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Die vorliegende Erfindung betrifft Maschinen-Reibahlen, mit denen
es möglich ist, einen oder mehrere Bohrungsdurchmesser in einem
Werkstück zu bearbeiten.
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Reibahlen bestehen im allgemeinen aus einem Schaft, der sich über
eine in Längsrichtung verlaufende Drehachse erstreckt und so
ausgebildet ist, daß er abnehmbar an Aufnahme- und
Drehantriebsmitteln fixiert werden kann. Der Schaft trägt wenigstens ein
Schneidplättchen mit sich in Längsrichtung erstreckender, langer
und in Umfangsrichtung wirkender Schneidkante, die an dem Schaft
in einer ersten Winkelstellung befestigt ist, um einen
Bohrungsdurchmesser zu bearbeiten. Um denselben Bohrungsdurchmesser
gleichzeitig und rascher bearbeiten zu können, sind im
allgemeinen an demselben Schaft mehrere Schneidplättchen
befestigt, die über mehrere Winkelstellungen um die Längsachse
verteilt angebracht sind. Beispiele für derartige Reibahlen, nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sind erläutert in US-A 1
861498, DE-A 43 43 404 und DE-A 43 30 988.
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Um eine wirkungsvolle Schneidbearbeitung zu gewährleisten und
eine zweckdienliche Oberflächenbeschaffenheit der Bohrung
herzustellen, haben die Schneidplättchen der Reibahle im
allgemeinen eine in Längsrichtung verlaufende Schneidkante, die
leicht im Sinne einer umgekehrten Konizität geneigt ist,
beispielsweise entsprechend einem solchen Kegenwinkel, daß bei
einem Nenndurchmesser von 100 mm der Durchmesser am distalen Ende
der Schneidkante zwischen 2/100 und 5/100 mm größer ist als der
Durchmesser am proximalen Ende der Schneidkante.
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In bestimmten Anwendungsfällen muß das Werkstück, in das die
Bohrung eingearbeitet ist, einen Dichtungsring aufnehmen, der an dem
Bohrungsdurchmesser anliegt. Um die mechanische Halterung des
Dichtungsringes zu verbessern, ist man bestrebt, die
Bohrungsoberfläche, an der sich der Dichtungsring abstützt, lokal
auszuhöhlen, um den Reibungskoeffizienten beim Kontakt zwischen
dem Dichtungsring und der Bohrungsoberfläche zu erhöhen. Die
Ausbildung einer zurückgesetzten Oberfläche ist um so
notwendiger, wenn die Reibahle Schneidplättchen aus
polykristallinem Diamant hat, da die mit derartigen Reibahlen
hergestellten Oberflächen besonders glatt sind.
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Der Arbeitsgang zum Abtragen der Bohrungsoberfläche wird im
allgemeinen durch einen zweiten Bearbeitungsschritt mit Hilfe
eines anderem als der Reibahle ausgebildeten Werkzeug
durchgeführt, und zwar im Anschluß an den ersten Arbeitsgang zur
Ausbildung der Bohrung mittels der Reibahle. Das bedeutet eine
Vervielfältigung der Bearbeitungsschritte, was eine geringere
Produktionsleistung und höhere Herstellungskosten zur Folge hat.
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Um eine ausgehöhlte Bohrungsoberfläche zu schaffen, die einen
Dichtungsring aufnehmen kann, wurde auch bereits versucht, eine
Reibahle einzusetzen, die eine in Längsrichtung verlaufende
Schneidkante mit einer sehr großen inversen Konizität
entsprechend einem Kegelwinkel von etwa 5º hat. Damit erreicht
man in der Tat einen zurückgesetzten Oberflächenzustand, der
einen geeigneten Reibungskoeffizienten hat, wobei jedoch
festzustellen ist, daß der Bohrungsdurchmesser ebenfalls
verändert wurde, da der Wert für den Durchmesser nicht mit der
notwendigen Genauigkeit hergestellt werden kann, um die
erforderlichen Toleranzen bei der Bohrungsbearbeitung einzuhalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue
Struktur für eine Reibahle zu schaffen, die es ermöglicht, in
einer einzigen Operation sowohl eine Bohrung mit einem genauen
Durchmesser als auch wenigstens einen Abschnitt mit einer
abgetragenen Oberflächenbeschaffenheit herzustellen.
