EP2872276A1 - Method and components for producing a tool unit for a deep drilling machine - Google Patents

Method and components for producing a tool unit for a deep drilling machine

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Publication number
EP2872276A1
EP2872276A1 EP13734789.4A EP13734789A EP2872276A1 EP 2872276 A1 EP2872276 A1 EP 2872276A1 EP 13734789 A EP13734789 A EP 13734789A EP 2872276 A1 EP2872276 A1 EP 2872276A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adapter
adapter piece
drill pipe
tool
machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13734789.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Bernt
Gerhard Mack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG
Original Assignee
TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG filed Critical TBT Tiefbohrteckhik GmbH and Co KG
Publication of EP2872276A1 publication Critical patent/EP2872276A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B31/00Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02Chucks
    • B23B31/24Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means
    • B23B31/26Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle
    • B23B31/261Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle clamping the end of the toolholder shank
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B31/02Chucks
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    • B23B31/26Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle
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    • B23B31/263Chucks characterised by features relating primarily to remote control of the gripping means using mechanical transmission through the working-spindle clamping the end of the toolholder shank by means of balls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B51/04Drills for trepanning
    • B23B51/0486Drills for trepanning with lubricating or cooling equipment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B2231/00Details of chucks, toolholder shanks or tool shanks
    • B23B2231/04Adapters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B51/00Tools for drilling machines
    • B23B51/06Drills with lubricating or cooling equipment
    • B23B51/063Deep hole drills, e.g. ejector drills

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a tool unit for a deep drilling machine according to the preamble of claim 1.
  • a replaceable tool head is releasably secured to a drill pipe.
  • the invention further relates to a tool unit for a deep drilling machine according to the preamble of claim 6.
  • the tool unit has a drill pipe and a replaceable tool head detachably fastened or fastened to the drill pipe.
  • Deep hole drilling is a special drilling method used primarily to make holes from 1mm to 1,500mm diameter with a hole depth greater than three times the diameter, with very deep holes having a depth / diameter ratio larger 200 can be produced.
  • a tooling unit for deep drilling usually has a drill pipe that acts like an extension and a tool head attached to the front end of the drill pipe, on which one or more cutting edges are arranged.
  • a tool head, with which a drilling operation can be performed, is commonly referred to as a drill head.
  • a characteristic feature of deep drilling is a continuous supply of cooling lubricant under pressure and a constant removal of chips without swarf strokes. This means that even deep holes can be made by the deep drilling in one go, and the tool unit does not have to be removed in between for the purpose of removing from the bore.
  • BTA deep drilling which is also referred to as STS (Single Tube System) deep drilling
  • Ejector deep drilling also known as deep drilling with a two-pipe system
  • BTA or STS deep hole drilling the cooling lubricant is supplied from outside via a special coolant lubricant supply system, whereby the cooling lubricant is forced under pressure into an annular space between the outside
  • the coolant and chip return is carried out by a cavity channel provided in the interior of the deep hole drilling tool.
  • Ejector deep drilling is a variant of BTA deep drilling.
  • Ejector deep drilling uses a drill pipe with two concentrically arranged tubes, an outer tube and an inner tube.
  • the supply of the cooling lubricant takes place through a coolant supply device in an annular space between the outer tube and the inner tube.
  • the coolant flows along in the annular space of the drill pipe and emerges laterally outwards in the hole at the front of the tool head or drill head and flows around it from the outside. Subsequently, the cooling lubricant flows back together with the chips, in the inner tube, which forms the cavity channel.
  • Drilling heads or other tool heads are usually screwed to the drill pipe via a connection head formed on the tool head, which has a corresponding connection thread at the machine-distal end for this purpose. If the connection threads of the drill pipe and the tool head do not match, an adapter pipe provided with threaded sections on both sides can be attached to the drill pipe be screwed, which fits at its tube-side end to the connection thread of the drill pipe and at the other end has a connection thread to the tool head matching connection thread. The adapter tube then forms the free end of the drill pipe.
  • the connection threads can be designed as external threads or internal threads. The most common thread types are single-start and four-start threads.
  • the tool head When changing the tool head, the tool head is released by hand using a hook wrench and unscrewed from the drill pipe. The new tool head is inserted with its pipe-side connection section in or on the drill pipe and tightened by hand with the hook wrench.
  • Such a tool head change usually takes between 1 and 20 minutes, depending on the diameter of the tool head.
  • a flange connection between the drill pipe and the tool head may be provided.
  • a tool unit and a method for its production are to be provided, which enable an automated tool head change.
  • an automated tool head change is to be made using commercially available drill pipes or drill heads.
  • the invention provides a method for producing a tool unit for a deep hole drilling machine with the features of claim 1. Furthermore, a tool unit for a deep hole drilling machine having the feature of claim 6 is provided. In addition, an adapter unit having the features of claim 20 is provided.
  • a drill pipe which has a machine-end with means for receiving the drill pipe to a work spindle of the deep hole drilling machine and a machine-distal end with a first connection structure for mounting a tool head. Furthermore, a tool head is used, which has a second connection structure.
  • the first and the second connection structure can be designed, for example, as mating connection threads, which allow the tool head to be screwed directly to the machine-distal end of the drill pipe. However, it is not mandatory that the first and the second connection structure match each other directly.
  • the tool head is attached to the drill pipe with the interposition of a multi-part adapter unit in the method according to the invention.
  • a first adapter piece of the adapter unit is connected to the drill pipe
  • a second adapter piece of the adapter unit is connected to the tool head and the first and the second adapter piece are rotatably and centered connected by means of corresponding first and second interface structures of an adapter interface.
  • the first adapter piece preferably has at its machine-side end a first connection structure corresponding to the first connection structure of the drill pipe for connection to the drill pipe and first interface structures of the adapter interface at its machine-distal end.
  • the second adapter piece has, at its machine-distal end, a second connection structure corresponding to the second connection structure of the tool head for connection to the tool head and to its machine-side End of second interface structures of the adapter interface.
  • the terms “near the machine” and “remote from the machine” here refer to the orientation of these ends in the assembled state of the tool unit, wherein the drill pipe is the machine-related component of the tool unit.
  • the multi-part adapter unit for the tool head change particularly advantageous new interface in the form of the adapter interface between drill pipe and tool head is inserted.
  • the newly inserted interface can be optimized with regard to an automatic tool head change.
  • the deep hole drilling machine can be retrofitted much faster than before for the processing of different workpieces and / or for the implementation of different Tiefbohrprozes- se.
  • the preparation of the connection between the first adapter piece and the drill pipe can take place before or after the connection of the second adapter piece with the tool head, possibly also simultaneously with it. Often it will be advantageous if two or more similar or different tool heads are already prepared for the Bohrkopf Touch by corresponding second adapter pieces are connected to the tool heads.
  • the prepared in this way units with a tool head and an associated second adapter piece, which are referred to in this application as a tool head units can be kept in appropriate storage locations for later tool head change.
  • a suitable first adapter piece can be attached to the drill pipe so that the drill pipe is prepared for receiving different preassembled tool head units. Such a pre-assembled unit with drill pipe and first adapter piece is referred to in this application as a drill pipe unit.
  • the first connection structure formed on the drill pipe is configured as a connection thread (external thread or internal thread)
  • the second connection structure formed on the tool head is designed as a connection thread (internal thread or external thread) that corresponds to this connection thread.
  • the first adapter piece can be connected by screwing directly to the drill pipe and the second adapter piece can be connected by screwing directly to the tool head.
  • a flange connection can also be provided.
  • a flange element can be provided on the machine-distal end of the drill pipe and a mating flange element mating thereto can be provided on the first adapter piece, which are connected to one another by screws, for example.
  • a corresponding connection may be provided between the second adapter piece and the tool head.
  • Flange connections have the advantage that the elements to be joined together do not have to be rotated against each other during the manufacture and release of the connection.
  • the necessary adaptation or adaptation can be achieved with the aid of the multi-part adapter unit.
  • the use of a conventional adapter tube can then be dispensed with since the adapter unit then have a mechanical dual function (providing the adapter interface and adaptation of the tube-side and head-side connection structures).
  • a media transfer for controllable tool systems can be provided via the adapter interface.
  • the first and the second adapter pieces are inserted into one another via an axial relative movement for the purpose of establishing the connection between the adapter pieces.
  • axial in this application generally refers to a direction parallel to the central longitudinal axis of the tool unit, which corresponds to the axis of rotation of the tool unit during operation.
  • the adapter interface is designed in these cases as a plug connection. This makes it possible to dispense with the mounting of the tool head on the drill pipe on relative rotations between these components.
  • Axial connectors are particularly well suited for automation of tool head replacement.
  • the adapter pieces can be screwed directly into one another under relative rotation in order to produce a screw connection.
  • This may be desirable, for example, if there is an automated means for rotating the drill pipe about its axis and / or automated means for rotating the tool head about its axis.
  • the first and the second adapter piece can then have matching threads at the adapter interface as interface structures, which allow direct screwing of one of the adapter pieces into the other adapter piece.
  • one of the adapter pieces in particular the drill adapter to be attached to the drill pipe, ie the machine-side first adapter piece, has an interface structure with a ner conical receptacle having an inner cone and the other adapter piece, in particular the tool adapter associated with the second adapter piece, a corresponding interface structure having a corresponding to the inner cone outer cone.
  • a conical connection offers potential for high clamping forces.
  • At least one recess or depression is formed on the outer surface of the outer cone, which can serve as an engagement structure for one or more locking elements of a locking device.
  • the recess may be formed as a circumferential clamping groove, preferably with inclined side surfaces.
  • the interface structure with outer cone can also be designed in the manner of a hollow shaft cone (HSK).
  • engagement structures for one or more locking elements may be formed in the interior of the hollow shaft cone.
  • first adapter piece and the second adapter piece have corresponding driver structures which engage in the axial mating of the first and the second adapter piece for producing a positive direction in the circumferential direction positive connection.
  • corresponding toothings or projections or recesses may be provided on mutually facing end faces of the adapter pieces, if necessary, one or more dowel pins may also be used, which engage in corresponding bores when plugged together.
  • the first adapter piece and the second adapter piece are axially locked after the axial assembly by means of a locking device which can be actuated on the machine side.
  • a locking device which can be actuated on the machine side.
  • the adapter pieces coupled to one another are secured against loosening of the plug-in connection by means of a form fit acting in the axial direction.
  • a separation of the tool unit in the area of the adapter interface is then possible only after unlocking or after the opening of the locking device.
  • elements of the locking device are designed such that in the manufacture of the locking configuration, in which the adapter pieces are secured in the axial direction by positive engagement against loosening of the connection, additionally acting in the axial direction of the tool unit retraction force is generated.
  • the adapter unit can be additionally stabilized in the area of the adapter interface.
  • a locking device can be designed so that it can be controlled by means of an electric drive from the side of the deep hole drilling machine.
  • the locking device is actuated hydraulically.
  • possibly existing hydraulic units can be used anyway on the deep hole drilling machine for the cooling lubricant supply.
  • a locking can be provided by means of spring force.
  • the locking device has an axially displaceable actuating rod, which is coupled on the machine side to a piston which is arranged displaceably in a cylinder chamber. is net.
  • the cylinder chamber can be connected via a first control line to the pressure side of a hydraulic pump.
  • the actuating rod has an axially continuous passage, the machine side is connected to a second control line, which may be a constituent part of a hydraulic tool control system for actuating a controllable cutting edge of the tool head.
  • the actuator rod may also have two, three or more separate axial passageways to facilitate the control of more complex tool heads.
  • a drill pipe can have, in particular for this case, a first control line which can be connected to a first hydraulic pump and a second control line which can be used independently and can be connected to a second hydraulic pump.
  • the control lines can be fixed in the drill pipe by means of suitable holders.
  • a pressure-tight closing quick-plug coupling for a fluid control medium is provided in some embodiments.
  • a first coupling part on the drill pipe side and a second coupling part on the tool head side are preferably designed such that a possible skew offset and / or axial offset is automatically compensated for when coupling the tool head unit to the drill pipe unit.
  • a pressure-tight connection for fluid control medium such as hydraulic fluid can be created.
  • the coupling parts of the quick-release coupling in the coupled state are jointly axially movable. Then, the clutch can remain tightly closed during a Betrelirshubes an actuating rod.
  • the recirculation of cooling lubricant and chips is effected by a cavity channel formed in the interior of the tool unit, so that with corresponding drill heads at least one cavity channel extending from the machine-distal end to the machine-near end is provided.
  • at least one continuous cavity channel communicating therewith can also be provided on the first adapter piece, which leads into the interior of the drill pipe when the tool unit is assembled.
  • a piston chamber is formed in the first adapter piece, in which a piston element is accommodated, which is movable by application of hydraulic pressure against the force of a piston spring in the piston chamber , Wherein at least one hydraulic channel leads from the piston chamber in the direction of the first connecting pieces formed on the first adapter piece.
  • the piston chamber is in preferred embodiments an annular space and the associated piston element is an annular piston element, wherein the annular space and the piston element enclose an axially continuous channel in the interior of the first adapter piece.
  • control fluid eg oil
  • the Drill tube coaxial with a cylindrical inner tube used whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the drill pipe, so that an axially continuous annular gap remains between the drill pipe and the inner tube. This can be used to supply Steuerfluid in the direction of the adapter unit, while the cavity channel for chip return in the inner tube runs.
  • An automated tool head change is particularly fast and easy if the tool head unit (tool head and second adapter attached thereto) reliably detected by a gripper unit of a tool head changing system and can be connected in the correct position with the mounted on the drill pipe first adapter piece.
  • gripper structures are formed on the outside of the second adapter piece, which are adapted to corresponding counter-structures on the gripper unit such that a tool head unit gripped by a gripper unit has a predefined axial position relative to the gripper unit and preferably also a predefined rotational position relative to the gripper unit Gripper unit occupies.
  • the tool head unit for drill pipe unit can be positioned exactly and the interface structures of the adapter interface can interlock without unwanted collision.
  • the gripper structures can have one or more gripper grooves which are partially or completely circumferential in the circumferential direction.
  • the invention also relates to an adapter unit of the type described in this application.
  • the multi-part adapter unit preferably consists of exactly two detachably connectable units (the adapter pieces).
  • An adapter piece may be constructed in one piece (only one component) or in several pieces from a plurality of assembled elements.
  • the invention also relates to a deep hole drilling machine with an automatic tool head changing system.
  • the tool change head system preferably has one or more adapter units of the type described in this application.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through an embodiment of a tool unit for a deep drilling machine, wherein the tool unit has a tool head in the form of a BTA
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the tool unit of FIG. 1 in the region of the adapter interface between the adapter pieces of the adapter unit;
  • FIG 3 shows a schematic longitudinal section through another embodiment of a tool unit for a deep drilling machine, the tool unit having a drill head with a controllable cutting edge for boring a predrilled bore;
  • FIG. 4 shows an enlarged detailed representation of a section of the tool unit from FIG. 3 in the region of the adapter interface.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal section through an embodiment of a tool unit 100 for a deep hole drilling machine in a Bohrkopf cooking tooleic acid (assembly), namely a drill oil feeder 192 and a drill bushing 194 supported thereon, and a rotary union 196 are shown in dashed lines.
