EP0153300A2 - Einrichtung zum Schleifen von Spiralbohrern - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schleifen von Spiralbohrern mit zwei Hinterschliffflächen und je Hinterschlifffläche einer wendelig ansteigenden Spannut, mit einer Antriebsachse, auf der eine Schleifscheibe mit einer Schleiffläche axial beweglich gelagert und gegen ein gegenüber der Schleiffläche angeordnetes Bohrerführungsstück federbelastet ist, wobei das Bohrerführungsstück Führungskanäle verschiedener Durchmesser zur Führung einer Hinterschlifffläche von Bohrern verschiedener Durchmesser gegen die Schleiffläche, je Führungskanal mindestens einen in eine Spannut des Bohrers eingreifenden Führungszapfen sowie einen auf die nicht gegen die Schleiffläche anliegenden Hinterschliffflächenwirkenden und das Vordringen der Bohrer gegen die elastisch zurückweichende Schleiffläche begrenzenden Bohreranschlag besitzt.
- Derartige zum Schleifen von Bohrern ohne Notwendigkeit eines Einspannens derselben dienende Einrichtungen sind bereits aus der US-PS 3 753 320 und der DE-OS 1 652 239 bekannt.
- Bei diesen bekannten Einrichtungen ist ein zwischen dem Bohrerführungsstück und einem mit der Schleifscheibe fest verbundenen Bauteil wirkender verstellbarer Anschlag vorgesehen, der den Federweg der Schleiffläche gegen das Bohrerführungsstück auf eine Endlage begrenzen soll, in der die Schleiffläche den Führungszapfen näher liegt als der Bohreranschlag.
- Für das Schleifergebnis ist die richtige Lage der Hinterschlifffläche des Bohrers in bezug auf die Schleiffläche von entscheidender Bedeutung. Diese Lage ergibt sich aus der radialen Position der Führungszapfen im Führungskanal und, aufgrund der wendelig ansteigenden Spannuten der Bohrer, dem Abstand der Führungszapfen vom Bohreranschlag. Es ist notwendig, diesen Abstand gering zu halten, weil sonst die bei Bohrern verschiedener Hersteller vorkommenden Unterschiede im Anstieg der Spannutwendeln bei einem Teil der Bohrer zu große Abweichungen von der richtigen Lage der Hinterschliffflächen in bezug auf die Schleiffläche ergeben würden.
- Nachteilig ist bei diesen bekannten Einrichtungen, daß sich die Schleiffläche durch Abnützung der Schleifscheibe immer mehr von den Führungszapfen entfernt, bis schließlich die Bohrer die Schleiffläche nicht mehr erreichen. Der richtige Abstand zwischen den Führungszapfen und der Schleiffläche muß daher mit Hilfe des verstellbaren Anschlags immer wieder neu eingestellt werden. Dabei besteht aufgrund des geringen Abstandes zwischen den Führungszapfen und dem Bohreranschlag die Gefahr, daß bei einem Einstellfehler die Schleifscheibe in das Bohrerführungsstück hineinschleift und die Führungszapfen beschädigt.
- Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtungen ist darin zu sehen, daß nach längerem Schleifen von Bohrern geringeren Durchmessers - d.h. von Bohrern, die bei einer Umdrehung der Schleifscheibe nicht die gesamte Schleiffläche berühren - durch Abnützung der Schleifscheibe eine rillen- oder stufenförmige Verformung der Schleiffläche entsteht. Wenn danach ein größerer Bohrer geschliffen wird, prägt sich diese Verformung in die Hauptschneide dieses größeren Bohrers ein. Erreicht die Veformung der Schleifscheibe ein gewisses Ausmaß, wird die Schleifscheibe gänzlich unbrauchbar.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Bohrerschleifeinrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der der richtige Abstand der Schleiffläche von den Führungszapfen und die ursprüngliche Form der Schleiffläche selbsttätig erhalten bleiben, und bei der eine Beschädigung der Führungszapfen durch die Schleifscheibe mit Sicherheit verhindert wird.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest ein Schleifscheibenanschlag aus einem Material, das härter ist als die Schleifscheibe, beispielsweise aus Hartmetall, im Bohrerführungsstück angeordnet ist, der eine mit der Schleiffläche der Schleifscheibe parallele und auf sie wirkende Anschlagfläche besitzt, die den Federweg der Schleifscheibe gegen das Bohrerführungsstück auf eine Endlage begrenzt, in der die Schleiffläche den Führungszapfen näher liegt als der Bohreranschlag.