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Bei der Erfindung ist man bestrebt, die zufriendenstellenden
Eingenschaften der Reibahle beizubehalten, die es erlauben, eine
Bohrung mit einem vorbestimmten Durchmesser bei hoher Genauigkeit
herzustellen, die mit den erforderlichen Toleranzen vereinbar
ist, wobei die Reibahle mit herkömmlichen Verfahren leicht
herstellbar sein soll.
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Ferner soll mit der Erfindung erreicht werden, daß die Mittel zur
Herstellung einer ausgehöhlten Oberfläche keine Grate oder
Werkstoffpartikel erzeugen, die sich beim Einsatz des Werkstücks noch
lösen können.
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Um diese und weitere Aufgaben zu lösen, sieht die vorliegende
Erfindung eine Reibahle mit wenigstens einem Schneidplättchen vor,
das eine peripherische, sich in Längsrichtung erstreckende, lange
Schneidkante aufweist und für die spanabhebende Bearbeitung eines
Bohrungsdurchmessers an einem Schaft in einer ersten
Winkelstellung befestigt ist, wobei die Reibahle wenigstens einen
Abnahmezahn hat, der an dem Schaft befestigt ist und dazu dient, in dem
durch das Schneidplättchen bearbeiteten Durchmesser eine Rille
auszukehlen.
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Der Abnahmezahn ist an dem Schaft vorzugsweise auf einem
Durchmesser angebracht, der größer oder gleich dem Durchmesser des
Schneidplättchens ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die
eine Anpassung der Abtragung der Oberflächenbeschaffenheit in
Abhängigkeit von den Anforderungen erlaubt, ist der Abnahmezahn an
dem Schaft durch Mittel befestigt, die einer Einstellung des
Durchmesser gestatten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der
Abnahmezahn an dem Schaft in demselben Bearbeitungsbereich wie das
Schneidplättchen in einer zweiten Winkelstellung angeordnet, die
zur ersten Winkelstellung des Schneidplättchens winklig versetzt
ist. Auf diese Weise hat die Schneidkante des Schneidplättchens
eine doppelte Funktion: in der ersten Funktion führt sie die Bohrungsbearbeitung
in herkömmlicher Weise durch, und in der zweiten
Funktion besorgt sie das Abgraten der durch den Abnahmezahn
erzeugten Rille, so daß die Bildung von Mikropartikeln verhindert
wird, die sich beim Einsatz des Werkstücks noch lösen können.
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In diesem Fall ist es vorteilhaft, den Abnahmezahn bezüglich der
Angriffszone des Schneidplättchens um eine leichte
Längsverschiebung nach hinten versetzt anzuordnen. Die Längsverschiebung nach
hinten kann beispielsweise etwa 0,4 mm betragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Abnahmezahn ein
Längsprofil, das von einer vorderen, radialen Schneidkante
begrenzt ist, die über einen kleinen Radius oder eine kleine Phase,
deren Wert auch Null sein kann, mit einer hinteren, schrägen
Schneidkante verbunden ist.