  • a drill oil feeder 192 and a drill bushing 194 supported thereon namely a drill oil feeder 192 and a drill bushing 194 supported thereon, and a rotary union 196 are shown in dashed lines.
  • the tool unit has a metallic drill pipe 110 with a cylindrical cross-section, at the machine-near end of which devices for receiving the drill pipe are attached to a work spindle of the deep hole drilling machine. Using the work spindle, the tool unit can be rotated about the tool axis 102 during operation.
  • a first connection structure 1 12 is formed in the form of a connection thread, which is designed as a four-thread internal thread for connecting a commercial drill head or other tool head with a corresponding four-course external thread.
  • Other pipe coupling threads are possible, as well as other pipe sections.
  • the machine-distal end of the tool unit is formed by a replaceable tool head 130, which in the exemplary case is a commercially available BTA solid drill head, which makes it possible to insert deep holes into a workpiece in the deep drilling method without prior predrilling.
  • the tool head is also referred to below as a drill head 130 in the following.
  • the drill head has one or more cutting edges 132 in the area of its machine-distal end face and a plurality of axially extending guide rails 134 on its circumference.
  • a second connecting structure 136 in the form of a four-turn external thread is formed at the machine-end end of the drill head, with the aid of which the drill head 130 directly projects into the internal thread 1 12 at the front end of the drill pipe could be screwed.
  • drill head 130 In the region of the off-machine face of the drill head are one or more chip collection ports, from which an axial cavity channel 138 leads through the externally threaded section to the machine-proximate end.
  • Commercially available drill heads can be used, for example as described in DE 10 2010 018 959 A1.
  • the drill head 130 is not directly (directly) connected to the drill pipe 1 10, but indirectly with the interposition of a multi-part adapter unit 150 coaxial with this attached to the drill pipe.
  • the adapter unit has a first adapter piece 160 on the side of the drill pipe and a second adapter piece 170 on the side of the drill head.
  • the adapter pieces can be fastened together or detached from one another by means of corresponding interface structures of an adapter interface 200.
  • the multi-piece first adapter 160 is constructed so that it can be connected directly to the off-machine end of the drill pipe and has an axially continuous cavity channel for chip return to the drill pipe.
  • a first connection structure 162 in the form of an external thread is formed on a first sleeve-shaped base element 161 of the first adapter piece 160, which fits to the connection thread 12 of the drill pipe, so that the first adapter piece 160 can be screwed into the front end of the drill pipe 110.
  • the machine-distal end of the first adapter piece 160 is formed by a second base member 163, which is also sleeve-shaped and can be bolted directly to the first base member 161 via interlocking threads.
  • the conical seat 210 with inner cone is part of the first interface structure of the adapter interface 200.
  • the first adapter piece 160 has a third base element 164 in the form of an inner sleeve which is screwed directly to the first base element 161 from the machine-distant side.
  • the inner sleeve is designed such that in the assembled state between the outer second base member 163 and the inner sleeve 164, an annular space 165 forms, which encloses the inner sleeve and the axial cavity channel leading through this and closed to the machine end of the end face of the first base member 161 becomes.
  • an axially displaceable sliding sleeve 166 is inserted, which is supported via a compression spring 167 on an annular collar of the inner sleeve and is movable against the force of this spring. From the piston chamber 165, a plurality of hydraulic passages 168 pass through the first base member 161 to the annular gap 15.
  • An off-machine portion of the piston member 166 contacts a group of internal clamping balls 169 which are internal depending on the axial position of the piston member Locking position or are arranged in an outwardly released release position.
  • the piston member 166 and the clamping balls 169 are functional components of a hydraulically actuated locking device, which can be machine-operated through the drill pipe.
  • the drill bit assigned to the second adapter piece 170 is a relatively easy to produce, substantially sleeve-shaped metallic component.
  • a second connecting structure in the form of an internal thread 172 is provided, by means of which the second adapter piece can be screwed onto the external thread 136 of the drill head.
  • a second interface structure of the adapter interface is formed, which has the shape of a terminal cone 220 with an outer cone 222 corresponding to the inner cone at the machine distal end of the second adapter piece and having the same cone angle.
  • a trapezoidal outwardly widened outer groove 224 (clamping groove) is incorporated on the outer cone, which is a functional part of a locking device.
  • the cone angles of the inner cone and the outer cone are selected at about 5 ° such that a centered conical connection without self-locking arises, which can be solved without a separate ejector.
  • driver structures 226 are provided in the form of serrations on mutually facing end surfaces, which engage in the axial mating of the first and the second adapter piece for producing a circumferentially effective form-fitting connection. This ensures safe torque transmission in the area of the adapter interface.
  • a trapezoidal in cross section On the cylindrical part of the outer periphery of the second adapter piece 170 is a trapezoidal in cross section, inwardly tapered gripper groove 174 is incorporated, in which a corresponding gripper bar a gripper unit 250 of an automatic drill head changing system can intervene for the Bohrkopfcic.
  • the gripper unit which can also be referred to as a gripper for a short time, can be constructed, for example, as gripping tongs.
  • the mutually corresponding first and second interface structures on the first adapter piece or on the second adapter piece belong to an adapter interface 200, which is designed as a plug connection and which allows the drill head unit (with the second adapter piece) with the drill pipe unit (with the first adapter piece) automatically centered exactly with high clamping force and at the same time ensure a secure torque transmission between drill pipe and drill head.
  • a drill head change can be carried out, for example, as follows. In an initial situation, the tool unit 100 is completely assembled in the manner shown in FIGS. 1 and 2 by the drill head unit (drill head with screwed-on second adapter piece) with the drill pipe unit (drill pipe with screwed-in first adapter piece) via the adapter interface 200th centered and coupled rotatably.
  • the pincer-like gripper unit 250 engages the second adapter piece 170 and builds up the clamping pressure.
  • the gripper grooves 174 incorporated in the adapter piece prevent a displacement of the drill head in the axial direction and a rotation about the axial direction, so that the drill head is gripped axially and in the correct direction in the circumferential direction.
  • the hydraulic pressure in the annular gap 1 15 between inner tube and drill pipe is removed.
  • the sliding sleeve moves under the action of the spring force of the compression spring 167 in the direction of the drill pipe and releases the space for radial deflection of the clamping balls 169 to the outside.
  • the drill head unit is unlocked and the gripper, the adapter piece with the drill head with an axially guided working movement forward (in the drawing to the left) decrease.
  • the drill head unit is separated from the drill pipe unit in the area of the interface, ie in the area of the adapter interface 200.
  • the gripper can then place the drill head unit in a free storage space.
  • the gripper engages a corresponding drill head unit and brings them into an axial position in a defined Distance in front of the drill pipe unit. Then the gripper moves parallel to the axis direction to the position "tool change" in the direction of the drill pipe.
  • the adapter piece with drill head is secured in the gripper 250 by means of corresponding gripper grooves against rotation. Thus, a retraction in the integrated torque driving is easily possible.
  • the annular gap 1 15 between the inner pipe and the drill pipe is pressurized with hydraulic pressure.
  • the sliding sleeve 166 moves in the direction of the drill head and presses the clamping balls 169 into the clamping groove 224 worked on the drill head-side tool taper.
  • the special trapezoidal shape of the clamping groove with inlet slopes produces an axial pull-in force, which the second adapter piece together with the one carried by it Drill head into the tool taper (inner cone). Due to the positive locking by means of the clamping balls 169 in conjunction with a control valve mounted check valve a secure hold of the tool is guaranteed even with a pressure drop of the hydraulic.
  • the plane system in conjunction with the conical coupling surfaces in the area of the adapter interface results in a very rigid connection.
  • the torque driving takes place in a form-fitting manner via the intermeshing driver structures 226.
  • FIGS. 3 and 4 An alternative embodiment of a tool unit 300 will be explained with reference to FIGS. 3 and 4, which in the example can be used for boring an existing hole and for this purpose has a drill head 330 with a controllable cutting edge 332. Similar to FIG. 1, the tool unit is shown in a drill head change position, a drill oil feeder 392 and a drill bush 394 supported by it are shown with dashed lines.
  • the Bohrölzuschreib takes place similar to the embodiment of FIG. 1 from the outside through an annular gap.
  • the chip removal from the area of the drill head takes place through the already pre-drilled hole, ie parallel to the feed direction. In the case of such tool units, no cavity channel for chip return to the machine must therefore be provided in the interior of the tool unit, so that other constructive possibilities for the internal structure result.
  • the tool unit 300 has a metallic drill pipe 310 with a cylindrical cross-section, at the machine-near end of which devices for receiving the drill pipe are attached to a work spindle of the deep drilling machine. In operation, the tool unit is rotated about the tool axis 302 by means of the work spindle.
  • a first connection structure in the form of a four-pass internal thread 312 is provided for connecting a standard drill head with the corresponding four-turn external thread.
  • the replaceable drill head 330 At the machine-distal end of the tool unit is the replaceable drill head 330, which bears a radially controllable cutting edge 332 opposite a guide rail 334, which can be delivered hydraulically. As a result, the diameter of an already pre-drilled bore can be extended by drilling.
  • a second connection structure 336 is formed in the form of a four-course internal thread. The drill head 330 could be fastened to the drill pipe with the interposition of a one-piece adapter with external thread on the drill head side and drill pipe-side internal thread.
  • the drill head 330 is indirectly attached thereto with the interposition of a multi-part adapter unit 350 coaxial with the drill pipe.
  • the adapter unit 350 has a first adapter piece 360 on the side of the drill pipe and a second adapter piece 370 on the side of the drill head.
  • the adapter pieces can be coupled or detached from one another with the aid of corresponding interface structures of an adapter interface 400.
  • the first adapter piece 360 to be mounted on the side of the drill pipe has at the machine-near end of its base element 361 a first connection structure 362 in the form of an external thread, which can be screwed directly into the internal thread 312 at the machine-distal end of the drill pipe.
  • a plurality of support strips 314 are mounted, which center the first adapter piece or the drill pipe unit for the drill head change in Bohrölzufuhpparat.
  • a cone receptacle 310 is formed with an inner cone whose cone angle is dimensioned such that slight self-locking occurs when it is drawn in by the automatic tensioning unit on the corresponding counter-cone.
  • the cone receptacle 310 is part of the first interface structure of the adapter interface 400, which is designed as a hollow shaft taper interface (HSK interface).
  • HSK steep taper
  • the second adapter piece 370 assigned to the drill head 330 has a main body 371, at the machine-distal end of which a second connection structure in the form of an external thread 372 is provided, with the aid of which the second adapter piece can be screwed into the internal thread of the drill head 330.
  • a second interface structure of the adapter interface 400 is formed, which has the shape of a hollow shaft cone 320 with an outer cone 322 which corresponds to the inner cone at the machine-distal end of the second adapter piece and has the same cone angle.
  • the adapter interface 400 has to fulfill several requirements in embodiments for controllable tool systems, since in addition to a centered and rotationally fixed mechanical coupling of the adapter pieces also a reliable media transfer for the used for controlling the drill head control medium (eg hydraulic oil) must be ensured.
  • the facilities provided for this purpose are explained in more detail below.
  • the adapter unit 350 utilizes the advantages of a hollow shaft taper interface for the mechanical connection of the two adapter pieces 360, 370 and is constructed so that the first adapter piece and the second adapter piece are assembled after the adapter pieces have been assembled axially (by inserting the hollow shaft cone 320 into the taper receptacle 310).
  • the locking device includes a group of locking elements 382 pivotally mounted in the base body 361 in the region of the cone receptacle 310, the radial pivoting movement of which is controlled by the axial movement of an actuating rod 384 guided axially movably in the interior of the first adapter piece 360.
  • a control 385 is mounted with an outer contour, which is designed so that the front ends of the locking elements are pivoted during retraction of the actuating rod in the direction of deep hole drilling machine in the locking position shown in Fig. 4 to the outside, on inner inclined surfaces engage the hollow shaft cone while pulling the mounted on the second adapter piece 370 hollow shaft taper 320 axially under tension into the cone seat 310 with a suitable retraction force.
  • the axial working movements of the actuating rod are hydraulically controlled.
  • the machine-near end of the actuating rod in the manner of a piston 386 is configured, which is radially sealed in the interior of a cylinder chamber 388 is arranged, which is connected on the machine side via a first control line 389 to the pressure side of a hydraulic pump.
  • the actuating rod 384 is guided inside the main body 361 and is biased by means of the operating rod enclosing spring assembly 391 to the machine end, so that the hydraulic pressure for the Entriegelungshub is applied against the force of the spring assembly and in the absence of pressure in the first control line 389 the Drill head unit is locked to the drill pipe unit.
  • a hydraulic tool control system For controlling the cutting edge 332 and / or another controllable functional unit of the controllable drill head 330, a hydraulic tool control system is provided. These include on the side of the drill pipe, a second control line 392, which leads from the associated ma- machine side hydraulic unit to a mounted inside the drill pipe connection element 393, which has on its off-machine side a communicating with the second control line, central blind hole in which a machine side End portion of the actuating rod 391 can dip.
  • the actuating rod is essentially tubular, wherein an axially continuous passageway is formed in the interior of the actuating rod, which leads through the region of the locking elements 382 through to the machine-distal end face of the actuating rod. The machine-distal end thus protrudes into the interior of the second adapter piece when the tool unit is assembled.
  • a pressure-tight closing quick-plug coupling 395 is provided for the fluid control medium.
  • the detachable separation point between the elements belonging to the drill pipe unit and the elements belonging to the drill head unit is shown in FIG. 4 with a dashed line.
  • the drill pipe-side coupling part and the drilling-head-side coupling part are designed so that any skew offset and axial offset are automatically compensated when the drill head unit is coupled to the drill pipe unit.
  • the drill head coupling part is attached to a bolt 373 which can be moved axially within the body 371 of the second adapter piece against the force of a helical compression spring 374.
  • the bolt 373 has an axial through hole whose drill head end has a cylindrical extension in the when the drill head unit is assembled, a tube 375, which is sealed to the drill head, is inserted.
  • the sealed fluid connection between the second adapter piece 370 and the drill head 330 mediated via the tube 375 is automatically produced when these parts are screwed together.
  • the control medium operates in the interior of the drill head a piston which actuates a feed element with inclined surfaces, which cooperates with inclined surfaces on a carrier of the controllable cutting edge in the manner of a wedge drive to deliver the blade radially depending on the hydraulic pressure.
  • the drill head change is carried out automatically analogously to the manner already described by means of an automatic drill head changer, which has a gripper 450, which can engage in the clamping groove 324 on the circumference of the second adapter piece 370.
  • the tool head is in each case designed as a drill head (full drill head or Aufbohrkopf), so that the tool head unit as a drill head unit and the tool head change can also be referred to as Bohrkopf loudness.