- Es ist offenbar, daß in einer solchen Einrichtung der Abstand zwischen den Führungszapfen und der Schleiffläche, trotz Abnützung der Schleifscheibe, unverändert und fortlaufend erhalten bleibt, und damit eine Beschädigung der Führungszapfen vermieden wird. Weiters wird immer dann, wenn der Bohrer vom Bohreranschlag zurückgezogen wird, die umlaufende Schleifscheibe durch den auf sie wirkenden Federdruck gegen die Anschlagfläche des Schleifscheibenanschlags gedrückt und von dieser abgenützt. Dabei nimmt ihre Schleiffläche die Form der Anschlagfläche des Schleifscheibenanschlags an, und es wird, abhängig von der Dauer dieser formanpassenden Abnützung, die ursprüngliche Form der Schleiffläche mehr oder weniger wieder hergestellt.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schleifeinrichtung zielt darauf ab, eine Wiederherstellung der ursprünglichen Form der Schleiffläche nicht nur nach dem Zurückziehen des Bohrers vom Bohreranschlag sondern schon während des Schleifens und somit fortlaufend zu gewährleisten. Diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schleifscheibenanschläge im Bohrerführungsstück und entlang der Schleiffläche verteilt angeordnet sind und die Schleifscheibe auf der Antriebsachse nicht nur axial beweglich sondern auch kippbar gelagert ist.
- Bei dieser Ausführungsform drückt der Bohrer mit seiner nicht an den Bohreranschlag gedrückten Hinterschlifffläche die Schleifscheibe gegen den Federdruck von den dem Bohrer benachbarten Schleifscheibenanschlägen weg, während sie nach wie vor durch den Federdruck gegen die dem Bohrer diametral gegenüberliegenden Schleifscheibenanschläge gedrückt wird. Somit findet hier auch während des Schleifens eine fortlaufende Wiederherstellung der ursprünglichen Form der Schleiffläche statt.
- Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Kippbarkeit der Schleifscheibe unter Beibehaltung hoher Zentriergenauigkeit bei einer Einrichtung mit einem mit der Schleifscheibe starr verbundenen Schleifscheibenträger mit einer mit der Schleifscheibe gleichachsigen Durchbohrung in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß der Schleifscheibenträger im Bereich der Durchbohrung geringe Materialstärke aufweist und die Durchbohrung von der Antriebsachse mit Spiel durchsetzt ist. Um bei einer solchen Anordnung die Mitnahme der Scheibe durch die Antriebsachse zu gewährleisten, ohne ihre Zentriergenauigkeit zu verringern, kann zumindest ein mit der Antriebsachse verbundener und mit ihr zumindest annähernd paralleler Mitnehmerarm eine Öffnung im Schleifscheibenträger mit Spiel durchdringen.
- Es kann eingewendet werden, daß die Schleifscheibenanschläge die Körner in der Schleiffläche abstumpfen und somit deren Schleifwirkung auf die Bohrer herabsetzen. Ein derartiger Abstumpfungseffekt tritt auch tatsächlich verhältnismäßig rasch ein. Es hat sich aber auch gezeigt, daß eine neuerliche Schärfung einer solcherart abgestumpften Schleiffläche beim Schleifen ohne Schleifscheibenanschläge ebenfalls ziemlich schnell vor sich geht.
- Es kann daher eine Schärfung der Schleiffläche während des Schleifens eines Bohrers erreicht werden, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Schleiffläche und die Anschlagflächen in radialer Richtung über das zum Schleifen des größten in der Einrichtung schleifbaren Bohrers notwendige Maß hinaus erweitert sind, wobei durch Wahl der Ausmaße dieser Erweiterungen der zwischen den Erweiterungen der Anschlagflächen und der Erweiterung der Schleiffläche entstehende Druck geringer gehalten ist als der zwischen den Hinterschl'iffflächen der Bohrer und der Schleiffläche entstehende Druck.
