DE69229818T2

DE69229818T2 - Kühlungsysteme in Gewindebohrgeräten, verwendbar mit Hochdruck

Info

Publication number: DE69229818T2
Application number: DE69229818T
Authority: DE
Inventors: Alf Eriksson
Original assignee: Tapmatic Corp
Current assignee: Tapmatic Corp
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 2000-03-16
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: US5213453A; EP0520772B1; EP0520772A2; EP0520772A3; JPH05177501A; DE69229818D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf und betrifft eine Gewindeschneideinrichtung, insbesondere eine in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare, und ist auf Kühlsysteme gerichtet, die in Verbindung mit solchen Gewindeschneideinrichtungen benutzt werden. Gewindeschneideinrichtungen sind Werkzeuge, die mit einem Drehantrieb verbindbar sind, um einen Gewindebohrer rotierend anzutreiben, der in einer solchen Gewindeschneideinrichtung gehalten ist und mit dem ein mit Gewinde versehnens Loch erstellt wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Das Feld der vorliegenden Erfindung wird durch frühere Patente abgedeckt, einschließlich der US-Patente 3,397,588; 3,472,347; 3,717,892; 3,946,844; 3,999,642; 4,014,421; 4,029,429; 4,067,424; und 5,011,344. Alle diese Patente gehören der Anmelderin.
Gewindeschneideinrichtungen, und insbesondere in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare Gewindeschneideinrichtungen stellen einen vielfältigen und hoch entwickelten Stand der Technik dar. Gewindeschneideinrichtungen sind Werkzeuge, die mit einem rotierenden Antrieb verbindbar sind und einen Gewindeschneider halten, um Löcher mit Gewinde zu versehen. In der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare Gewindeschneideinrichtungen sind solche, die Einrichtungen zum Umkehren der Rotationsrichtung des Gewindeschneiders aufweisen und so sein Herausführen aus dem mit Gewinde versehenen Loch vereinfachen.
An Gewindeschneideinrichtungen wurden kürzlich erhöhte Anforderungen gestellt, die in neuen Beschränkungen und Anforderungen an solche Gewindeschneider gipfeln. Insbesondere der Beginn der CNC-gesteuerten Technik des Gewindeschneidens hat das Erfordernis eines schnellen und präzisen Gewindeschneidens mit Gewindeschneideinrichtungen und den damit getragenen Gewindeschneidern gefördert. Die Entwicklung des Gewindeschneidens unter hoher Geschwindigkeit und mit hoher Leistung bei CNC- Steuerung oder bei manueller Steuerung erbrachte die Notwendigkeit, ein Kühlmittel an den Gewindeschneideinrichtungen einzusetzen, und zwar insbesondere an dem Gewindeschneider und an dem Werkstück, in dem der Gewindeschneider das Gewinde hinterläßt. Ein solches Kühlmittel hat nicht nur die Aufgabe der Kühlung, sondern dient zugleich der Abfuhr von Abfall, wie Spänen o. dgl., von dem Werkstück. Das US-Patent 5,203,651 (veröffentlicht am 20. April 1993) und an die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen, beschreibt und beansprucht eine Anordnung einer Kühlmittelleitung, die für regelmäßige Gewindeanwendung geeignet ist. Andere existierende Vorrichtungen zeigen auch ein Kühlmittel, das dem Gewindeschneider und dem Werkstück zugeleitet wird.
Eine in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare Gewindeschneideinrichtung mit den Merkmalen a) bis c) und einer Leitung für ein Kühlmittel in der Antriebsspindel ist aus der EP-Anmeldung 0 509 143 bekannt. Die Leitung bildet eine Durchflußöffnung. Die bekannte Einrichtung besitzt einen drehbaren und axial beweglichen Treibteil und einen getriebenen Teil, der relativ zu dem Treibteil axial verschiebbar gelagert ist. Der getriebene Teil weist eine Spindel zur Aufnahme eines Gewindebohrers auf und besitzt Durchlässe, die ein Kühl- und Schmiermedium für die innere Kühlung des Gewindebohrers bereitstellen. Die Einrichtung hat weiterhin ein die Drehrichtung umkehrendes Getriebe, das durch den treibenden Teil angetrieben wird. Es ist eine schaltbare formschlüssige Kupplungseinrichtung mit einem Schaltelement vorgesehen, das mit dem getriebenen Teil in Form der Spindel verbunden ist und diese antreibt.