  • the tool head used is a drill head that can be used exclusively for drilling.
  • Tool heads can also be designed for one or more other machining processes.
  • a tool head may e.g. a combination tool head, on which two or more different, possibly separately controllable tool elements (for example peeling blade, roller burnishing element, drill bit, etc.) can be attached. It can be e.g. to handle a 2-fold combination tooling head for peeling and curling, or a 3-fold combination tool head, e.g. for boring, peeling and rolling.

Abstract

The invention relates to a method for producing a tool unit (100) for a deep drilling machine having an exchangeable tool head (130), such as a drill head, which is detachably fastened to a drill pipe (110). The drill pipe has an end proximal to the machine, having devices for accommodating the drill pipe on a working spindle of the deep drilling machine, and an end distal from the machine, having a first connecting structure (112) for attaching a tool head. The tool head has a second connecting structure (136). The tool head (130) is fastened to the drill pipe (110) by means of an multi-piece adapter unit (150) arranged therebetween, wherein a first adapter piece (160) of the adapter unit is connected to the drill pipe (110), a second adapter piece (170) of the adapter unit is connected to the tool head (130), and the first and second adapter pieces are connected to each other in a rotationally fixed and centered manner by means of corresponding first and second interface structures of an adapter interface (200). The adapter interface is preferably designed as an axial plug-in connection.

Description

Beschreibung  description
Verfahren und Komponenten zum Herstellen einer Werkzeugeinheit für eine Tiefbohrmaschine  Method and components for producing a tool unit for a deep hole drilling machine
HINTERGRUND BACKGROUND
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Werkzeugeinheit für eine Tiefbohrmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 . Bei dem Verfahren wird ein auswechselbarer Werkzeugkopf an einem Bohrrohr lösbar befestigt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Werkzeugeinheit für eine Tiefbohrmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6. Die Werkzeugeinheit weist ein Bohrrohr und einen lösbar an dem Bohrrohr befestigten oder befestigbaren auswechselbaren Werk- zeugkopf auf. The invention relates to a method for producing a tool unit for a deep drilling machine according to the preamble of claim 1. In the method, a replaceable tool head is releasably secured to a drill pipe. The invention further relates to a tool unit for a deep drilling machine according to the preamble of claim 6. The tool unit has a drill pipe and a replaceable tool head detachably fastened or fastened to the drill pipe.
Tiefbohren ist ein spezielles Bohrverfahren, das vor allem zur Herstellung von Bohrungen mit einem Durchmesser von 1 mm bis 1.500 mm bei einer Bohrungstiefe von mehr als dem Dreifachen des Durchmes- sers eingesetzt wird, wobei auch sehr tiefe Bohrungen mit einem Tiefe/Durchmesser-Verhältnis größer 200 hergestellt werden können. Deep hole drilling is a special drilling method used primarily to make holes from 1mm to 1,500mm diameter with a hole depth greater than three times the diameter, with very deep holes having a depth / diameter ratio larger 200 can be produced.
Eine Werkzeugeinheit zum Tiefbohren hat üblicherweise ein Bohrrohr, das wie eine Verlängerung wirkt, und einen am vorderen Ende des Bohrrohrs angebrachten Werkzeugkopf, an dem eine oder mehrere Schneiden angeordnet sind. Ein Werkzeugkopf, mit dem eine Bohroperation ausgeführt werden kann, wird üblicherweise auch als Bohrkopf bezeichnet. Für das Tiefbohren charakteristisch ist eine kontinuierliche Kühlschmierstoffzufuhr unter Druck und eine stetige Spanabfuhr ohne Ausspanhübe. Dies bedeutet, dass auch tiefe Bohrungen durch das Tiefbohrverfahren in einem Durchgang gefertigt werden können, und die Werkzeugeinheit nicht zwischendurch zum Entspanen aus der Bohrung entfernt werden muss. Man unterscheidet im Wesentlichen drei Tiefbohrverfahren, nämlich das Einiippen-Tiefbohren, das BTA-Tiefbohren, welches auch als STS („Single Tube System") -Tiefbohren bezeichnet wird, und das Ejek- tor-Tiefbohren, das auch als Tiefbohren mit Zweirohr-System bekannt ist. Diese Verfahren unterscheiden sich hinsichtlich der Konstruktion der verwendeten Werkzeugeinheiten, im Kühlschmierstofffluss sowie im Spänefluss. Beim BTA- bzw. STS-Tiefbohren erfolgt die Kühlschmierstoffzufuhr von außen über eine spezielle Kühlschmierstoffzuführeinrichtung. Dabei wird der Kühlschmierstoff unter Druck in einen Ringraum zwischen der Außenseite des Bohrwerkzeugs und der Innenwand der Bohrung gefördert. Die Kühlschmierstoff- und Spänerückführung erfolgt durch einen im In- neren des Tiefbohrwerkzeugs vorgesehen Hohlraumkanal. A tooling unit for deep drilling usually has a drill pipe that acts like an extension and a tool head attached to the front end of the drill pipe, on which one or more cutting edges are arranged. A tool head, with which a drilling operation can be performed, is commonly referred to as a drill head. A characteristic feature of deep drilling is a continuous supply of cooling lubricant under pressure and a constant removal of chips without swarf strokes. This means that even deep holes can be made by the deep drilling in one go, and the tool unit does not have to be removed in between for the purpose of removing from the bore. Essentially, there are three types of deep drilling, namely single-deep drilling, BTA deep drilling, which is also referred to as STS (Single Tube System) deep drilling, and Ejector deep drilling, also known as deep drilling with a two-pipe system These methods differ with regard to the design of the tool units used, in the cooling lubricant flow as well as in chip flow In BTA or STS deep hole drilling, the cooling lubricant is supplied from outside via a special coolant lubricant supply system, whereby the cooling lubricant is forced under pressure into an annular space between the outside The coolant and chip return is carried out by a cavity channel provided in the interior of the deep hole drilling tool.
Das Ejektor-Tiefbohren ist eine Variante des BTA-Tiefbohrens. Beim E- jektor-Tiefbohren wird ein Bohrrohr mit zwei konzentrisch angeordneten Rohren, einem Außenrohr und einem Innenrohr, verwendet. Die Zufuhr des Kühlschmierstoffes erfolgt durch eine Kühlschmierstoffzuführeinrich- tung in einen Ringraum zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr. Der Kühlschmierstoff fließt im Ringraum des Bohrrohrs entlang und tritt erst in der Bohrung vorne am Werkzeugkopf bzw. Bohrkopf seitlich nach außen aus und umspült diesen von außen. Anschließend fließt der Kühlschmierstoff gemeinsam mit den Spänen zurück, und zwar im Innenrohr, das den Hohlraumkanal bildet. Ejector deep drilling is a variant of BTA deep drilling. Ejector deep drilling uses a drill pipe with two concentrically arranged tubes, an outer tube and an inner tube. The supply of the cooling lubricant takes place through a coolant supply device in an annular space between the outer tube and the inner tube. The coolant flows along in the annular space of the drill pipe and emerges laterally outwards in the hole at the front of the tool head or drill head and flows around it from the outside. Subsequently, the cooling lubricant flows back together with the chips, in the inner tube, which forms the cavity channel.
Bohrköpfe oder andere Werkzeugköpfe werden üblicherweise über ein am Werkzeug köpf körper ausgebildetes Anschlussgewinde an das Bohr- rohr geschraubt, welches hierzu am maschinenfernen Ende ein korrespondierendes Anschlussgewinde hat. Falls die Anschlussgewinde von Bohrrohr und Werkzeugkopf nicht zueinander passen, kann an das Bohrrohr ein beidseitig mit Gewindeabschnitten versehenes Adapterrohr angeschraubt werden, das an seinem rohrseitigen Ende zum Anschlussgewinde des Bohrrohrs passt und am anderen Ende ein zum Anschlussgewinde des Werkzeug kopfs passendes Anschlussgewinde hat. Das Adapterrohr bildet dann das freie Ende des Bohrrohrs. Die An- schlussgewinde können als Außengewinde oder Innengewinde ausgeführt sein. Die gebräuchlichsten Gewindeformen sind eingängige und viergängige Gewinde. Drilling heads or other tool heads are usually screwed to the drill pipe via a connection head formed on the tool head, which has a corresponding connection thread at the machine-distal end for this purpose. If the connection threads of the drill pipe and the tool head do not match, an adapter pipe provided with threaded sections on both sides can be attached to the drill pipe be screwed, which fits at its tube-side end to the connection thread of the drill pipe and at the other end has a connection thread to the tool head matching connection thread. The adapter tube then forms the free end of the drill pipe. The connection threads can be designed as external threads or internal threads. The most common thread types are single-start and four-start threads.
Beim Werkzeugkopfwechsel wird der Werkzeugkopf mittels eines Ha- kenschlüssels von Hand gelöst und von dem Bohrrohr abgeschraubt. Der neue Werkzeugkopf wird mit seinem rohrseitigen Anschlussabschnitt in oder auf das Bohrrohr gesteckt und mit dem Hakenschlüssel von Hand festgezogen. Ein derartiger Werkzeugkopfwechsel dauert normalerweise je nach Durchmesser des Werkzeugkopfs zwischen 1 und 20 Minuten. Bei Bohreinheiten für größere Bohrungsdurchmesser kann eine Flanschverbindung zwischen dem Bohrrohr und dem Werkzeugkopf vorgesehen sein. When changing the tool head, the tool head is released by hand using a hook wrench and unscrewed from the drill pipe. The new tool head is inserted with its pipe-side connection section in or on the drill pipe and tightened by hand with the hook wrench. Such a tool head change usually takes between 1 and 20 minutes, depending on the diameter of the tool head. In drilling units for larger bore diameter, a flange connection between the drill pipe and the tool head may be provided.
AUFGABE UND LÖSUNG TASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den Werkzeugkopfwechsel an Werkzeugeinheiten für Tiefbohrmaschinen zu vereinfachen. Insbesondere sollen eine Werkzeugeinheit sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitgestellt werden, die einen automatisierten Werkzeugkopfwechsel ermöglichen. Vorzugsweise soll ein automatisierter Werkzeug kopfwech- sel unter Verwendung von handelsüblichen Bohrrohren bzw. Bohrköpfen ermöglicht werden. It is an object of the invention to simplify tool head replacement on tool units for deep hole drilling machines. In particular, a tool unit and a method for its production are to be provided, which enable an automated tool head change. Preferably, an automated tool head change is to be made using commercially available drill pipes or drill heads.
Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung ein Verfahren zum Her- stellen einer Werkzeugeinheit für eine Tiefbohrmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Weiterhin wird eine Werkzeugeinheit für eine Tiefbohrmaschine mit dem Merkmal bei Anspruch 6 bereitgestellt. Darüber hinaus wird eine Adaptereinheit mit den Merkmalen von Anspruch 20 bereitgestellt. To achieve these objects, the invention provides a method for producing a tool unit for a deep hole drilling machine with the features of claim 1. Furthermore, a tool unit for a deep hole drilling machine having the feature of claim 6 is provided. In addition, an adapter unit having the features of claim 20 is provided.
Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Werkzeugeinheit für eine Tief- bohrmaschine wird ein Bohrrohr verwendet, das ein maschinennahes Ende mit Einrichtung zur Aufnahme des Bohrrohrs an einer Arbeitsspindel der Tiefbohrmaschine und ein maschinenfernes Ende mit einer ersten Verbindungsstruktur zum Anbringen eines Werkzeugkopfs aufweist. Weiterhin wird ein Werkzeugkopf verwendet, der eine zweite Verbin- dungsstruktur aufweist. Die erste und die zweite Verbindungsstruktur können beispielsweise als zueinander passende Anschlussgewinde gestaltet sein, die es erlauben, den Werkzeugkopf direkt am maschinenfernen Ende des Bohrrohrs anzuschrauben. Es ist jedoch nicht zwingend, dass die erste und die zweite Verbindungsstruktur unmittelbar zu- einander passen. In the method of manufacturing a tooling unit for a deep drilling machine, a drill pipe is used which has a machine-end with means for receiving the drill pipe to a work spindle of the deep hole drilling machine and a machine-distal end with a first connection structure for mounting a tool head. Furthermore, a tool head is used, which has a second connection structure. The first and the second connection structure can be designed, for example, as mating connection threads, which allow the tool head to be screwed directly to the machine-distal end of the drill pipe. However, it is not mandatory that the first and the second connection structure match each other directly.
Im Gegensatz zur herkömmlichen Vorgehensweise wird bei dem Verfahren gemäß der Erfindung der Werkzeugkopf unter Zwischenschaltung einer mehrteiligen Adaptereinheit an dem Bohrrohr befestigt. Dabei wird ein erstes Adapterstück der Adaptereinheit mit dem Bohrrohr verbunden, ein zweites Adapterstück der Adaptereinheit wird mit dem Werkzeugkopf verbunden und das erste und das zweite Adapterstück werden mittels korrespondierender erster und zweiter Schnittstellenstrukturen einer Adapter-Schnittstelle drehfest und zentriert miteinander verbunden. In contrast to the conventional procedure, the tool head is attached to the drill pipe with the interposition of a multi-part adapter unit in the method according to the invention. In this case, a first adapter piece of the adapter unit is connected to the drill pipe, a second adapter piece of the adapter unit is connected to the tool head and the first and the second adapter piece are rotatably and centered connected by means of corresponding first and second interface structures of an adapter interface.
Vorzugsweise hat das erste Adapterstück hierzu an seinem maschinen- seitigen Ende eine mit der ersten Verbindungsstruktur des Bohrrohrs korrespondierende erste Verbindungsstruktur zur Verbindung mit dem Bohrrohr und an seinem maschinenfernen Ende erste Schnittstellen- strukturen der Adapter-Schnittstelle. Das zweite Adapterstück hat an seinem maschinenfernen Ende eine mit der zweiten Verbindungsstruktur des Werkzeugkopfs korrespondierende zweite Verbindungsstruktur zur Verbindung mit dem Werkzeugkopf und an seinem maschinennahen Ende zweite Schnittstellenstrukturen der Adapter-Schnittstelle. Die Begriffe "maschinennah" bzw. "maschinenfern" beziehen sich hierbei auf die Orientierung dieser Enden in zusammengebautem Zustand der Werkzeugeinheit, wobei das Bohrrohr die maschinennahe Komponente der Werkzeugeinheit ist. For this purpose, the first adapter piece preferably has at its machine-side end a first connection structure corresponding to the first connection structure of the drill pipe for connection to the drill pipe and first interface structures of the adapter interface at its machine-distal end. The second adapter piece has, at its machine-distal end, a second connection structure corresponding to the second connection structure of the tool head for connection to the tool head and to its machine-side End of second interface structures of the adapter interface. The terms "near the machine" and "remote from the machine" here refer to the orientation of these ends in the assembled state of the tool unit, wherein the drill pipe is the machine-related component of the tool unit.