- In einer solchen Einrichtung wird der von den Bohrern berührte Teil der Schleiffläche während des Schleifens stärker abgenützt, verliert den Kontakt mit den Anschlagflächen der Schleifscheibenanschläge, wird somit geschärft und während des weiteren Schleifens scharf erhalten. Es hat sich gezeigt, daß die dabei auftretende Verformung der Schleiffläche bei richtiger Wahl der Ausmaße der genannten Erweiterungen so gering gehalten werden kann, daß sie das Schleifergebnis kaum merkbar beeinflußt.
- Schließlich sei noch erwähnt, daß man in der Regel als Material für die Schleifscheibenanschläge Hartmetall verwenden wird. Die Abnützung von Hartmetall bei Verwendung der zum Schleifen von Bohrern der angesprochenen Art üblichen Aluminiumoxidscheiben ist vernachlässigbar gering.
- Erfahrungsgemäß genügt ein verhältnismäßig geringer Härteunterschied zwischen dem Material des Hartmetalls und den Schleifkörnern der Schleifscheibe, um ein zufriedenstellendes Verhältnis zwischen dem Verschleiß der Scheibe und dem Verschleiß der Schleifscheibenanschläge zu erreichen. Allgemein kann gesagt werden, daß das Material der Schleifscheibenanschläge härter sein muß als die Schleifscheibe, wobei mit Härte der Schleifscheibe die Festigkeit gemeint ist, mit der das Bindungsmaterial der Scheibe die Schleifkörner der Scheibe festhält.
- Auch andere Materialien können für die Schleifscheibenanschläge zur Verwendung kommen, beispielsweise polykristalliner Diamant (Vielkorndiamant) oder kubisches Bornitrid (CBN). Bei Verwendung dieser Materialien sollte es möglich sein, auch härtere Materialien als Aluminiumoxid (A1203) für die Schleifkörner der Schleifscheibe zu verwenden, beispielsweise Siliciumkarbid (SiC).
- Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt in der Ebene I-I' in Fig. 2 durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schleifeinrichtung, Fig. 2 eine Ansicht auf das Bohrerführungsstück der Schleifeinrichtung, gesehen in der Richtung des Pfeiles A in Fig. 1, Fig. 3 ein Führungszapfenpaar in größerem Maßstab, Fig. 4 die Bohrerspitze eines üblichen Spiralbohrers, Fig. 5 eine Draufsicht auf die Bohrerspitze gemäß Fig. 4, Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Bohrerführungsstück und die Schleifscheibe im Bereich eines Führungskanals mit einem bis zum Bohreranschlag eingeführten Bohrer, in größerem Maßstab, Fig. 7 einen Schnitt wie in Fig. 6, jedoch im Bereich eines dem Bohrer benachbarten Schleifscheibenanschlags, und Fig. 8 einen Schnitt wie in Fig. 6, jedoch im Bereich eines dem Bohrer gegenüber liegenden Schleifscheibenanschlags.
- Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel ist 1 eine Antriebsachse, die einen Zapfen 2 aufweist, der im Spannfutter einer nicht dargestellten Bohrmaschine festgeklemmt werden kann.
- Die Schleifscheibe 3 hat die Form eines Hohlzylinders. Ihre innenkonische eigentliche Schleiffläche 4a kann als die Schnittfläche eines mit dem Hohlzylinder gleichachsigen Kegels mit dem Hohlzylinder beschrieben werden. Die Breite der eigentlichen Schleiffläche 4a ist so gewählt, daß sie die Hinterschlifffläche 5 des größten in der Einrichtung schleifbaren Bohrers gerade noch abdeckt. Die eigentliche Schleiffläche 4a ist nach außen durch eine zur Achse des Hohlzylinders senkrechte Fläche 4b erweitert.
- Die Schleifscheibe 3 ist auf einem Schleifscheibenträger 6 verleimt. Der Schleifscheibenträger 6 weist eine mit der Schleiffläche 4a,4b gleichachsige Durchbohrung 7 auf, die aufgrund der geringen Materialstärke des Schleifscheibenträgers 6 eine geringe axiale Erstreckung besitzt. Diese Durchbohrung 7 wird von der Antriebsachse 1 mit Spiel durchdrungen, indem ihr Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der Antriebsachse 1. Damit ist die Schleifscheibe 3 nicht nur axial beweglich, sondern auch kippbar auf der Antriebsachse 1 gelagert.
