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Einrichtung zur Herstellung von Bohrungen mit gewölbter Mantellinie
Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, Bohrungen mit beliebig gewölbter Mantellinie
herzustellen, insbesondere in solchen Werkstücken, die während des Bohrens nicht
selbst gedreht werden, sondern mit Hilfe eines umlaufenden Bohrers bearbeitet werden.
Dies kommt beispielsweise vor bei Pleuelkopflagern, bei denen die Bohrungen an beiden
Enden etwas weiter sein sollen als in der Mitte, damit übermäßige Flächendrücke
an den Bohrungsrändern vermieden werden.
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Hierbei könnte die genaue Form der La gerbohrung wohl in einer nachher
in den Kopf der Pleuelstange einzusetzenden Lagerbüchse hergestellt werden, wobei
die Lagerbüchse während der Bearbeitung umliefe, also keine Schwierigkeiten in bezug
auf die zweckentsprechende Gestaltung der Lagerbohrungsform aufwiese allein diese
Lagerbüchse muß vielfach sehr dünn ausgeführt werden, so daß die Gefahr besteht,
daß sie beim Einpressen in den Pleuelstangenkopf verformt wird. Infolgedessen wird
auch hier die Bearbeitung der Bohrung am stillstehenden ganzen Werkstück, nämlich
der Pleuelstange, und zwar mittels Bohrstange, nötig.
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Es sind nun bereits Bohrstangen zur Herstellung von Bohrungen mit
beliebig gewölbter Mantellinie bekannt. Hier wird die Wölbung der Mantellinie meist
dadurch erreicht, däß ein Kopierstift, Rolle o. dgl., ein mit gleicher oder größerer
Wölbung versehenes Kopierlineal abtastet. Durch die so erzwungene Bewegung des Kopierstiftes
wird über mehrere Zwischenglieder, Hebel, . Stangen, Keile u. dgl., dem in der Bohrstange
befindlichen Werkzeug eine radiale Bewegung erteilt, die im Zusammenwirken mit dem
Vorschub und der Drehung des Werkstückes oder der Bohrstange eine Bohrung mit gewölbter
Mantellinie erzeugt.
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Hierbei läßt sich jedoch große Genauigkeit nicht erreichen, und zwar
deshalb nicht, weil die erforderlichen zahlreichen Übertragungsglieder toten Gang
ergeben und außerdem
an allen oder einzelnen übertragungsgliedern
die Bewegungsrichtung während des Arbeitsvorganges wechselt, so daß vermehrter toter
Gang auftritt.
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Endlich ist es für die gewünschte große Genauigkeit unzweckmäßig,
daß dort das Werkzeug in radialer Richtung zugestellt werden muß. Die sich hieraus
ergebenden kleinen Zustellwege führen, insbesondere zusammen mit dein vorhandenen
toten Gang, zu störenden Ungenauigkeiten.
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Gemäß der Erfindung ist es gelungen, schädlich einwirkende tote Gänge
während der Bearbeitung des Werkstückes vollständig zu vermeiden und die Verstellung
des Werkzeuges während des Bohrvorganges sehr genau und feinfühlig zu machen. Erreicht
ist dies vor allem dadurch, daß der Werkzeugkopf als ein auf einem Exzenterzapfen
oder -hals der Bohrstange verdrehbarer Exzenter ausgebildet ist, der bei einer Längsverschiebung
des Werkstückes gegenüber der Bohrstange durch eine schraubenförmige -N utenstiftführung
zwischen dein Werkzeugkopf und einer mit der Bohrstange verbundenen Hülse verdreht
wird, und daß ferner die schraubenförmige Nut so angeordnet ist, daß sie die Axialebene
der Bohrstange, in der der Werkzeugkopf exzentrisch gelagert ist, durchstößt.
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Diese neue Anordnung bringt die wichtige fortschrittliche Wirkung
hervor, daß kleine Herstellungsungenauigkeiten keinen schädlichen Einfluß mehr haben,
weil. im Vergleich zu ihrer Größenordnung die Verstellwege sehr groß sind, ferner
Totgänge in der ÜbertragungderVerstellbewegung vermieden sind, insbesondere dadurch,
daß mit einer ununterbrachenen Bewegung zunächst eine Verkleinerung und dann anschließend
eine Vergrößerung des wirksamen Durchmessers erreicht wird, durch die bei Werkzeugmaschinen
an sich bekannte Anwendung einer Exzenterverstellung über den Totpunkt hinweg, so
daß eine Bewegungsumkehr in der Übertragungseinrichtung nicht eintritt.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung
dargestellt. Fig. i zeigt die neue Einrichtung im Axialschnitt, teilweise in Ansicht,
Fig. -2 ist ein Schnitt nach Linie A-h der Fig. i, Fig. 3 ein Grundriß zu Fig. i,
Fig. d. eine Ansicht von der linken Seite der Fig. 3 aus entsprechend dem Pfeil
E gesehen, Fig.5 zeigt in der Richtung der Bohrstangenachse gesehen die durch die
neue Einrichtung erzielte Verstellung des Bohrwerkzeuges in mehreren Lagen, Fig.
6 zeigt in einem schematischen Längs- , schnitt an dein @-@'erl:ätücl@ die Erzeugung
der gewünschten Mantellinie durch (las in drei Stellungen gezeigte Werkzeug.