Durch die Zwischenschaltung der mehrteiligen Adaptereinheit wird eine für den Werkzeugkopfwechsel besonders vorteilhafte neue Schnittstelle in Form der Adapter-Schnittstelle zwischen Bohrrohr und Werkzeugkopf eingefügt. Dadurch ist man für den Werkzeug kopfwechsel nicht mehr an die für den herkömmlichen Werkzeugkopfwechsel nötigen Arbeitsbewegungen gebunden. Vielmehr kann die neu eingefügte Schnittstelle im Hinblick auf einen automatischen Werkzeugkopfwechsel optimiert sein. Dadurch ist es einfacher und schneller als bisher möglich, mit der gleichen Tiefbohrmaschine in ein Werkstück Bohrungen mit verschiedenen Durchmessern einzubringen. Weiterhin kann die Tiefbohrmaschine wesentlich schneller als bisher für die Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke und/oder für die Durchführung unterschiedlicher Tiefbohrprozes- se umgerüstet werden. Through the interposition of the multi-part adapter unit for the tool head change particularly advantageous new interface in the form of the adapter interface between drill pipe and tool head is inserted. As a result, you are no longer bound to the tool head changes necessary for the conventional tool head change working movements. Rather, the newly inserted interface can be optimized with regard to an automatic tool head change. This makes it easier and faster than previously possible to use the same deep hole drilling machine in a workpiece holes with different diameters introduce. Furthermore, the deep hole drilling machine can be retrofitted much faster than before for the processing of different workpieces and / or for the implementation of different Tiefbohrprozes- se.
Die Herstellung der Verbindung zwischen dem ersten Adapterstück und dem Bohrrohr kann zeitlich vor oder nach der Verbindung des zweiten Adapterstücks mit dem Werkzeugkopf erfolgen, gegebenenfalls auch gleichzeitig damit. Häufig wird es vorteilhaft sein, wenn zwei oder mehr gleichartige oder unterschiedliche Werkzeugköpfe bereits für den Bohrkopfwechsel vorbereitet werden, indem entsprechende zweite Adapterstücke mit den Werkzeugköpfen verbunden werden. Die auf diese Weise vorbereiteten Einheiten mit einem Werkzeugkopf und einem damit verbundenen zweiten Adapterstück, die in dieser Anmeldung auch als Werkzeugkopf-Einheiten bezeichnet werden, können in entsprechenden Ablageplätzen für den späteren Werkzeugkopfwechsel vorgehalten werden. An dem Bohrrohr kann ein passendes erstes Adapterstück angebracht werden, so dass das Bohrrohr für die Aufnahme von unterschiedlichen vormontierten Werkzeugkopf-Einheiten vorbereitet ist. Eine derart vor- montierte Einheit mit Bohrrohr und erstem Adapterstück wird in dieser Anmeldung auch als Bohrrohr-Einheit bezeichnet. The preparation of the connection between the first adapter piece and the drill pipe can take place before or after the connection of the second adapter piece with the tool head, possibly also simultaneously with it. Often it will be advantageous if two or more similar or different tool heads are already prepared for the Bohrkopfwechsel by corresponding second adapter pieces are connected to the tool heads. The prepared in this way units with a tool head and an associated second adapter piece, which are referred to in this application as a tool head units can be kept in appropriate storage locations for later tool head change. A suitable first adapter piece can be attached to the drill pipe so that the drill pipe is prepared for receiving different preassembled tool head units. Such a pre-assembled unit with drill pipe and first adapter piece is referred to in this application as a drill pipe unit.
Bei manchen Ausführungsformen ist die am Bohrrohr ausgebildete erste Verbindungsstruktur als Anschlussgewinde (Außengewinde oder Innen- gewinde) gestaltet und die am Werkzeugkopf ausgebildete zweite Verbindungsstruktur ist als ein zu diesem Anschlussgewinde korrespondierendes Anschlussgewinde (Innengewinde oder Außengewinde) gestaltet. In diesem Fall kann das erste Adapterstück durch Anschrauben unmittelbar mit dem Bohrrohr verbunden werden und das zweite Adapter- stück kann durch Anschrauben unmittelbar mit dem Werkzeugkopf verbunden werden. In some embodiments, the first connection structure formed on the drill pipe is configured as a connection thread (external thread or internal thread), and the second connection structure formed on the tool head is designed as a connection thread (internal thread or external thread) that corresponds to this connection thread. In this case, the first adapter piece can be connected by screwing directly to the drill pipe and the second adapter piece can be connected by screwing directly to the tool head.
Anstelle einer Verbindung mit ineinandergreifenden Anschlussgewinden kann auch eine Flanschverbindung vorgesehen sein. In diesem Fall kann am maschinenfernen Ende des Bohrrohrs ein Flanschelement und am ersten Adapterstück ein dazu passendes Gegen-Flanschelement vorgesehen sein, die beispielsweise durch Schrauben miteinander verbunden werden. Eine entsprechende Verbindung kann zwischen dem zweiten Adapterstück und dem Werkzeugkopf vorgesehen sein. Flanschverbindungen haben den Vorteil, dass die miteinander zu verbindenden Elemente beim Herstellen und Lösen der Verbindung nicht gegeneinander verdreht werden müssen. Instead of a connection with intermeshing connection threads, a flange connection can also be provided. In this case, a flange element can be provided on the machine-distal end of the drill pipe and a mating flange element mating thereto can be provided on the first adapter piece, which are connected to one another by screws, for example. A corresponding connection may be provided between the second adapter piece and the tool head. Flange connections have the advantage that the elements to be joined together do not have to be rotated against each other during the manufacture and release of the connection.
Sofern die am Werkzeugkopf ausgebildete zweite Verbindungsstruktur nicht ummittelbar zur ersten Verbindungsstruktur am Bohrrohr passt, kann die notwendige Adaption bzw. Anpassung mit Hilfe der mehrteiligen Adaptereinheit erreicht werden. Auf die Verwendung eines herkömmlichen Adapterrohrs kann dann verzichtet werden, da die Adap- tereinheit dann eine mechanische Doppelfunktion haben kann (Bereitstellung der Adapter-Schnittstelle und Adaption der rohrseitigen und kopfseitigen Verbindungsstrukturen). Als weitere Funktion kann eine Medienübergabe für steuerbare Werkzeugsysteme über die Adapter- Schnittstelle vorgesehen sein. If the second connection structure formed on the tool head does not fit directly to the first connection structure on the drill pipe, the necessary adaptation or adaptation can be achieved with the aid of the multi-part adapter unit. The use of a conventional adapter tube can then be dispensed with since the adapter unit then have a mechanical dual function (providing the adapter interface and adaptation of the tube-side and head-side connection structures). As a further function, a media transfer for controllable tool systems can be provided via the adapter interface.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens werden das erste und das zweite Adapterstück zur Herstellung der Verbindung zwischen den Adapterstücken über eine axiale Relativbewegung ineinander ge- steckt. Der Begriff "axial" bezeichnet in dieser Anmeldung generell eine Richtung parallel zur Mittellängsachse der Werkzeugeinheit, die der Rotationsachse der Werkzeugeinheit während des Betriebs entspricht. Die Adapter-Schnittstelle ist in diesen Fällen als Steckverbindung ausgestaltet. Dadurch ist es möglich, beim Anbringen des Werkzeugkopfs am Bohrrohr auf Relativverdrehungen zwischen diesen Komponenten zu verzichten. Axiale Steckverbindungen eignen sich besonders gut für eine Automatisierung des Werkzeugkopfwechsels. In preferred embodiments of the method, the first and the second adapter pieces are inserted into one another via an axial relative movement for the purpose of establishing the connection between the adapter pieces. The term "axial" in this application generally refers to a direction parallel to the central longitudinal axis of the tool unit, which corresponds to the axis of rotation of the tool unit during operation. The adapter interface is designed in these cases as a plug connection. This makes it possible to dispense with the mounting of the tool head on the drill pipe on relative rotations between these components. Axial connectors are particularly well suited for automation of tool head replacement.
Anstelle der Steckverbindung kann auch eine Schraubverbindung vor- gesehen sein, so dass die Adapterstücke zur Herstellung einer Schraubverbindung unter Relativverdrehung direkt ineinander geschraubt werden können. Dies kann z.B. gewünscht sein, wenn eine automatisierte Einrichtung zur Drehung des Bohrrohrs um seine Achse und/oder eine automatisierte Einrichtung zur Drehung des Werkzeug- kopfs um seine Achse vorhanden ist. Das erste und das zweite Adapterstück können dann an der Adapter-Schnittstelle als Schnittstellenstrukturen zueinander passende Gewinde haben, die ein direktes Einschrauben eines der Adapterstücke in das andere Adapterstück ermöglichen. Für die Realisierung einer als Steckverbindung ausgelegten Adapter- Schnittstelle hat es sich als günstig herausgestellt, wenn eines der Adapterstücke, insbesondere das am Bohrrohr anzubringende, also das maschinenseitige erste Adapterstück, eine Schnittstellenstruktur mit ei- ner Kegelaufnahme mit einem Innenkonus aufweist und das andere Adapterstück, insbesondere das dem Werkzeugkopf zugeordnete zweite Adapterstück, eine korrespondierende Schnittstellenstruktur mit einem zu dem Innenkonus korrespondierenden Außenkonus aufweist. Hier- durch ist es möglich, ohne weitere Maßnahmen eine exakte Zentrierung der miteinander zu verbindenden Adapterstücke zu erreichen. Außerdem bietet eine Kegelverbindung Potenzial für hohe Spannkräfte. Instead of the plug connection, it is also possible to provide a screw connection, so that the adapter pieces can be screwed directly into one another under relative rotation in order to produce a screw connection. This may be desirable, for example, if there is an automated means for rotating the drill pipe about its axis and / or automated means for rotating the tool head about its axis. The first and the second adapter piece can then have matching threads at the adapter interface as interface structures, which allow direct screwing of one of the adapter pieces into the other adapter piece. For the realization of an adapter interface designed as a plug connection, it has turned out to be advantageous if one of the adapter pieces, in particular the drill adapter to be attached to the drill pipe, ie the machine-side first adapter piece, has an interface structure with a ner conical receptacle having an inner cone and the other adapter piece, in particular the tool adapter associated with the second adapter piece, a corresponding interface structure having a corresponding to the inner cone outer cone. As a result, it is possible to achieve an exact centering of the adapter pieces to be connected without further measures. In addition, a conical connection offers potential for high clamping forces.
Bei manchen Ausführungsformen ist an der Außenfläche des Außenko- nus mindestens eine Ausnehmung bzw. Vertiefung ausgebildet, die als Eingriffsstruktur für ein oder mehrere Verriegelungselemente einer Verriegelungseinrichtung dienen kann. Die Ausnehmung kann als umlaufende Spannrille, vorzugsweise mit schrägen Seitenflächen, ausgebildet sein. In some embodiments, at least one recess or depression is formed on the outer surface of the outer cone, which can serve as an engagement structure for one or more locking elements of a locking device. The recess may be formed as a circumferential clamping groove, preferably with inclined side surfaces.
Die Schnittstellenstruktur mit Außenkonus kann auch nach Art eines Hohlschaftkegels (HSK) ausgebildet sein. Hier können Eingriffsstrukturen für ein oder mehrere Verriegelungselemente im Inneren des Hohlschaftkegels ausgebildet sein. The interface structure with outer cone can also be designed in the manner of a hollow shaft cone (HSK). Here, engagement structures for one or more locking elements may be formed in the interior of the hollow shaft cone.
Eine sichere Drehmomentübertragung auch bei großen Bearbeitungskräften wird bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass das erste Adapterstück und das zweite Adapterstück korrespondierende Mitnehmerstrukturen aufweisen, die beim axialen Zusammenstecken des ersten und des zweiten Adapterstücks zur Herstellung einer in Um- fangsrichtung wirksamen formschlüssigen Verbindung ineinandergreifen. Hierzu können an einander zugewandten Stirnflächen der Adapterstücke beispielsweise entsprechende Verzahnungen oder Vorsprünge bzw. Ausnehmungen vorgesehen sein, ggf. können auch ein oder meh- rere Passstifte genutzt werden, die beim Zusammenstecken in korrespondierende Bohrungen eingreifen. Im Hinblick auf das Ziel, neben einer sicheren Drehmomentübertragung und einer exakten Zentrierung im Bereich der neuen Schnittstelle auch hohe Spannkräfte zu realisieren und dadurch einen zuverlässigen Halt der im Bereich der Adapter-Schnittstelle aneinander gekoppelten Bau- einheiten zu erreichen, ist bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass das erste Adapterstück und das zweite Adapterstück nach dem axialen Zusammenfügen mittels einer maschinenseitig betätigbaren Verriegelungseinrichtung axial verriegelt werden. Nach der Verriegelung sind die aneinander gekoppelten Adapterstücke durch einen in Axialrich- tung wirkenden Formschluss gegen Lösen der Steckverbindung gesichert. Eine Auftrennung der Werkzeugeinheit im Bereich der Adapter- Schnittstelle ist dann nur noch nach einer Entriegelung bzw. nach dem Öffnen der Verriegelungseinrichtung möglich. Vorzugsweise sind Elemente der Verriegelungseinrichtung derart gestaltet, dass bei der Herstellung der Verriegelungskonfiguration, in der die Adapterstücke in Axialrichtung durch Formschluss gegen Lösen der Verbindung gesichert sind, zusätzlich eine in Axialrichtung der Werkzeugeinheit wirkende Einzugskraft erzeugt wird. Hierdurch kann die Adaptereinheit im Bereich der Adapter-Schnittstelle zusätzlich stabilisiert werden. A secure torque transmission even with large machining forces is achieved in some embodiments in that the first adapter piece and the second adapter piece have corresponding driver structures which engage in the axial mating of the first and the second adapter piece for producing a positive direction in the circumferential direction positive connection. For this purpose, corresponding toothings or projections or recesses may be provided on mutually facing end faces of the adapter pieces, if necessary, one or more dowel pins may also be used, which engage in corresponding bores when plugged together. With regard to the aim of realizing high clamping forces in addition to a secure torque transmission and an exact centering in the region of the new interface and thereby achieving a reliable hold of the units coupled to one another in the region of the adapter interface, it is provided in some embodiments, that the first adapter piece and the second adapter piece are axially locked after the axial assembly by means of a locking device which can be actuated on the machine side. After locking, the adapter pieces coupled to one another are secured against loosening of the plug-in connection by means of a form fit acting in the axial direction. A separation of the tool unit in the area of the adapter interface is then possible only after unlocking or after the opening of the locking device. Preferably, elements of the locking device are designed such that in the manufacture of the locking configuration, in which the adapter pieces are secured in the axial direction by positive engagement against loosening of the connection, additionally acting in the axial direction of the tool unit retraction force is generated. As a result, the adapter unit can be additionally stabilized in the area of the adapter interface.