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Eine bessere mechanische Ausgleichung erhält man dann, wenn die
Reibahle wenigstens zwei Schneidplättchen, die am Umfang des
Schaftes mit Winkelabstand zueinander verteilt angebracht sind,
um denselben Bohrungsdurchmesser zu bearbeiten, sowie wenigstens
einen Abnahmezahn hat, über welchen eine Rille in den
Bohrungsdurchmesser eingearbeitet werden kann.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung von besonderen
Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung anbei dargestellt
sind. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Seitenansicht eines Endabschnittes der Reibahle bei
einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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Fig. 2 eine Stirnansicht des Endabschnittes der Reibahle der
Fig. 1;
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Fig. 3 eine parzielle Seitenansicht des Reibahlenabschnittes der
Fig. 1 im vergrößertem Maßstab im Bereich des Abnahmezahns bei
der Erfindung,
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Fig. 4 im vergrößertem Maßstab das Längsprofil eines
Abnahmezahns gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
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Fig. 5 eine Seitenansicht einer Reibahle gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform der Erfindung hat
die Reibahle einen Schaft 1, der im wesentlichen die Form eines
länglichen Zylinders aufweist, der sich über eine Längsdrehachse
I-I erstreckt. Das erste Ende 2 des Schaftes 1 ist so
ausgebildet, daß es an Aufnahme- und Drehantriebsmitteln
befestigt werden kann, die in der Zeichnung nicht dargestellt
sind und die es gestatten, die Reibahle auf ihrer Längsdrehachse
I-I zu halten und um diese Achse mit einer Drehgeschwindigkeit
anzutreiben, die für die Bearbeitung eines Werkstücks geeignet
ist.
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Das zweite Ende 3 des Schaftes 1 hat einen zentralen Fortsatz 4
kleineren Durchmessers, der koaxial zur Längsdrehachse I-I und so
ausgebildet ist, daß er eine umlaufende Anstellspur bildet.
Hinter dem mittigen Fortsatz 4 hat der Schaft 1 eine Reihe von in
Umfangsrichtung angeordneten Sitzen, die so ausgebildet sind, daß
sie Schneidplättchen mit peripherischen, langen Schneidkanten,
die sich in Längsrichtung erstrecken, aufnehmen können, welche um
die Längsdrehachse I-I in gleichen Winkelabständen verteilt
befestigt sind.
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Die Reibahle muß wenigstens ein Schneidplättchen mit sich in
Längsrichtung erstreckender, langer, perhipherischer Schneidkante
aufweisen, um einen Bohrungsdurchmesser in bekannter Weise
bearbeiten zu können. Es ist jedoch möglich, mehrere
Schneidplättchen vorzusehen, die um die Längsdrehachse I-I
verteilt angebracht sind. Bei der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsform sind vier Schneidplättchen vorgesehen, die mit
den Bezugsziffern 5, 6, 7 und 8 bezeichnet sind.
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Wie sich aus Fig. 3 deutlicher ergibt, hat jedes
Schneidplättchen und hier insbesondere das Schneidplättchen 7
eine sich in Längsrichtung erstreckende, verhältnismäßig lange,
peripherische Schneidkante 9, deren Länge beispielsweise zwischen
10 und 15 mm beträgt und die im wesentlichen parallel zur
Längsdrehachse I-I verläuft oder die vorzugsweise sehr leicht um
einen kleinen Winkel A konisch invers geneigt ist, sodaß der
Durchmesser des distalen oder vorderen Abschnittes der
peripherischen, sich in Längsrichtung erstreckenden Schneidkante
9 etwa 2/100 bis 5/100 mm größer als der Durchmesser des
proximalen oder hinteren Abschnittes der Schneidkante 9 ist, wenn
die Reibahle einen Nenndurchmesser von 100 mm hat.
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Die Schneidplättchen 5 bis 8 können eine bei üblicherweise
verwendeten Reibahlen bekannte Form haben und können auf diese
Weise, nachdem sie an dem Schaft 1 positioniert und anschließend
mit bekannten Verfahren eingerichtet sind, eine Schneidkante 9
haben, die aus jedem geeignetem Material besteht, vorzugsweise
aus polykristallinem Diamant auf einem Substrat aus
Wolframkarbid, das auf einem Plättchenkörper aus Stahl aufgelötet
ist.