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Die Bohrstange i ist in bekannter Weise zwischen Spitzen in der Achsenrichtung
unverschiebbar gelagert und angetrieben. Das zu bohrende Werkstück io ist auf einem
nur schematisch angedeuteten Schlitten i i befestigt, der,auch einen Mitnehmerarm
9 trägt, welcher mittels Schleifringes 8 eine auf der Bohrstange. i geführte und
von ihr mittels Federkeiles 12 mitgenommene Büchse 2 steuert.
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Das Werkzeug ,4 ist in einem Werkzeugträger 3 befestigt, der als Exzenter
ausgebildet ist und auf dein entsprechend exzentrischen Lagerhals b der Bohrstange
i drehbar sitzt, zwischen einem Bund 5 und -Mutter und Gegenmutter 6. Die Bohrstangenachse
ist mit a, die Achse des Exzenterhalses b
mit d und die Exzentrizität
mit c bezeichnet.
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Die Büchse 3 ist nun mit einer Mantelkurve e versehen, in welche ein
auf der Büchse 2 angebrachter Mitnehmerzapfen 7 eingreift. Fig. i zeigt die Stellung
der Teile zu Beginn des Bohrvorganges. Das Werkzeug .l steht am linken Ende der
Bohrung entsprechend der Stellung I der Fig. 6, Der Vorschub des Werkstückes über
das Bohrwerkzeug geschieht mittels des Schlittens i i in Richtung des in Fig. i
eingezeichneten Pfeiles f von rechts nach links. Der 1litnehrnerzapfen 7 befindet
sich in der Mantelkurve e des Werkzeugträgers 3 ganz rechts. U'ährend nun das Werkstück
io über <las Werkzeug :i allmählich so verschoben wird, dal:i die Stellungen
I, II, III (Fig. 6) in allmählichem übergang zustande kommen, wird durch das Zusannnenwirken
des Mitnehmerzapfens 7 mit der Mantelkurve e der Werkzeugträger 3 in gleichbleibe:n,dem
Drehsinn auf der Bohrstange verdreht, und zwar so. daß die anfänglich vorhandene
exzentrische Lage des Werkzeughalters zur Bohrstange allmählich verschwindet, bis
die Lage II erreicht ist, lind dann wieder eintritt, bis schließlich die Lage III
erreicht ist.
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Die Mantelkurve e ist nämlich auf dem Werkzeugträger 3 so angeordnet,
daß die Mitte ihres wirksamen Teiles in derjenigen Axialebene liegt, die durch die
beiden Achsen a und d verläuft, und zwar auf derjenigen Seite des Umfanges, die
der größten Dicke des Exzenterringes des Werkzeugträgers 3 entspricht.
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Infolgedessen besteht in der Stellung 1I (Fig. 6) die Exzentrizität
o des Werkzeuges, während in den Stellungen I und IIl infolge Verdrehung des exzentrischen
Werkzeughalters 3 nach der einen bzw. der anderen Richtung
gegenüber
jener Mittellage eine Exzentrizität x (Fig. 5) besteht, deren Größe im voraus bestimmt
werden kann durch entsprechende Wahl und Anordnung der Mantelkurve e.
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In Fig. 5 ist in Anlehnung an die Fig.6 dargestellt, wie die Drehung
des Werkzeughalters 3 sich auf die Verstellung des Werkzeuges q. auswirkt. Der wirksame
Werkzeugradius ist hierbei mit R bezeichnet.
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Hat das Werkstück io die Hälfte des Vorschubweges zurückgelegt und
steht somit das Werkzeug 4 in der Mitte der Werkstücklänge entsprechend Stellung
II, dann wurden durch die Vorschubbewegung des Schlittens i i auch der Schleifring
8, die Büchse: und der Mitnehmerzapfen 7 entsprechend verschoben und mittels der
Mantelkurve e der Werkzeugträger 3 samt Werkzeug .4 um den Winkel a verdreht. Das
' Werkzeug 4. steht also nach halbem Vorschubweg in der Stellung II (Fig. 5). Der
wirksame Werkzeugradius hat sich um den Betrag x vermindert und ist gleich r.
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Am Ende des Werkstückvorschubweges steht dann das Werkstück q. in
der Stellung III. Es ist weiter um den Winkel ß verdreht worden. Sein wirksamer
Radius hat sich wieder um den Betrag x vergrößert und ist gleich R.
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Je nachdem die Exzentrizität c größer oder kleiner gewählt, die Mantelkurve
e mit großem, kleinem, stetigem oder veränderlichem Steigungswinkel y ausgeführt
wird, läßt sich eine verschiedene, symmetrische oder unsymmetrische Krümmung der
Mantellinie der Bohrung, beispielsweise die in der Zeichnung dargestellte Bombierung,
eriielen.
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In der vorstehenden Beschreibung und im Patentanspruch ist der Einfachheit
wegen nur diejenigeAusführungsform behandelt, bei der die vom Vorschubschlitten
i i aus axial bewegte Büchse: mittels eines Mitnehmerzapfens in eine am Werkzeugträger
3 vorgesehene Mantelkurve eingreift. Natürlich könnten Mitnehmerzapfen und Mantelkurve
auch umgekehrt angeordnet sein.
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Wesentlich ist in allen Fällen die Hervorbringung der Verstellung
der Werkzeugschneide durch Verdrehung _ eines exzentrischen Werkzeugträgers auf
einem exzentrischen Lagerhals der Bohrspindel, und zwar in Abhängigkeit von der
Vorschubbewegung des Werkstückes und die Vermeidung jedes Kraftrichtungswechsels
bei der Verdrehung während des ganzen Bohrweges.