Eine Verriegelungseinrichtung kann so konstruiert sein, dass sie mithilfe eines elektrischen Antriebs von Seiten der Tiefbohrmaschine angesteu- ert werden kann. Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die Verriegelungseinrichtung hydraulisch betätigt. Hierzu können ggf. an der Tiefbohrmaschine für die Kühlschmierstoffzuführung ohnehin vorhandene Hydraulikeinheiten genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verriegelung mittels Federkraft vorgesehen sein. A locking device can be designed so that it can be controlled by means of an electric drive from the side of the deep hole drilling machine. In preferred embodiments, the locking device is actuated hydraulically. For this purpose, possibly existing hydraulic units can be used anyway on the deep hole drilling machine for the cooling lubricant supply. Alternatively or additionally, a locking can be provided by means of spring force.
Bei einer Ausführungsform weist die Verriegelungseinrichtung eine axial verschiebbare Betätigungsstange auf, die maschinenseitig an einen Kolben gekoppelt ist, der verschiebbar in einem Zylinderraum angeord- net ist. Der Zylinderraum ist über eine erste Steuerleitung an die Druckseite einer Hydraulikpumpe anschließbar. Vorzugsweise hat die Betätigungsstange einen axial durchgehenden Durchlasskanal, der maschi- nenseitig an eine zweite Steuerleitung anschließbar ist, welche ein Be- standteil eines hydraulischen Werkzeugsteuersystems zur Betätigung einer steuerbaren Schneide des Werkzeugkopfs sein kann. So können für die Verriegelung und eine ggf. gewünschte Steuerung eines steuerbaren Werkzeugkopfs zwei unabhängig steuerbare Hydrauliksysteme genutzt werden. Die Betätigungsstange kann auch zwei, drei oder mehr getrennte axiale Durchlasskanäle aufweisen, um die Ansteuerung komplexerer Werkzeugköpfe zu ermöglichen. In one embodiment, the locking device has an axially displaceable actuating rod, which is coupled on the machine side to a piston which is arranged displaceably in a cylinder chamber. is net. The cylinder chamber can be connected via a first control line to the pressure side of a hydraulic pump. Preferably, the actuating rod has an axially continuous passage, the machine side is connected to a second control line, which may be a constituent part of a hydraulic tool control system for actuating a controllable cutting edge of the tool head. Thus, two independently controllable hydraulic systems can be used for the locking and any desired control of a controllable tool head. The actuator rod may also have two, three or more separate axial passageways to facilitate the control of more complex tool heads.
Ein Bohrrohr kann insbesondere für diesen Fall eine an eine erste Hydraulikpumpe anschließbare erste Steuerleitung und eine unabhängig da- von nutzbare, an eine zweite Hydraulikpumpe anschließbare zweite Steuerleitung aufweisen. Die Steuerleitungen können im Bohrrohr mittels geeigneter Halter fixiert sein. A drill pipe can have, in particular for this case, a first control line which can be connected to a first hydraulic pump and a second control line which can be used independently and can be connected to a second hydraulic pump. The control lines can be fixed in the drill pipe by means of suitable holders.
In einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Adapterstück ist bei manchen Ausführungsformen eine druckdicht schließende Schnellsteck-Kupplung für ein fluides Steuermedium vorgesehen. Dabei sind ein bohrrohrseitige erstes Kupplungsteil und ein werkzeugkopfseitiges zweites Kupplungsteil vorzugsweise derart gestaltet, dass ein eventueller Schrägversatz und/oder Axialversatz beim An- kuppeln der Werkzeugkopf-Einheit an die Bohrrohr-Einheit automatisch ausgeglichen wird. Damit kann bei einem Wechsel der Werkzeugkopf- Einheit ohne weiteres auch eine druckdichte Verbindung für fluides Steuermedium, z.B. Hydraulikflüssigkeit, geschaffen werden. Vorzugsweise sind die Kupplungsteile der Schnellsteck-Kupplung im gekoppel- ten Zustand gemeinsam axial bewegbar. Dann kann die Kupplung auch während eines Betätigungshubes einer Betätigungsstange dicht geschlossen bleiben. Beim BTA-Tiefbohren und beim Ejektor-Tiefbohren erfolgt die Rückführung von Kühlschmierstoff und Spänen durch einen im Inneren der Werkzeugeinheit gebildeten Hohlraumkanal, so dass bei entsprechenden Bohrköpfen mindestens ein vom maschinenfernen Ende zum ma- schinennahen Ende durchgehender Hohlraumkanal vorgesehen ist. Für diese Fälle kann auch am ersten Adapterstück mindestens ein dazu kommunizierender durchgehender Hohlraumkanal vorgesehen sein, der bei zusammengebauter Werkzeugeinheit in das Innere des Bohrrohrs führt. Somit steht für diejenigen Elemente, die zur Adapter-Schnittstelle gehören, ggf. nur sehr wenig Bauraum in Radialrichtung zur Verfügung. Um dennoch eine zuverlässige Betätigung beweglicher Elemente der Adapter-Schnittstelle zu ermöglichen, ist bei manchen Ausführungsformen in dem ersten Adapterstück ein Kolbenraum gebildet, in dem ein Kolbenelement aufgenommen ist, das durch Beaufschlagung mit Hyd- raulikdruck gegen die Kraft einer Kolbenfeder in dem Kolbenraum bewegbar ist, wobei mindestens ein Hydraulikkanal von dem Kolbenraum in Richtung der am ersten Adapterstück ausgebildeten ersten Verbin- dungsstrukturen führt. Hierdurch können Betätigungskräfte, die z.B. zur Verriegelung und/oder zur Erzeugung ausreichender Einzugskräfte be- nötigt werden, unmittelbar im Inneren des ersten Adapterstücks erzeugt werden. Der Kolbenraum ist bei bevorzugten Ausführungsformen ein Ringraum und das zugehörige Kolbenelement ist ein ringförmiges Kolbenelement, wobei der Ringraum und das Kolbenelement einen axial durchgehenden Kanal im Inneren des ersten Adapterstücks umschlie- ßen. Hierdurch ist es trotz der Bauraumbeschränkungen durch den axial durchgehenden Hohlraumkanal möglich, über den Umfang der Adapter- Schnittstelle gleichmäßig wirkende Betätigungskräfte zum Verriegeln und Spannen der im Bereich der Schnittstelle zusammenwirkenden Elemente zu erreichen. In a transition region between the first and the second adapter piece, a pressure-tight closing quick-plug coupling for a fluid control medium is provided in some embodiments. In this case, a first coupling part on the drill pipe side and a second coupling part on the tool head side are preferably designed such that a possible skew offset and / or axial offset is automatically compensated for when coupling the tool head unit to the drill pipe unit. Thus, when changing the tool head unit readily a pressure-tight connection for fluid control medium, such as hydraulic fluid can be created. Preferably, the coupling parts of the quick-release coupling in the coupled state are jointly axially movable. Then, the clutch can remain tightly closed during a Betätigungshubes an actuating rod. In BTA deep drilling and ejector deep drilling, the recirculation of cooling lubricant and chips is effected by a cavity channel formed in the interior of the tool unit, so that with corresponding drill heads at least one cavity channel extending from the machine-distal end to the machine-near end is provided. For these cases, at least one continuous cavity channel communicating therewith can also be provided on the first adapter piece, which leads into the interior of the drill pipe when the tool unit is assembled. Thus, for those elements that belong to the adapter interface, if necessary, only very little installation space in the radial direction is available. In order nevertheless to enable a reliable actuation of movable elements of the adapter interface, in some embodiments a piston chamber is formed in the first adapter piece, in which a piston element is accommodated, which is movable by application of hydraulic pressure against the force of a piston spring in the piston chamber , Wherein at least one hydraulic channel leads from the piston chamber in the direction of the first connecting pieces formed on the first adapter piece. As a result, actuating forces, which are required, for example, for locking and / or for generating sufficient pull-in forces, can be generated directly in the interior of the first adapter piece. The piston chamber is in preferred embodiments an annular space and the associated piston element is an annular piston element, wherein the annular space and the piston element enclose an axially continuous channel in the interior of the first adapter piece. This makes it possible despite the space limitations through the axially continuous cavity channel to achieve uniformly acting actuation forces for locking and clamping the co-operating in the region of the interface elements over the circumference of the adapter interface.
Um auch bei interner Spänerückführung noch eine gesonderte Zuführung von Steuerfluid (z.B. Öl) z.B. zur Betätigung einer Verriegelungseinrichtung zu ermöglichen, ist bei manchen Ausführungsformen in das Bohrrohr koaxial ein zylindrisches Innenrohr eingesetzt, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Bohrrohrs, so dass zwischen dem Bohrrohr und dem Innenrohr ein axial durchgehender Ringspalt verbleibt. Dieser kann zu Zufuhr von Steuerflu- id in Richtung der Adaptereinheit genutzt werden, während der Hohlraumkanal zur Spänerückführung im Innenrohr verläuft. In order to enable a separate supply of control fluid (eg oil), for example for actuating a locking device even with internal chip return, is in some embodiments in the Drill tube coaxial with a cylindrical inner tube used whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the drill pipe, so that an axially continuous annular gap remains between the drill pipe and the inner tube. This can be used to supply Steuerfluid in the direction of the adapter unit, while the cavity channel for chip return in the inner tube runs.
Ein automatisierter Werkzeugkopfwechsel ist besonders schnell und einfach dann möglich, wenn die Werkzeugkopf-Einheit (Werkzeugkopf und daran angebrachtes zweites Adapterstück) mithilfe einer Greifereinheit eines Werkzeugkopfwechselsystems zuverlässig erfasst und lagerichtig mit dem am Bohrrohr angebrachten ersten Adapterstück verbunden werden kann. Hierzu sind bei bevorzugten Ausführungsformen an der Außenseite des zweiten Adapterstücks Greiferstrukturen ausgebildet, die an entsprechende Gegenstrukturen an der Greifereeinheit so ange- passt sind, dass eine durch eine Greifereinheit gegriffene Werkzeugkopf-Einheit eine vordefinierte Axialposition relativ zur Greifereinheit und vorzugsweise auch eine vordefinierte Drehposition relativ zur Greifereinheit einnimmt. Dadurch kann mittels exakter Steuerung der Position der Greifereinheit die Werkzeugkopf-Einheit zur Bohrrohr-Einheit exakt positioniert werden und die Schnittstellenstrukturen der Adapter-Schnittstelle können ohne ungewollte Kollision ineinandergreifen. Die Greiferstrukturen können beispielsweise eine oder mehrere in Umfangsrichtung teilweise oder vollständig umlaufenden Greiferrillen aufweisen. An automated tool head change is particularly fast and easy if the tool head unit (tool head and second adapter attached thereto) reliably detected by a gripper unit of a tool head changing system and can be connected in the correct position with the mounted on the drill pipe first adapter piece. For this purpose, in preferred embodiments, gripper structures are formed on the outside of the second adapter piece, which are adapted to corresponding counter-structures on the gripper unit such that a tool head unit gripped by a gripper unit has a predefined axial position relative to the gripper unit and preferably also a predefined rotational position relative to the gripper unit Gripper unit occupies. As a result, by means of precise control of the position of the gripper unit, the tool head unit for drill pipe unit can be positioned exactly and the interface structures of the adapter interface can interlock without unwanted collision. By way of example, the gripper structures can have one or more gripper grooves which are partially or completely circumferential in the circumferential direction.
Um einen störungsfreien automatischen Werkzeug kopfwechsel zu unterstützen, sind bei manchen Ausführungsformen am Außenumfang des Bohrrohrs und/oder am Außenumfang des ersten Adapterstücks mehrere Abstützleisten angebracht, die beim Werkzeugkopfwechsel mit Ge- genelementen an der Innenseite eines Bohrölzufuhrapparates zusammenwirken und die Werkzeugeinheit für einen Werkzeug kopfwechsel zentrieren. Damit ist ein verschleißarmer, kollisionsfreier Wechsel möglich. Die Erfindung betrifft auch eine Adaptereinheit der in dieser Anmeldung beschriebenen Art. Die mehrteilige Adaptereinheit besteht vorzugsweise aus genau zwei miteinander lösbar verbindbaren Einheiten (den Adap- terstücken). Ein Adapterstück kann einstückig (nur ein Bauteil) oder aus mehreren zusammengefügten Elementen mehrstückig aufgebaut sein. Durch Verwendung einer solchen Adaptereinheit in Verbindung mit handelsüblichen Bohrrohren und Werkzeug köpfen ist es in der Regel möglich, herkömmliche Tiefbohrsysteme für einen automatischen Werkzeug- kopfwechsel umzurüsten bzw. nachzurüsten. In order to support a trouble-free automatic tool head change, in some embodiments on the outer circumference of the drill pipe and / or on the outer circumference of the first adapter piece a plurality of support strips are mounted, which cooperate with GE gene elements on the inside of a Bohrölzufuhparparates the tool unit and center the tool unit for a tool head change , This makes a low-wear, collision-free change possible. The invention also relates to an adapter unit of the type described in this application. The multi-part adapter unit preferably consists of exactly two detachably connectable units (the adapter pieces). An adapter piece may be constructed in one piece (only one component) or in several pieces from a plurality of assembled elements. By using such an adapter unit in conjunction with commercial drill pipes and tool heads, it is usually possible to retrofit or retrofit conventional deep drilling systems for automatic tool head change.
Die Erfindung betrifft auch eine Tiefbohrmaschine mit einem automatischen Werkzeugkopfwechselsystem. Das Werkzeug kopfwechselsystem weist vorzugsweise eine oder mehrere Adaptereinheiten der in dieser Anmeldung beschriebenen Art auf. The invention also relates to a deep hole drilling machine with an automatic tool head changing system. The tool change head system preferably has one or more adapter units of the type described in this application.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unter- kombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. These and other features are apparent from the claims and from the description and the drawings, the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and for can represent protectable designs. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail below.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Fig. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Werkzeugeinheit für eine Tiefbohrmaschine, wobei die Werkzeugeinheit einen Werkzeugkopf in Form eines BTA-1 shows a schematic longitudinal section through an embodiment of a tool unit for a deep drilling machine, wherein the tool unit has a tool head in the form of a BTA
Bohrkopfs hat, der unter Zwischenschaltung einer Adaptereinheit an ein Bohrrohr angekoppelt ist; Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Werkzeugeinheit aus Fig. 1 im Bereich der Adapter-Schnittstelle zwischen den Adapterstücken der Adaptereinheit; Bohrkopfs, which is coupled with the interposition of an adapter unit to a drill pipe; FIG. 2 shows an enlarged detail of the tool unit of FIG. 1 in the region of the adapter interface between the adapter pieces of the adapter unit; FIG.