- Ein Mitnehmer 8,11 besteht aus einem topfförmigen Teil 8, der mit einer mittigen Bohrung auf der Antriebsachse 1 aufgeschoben und zwischen einem Sicherungsring 9 und einer Mutter 10 verklemmt ist, und zwei vom Topfrand nach oben ragenden, zur Antriebsachse 1 parallelen Mitnehmerarmen 11, die sich mit Spiel durch Öffnungen 12 im Schleifscheibenträger 6 hindurcherstrecken.
- Die Antriebsachse 1 ist mittels eines Kugellagers 13 in einem Bohrerführungsstück gelagert, das aus starr miteinander verbundenen Teilen 14 bis 18 besteht.
- Davon ist 14 ein Führungskanalkörper, durch den sich mit der Antriebsachse 1 parallele Führungskanäle 19 (Fig. 6) verschiedener Durchmesser zur Längsführung von Bohrern verschiedener Durchmesser zur Schleiffläche 4a erstrecken. Die Achsen der Führungskanäle 19 liegen in einem mit der Antriebsachse 1 gleichachsigen Zylindermantel, dessen Durchmesser etwa gleich ist dem inneren Durchmesser der Schleifscheibe 3. Ein Hohlzylinder 14a am Führungskanalkörper 14 umgibt die Schleifscheibe 3. Am Führungskanalkörper ist ein Griff 14c angeformt.
- Auf den Hohlzylinder 14b am Führungskanalkörper 14 sind ein Führungszapfenträger 15,16 und ein Bohreranschlag 18 aufgepreßt.
- Der Führungszapfenträger besteht aus zwei starr miteinander verbundenen Platten 15 und 16. Die Platte 15 hat mit den Führungskanälen 19 fluchtende Durchbohrungen 20, deren Durchmesser gleich ist dem Durchmesser des entsprechenden Führungskanals. Die Platte 16 hat mit den Durchbohrungen 20 fluchtende Öffnungen 21, in die je zwei zum Eingriff in die Spannuten 22 eines Bohrers bestimmte Führungszapfen 23 (Fig. 3) hineinragen. Jeder Führungszapfen 23 hat zwei Anschlagkanten 24, die eine Drehung eines in den entsprechenden Führungskanal 19 und zwischen den Führungszapfen 23 eingeführten Bohrers nach rechts und links begrenzen. Ein vom Führungszapfenträger 15,16 nach außen ragender Vorsprung 25 erstreckt sich in eine entsprechende Aussparung 26 im Führungskanalkörper 14 zur genauen Fluchtung des Führungszapfenträgers 15,16 mit dem Führungskanalkörper 14 (Fig. 2).
- Der Bohreranschlag 18 hat die Form eines Kegelstumpfes mit einer außenkonischen Anschlagfläche.
- Mit dem Führungszapfenträger 15,16 sind vier entlang der Schleiffläche 4a,4b gleichmäßig verteilte Schleifscheibenanschläge 17 (Fig.l, 2,7 und 8) aus einem Material, das härter ist als die Schleifscheibe 3, insbesondere aus Hartmetall, verlötet. Sie haben je eine mit der eigentlichen Schleiffläche 4a und der erweiterten Schleiffläche 4b parallele Anschlagfläche 17a und 17b, die den Führungszapfen 23 näher liegen als die Anschlagfläche des Bohreranschlags 18.
- Eine Druckfeder 27 stützt sich einerseits gegen die Sohle des Mitnehmers 8 und anderseits gegen den Schleifscheibenträger 6 ab und drückt die Schleiffläche 4a, 4b der Schleifscheibe 3 gegen die Anschlagflächen 17a und 17b der Schleifscheibenanschläge 17. Somit liegt in dieser Lage die Schleiffläche 4a,4b den Führungszapfen 23 näher als die Anschlagfläche des Bohreranschlags 18.
- Die beschriebene Einrichtung arbeitet folgendermaßen:
- Der Zapfen 2 an der Antriebsachse 1 wird im Spannfutter einer elektrischen Handbohrmaschine festgeklemmt. Die so entstandene Einheit wird mit einer Hand am Griff 14c gehalten. Die Bohrmaschine wird eingeschaltet. Dabei überträgt die Antriebsachse 1 die Drehung des Spannfutters auf den Mitnehmer 8,11, den Schleifscheibenträger 6 und die Schleifscheibe 3. Der zu schleifende Bohrer wird von Hand in den engsten passenden Führungskanal 19 und darin zwischen den Führungszapfen 23 bis zum Anschlagen einer Hinterschlifffläche 5 an den Bohreranschlag 18 geführt. Der Bohrer wird nun einige Male (z.B. fünfmal) zwischen den Anschlagkanten 24 der Führungszapfen nach rechts und links gedreht. Dann zieht man den Bohrer zwischen den Führungszapfen heraus, dreht ihn um etwa 180° und wiederholt den oben beschriebenen Vorgang zum Schleifen der anderen Hinterschlifffläche 5. Dieser Vorgang kann gegebenenfalls so oft wiederholt werden, bis der Bohrer fertig geschliffen ist. Dann wird die Bohrmaschine abgeschaltet.