Bestehende Einrichtungen wie die in der US 5,203,651 beschriebene Gewindeschneideinrichtung zeigen Leitungen für ein Kühlmittel, um dem oben beschriebenen Zweck zu erreichen. Unter extrem hohen Geschwindigkeiten und/oder Hochdruckbedingungen jedoch und unter Bedingungen, bei denen der Gewindeschneider eine kleinere Öffnung und einen kleineren Querschnitt zum Durchtritt des Kühlmittels als die Leitung des Kühlmittels in der Gewindeschneideinrichtung aufweist, können Probleme infolge eines rückwirkenden Druckes des Kühlmittelflusses auftreten.
Wenn rückwirkender Druck bei in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbaren Gewindeschneideinrichtungen, wie sie in den oben angegebenen Anmeldungen beschrieben und in andernen existierenden Einrichtungen vorkommen, auftritt, kann ein solcher rückwirkender Druck nicht nur zu einem Kühlmittelverlust zu dem Gewindeschneider und zu einem Entweichen von Flüssigkeit in Teile des Systems führen, wo das Kühlmittel nicht hingelangen sollte, sondern ein solcher rückwirkender Druck kann auch direkt die Arbeitsweise der Antriebsspindel und des Gewindeschneiders nachteilig beeinflussen. Das ist darauf zurückzuführen, daß bei in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbaren Gewindeschneideinrichtungen der Gewindeschneider einer umgekehrten Drehrichtung unterworfen wird, um ihn leicht aus dem mit Gewinde versehenen Loch herauszubekommen. Bei dieser Anordnung stellen bekannte Einrichtungen eine relative Axialbewegung des Spindelantriebs in Richtung der Antriebsspindel zur Verfügung, um den Antrieb umzuschalten. Dabei kann der rückwirkende Druck eine ungewollte Bewegung oder Kräfte verursachen, die eine solche Bewegung relativ zu der Spindel und ihres treibenden Teils verursachen, und zwar zum Schaden der Gewindeschneideinrichtung.
Aus diesem Grunde bestand ein lange existierendes aber ungelöstes Bedürfnis nach einer in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbaren Gewindeschneideinrichtung mit einem Kühlmittelsystem, bei dem die mit dem rückwirkenden Druck verbundenen Probleme gelöst sind.
Die vorliegende Erfindung ist in den anliegenden Ansprüchen definiert.
Eine in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare und den Durchfluß des Kühlmittels zu dem Gewindebohrer und dem Werkstück gestattende Gewindeschneideinrichtung hat ein Antriebsspindelelement, das axial beweglich zu der Gewindeschneideinrichtung angeordnet ist und eine Leitung für ein Kühlmittel in der Antriebsspindel aufweist, die zumindest eine Ausflußöffnung für den Durchtritt des Kühlmittels bildet, und mindestens ein Kontaktelement für den Kontakt des Kühlmittelflusses von der Ausflußöffnung besitzt, so daß bei Kontakt mit dem Kühlmittel eine Kraft auf die Antriebsspindel entsteht, die die Verschiebung der Antriebsspindel aus einer bestimmungsgemäßen Position vor dem Schneiden des Gewindes in einem Loch verhindert. Es ist zumindest ein Schutzelement vorgesehen, das mit der zumindest einen Ausflußöffnung in Wirkverbindung tritt, um das Entstehen eines rückwirkenden Druckes des Kühlmittels aus der gegenseitigen Beeinflussung mit der Bewegung der Antriebsspindel zu verhindern. Es ist das Ausströmen von Kühlmittel bei rückwirkendem Druck vorgesehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine geringfügig vereinfachte Seitenansicht einer Gewindeschneideinrichtung mit einem Kühlsystem nach der Erfindung, wobei die Gewindeschneideinrichtung mit einem Antrieb verbunden ist; und
Fig. 2 ist eine geschnittene Ansicht der Gewindeschneideinrichtung gemäß Fig. 1 mit der Darstellung eines Kühlsystems nach der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und bevorzugtes Verfahren.