Fig. 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform einer Werkzeugeinheit für eine Tiefbohrmaschine, wobei die Werkzeugeinheit einen Bohrkopf mit aussteuerbarer Schneide zum Aufbohren einer vorgebohrten Bohrung aufweist; und 3 shows a schematic longitudinal section through another embodiment of a tool unit for a deep drilling machine, the tool unit having a drill head with a controllable cutting edge for boring a predrilled bore; and
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Detaildarstellung eines Ausschnitts der Werkzeugeinheit aus Fig. 3 im Bereich der Adapter-Schnittstelle. 4 shows an enlarged detailed representation of a section of the tool unit from FIG. 3 in the region of the adapter interface.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
In Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer Werkzeugeinheit 100 für eine Tiefbohrmaschine in einer Bohrkopfwechselstellung bzw. Werkzeugkopfwechselstellung gezeigt. Einige zur Tiefbohrmaschine gehörenden Einheiten, nämlich ein Bohrölzufuhr- apparat 192 sowie eine davon getragene Bohrbuchse 194 und eine Drehdurchführung 196, sind mit gestrichelten Linien dargestellt. In Fig. 1 is a schematic longitudinal section through an embodiment of a tool unit 100 for a deep hole drilling machine in a Bohrkopfwechselstellung or Werkzeugkopfwechselstellung shown. Some of the deep hole drilling machine units, namely a drill oil feeder 192 and a drill bushing 194 supported thereon, and a rotary union 196 are shown in dashed lines.
Die Werkzeugeinheit weist ein metallisches Bohrrohr 1 10 mit zylindri- schem Querschnitt auf, an dessen maschinennahem Ende Einrichtungen zur Aufnahme des Bohrrohrs an einer Arbeitsspindel der Tiefbohrmaschine angebracht sind. Mithilfe der Arbeitsspindel kann die Werkzeugeinheit im Betrieb um die Werkzeugachse 102 gedreht werden. Am maschinenfernen Ende des Bohrrohrs ist eine erste Verbindungsstruktur 1 12 in Form eines Anschlussgewindes ausgebildet, das als viergängiges Innengewinde zum Anschluss eines handelsüblichen Bohrkopfs oder eines anderen Werkzeugkopfs mit entsprechendem viergängigen Außengewinde ausgestaltet ist. Andere Rohrkoppelgewinde sind möglich, ebenso andere Rohrquerschnitte. In das Bohrrohr ist koaxial ein zylindrisches Innenrohr 120 eingesetzt, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des Bohrrohrs, so dass zwischen Bohrrohr und Innenrohr ein axial durchgehender Ringspalt 1 15 verbleibt. Das Innenrohr ist bei Bohrrohren, die für das Ejektor-Tiefbohren vorbereitet sind, bereits vorhan- den. Bei Bohrrohren, die für das BTA-Tiefbohren eingerichtet sind, kann ein Innenrohr nachgerüstet werden. Am Außenumfang des Bohrrohrs sind in der Nähe des vorderen Anschlussgewindes mehrere axial verlaufende Abstützleisten 1 14 angebracht, die beim Bohrkopfwechsel mit Gegenelementen an der Innenseite des Bohrölzufuhrapparates zusam- menwirken und die Werkzeugeinheit für den Bohrkopfwechsel zentrieren. The tool unit has a metallic drill pipe 110 with a cylindrical cross-section, at the machine-near end of which devices for receiving the drill pipe are attached to a work spindle of the deep hole drilling machine. Using the work spindle, the tool unit can be rotated about the tool axis 102 during operation. At the machine-distal end of the drill pipe, a first connection structure 1 12 is formed in the form of a connection thread, which is designed as a four-thread internal thread for connecting a commercial drill head or other tool head with a corresponding four-course external thread. Other pipe coupling threads are possible, as well as other pipe sections. In the drill pipe coaxial with a cylindrical inner tube 120 is inserted, whose outer diameter is slightly smaller than the inner diameter of the drill pipe, so that between the drill pipe and the inner tube an axially continuous annular gap 1 15 remains. The inner tube already exists on drill tubes prepared for ejector deep drilling. For drill pipes that are set up for BTA deep drilling, an inner pipe can be retrofitted. On the outer circumference of the drill pipe, a plurality of axially extending support strips 1 14 are mounted in the vicinity of the front connection thread, which interact with counter elements on the inside of Bohrölzufuhparparate at Bohrkopfwechsel and center the tool unit for Bohrkopfwechsel.
Das maschinenferne Ende der Werkzeugeinheit wird durch einen auswechselbaren Werkzeugkopf 130 gebildet, bei dem es sich im Beispiels- fall um einen handelsüblichen BTA-Vollbohrkopf handelt, der es ermöglicht, im Tiefbohrverfahren ohne vorheriges Vorbohren tiefe Löcher in ein Werkstück einzubringen. Der Werkzeugkopf wird im Folgenden auch kurz als Bohrkopf 130 bezeichnet. Der Bohrkopf hat im Bereich seiner maschinenfernen Stirnseite eine oder mehrere Schneiden 132 und an seinem Umfang mehrere axial verlaufende Führungsleisten 134. Am maschinennahen Ende des Bohrkopfs ist eine zweite Verbindungsstruktur 136 in Form eines viergängigen Außengewindes ausgebildet, mit dessen Hilfe der Bohrkopf 130 unmittelbar in das Innengewinde 1 12 am Vorderende des Bohrrohrs eingeschraubt werden könnte. Im Bereich der maschinenfernen Stirnseite des Bohrkopfs befinden sich ein oder mehrere Spänesammelöffnungen, von denen ein axialer Hohlraumkanal 138 durch den mit Außengewinde versehenen Abschnitt zum maschinennahen Ende führt. Es können handelsübliche Bohrköpfe verwendet werden, beispielsweise wie beschrieben in der DE 10 2010 018 959 A1 . Der Bohrkopf 130 ist nicht unmittelbar (direkt) mit dem Bohrrohr 1 10 verbunden, sondern indirekt unter Zwischenschaltung einer mehrteiligen Adaptereinheit 150 koaxial mit diesem am Bohrrohr befestigt. Die Adaptereinheit hat an der Seite des Bohrrohrs ein erstes Adapterstück 160 und an der Seite des Bohrkopfs ein zweites Adapterstück 170. Die Adapterstücke können mithilfe korrespondierender Schnittstellenstrukturen einer Adapter-Schnittstelle 200 aneinander befestigt bzw. voneinander gelöst werden. The machine-distal end of the tool unit is formed by a replaceable tool head 130, which in the exemplary case is a commercially available BTA solid drill head, which makes it possible to insert deep holes into a workpiece in the deep drilling method without prior predrilling. The tool head is also referred to below as a drill head 130 in the following. The drill head has one or more cutting edges 132 in the area of its machine-distal end face and a plurality of axially extending guide rails 134 on its circumference. A second connecting structure 136 in the form of a four-turn external thread is formed at the machine-end end of the drill head, with the aid of which the drill head 130 directly projects into the internal thread 1 12 at the front end of the drill pipe could be screwed. In the region of the off-machine face of the drill head are one or more chip collection ports, from which an axial cavity channel 138 leads through the externally threaded section to the machine-proximate end. Commercially available drill heads can be used, for example as described in DE 10 2010 018 959 A1. The drill head 130 is not directly (directly) connected to the drill pipe 1 10, but indirectly with the interposition of a multi-part adapter unit 150 coaxial with this attached to the drill pipe. The adapter unit has a first adapter piece 160 on the side of the drill pipe and a second adapter piece 170 on the side of the drill head. The adapter pieces can be fastened together or detached from one another by means of corresponding interface structures of an adapter interface 200.
Das mehrteilig aufgebaute erste Adapterstück 160 ist so konstruiert, dass es unmittelbar mit dem maschinenfernen Ende des Bohrrohrs verbunden werden kann und einen axial durchgehenden Hohlraumkanal für die Spänerückführung zum Bohrrohr aufweist. Hierzu ist an einem ersten hülsenförmigen Grundelement 161 des ersten Adapterstücks 160 eine erste Verbindungsstruktur 162 in Form eines Außengewindes aus- gebildet, welches zum Anschlussgewinde 1 12 des Bohrrohrs passt, so dass das erste Adapterstück 160 in das Vorderende des Bohrrohrs 1 10 eingeschraubt werden kann. Das maschinenferne Ende des ersten Adapterstücks 160 wird durch ein zweites Grundelement 163 gebildet, das ebenfalls hülsenförmig ist und mit dem ersten Grundelement 161 über ineinandergreifende Gewinde direkt verschraubt werden kann. Am maschinenfernen Ende des ersten Adapterstücks erweitert sich dessen Innendurchmesser zum freien Ende hin konisch, so dass eine Kegelaufnahme 210 mit Innenkonus gebildet wird. Der Konuswinkel (Winkel zwischen Werkzeugachse und einer Mantellinie der innenkonischen Fläche) liegt im Beispielsfall bei ca. 5°, was einem Kegelverhältnis C von ca. 7/24 entspricht. Die Kegelaufnahme 210 mit Innenkonus ist Bestandteil der ersten Schnittstellenstruktur der Adapter-Schnittstelle 200. Das erste Adapterstück 160 hat ein drittes Grundelement 164 in Form einer Innenhülse, die von der maschinenfernen Seite direkt mit dem ersten Grundelement 161 verschraubt wird. Die Innenhülse ist derart gestaltet, dass sich im montierten Zustand zwischen dem außen liegenden zweiten Grundelement 163 und der Innenhülse 164 ein Ringraum 165 bildet, der die Innenhülse und den durch diese führenden axialen Hohlraumkanal umschließt und zum maschinenseitigen Ende von der Stirnseite des ersten Grundelements 161 abgeschlossen wird. In den Ringraum 165 ist eine axial verschiebbare Schiebehülse 166 eingelegt, die sich über eine Druckfeder 167 an einem Ringbund der Innenhülse abstützt und gegen die Kraft dieser Feder beweglich ist. Von dem Kolbenraum 165 führen mehrere Hydraulikkanäle 168 durch das erste Grundelement 161 zum Ringspalt 1 15. Ein maschinenferner Abschnitt des Kolbenelements 166 steht mit einer Gruppe von innen liegenden Spannkugeln 169 in Kontakt, die abhängig von der axialen Stellung des Kolbenelements entweder in der gezeigten innen liegenden Verriegelungsstellung oder in einer nach außen gerückten Freigabestellung angeordnet sind. Das Kolbenelement 166 und die Spannkugeln 169 sind funktionale Bestandteile einer hydraulisch betätigbaren Verriegelungseinrichtung, die durch das Bohrrohr hindurch ma- schinenseitig betätigt werden kann. The multi-piece first adapter 160 is constructed so that it can be connected directly to the off-machine end of the drill pipe and has an axially continuous cavity channel for chip return to the drill pipe. For this purpose, a first connection structure 162 in the form of an external thread is formed on a first sleeve-shaped base element 161 of the first adapter piece 160, which fits to the connection thread 12 of the drill pipe, so that the first adapter piece 160 can be screwed into the front end of the drill pipe 110. The machine-distal end of the first adapter piece 160 is formed by a second base member 163, which is also sleeve-shaped and can be bolted directly to the first base member 161 via interlocking threads. At the machine-distal end of the first adapter piece, its inner diameter widens conically towards the free end, so that a cone receptacle 210 with inner cone is formed. The cone angle (angle between the tool axis and a generatrix of the inner conical surface) is in the example case at about 5 °, which corresponds to a cone ratio C of about 7/24. The conical seat 210 with inner cone is part of the first interface structure of the adapter interface 200. The first adapter piece 160 has a third base element 164 in the form of an inner sleeve which is screwed directly to the first base element 161 from the machine-distant side. The inner sleeve is designed such that in the assembled state between the outer second base member 163 and the inner sleeve 164, an annular space 165 forms, which encloses the inner sleeve and the axial cavity channel leading through this and closed to the machine end of the end face of the first base member 161 becomes. In the annular space 165 an axially displaceable sliding sleeve 166 is inserted, which is supported via a compression spring 167 on an annular collar of the inner sleeve and is movable against the force of this spring. From the piston chamber 165, a plurality of hydraulic passages 168 pass through the first base member 161 to the annular gap 15. An off-machine portion of the piston member 166 contacts a group of internal clamping balls 169 which are internal depending on the axial position of the piston member Locking position or are arranged in an outwardly released release position. The piston member 166 and the clamping balls 169 are functional components of a hydraulically actuated locking device, which can be machine-operated through the drill pipe.
Das dem Bohrkopf zugeordnete zweite Adapterstück 170 ist ein relativ einfach zu fertigendes, im Wesentlichen hülsenförmiges metallisches Bauteil. Am maschinenfernen Ende ist eine zweite Verbindungsstruktur in Form eines Innengewindes 172 vorgesehen, mit dessen Hilfe das zweite Adapterstück auf das Außengewinde 136 des Bohrkopfs aufgeschraubt werden kann. Am gegenüberliegenden maschinennahen Ende ist eine zweite Schnittstellenstruktur der Adapter-Schnittstelle ausgebildet, die die Form eines Anschlusskegels 220 mit einem Außenkonus 222 hat, der mit dem Innenkonus am maschinenfernen Ende des zweiten Adapterstücks korrespondiert und den gleichen Konuswinkel hat. In der Nähe des rohrseitigen Endes ist am Außenkonus eine trapezförmig nach außen erweiterte Außenrille 224 (Spannrille) eingearbeitet, die funktionaler Bestandteil einer Verriegelungseinrichtung ist. Die Kegelwinkel des Innenkonus und des Außenkonus sind mit ca. 5° derart gewählt, dass eine zentrierte Kegelverbindung ohne Selbsthemmung entsteht, die sich ohne gesonderten Auswerfer lösen lässt. The drill bit assigned to the second adapter piece 170 is a relatively easy to produce, substantially sleeve-shaped metallic component. At the far end of the machine, a second connecting structure in the form of an internal thread 172 is provided, by means of which the second adapter piece can be screwed onto the external thread 136 of the drill head. At the opposite machine-end, a second interface structure of the adapter interface is formed, which has the shape of a terminal cone 220 with an outer cone 222 corresponding to the inner cone at the machine distal end of the second adapter piece and having the same cone angle. In near the tube-side end a trapezoidal outwardly widened outer groove 224 (clamping groove) is incorporated on the outer cone, which is a functional part of a locking device. The cone angles of the inner cone and the outer cone are selected at about 5 ° such that a centered conical connection without self-locking arises, which can be solved without a separate ejector.
Am ersten Adapterstück 160 und am zweiten Adapterstück 170 sind an einander zugewandten Stirnflächen korrespondierende Mitnehmerstrukturen 226 in Form von Stirnverzahnungen vorgesehen, die beim axialen Zusammenstecken des ersten und des zweiten Adapterstücks zur Herstellung einer in Umfangsrichtung wirksamen formschlüssigen Verbindung ineinandergreifen. Dadurch ist eine sichere Drehmomentübertra- gung im Bereich der Adapter-Schnittstelle gewährleistet. At the first adapter piece 160 and at the second adapter piece 170 corresponding driver structures 226 are provided in the form of serrations on mutually facing end surfaces, which engage in the axial mating of the first and the second adapter piece for producing a circumferentially effective form-fitting connection. This ensures safe torque transmission in the area of the adapter interface.
