift und wobei der Drehring (21) mit dem anderen ringförmigen Gegengewicht (22a) fest verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Gegengewichte (22a, 22b) nebeneinander in einem hülsenförmigen Abschnitt des Drehringes (21) eingesetzt und auf einem Zapfen des Bohrkopfgehäuses (1) drehbeweglich angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ritzel (25, 26) in einer umfangsseitig offenen Aussparung (27) des Bohrkopfgehäuses (1) angeordnet sind.

4. Vorrichtung zum Ausgleich der Unwucht eines Bohrkopfes, mit
einem Bohrkopfgehäuse,
einem am Bohrkopfgehäuse radial verstellbar angeordneten Werkzeughalter,
einen am Bohrkopfgehäuse angeordneten Drehring mit außenseitiger Skalierung,
zwei ringförmigen Gegengewichten mit einer Massenkonzentra­ tion in einem Ringsegment und
einem Getriebe, welches eine Stellbewegung des Drehringes in zueinander gegensinnige Drehbewegungen der ringförmigen Gegengewichte umsetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Gegengewichte (222a, 222b) mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind und an innenseitigen einander zu­ gewandten Stirnflächen Zahnkränze (223, 224) aufweisen, daß das Getriebe aus einem zwischen den ringförmigen Gegengewichten (222a, 222b) angeordneten Stirnrad (225) besteht, welches in die Zahnkränze (223, 224) der Gegengewichte eingreift, und daß der Drehring (221) mit einem der beiden ringförmigen Gegengewichte (222a) fest verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Gegengewichte (22a, 22b; 222a, 222b) jeweils einstückig ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmigen Gegengewichte (122a, 122b) jeweils aus einem Ring (122c, 122d) und einer an diesen angeschlossenen, separaten Ausgleichsmasse (m1′, m2′) bestehen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen (m1, m2; m1′, m2′) in einem Ringsegment mit dem Winkelmaß konzentriert sind, das geringfügig weniger als 180° beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmassen (m1, m2; m1′, m2′) der ringförmigen Gegengewichte (22a, 22b; 122a, 122b; 222a, 222b) in einer ersten Betriebsposition, die einem maximalen Un­ wuchtsausgleich bei radial ausgefahrenem Werkzeughalter (6) zugeordnet ist, nebeneinander und diametral zur Position des Werkzeughalters (6) angeordnet sind und daß die Ausgleichsmassen (m1, m2; m1′, m2′) in einer zweiten Betriebsposition, die einem minimalen Unwuchtsausgleich bei radial eingeschobenem Werkzeughalter (6) zugeordnet ist, ebenfalls nebeneinander, jedoch um 180° zur ersten Betriebsposition versetzt angeordnet sind.