Wie in Fig. 1 dargestellt, weist eine Gewindeschneideinrichtung 10 ein Kühlsystem nach der Erfindung auf und ist mit einem Antrieb 12 verbunden. Die Gewindeschneideinrichtung 10 weist einen Halter 14 (nur teilweise dargestellt) auf, der mit dem Antrieb 12 verbunden ist, um eine Bewegung des Gehäuses 16 der Gewindeschneideinrichtung 10 zu unterdrücken. Die Gewindeschneideinrichtung 10 weist eine Antriebsspindel 18 auf, die einen Gewindebohrer 20 hält.
Während das Gehäuse 16 der Gewindeschneideinrichtung 10 stationär angeordnet ist, ist ein bewegliches Element 22 der Gewindeschneideinrichtung 10 mit dem Antrieb 12 verbunden, so daß auf diese Weise der Drehantrieb für die Antriebsspindel 18 und den Gewindebohrer 20 bereitgestellt wird.
Gemäß Fig. 2 weist der Halter 14 einen unteren Teil 24 auf, der einen kleineren Durchmesser besitzt und eine umlaufende Schulter 26 bildet, die in Verbindung mit einer Feder (nicht dargestellt) eine axiale Bewegung des Halters 14 zuläßt. Das bewegliche Element 22 besitzt einen aufwärts gerichteten Ansatz 34, der von dem Antrieb 12 aufgenommen wird. In dem Ansatz 34 befindet sich eine zentrale Bohrung 36. In der Bohrung 36 ist eine Einsatz 38 angeordnet. Der Einsatz 38 weist eine Dichtung und eine Einlaßdüse für das Kühlmittel auf und bildet so einen Durchlaß 40 für das Kühlmittel.
Axial unter dem Einlaß 38 ist ein Rohr 44 für das Kühlmittel angeordnet. Das Rohr 44 für das Kühlmittel ist in der Bohrung 36 des Ansatzes 34 untergebracht. Ein oberer Bereich des Rohres 44 für das Kühlmittel ist mit Gewinde versehen, um es in der Bohrung 36 festzulegen. Eine Einstellschraube 46 dient der Einstellung der Position des Rohres 44, um ein genaues Fluchten des Rohres 44 mit dem Durchlaß 40 des Einlaßes 38 zu erreichen. In der Bohrung 38 ist eine statisch wirkende Dichtung 48 untergebracht, um das Kühlmittel abzudichten, d. h. eine Leckage um die Außenseite des Rohres 44 zu vermeiden.
In dem Teil 36 ist eine Buchse 50 angeordnet. Die Buchse 50 besteht vorzugsweise aus Bronze und ist mit engen Toleranzen maschinell hergestellt. Das Rohr 44 für das Kühlmittel durchsetzt die Hülse 50 mit sehr geringem Spiel. So wird jeglicher Kühlmittelfluß entlang der Außenseite des Rohres 44 verhindert, der sich in einem Verlust von Kühlmittel in die Gewindeschneideinrichtung äußern könnte.
Der bewegliche Teil 22 bildet einen oberen Flansch 52. Zwischen dem Gehäuse 16 der Gewindeschneideinrichtung 10 und dem beweglichen Element 22 sind zur Stabilisierung Kugellager 54, 56 vorgesehen. Das Kugellager 54 weist eine Kugel 58 und Bestandteile 60, 62 zur Bildung von Laufbahnen für die Kugel 58 auf. Das Kugellager 56 und seine Bestandteile sind identisch wie das Kugellager 54 mit seinen Bestandteile 58, 60 und 62 ausgebildet. Das bewegliche Element 22 bildet eine Bohrung 64, in der eine Feder 66 angeordnet ist, deren oberes Ende sich an einer Dichtung 68 abstützt. Das untere Ende der Feder 66 stützt sich an einer Schulter 70 am unteren Ende der Bohrung 64 ab.
In dem Gehäuse 16 ist eine Element 72 für den Vorwärtsantrieb vorgesehen. Die Gewindeschneideinrichtung 10 ist in der Stellung des Vorwärtsantriebes dargestellt. Eine Kegelradstufe 74 dient dem Umschalten der Drehrichtung. Kurz gesagt, besitzt die Kegelradstufe 74 einen Käfig 76 mit drei Kegelrädern 78, 80 und 82. Es ist ein Getriebering 84 vorgesehen, der mit den drei Kegelrädern 78, 80 und 82 in Wirkverbindung tritt. Jedes Kegelrad 78, 80 und 82 besitzt einen Schaft oder Wellenstummel 86, von denen einer mit dem Bezugszeichen 86 versehen ist, wobei alle ähnlich ausgebildet sind. Der Wellenstummel ist in dem Käfig 76 gelagert.
In der dargestellten Stellung ist das Element 72 für den Vorwärtsantrieb in Vorwärtsstellung in Relation zu einem Antriebsübertragungselement 88 in Form eines Mitnehmerrings 88 gezeigt. Der Mitnehmerring 88 weist im wesentlichen ringförmige Gestalt auf und ist mit mindestens zwei äußeren Mitnahmeelementen 90, 92 und einem Paar innerer Antriebselemente 94, 96 ver sehen. Der Mitnehmerring 88 stützt sich an dem unteren Ende einer Feder 98 ab, deren oberes Ende gegen einen Flansch 100 einer Antriebsbuchse 102 anliegt.