Am zylindrischen Teil des Außenumfangs des zweiten Adapterstücks 170 ist eine im Querschnitt trapezförmige, sich nach innen verjüngende Greiferrille 174 eingearbeitet, in die ein korrespondierender Greifersteg einer Greifereinheit 250 eines automatischen Bohrkopf-Wechselsystems für den Bohrkopfwechsel eingreifen kann. Die Greifereinheit, die auch kurz als Greifer bezeichnet werden kann, kann z.B. als Greifzange konstruiert sein. Die zueinander korrespondierenden ersten und zweiten Schnittstellenstrukturen am ersten Adapterstück bzw. am zweiten Adapterstück gehören zu einer Adapter-Schnittstelle 200, die als Steckverbindung ausgelegt ist und die es erlaubt, die Bohrkopf-Einheit (mit dem zweiten Adapterstück) mit der Bohrrohr-Einheit (mit dem ersten Adapterstück) auto- matisch exakt zentriert mit hoher Spannkraft zu verbinden und gleichzeitig für eine sichere Drehmomentübertragung zwischen Bohrrohr und Bohrkopf zu sorgen. Ein Bohrkopfwechsel kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden. In einer Ausgangssituation ist die Werkzeugeinheit 100 in der in Fig. 1 und 2 gezeigten Weise fertig montiert, indem die Bohrkopf-Einheit (Bohrkopf mit aufgeschraubtem zweiten Adapterstück) mit der Bohrrohr- Einheit (Bohrrohr mit eingeschraubtem ersten Adapterstück) über die Adapter-Schnittstelle 200 zentriert und drehfest gekuppelt sind. Die im Ringspalt 1 15 und im Kolbenraum 165 befindliche Hydraulikflüssigkeit befindet sich noch unter Druck, so dass das als Schiebehülse gestaltete ringförmige Kolbenelement 166 gegen die Kraft der Feder 167 in die ge- zeigte maschinenferne vordere Stellung gedrückt wird. Dadurch werden die Spannkugeln 169 nach radial innen in die trapezförmig erweiterte Außenrille 224 am Ende des Außenkonus des zweiten Adapterstücks gedrückt. In dieser Verriegelungskonfiguration ist die Bohrkopf-Einheit formschlüssig gegen Herausnehmen aus der Bohrrohr-Einheit gesichert. On the cylindrical part of the outer periphery of the second adapter piece 170 is a trapezoidal in cross section, inwardly tapered gripper groove 174 is incorporated, in which a corresponding gripper bar a gripper unit 250 of an automatic drill head changing system can intervene for the Bohrkopfwechsel. The gripper unit, which can also be referred to as a gripper for a short time, can be constructed, for example, as gripping tongs. The mutually corresponding first and second interface structures on the first adapter piece or on the second adapter piece belong to an adapter interface 200, which is designed as a plug connection and which allows the drill head unit (with the second adapter piece) with the drill pipe unit (with the first adapter piece) automatically centered exactly with high clamping force and at the same time ensure a secure torque transmission between drill pipe and drill head. A drill head change can be carried out, for example, as follows. In an initial situation, the tool unit 100 is completely assembled in the manner shown in FIGS. 1 and 2 by the drill head unit (drill head with screwed-on second adapter piece) with the drill pipe unit (drill pipe with screwed-in first adapter piece) via the adapter interface 200th centered and coupled rotatably. The hydraulic fluid in the annular gap 11 and in the piston chamber 165 is still under pressure, so that the annular piston element 166 configured as a sliding sleeve is pressed against the force of the spring 167 into the machine-distant forward position. As a result, the clamping balls 169 are pressed radially inward into the trapezoidal widened outer groove 224 at the end of the outer cone of the second adapter piece. In this locking configuration, the drill head unit is positively secured against removal from the drill pipe unit.
Für den Bohrkopfwechsel bzw. den Wechsel der Bohrkopf-Einheit greift die zangenartige Greifereinheit 250 am zweiten Adapterstück 170 an und baut den Spanndruck auf. Die in das Adapterstück eingearbeiteten Greiferrillen 174 verhindern dabei eine Verschiebung des Bohrkopfs in Axialrichtung sowie eine Verdrehung um die Achsrichtung, so dass der Bohrkopf axial und in Umfangsrichtung lagerichtig gegriffen wird. Sobald die Meldung "Greiferspanndruck erreicht" am Steuersystem anliegt, wird der Hydraulikdruck im Ringspalt 1 15 zwischen Innenrohr und Bohrrohr weggenommen. Dadurch bewegt sich die Schiebehülse unter der Ein- Wirkung der Federkraft der Druckfeder 167 in Richtung Bohrrohr und gibt den Raum zum radialen Ausweichen der Spannkugeln 169 nach außen frei. Dadurch wird die Bohrkopf-Einheit entriegelt und der Greifer kann das Adapterstück mit dem Bohrkopf mit einer in Axialrichtung geführten Arbeitsbewegung nach vorne (in der Zeichnung nach links) abnehmen. Dadurch wird die Bohrkopf-Einheit von der Bohrrohr-Einheit im Bereich der Schnittstelle, d.h. im Bereich der Adapter-Schnittstelle 200, getrennt. Der Greifer kann die Bohrkopfeinheit dann in einem freien Ablageplatz ablegen. Für die Neubestückung der Bohrrohr-Einheit (Bohrrohr mit angebrachtem ersten Adapterstück) mit einer neuen Bohrkopf-Einheit, die beispielsweise einen Bohrkopf mit einem anderen Durchmesser haben kann, greift der Greifer eine entsprechende Bohrkopf-Einheit und bringt sie in eine axiale Position in einen definierten Abstand vor die Bohrrohr- Einheit. Dann fährt der Greifer parallel zur Achsrichtung in die Stellung "Werkzeugwechsel" in Richtung Bohrrohr. Durch die Ausbildung der Schnittstelle Werkzeug/Bohrrohr als Kegel können Winkelfehler unmit- telbar ausgeglichen werden. Das Adapterstück mit Bohrkopf ist im Greifer 250 mittels entsprechender Greiferrillen gegen Verdrehung gesichert. Somit ist ein Einfahren in die integrierte Drehmomentmitnahme problemlos möglich. Sobald an der Steuerung die Meldung "Greifer in Wechselposition" ansteht, wird der Ringspalt 1 15 zwischen Innenrohr und Bohrrohr mit Hydraulikdruck beaufschlagt. Dadurch bewegt sich die Schiebehülse 166 in Richtung Bohrkopf und drückt die Spannkugeln 169 in die an dem bohr- kopfseitigen Werkzeugkegel angearbeitete Spannrille 224. Durch die spezielle trapezförmige Form der Spannrille mit Einlaufschrägen wird eine axiale Einzugskraft erzeugt, die das zweite Adapterstück gemeinsam mit dem davon getragenen Bohrkopf in den Werkzeugkegel (Innenkonus) zieht. Durch die formschlüssige Verriegelung mithilfe der Spannkugeln 169 in Verbindung mit einem steuerseitig angebrachten Rück- schlagventil ist auch bei einem Druckabfall der Hydraulik ein sicherer Halt des Werkzeugs gewährleistet. Die Plananlage in Verbindung mit den konischen Kupplungsflächen im Bereich der Adapter-Schnittstelle ergibt eine sehr steife Verbindung. Die Drehmomentmitnahme erfolgt formschlüssig über die ineinandergreifenden Mitnehmerstrukturen 226. For the drill head change or the change of the drill head unit, the pincer-like gripper unit 250 engages the second adapter piece 170 and builds up the clamping pressure. The gripper grooves 174 incorporated in the adapter piece prevent a displacement of the drill head in the axial direction and a rotation about the axial direction, so that the drill head is gripped axially and in the correct direction in the circumferential direction. As soon as the message "Claw clamping pressure reached" is applied to the control system, the hydraulic pressure in the annular gap 1 15 between inner tube and drill pipe is removed. As a result, the sliding sleeve moves under the action of the spring force of the compression spring 167 in the direction of the drill pipe and releases the space for radial deflection of the clamping balls 169 to the outside. As a result, the drill head unit is unlocked and the gripper, the adapter piece with the drill head with an axially guided working movement forward (in the drawing to the left) decrease. As a result, the drill head unit is separated from the drill pipe unit in the area of the interface, ie in the area of the adapter interface 200. The gripper can then place the drill head unit in a free storage space. For the reassembly of the drill pipe unit (drill pipe with attached first adapter piece) with a new drill head unit, which may for example have a drill head with a different diameter, the gripper engages a corresponding drill head unit and brings them into an axial position in a defined Distance in front of the drill pipe unit. Then the gripper moves parallel to the axis direction to the position "tool change" in the direction of the drill pipe. By forming the interface tool / drill pipe as a cone, angular errors can be compensated directly. The adapter piece with drill head is secured in the gripper 250 by means of corresponding gripper grooves against rotation. Thus, a retraction in the integrated torque driving is easily possible. As soon as the message "Gripper in change position" is present on the control, the annular gap 1 15 between the inner pipe and the drill pipe is pressurized with hydraulic pressure. As a result, the sliding sleeve 166 moves in the direction of the drill head and presses the clamping balls 169 into the clamping groove 224 worked on the drill head-side tool taper. The special trapezoidal shape of the clamping groove with inlet slopes produces an axial pull-in force, which the second adapter piece together with the one carried by it Drill head into the tool taper (inner cone). Due to the positive locking by means of the clamping balls 169 in conjunction with a control valve mounted check valve a secure hold of the tool is guaranteed even with a pressure drop of the hydraulic. The plane system in conjunction with the conical coupling surfaces in the area of the adapter interface results in a very rigid connection. The torque driving takes place in a form-fitting manner via the intermeshing driver structures 226.
Durch die Verwendung von speziell angepassten Adapterstücken für Bohrrohr und Bohrkopf ist auf diese Weise der Einsatz von handelsübli- chen Bohrrohren und Bohrköpfen möglich. Ein Nachrüsten auf bestehende Werkzeugausrüstungen beim Kunden ist jederzeit möglich. By using specially adapted adapter pieces for drill pipe and drill head, the use of commercially available drill pipes and drill heads. Retrofitting to existing tool equipment at the customer is possible at any time.
Anhand der Fig. 3 und 4 wird eine andere Ausführungsform einer Werk- zeugeinheit 300 erläutert, welche im Beispielsfall für das Aufbohren einer bereits vorhandenen Bohrung genutzt werden kann und zu diesem Zweck einen Bohrkopf 330 mit aussteuerbarer Schneide 332 aufweist. Ähnlich wie bei Fig. 1 ist die Werkzeugeinheit in einer Bohrkopfwechselstellung gezeigt, ein Bohrölzufuhrapparat 392 sowie eine davon getra- gene Bohrbuchse 394 sind mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Bohrölzufuhr erfolgt ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 von außen durch einen Ringspalt. Die Späneabfuhr vom Bereich des Bohrkopfs erfolgt durch die bereits vorgebohrte Bohrung hindurch, also parallel zur Vorschubrichtung. Bei solchen Werkzeugeinheiten muss somit im Inneren der Werkzeugeinheit kein Hohlraumkanal für die Spänerückführung zur Maschine vorgesehen sein, so dass sich andere konstruktive Möglichkeiten für den inneren Aufbau ergeben. An alternative embodiment of a tool unit 300 will be explained with reference to FIGS. 3 and 4, which in the example can be used for boring an existing hole and for this purpose has a drill head 330 with a controllable cutting edge 332. Similar to FIG. 1, the tool unit is shown in a drill head change position, a drill oil feeder 392 and a drill bush 394 supported by it are shown with dashed lines. The Bohrölzufuhr takes place similar to the embodiment of FIG. 1 from the outside through an annular gap. The chip removal from the area of the drill head takes place through the already pre-drilled hole, ie parallel to the feed direction. In the case of such tool units, no cavity channel for chip return to the machine must therefore be provided in the interior of the tool unit, so that other constructive possibilities for the internal structure result.
Die Werkzeugeinheit 300 weist ein metallisches Bohrrohr 310 mit zylind- rischem Querschnitt auf, an dessen maschinennahem Ende Einrichtungen zur Aufnahme des Bohrrohrs an einer Arbeitsspindel der Tiefbohrmaschine angebracht sind. Im Betrieb wird die Werkzeugeinheit mittels der Arbeitsspindel um die Werkzeugachse 302 gedreht. Am maschinenfernen Ende des Bohrrohrs ist eine erste Verbindungsstruktur in Form eines viergängigen Innengewindes 312 zum Anschluss eines handelsüblichen Bohrkopfs mit dem entsprechenden viergängigen Außengewinde vorgesehen. The tool unit 300 has a metallic drill pipe 310 with a cylindrical cross-section, at the machine-near end of which devices for receiving the drill pipe are attached to a work spindle of the deep drilling machine. In operation, the tool unit is rotated about the tool axis 302 by means of the work spindle. At the machine-distal end of the drill pipe, a first connection structure in the form of a four-pass internal thread 312 is provided for connecting a standard drill head with the corresponding four-turn external thread.
Am maschinenfernen Ende der Werkzeugeinheit befindet sich der aus- wechselbare Bohrkopf 330, der gegenüber einer Führungsleiste 334 eine radial aussteuerbare Schneide 332 trägt, die hydraulisch zugestellt werden kann. Hierdurch kann der Durchmesser einer bereits vorgebohrten Bohrung durch Aufbohren erweitert werden. Am maschinennahen Ende des Bohrkopfs ist eine zweite Verbindungsstruktur 336 in Form eines viergängigen Innengewindes ausgebildet. Der Bohrkopf 330 könnte unter Zwischenschaltung eines einteiligen Adapters mit bohrkopfseiti- gem Außengewinde und bohrrohrseitigem Innengewinde am Bohrrohr befestigt werden. At the machine-distal end of the tool unit is the replaceable drill head 330, which bears a radially controllable cutting edge 332 opposite a guide rail 334, which can be delivered hydraulically. As a result, the diameter of an already pre-drilled bore can be extended by drilling. At the machine level End of the drill head, a second connection structure 336 is formed in the form of a four-course internal thread. The drill head 330 could be fastened to the drill pipe with the interposition of a one-piece adapter with external thread on the drill head side and drill pipe-side internal thread.