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Wie inbesondere Fig. 1 zeigt, ist jedem Schneidplättchen wie
hier dem Schneidplättchen 6 eine hintere Freifläche 10 für die
Späneabfuhr zugeordnet.
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Die Reibahle gemäß der Erfindung hat ferner wenigstens einen
Abnahmezahn, der an dem Schaft 1 befestigt und so ausgebildet
ist, daß er eine Rille aus dem Bohrungsdurchmesser auskehlen
kann, der durch das oder die Schneidplättchen 5 bis 8 bearbeitet
worden ist.
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Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform hat die
Reibahle zwei Abnahmezähne 11 und 12, die einander diametral
bezüglich der Längsdrehachse I-I gegenüberliegen, wobei jeder
Abnahmezahn in einem entsprechenden Sitz des Schaftes 1 durch
Mittel befestigt ist, die ähnlich denjenigen ausgebildet sind,
welche die Schneidplättchen 5 bis 8 halten.
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Jeder Abnahmezahn 11 bzw. 12 ist an dem Schaft 1 auf einem
Durchmesser angeordnet, der größer oder gleich dem Durchmesser
der Schneidplättchen 5 bis 8 ist. Vorzugsweise sind die
Befestigungsmittel für die. Abnahmezähne 11 und 12 so ausgebildet,
daß sie eine Einstellung des Durchmesser in der Weise
ermöglichen, daß die Auskehlung, die auf dem Bohrungsdurchmesser
erzeugt werden soll, gewählt oder angepaßt werden kann.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wie sie in den
Figuren dargestellt ist, sind die Abnahmezähne 11 und 12 an dem
Schaft 1 in demselben Bearbeitungsbereich wie die
Schneidplättchen 5 bis 8 angeordnet, so daß sie gleichzeitig mit
der Bohrungsbearbeitung zur Wirkung kommen. Auch sind die
Abnahmezähne 11 und 12 in Winkelstellungen angeordnet, welche zu
den Winkelstellungen der Schneidplättchen 5 bis 8 winklig
versetzt sind. Im Falle einer Reibahle mit wenigstens einem
Schneidplättchen 5, das sich in einer ersten Winkelstellung
befindet, hat somit die Reibahle wenigstens einen Abnahmezahn 11,
der sich in einer zweiten Winkelstellung befindet, die bezüglich
der ersten Winkelstellung des Schneidplättchens 5 winklig
versetzt ist.
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Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform hat der Abnahmezahn
11 ein Längsprofil, das von einer vorderen, radialen Schneidkante
13 begrenzt ist, die über einen kleinen Radius 14, der auch den
Wert Null annehmen kann, mit einer hinteren, schrägen
Schneidkante 15 verbunden ist. Die hintere Schneidkante 15 ist
zur vorderen, radialen Schneidkante 13 um einen Winkel B von etwa
60º geneigt.