Eine Feder 104 ist unterhalb des Mitnehmerrings 88 angeordnet und stützt sich in der dargestellten Stellung nach oben an dem unteren Umfang des Mitnehmerrings 88 und nach unten an einer Schulter 106 der Antriebsspindel 18 ab. Antriebszapfen 108, 110 an der Antriebsspindel 18 greifen in den dargestellten Vorwärtsantrieb in die inneren Antriebselemente 94 bzw. 96 ein.
Um das innere axiale Ende des Rohres 44 für das Kühlmittel herum ist eine Hülse 112 angeordnet. Die Hülse 112 besteht aus Bronze und hat zu dem Rohr 44 wenig Spiel wie auch die Hülse 50, so daß auch hier zu dem gleichen Zweck ein Austritt des Kühlmittels verhindert wird.
Das axial innere Ende 113 des Rohres 44 ist mit einem Stopfen 114 verschlossen. Damit wird das Kühlmittel gezwungen, das Rohr 44 durch mehrere Durchflußöffnungen 116, 118 und 120 zu verlassen, die an dem Rohr 44 im Bereich des verschlossenen Endes 113 vorgesehen sind. In bevorzugter Ausführungsform sind vier Durchflußöffnungen vorgesehen, von denen drei dargestellt sind.
Wenn das Kühlmittel aus den Durchflußöffnungen 116, 118 und 120 austritt, trifft es auf ein Kontaktelement 122, das gegenüberliegend zum den Durchflußöffnungen 116, 118 und 120 angeordnet ist. Die Strömung des Kühlmittels gegen das Kontaktelement 122 ruft eine Kraft in einer Richtung hervor, die axial so auf die Antriebsspindel 18 einwirkt, daß die Antriebsspindel 18 in der korrekten Lage vor dem Beginn des Gewindeschneidens in einem Loch verbleibt. Somit trägt der Ausfluß des Kühlmittels in seiner Tendenz nicht dazu bei, die Antriebsspindel 18 zu versetzen, wie dies bei bestehenden Einrichtungen der Fall ist, sondern er erbringt eine Stabilisierung der Position und der Bewegung der Antriebsspindel 18.
Das Kühlmittel fließt aus den Durchflußöffnungen 116, 118 und 120 auf das Kontaktelement 122 und nach dessen Berührung in eine Kammer 124, die unter dem Ende des Rohres 44 vangeordnet ist, und von dort in die Leitung 126 zu dem Gewindebohrer 20.
Falls ein Rückdruck die Antriebsspindel 18 aus ihrer korrekten Lage heraus belastet, wird der Durchfluß des Kühlmittels infolge des geringen Spiels an den Durchflußöffnungen 116, 118 und 120 reduziert, wenn sich die Antriebsspindel 18 zurückzieht, (z. B. axial nach oben).
In der Antriebsspindel 18 ist eine Ausflußöffnung 128 gebildet und mit dem Inneren des Rohres 44 verbunden, so daß ein Auslaß für jegliches Kühlmittel gebildet wird, welches an der Außenseite des Rohres 44 durch die Dichtung 112 durchtritt. Ein solcher Ausfluß durch die Ausflußöffnung 128 rührt von Feuchtigkeit her, die durch die enge Passung zwischen dem Rohr 44 und der Hülse 112 durchkommt. Diese Flüssigkeit wird in einer Kammer 130 gesammelt, die oberhalb und im Bereich der Hülse 112 angeordnet ist. Flüssigkeit aus der Kammer 130 fließt durch einen Kanal 132 und durch die Ausflußöffnung 128 in die Umgebung. Um die Antriebsspindel 18 herum ist eine Schnelllöseeinrichtung 140 vorgesehen, die als ein Teil davon ausgebildet ist und den Gewindebohrer 20 trägt. Ein Halter 142 hält den Gewindebohrer 20 an Ort und Stelle an der Antriebsspindel 18.
So ist auf die beschriebene Weise eine in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare Gewindeschneideinrichtung vorgesehen, einschließlich eines Kühlmittelsystems, das nicht nur effektiv Kühlmittel an dem Gewindebohrer und dem Werkstück bereitstellt, sondern auch jegliche unpassende und unerwünschte Bewegung der Antriebsspindel verhindert und weiterhin eine Stabilisierung und Positionierung der Antriebsspindel infolge des Kühlmittelflusses erbringt, Zusätzlich führt jeder überschüssige Kühlmittelfluß zu einem selbsttätigen Abschneiden infolge der dadurch auf die Antriebsspindel 18 ausgeübten Bewegung, so daß damit ein sich selbst korrigierenden Merkmal bereitgestellt wird.