- Durch den beschriebenen Schleifvorgang erhält der Bohrer einen mittigen Schliff innerhalb praktisch brauchbarer Grenzen und sowohl einen genügend großen Hinterschliff 28 als auch einen geeigneten Hinterschliffwinkel (Fig.4) und einen geeigneten Querschneidewinkel (Fig. 5). Sollte ein größerer Hinterschliff 28 erforderlich sein, wird der Bohrer im nächstengsten Führungskanal geschliffen. Während des Schleifens drückt der Bohrer mit seiner nicht an den Bohreranschlag 18 gedrückten Hinterschlifffläche 5 die Schleifscheibe 3 gegen die Kraft der Feder 27 von den beiden dem Bohrer benachbarten Schleifscheibenanschlägen 17 (Fig. 7) weg, während die Schleifscheibe nach wie vor von der Feder 27 gegen die beiden dem Bohrer mehr oder weniger diametral gegenüberliegenden Schleifscheibenanschläge 17 (Fig. 8) gedrückt und von diesen abgenützt wird. Somit findet auch während des Schleifens eine fortlaufende Wiederherstellung der ursprünglichen Form der Schleiffläche 4a,4b statt.
- Es ist weiterhin offenbar, daß in der beschriebenen Einrichtung, trotz Abnützung der Schleifscheibe 3, der Abstand der Schleiffläche 4a,4b von den Führungszapfen 23 so lange unverändert erhalten bleibt, bis der Schleifscheibenträger 6 gegen den Sicherungsring 30 an der Antriebsachse I anschlägt. Danach muß die Schleifscheibe ausgewechselt werden.
- Der Abstumpfungseffekt der Schleifscheibenanschläge 17 auf die Körner der eigentlichen Schleiffläche 4a wird dadurch verhindert, daß die Breite der erweiterten Schleiffläche 4b und das Flächenmaß der erweiterten Anschlagflächen 17b der Schleifscheibenanschläge 17 so gewählt wird, daß der zwischen der erweiterten Schleiffläche 4b und den erweiterten Anschlagflächen 17b entstehende Druck etwas geringer ist als der zwischen dem größten in der Einrichtung schleifbaren Bohrer und der eigentlichen Schleiffläche 4a entstehende Druck. Wie an anderer Stelle näher erläutert wurde, kommt es dadurch während des Schleifens eines Bohrers zu einer Schärfung des von dem Bohrer berührten Bereiches der Schleiffläche 4a. Die dabei aufkommende, in den Fig. 6 bis 8 übertrieben dargestellte Verformung 29 der Schleiffläche 4a ist bei richtiger Wahl der Breite der erweiterten Schleiffläche 4b und des Flächenmaßes der erweiterten Anschlagflächen 17b kaum merkbar.
- Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, ist jedoch keineswegs auf dieses beschränkt. Beispielsweise ist das beschriebene Ausführungsbeispiel als Zusatzgerät für Handbohrmaschinen ausgelegt. Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel könnte aber auch als eine autonome Einheit mit eingebautem Motor ausgelegt sein.
- Eine zufriedenstellende Wirkung der spezifischen Merkmale der Erfindung, sowohl unter Berücksichtigung der Schleifwirkung der Scheibe auf die Bohrer als auch der Wirkung der Schleifscheibenanschläge auf die Schleiffläche, sollte bei einer Arbeitsgeschwindigkeit der Schleiffläche von etwa 3 bis 30 m/s erreicht werden, wobei die optimale Wirkung bei etwa 20 m/s liegt. Dies entspricht bei einem Außendurchmesser der Schleifscheibe von etwa 80 mm etwa 700 U/min bis 7000 U/min bzw. 5000 U/min.
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