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Wie in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt, ist der
Abnahmezahn 11 bezüglich der Schneidplättchen wie dem
Schneidplättchen 7 vorzugsweise leicht nach hinten versetzt
angeordnet, und zwar um eine hintere Längsverschiebung D
bezüglich der Angriffszone 16 des Schneidplättchens 7. Die
Längsverschiebung D wird vorzugsweise in Abhängigkeit des
Vorschubschrittes der Reibahle während der Bearbeitung einer
Bohrung gewählt; bei den häufigsten Bearbeitungsbedingungen kann
die Längsverschiebung D etwa 0,4 mm betragen. Auf diese Weise
arbeitet der Abnahmezahn 11 in einer Bohrungszone, die bereits
von den Schneidplättchen 5 bis 8 bearbeitet wurde und benötigt
nur eine geringe Kraft, um eine Rille in die Bohrung zu kehlen,
welche bereits durch die Schneidplättchen 5 bis 8 bearbeitet
worden ist. Die Längsverschiebung D nach hinten ist vorzugsweise
ausreichend gering, damit die Schneidplättchen 5 bis 8 die
Bearbeitung nach dem Eindringen des Abnahmezahns 11 fortsetzen,
wodurch ein Abgraten der Rillenränder gewährleistet wird.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Reibahle
einen ersten Bearbeitungsbereich am zweiten Ende 3 mit den
Schneidplättchen 5 bis 8 und den Abnahmezähnen wie dem
Abnahmezahn 11 hat. Ferner hat die Reibahle in der Nähe des
ersten Endes 2 einen zweiten Bearbeitungsbereich 17, mit dem
ändere Bohrungsdurchmesser erzeugt werden können, die bezüglich
der ersten Bohrungsdurchmesser, welche durch das zweite Ende 3
bearbeitet wurden, in Längsrichtung versetzt sind. Daraus ergibt
sich, daß die Reibahle gemäß der Erfindung mehrere
Bearbeitungsbereiche haben kann, von denen wenigstens einer
Abnahmezähne wie die mit 11 und 12 bezeichneten hat.
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Die Abnahmezähne können auch andere als die dargestellten Formen
haben. So beträgt beispielsweise bei den in den Figuren gezeigten
Ausführungsformen der Radius 14 etwa 0,1 mm, aber es ist auch ein
größerer Radius 14 möglich oder ein Zahn mit einer geringen Fase,
die auch Null sein kann, oder auch ein Zahn mit einer in
Längsrichtung kurzen Schneidkante. In allen Fällen ist der
Abnahmezahn 11 oder, 12 in Längsrichtung der Rotationsachse I-I
sehr viel kürzer als die Schneidkante 9 der Schneidplättchen 5
bis 8. In der Praxis muß die Längsschneidkante kürzer als der
Bearbeitungsschritt oder die Vorschubgröße der Reibahle während
einer Drehung sein.
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Bei der Bearbeitung wird die Reibahle um die Längsdrehachse I-I
sehr schnell angetrieben, während der Vorschub entlang der
Längsdrehachse I-I langsam ist. Die Schneidplättchen 5 bis 8
erzeugen, eine Bohrung, deren Durchmesser sehr genau definiert
ist. Gleichzeitig kehlen die Abnahmezähne 11 und 12 in demselben
Bearbeitungsbereich Rillen in die Bohrungsoberfläche ein, die
durch die Schneidplättchen 5 bis 8 erzeugt werden. Auf diese
Weise läßt sich ein Bohrungsabschnitt ezeugen, dessen
Oberflächengüte verschlechtert wird, um den Halt eines
eingesetzten Teils, beispielsweise eines Dichtungsringes, zu
verbessern. Die Herstellung dieser schlechteren Oberfläche wird
durch einen einzigen Bearbeitungsschritt gewährleistet, so daß
zugleich ein Zeitgewinn bei der Bearbeitung und eine höhere
Genauigkeit erzielt werden.
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Das Verfahren zur spanabhebenden Bearbeitung gemäß der Erfindung,
mit dem eine Bohrung mit einem ausgehöhlten Bereich erzeugt wird,
besteht auf diese Weise aus einer gemeinsamen Bearbeitungsstufe
für das Ausbohren und die Auskehlung der Oberfläche, welche
durchgeführt wird mit Hilfe einer Mehrzahl von sich in
Längsrichtung erstreckenden Schneidkanten wie den Schneidkanten
9, denen auf ein und demselben Schaft 1 wenigstens ein
Abnahmezahn 11 oder 12 zugeordnet ist, welcher in der durch die
in Längsrichtung verlaufenden Schneidkanten wie die Schneidkante
9 bearbeiteten Bohrung eine Rille auskehlt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele
beschränkt, die ausdrücklich erläutert sind, sondern kann auch
verschiedene Abänderungen und Verallgemeinerungen erfahren, die
innerhalb der Anspruchsfassung liegen.