Claims

1. Eine in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare und den Durchfluß des Kühlmittels zu dem Gewindebohrer und dem Werkstück gestattende Gewindeschneideinrichtung, mit folgenden Merkmalen:

a) ein mit einem Drehantrieb verbindbares bewegliches Element (22);

b) ein mit dem beweglichen Element gekuppeltes Getriebe (74) mit Vorwärts- und Rückwärtsstellungen;

c) eine Antriebsspindel (18), die zur Aufnahme eines Gewindebohrers und axial beweglich zwischen den Vorwärts- und Rückwärtsstellungen des Getriebes (74) ausgebildet ist,

d) eine Leitung (44) für Kühlmittel, die mit dem beweglichen Element (22) verbunden und in der Antriebsspindel (18) angeordnet ist, wobei die Leitung (44) für das Kühlmittel zumindest eine Ausflußöffnung (116) für den Durchtritt des Kühlmittels bildet; und

e) mindestens ein Kontaktelement (122), das an der Antriebsspindel befestigt ist und von dem aus der zumindest einen Ausflußöffnung (116) austretenden Kühlmittel bespült wird, wobei das Kontaktelement (122) dazu ausgebildet und angeordnet ist, bei Kontakt mit dem Kühlmittel eine Kraft auf die Antriebsspindel (18) entstehen zu lassen, die die Verschiebung der Antriebsspindel (18) aus einer bestimmungsgemäßen Position vor dem Schneiden des Gewindes in einem Loch verhindert.

2. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin zumindest ein Schutzelement (112) vorgesehen ist, das mit der zumindest einen Ausflußöffnung in Wirkverbindung tritt, um das Entstehen eines rückwirkenden Druckes des Kühlmittels aus der gegenseitigen Beeinflussung mit der Bewegung der Antriebsspindel zu verhindern.

3. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzelement mindestens eine mit der Antriebsspindel verbindbare Buchse (112) aufweist, durch die der Kühlmittelfluß infolge der durch den rückwirkenden Druck über die Antriebsspindel veranlaßten Bewegung durch das Abdecken der zumindest einen Ausflußöffnung (116) reduziert wird, so daß der rückwirkende Druck verringert und so die Bewegung der Antriebsspindel korrigiert wird.

4. Eine Gewindeschneideinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchbrechung für den Kühlmittelfluß zwischen dem Kontaktelement (122) und der Leitung (44) für Kühlmittel in dem Gewindebohrer vorgesehen ist, und daß ein Auslaß (126) für Kühlmittel unter rückwirkendem Druck an die Umgebung vorgesehen ist.

5. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Kammer (124) zum Sammeln von Kühlmittel vorgesehen ist, bevor dieses in die Umgebung gelangt.

6. Eine in der Drehrichtung selbsttätig umkehrbare Gewindeschneideinrichtung (10) mit einer einen Gewindebohrer zum Schneiden von Gewinden in Löcher aufnehmenden Antriebsspindel (18), mit folgenden Merkmalen:

a) ein mit einem Drehantrieb verbindbares bewegliches Element (22);

e) an der Antriebsspindel befestigte Abdeckmittel (112) für die zumindestens eine Ausflußöffnung (116) infolge Bewegung der Antriebsspindel (18) unter rückwirkendem Druck, um die Bewegung der Antriebnsspindel (18) durch Verhinderung des Durchflusses von Kühlmittel durch die zumindest eine Ausflußöffnung zu korrigieren.

7. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungspfad des Kühlmittels von der zumindest eines Ausflußöffnung (116, 118, 120) Kontaktmittel (122) zum Kontaktieren des Kühlmittelflusses vorgesehen sind, die eine Kraft auf die Antriebsspindel (18) entstehen lassen, die die Beeinflussung der Bewegung der Antriebsspindel vor dem Schneiden des Gewindes in einem Loch verhindert.

8. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antriebsspindel (18) einen Auslaß bildende Mittel (126) vorgesehen sind, damit Kühlmittel an einem Eindringen in die inneren Bestandteile der Gewindeschneideinrichtung gehindert ist.

9. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antriebsspindel (18) eine Kammer (124) zum Sammeln von Kühlmittel vorgesehen ist, bevor dieses durch die Auslaßöffnung in die Umgebung gelangt.

10. Eine Gewindeschneideinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Antriebsspindel verbindbare Buchse (112) vorgesehen ist, durch die der Kühlmittelfluß zwischen der Buchse und der Antriebsspindel verhindert wird.

11. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung des Durchflusses von Kühlmittel die Abdeckmittel für die zumindestens eine Ausflußöffnung in der Antriebsspindel eine zweite, mit der Antriebsspindel zusammenwirkende Buchse (112) aufweisen.

12. Eine Gewindeschneideinrichtung nach Anspruch 7 und ggfs. einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktmittel eine in einem Winkel gegenüber dem Kühlmittelfluß aus der zumindest einen Ausflußöffnung (116, 118, 120) geneigte Oberfläche (122) aufweisen.