Der Bohrkopf 330 ist indirekt unter Zwischenschaltung einer mehrteiligen Adaptereinheit 350 koaxial mit dem Bohrrohr an diesem befestigt. Die Adaptereinheit 350 hat an der Seite des Bohrrohrs ein erstes Adapter- stück 360 und an der Seite des Bohrkopfs ein zweites Adapterstück 370. Die Adapterstücke können mit Hilfe korrespondierender Schnittstellenstrukturen einer Adapter-Schnittstelle 400 miteinander gekoppelt bzw. voneinander gelöst werden. Das auf Seiten des Bohrrohrs anzubringende erste Adapterstück 360 hat am maschinennahen Ende seines Grundelementes 361 eine erste Verbindungsstruktur 362 in Form eines Außengewindes, welches unmittelbare in das Innengewinde 312 am maschinenfernen Ende des Bohrrohrs eingeschraubt werden kann. Am Umfang des ersten Adapter- Stücks sind mehrere Abstützleisten 314 angebracht, die das erste Adapterstück bzw. die Bohrrohr-Einheit für den Bohrkopfwechsel im Bohrölzu- fuhrapparat zentrieren. Am maschinenfernen Ende des ersten Adapterstücks ist eine Kegelaufnahme 310 mit einem Innenkonus gebildet, dessen Konuswinkel so bemessen ist, dass beim Einziehen durch die au- tomatische Spanneinheit am entsprechenden Gegenkonus leichte Selbsthemmung auftritt. Die Kegelaufnahme 310 ist Bestandteil der ersten Schnittstellenstruktur der Adapter-Schnittstelle 400, welche als Hohlschaftkegel-Schnittstelle (HSK-Schnittstelle) ausgelegt ist. Bei einer nicht bildlich gezeigten Ausführungsform ist anstelle der HSK- Schnittstelle eine Steilkegel (SK)-Schnittstelle vorgesehen. Das dem Bohrkopf 330 zugeordnete zweite Adapterstück 370 hat einen Grundkörper 371 , an dessen maschinenfernem Ende eine zweite Verbindungsstruktur in Form eines Außengewindes 372 vorgesehen ist, mit dessen Hilfe das zweite Adapterstück in das Innengewinde des Bohr- kopfs 330 eingeschraubt werden kann. Am gegenüberliegenden maschinennahen Ende ist eine zweite Schnittstellenstruktur der Adapter- Schnittstelle 400 ausgebildet, die die Form eines Hohlschaftkegels 320 mit einem Außenkonus 322 hat, der mit dem Innenkonus am maschinenfernen Ende des zweiten Adapterstücks korrespondiert und den glei- chen Konuswinkel hat. The drill head 330 is indirectly attached thereto with the interposition of a multi-part adapter unit 350 coaxial with the drill pipe. The adapter unit 350 has a first adapter piece 360 on the side of the drill pipe and a second adapter piece 370 on the side of the drill head. The adapter pieces can be coupled or detached from one another with the aid of corresponding interface structures of an adapter interface 400. The first adapter piece 360 to be mounted on the side of the drill pipe has at the machine-near end of its base element 361 a first connection structure 362 in the form of an external thread, which can be screwed directly into the internal thread 312 at the machine-distal end of the drill pipe. At the circumference of the first adapter piece a plurality of support strips 314 are mounted, which center the first adapter piece or the drill pipe unit for the drill head change in Bohrölzufuhpparat. At the machine-distal end of the first adapter piece, a cone receptacle 310 is formed with an inner cone whose cone angle is dimensioned such that slight self-locking occurs when it is drawn in by the automatic tensioning unit on the corresponding counter-cone. The cone receptacle 310 is part of the first interface structure of the adapter interface 400, which is designed as a hollow shaft taper interface (HSK interface). In a non-pictorial embodiment, a steep taper (SK) interface is provided instead of the HSK interface. The second adapter piece 370 assigned to the drill head 330 has a main body 371, at the machine-distal end of which a second connection structure in the form of an external thread 372 is provided, with the aid of which the second adapter piece can be screwed into the internal thread of the drill head 330. At the opposite end close to the machine, a second interface structure of the adapter interface 400 is formed, which has the shape of a hollow shaft cone 320 with an outer cone 322 which corresponds to the inner cone at the machine-distal end of the second adapter piece and has the same cone angle.
Die Adapter-Schnittstelle 400 hat bei Ausführungsformen für steuerbare Werkzeugsysteme mehrere Anforderungen zu erfüllen, da neben einer zentrierten und drehfesten mechanischen Kopplung der Adapterstücke auch noch eine zuverlässige Medienübergabe für das zum Steuern des Bohrkopfs genutzte Steuermedium (z.B. Hydrauliköl) sichergestellt werden muss. Die hierzu vorgesehenen Einrichtungen werden im Folgenden näher erläutert. Die Adaptereinheit 350 nutzt für die mechanische Verbindung der beiden Adapterstücke 360, 370 die Vorteile einer Hohlschaftkegel- Schnittstelle und ist so konstruiert, dass das erste Adapterstück und das zweite Adapterstück nach dem axialen Zusammenfügen der Adapterstücke (durch Einstecken des Hohlschaftkegels 320 in die Kegelaufnahme 310) mit Hilfe einer maschinenseitig betätigbaren Verriegelungseinrichtung axial in der Weise eingezogen und verriegelt werden können, dass die aneinander gekoppelten Adapterstücke durch einen in Axialrichtung wirkenden Formschluss gegen Lösen der Steckverbindung gesichert sind und nur nach Entriegelung der Verriegelungseinrichtung die Ver- bindung wieder gelöst werden kann. Ähnlich wie bei der Variante aus Fig. 1 und 2 sind auch hier in Umfangsrichtung formschlüssig ineinandergreifende Mitnehmerelemente zur Drehsicherung vorgesehen. Zu der Verriegelungseinrichtung gehört eine Gruppe von im Grundkörper 361 im Bereich der Kegelaufnahme 310 schwenkbar gelagerten Verriegelungselementen 382, deren radiale Schwenkbewegung über die axiale Bewegung einer im Inneren des ersten Adapterstücks 360 axial beweglich geführten Betätigungsstange 384 gesteuert wird. Am maschinenfernen Ende der Betätigungsstange ist ein Steuerelement 385 mit einer Außenkontur angebracht, die so gestaltet ist, dass die vorderen Enden der Verriegelungselemente beim Einziehen der Betätigungsstange in Richtung Tiefbohrmaschine in die in Fig. 4 gezeigte Verriegelungs- Stellung nach außen geschwenkt werden, an inneren Schrägflächen des Hohlschaftkegels angreifen und dabei den am zweiten Adapterstück 370 angebrachten Hohlschaftkegel 320 axial unter Spannung in die Kegelaufnahme 310 mit geeigneter Einzugskraft hineinziehen. Bei einem Entriegelungshub in entgegengesetzter Richtung (zum maschinenfernen Ende) werden die vorderen Enden der Verriegelungselemente aktiv nach innen verschwenkt und geben das zweite Adapterstück 370 bzw. dessen Hohlschaftkegel frei und dieses wird ausgestoßen, so dass die Bohrkopfeinheit (Bohrkopf 330 und zweites Adapterstück 370) nach vorne axial abgenommen werden kann. The adapter interface 400 has to fulfill several requirements in embodiments for controllable tool systems, since in addition to a centered and rotationally fixed mechanical coupling of the adapter pieces also a reliable media transfer for the used for controlling the drill head control medium (eg hydraulic oil) must be ensured. The facilities provided for this purpose are explained in more detail below. The adapter unit 350 utilizes the advantages of a hollow shaft taper interface for the mechanical connection of the two adapter pieces 360, 370 and is constructed so that the first adapter piece and the second adapter piece are assembled after the adapter pieces have been assembled axially (by inserting the hollow shaft cone 320 into the taper receptacle 310). can be axially pulled and locked by means of a locking device actuated on the machine side in such a way that the mutually coupled adapter pieces are secured against loosening of the plug connection by a form-fitting effect in the axial direction and the connection can be released again only after unlocking the locking device. Similar to the variant of FIGS. 1 and 2, intermeshing driving elements for rotational security are also provided here in the circumferential direction in a form-fitting manner. The locking device includes a group of locking elements 382 pivotally mounted in the base body 361 in the region of the cone receptacle 310, the radial pivoting movement of which is controlled by the axial movement of an actuating rod 384 guided axially movably in the interior of the first adapter piece 360. At the machine-distal end of the operating rod, a control 385 is mounted with an outer contour, which is designed so that the front ends of the locking elements are pivoted during retraction of the actuating rod in the direction of deep hole drilling machine in the locking position shown in Fig. 4 to the outside, on inner inclined surfaces engage the hollow shaft cone while pulling the mounted on the second adapter piece 370 hollow shaft taper 320 axially under tension into the cone seat 310 with a suitable retraction force. In an unlocking stroke in the opposite direction (to the machine-distal end) the front ends of the locking elements are actively pivoted inward and free the second adapter piece 370 or its hollow shaft taper and this is ejected so that the drill head unit (drill head 330 and second adapter piece 370) can be removed axially front.
Die axialen Arbeitsbewegungen der Betätigungsstange werden hydraulisch gesteuert. Hierzu ist das maschinennahe Ende der Betätigungsstange nach Art eines Kolbens 386 ausgestaltet, der radial abgedichtet im Inneren eines Zylinderraums 388 angeordnet ist, der maschinenseitig über eine erste Steuerleitung 389 an die Druckseite einer Hydraulikpumpe angeschlossen ist. Die Betätigungsstange 384 ist im Inneren des Grundkörpers 361 geführt und wird mit Hilfe eines die Betätigungsstange umschließenden Federpakets 391 zum maschinenseitigen Ende vorgespannt, so dass der Hydraulikdruck für den Entriegelungshub gegen die Kraft des Federpakets aufzubringen ist und in Abwesenheit von Druck in der ersten Steuerleitung 389 die Bohrkopf-Einheit mit der Bohrrohr-Einheit verriegelt ist. Für die Ansteuerung der Schneide 332 und/oder einer anderen steuerbaren Funktionseinheit des steuerbaren Bohrkopfs 330 ist ein hydraulisches Werkzeug Steuersystem vorgesehen. Hierzu gehört auf Seiten des Bohrrohrs eine zweite Steuerleitung 392, die von der zugeordneten ma- schinenseitigen Hydraulikeinheit zu einem im Inneren des Bohrrohrs befestigten Anschlusselement 393 führt, das an seiner maschinenfernen Seite eine mit der zweiten Steuerleitung kommunizierende, zentrale Sacklochbohrung hat, in die ein maschinenseitiger Endabschnitt der Betätigungsstange 391 eintauchen kann. Die Betätigungsstange ist im we- sentlichen rohrförmig, wobei im Inneren der Betätigungsstange ein axial durchgehender Durchlasskanal gebildet wird, der durch den Bereich der Verriegelungselemente 382 hindurch bis zum maschinenfernen Stirnende der Betätigungsstange führt. Das maschinenferne Ende ragt somit bei zusammengebauter Werkzeugeinheit in das Innere des zweiten Adapterstücks hinein. The axial working movements of the actuating rod are hydraulically controlled. For this purpose, the machine-near end of the actuating rod in the manner of a piston 386 is configured, which is radially sealed in the interior of a cylinder chamber 388 is arranged, which is connected on the machine side via a first control line 389 to the pressure side of a hydraulic pump. The actuating rod 384 is guided inside the main body 361 and is biased by means of the operating rod enclosing spring assembly 391 to the machine end, so that the hydraulic pressure for the Entriegelungshub is applied against the force of the spring assembly and in the absence of pressure in the first control line 389 the Drill head unit is locked to the drill pipe unit. For controlling the cutting edge 332 and / or another controllable functional unit of the controllable drill head 330, a hydraulic tool control system is provided. These include on the side of the drill pipe, a second control line 392, which leads from the associated ma- machine side hydraulic unit to a mounted inside the drill pipe connection element 393, which has on its off-machine side a communicating with the second control line, central blind hole in which a machine side End portion of the actuating rod 391 can dip. The actuating rod is essentially tubular, wherein an axially continuous passageway is formed in the interior of the actuating rod, which leads through the region of the locking elements 382 through to the machine-distal end face of the actuating rod. The machine-distal end thus protrudes into the interior of the second adapter piece when the tool unit is assembled.
Am Übergang zum zweiten Adapterstück 370, welches zur Bohrkopf- Einheit gehört, ist eine druckdicht schließende Schnellsteck-Kupplung 395 für das fluide Steuermedium vorgesehen. Die lösbare Trennstelle zwischen den zur Bohrrohr-Einheit gehörenden Elementen und den zur Bohrkopf-Einheit gehörenden Elementen ist in Fig. 4 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Das bohrrohrseitige Kupplungsteil und das bohr- kopfseitige Kupplungsteil sind so gestaltet, dass eventueller Schrägversatz und Axialversatz beim Ankuppeln der Bohrkopf-Einheit an die Bohr- rohr-Einheit automatisch ausgeglichen werden. Das bohrkopfseitige Kupplungsteil ist an einem Bolzen 373 befestigt, der innerhalb des Grundkörpers 371 des zweiten Adapterstücks gegen die Kraft einer Schraubendruckfeder 374 axial bewegt werden kann. Beim Entriegelungshub der Verriegelungseinrichtung taucht der Bolzen in Richtung Bohrkopf ein, wobei sich dabei auch die Position der Schnellsteck- Kupplung 395 innerhalb des zweiten Adapterstücks in Richtung Bohrkopf verlagert. Der Bolzen 373 hat eine axiale Durchgangsbohrung, dessen bohrkopfseitiges Ende eine zylindrische Erweiterung hat, in die bei zusammengebauter Bohrkopfeinheit ein am Bohrkopf abgedichtet angebrachtes Rohr 375 eintaucht. Die über das Rohr 375 vermittelte, abgedichtete Fluidverbindung zwischen dem zweitem Adapterstück 370 und Bohrkopf 330 wird beim Zusammenschrauben dieser Teile automa- tisch hergestellt. Das Steuermedium betätigt im Inneren des Bohrkopfs einen Kolben, der ein Zustellelement mit Schrägflächen betätigt, welche mit Schrägflächen an einem Träger der aussteuerbaren Schneide nach Art eines Keilantriebs zusammenwirkt, um die Schneide abhängig vom Hydraulikdruck radial zuzustellen. At the transition to the second adapter piece 370, which belongs to the drill head unit, a pressure-tight closing quick-plug coupling 395 is provided for the fluid control medium. The detachable separation point between the elements belonging to the drill pipe unit and the elements belonging to the drill head unit is shown in FIG. 4 with a dashed line. The drill pipe-side coupling part and the drilling-head-side coupling part are designed so that any skew offset and axial offset are automatically compensated when the drill head unit is coupled to the drill pipe unit. The drill head coupling part is attached to a bolt 373 which can be moved axially within the body 371 of the second adapter piece against the force of a helical compression spring 374. When Entriegelungshub the locking device of the bolt dives in the direction of the drill head, which also displaces the position of the Schnellsteck- coupling 395 within the second adapter piece in the direction of the drill head. The bolt 373 has an axial through hole whose drill head end has a cylindrical extension in the when the drill head unit is assembled, a tube 375, which is sealed to the drill head, is inserted. The sealed fluid connection between the second adapter piece 370 and the drill head 330 mediated via the tube 375 is automatically produced when these parts are screwed together. The control medium operates in the interior of the drill head a piston which actuates a feed element with inclined surfaces, which cooperates with inclined surfaces on a carrier of the controllable cutting edge in the manner of a wedge drive to deliver the blade radially depending on the hydraulic pressure.
Der Bohrkopfwechsel wird im Wesentlichen analog zu der bereits beschriebenen Weise automatisch mithilfe eines automatischen Bohrkopfwechslers durchgeführt, der einen Greifer 450 hat, welcher in die Spannrille 324 am Umfang des zweiten Adapterstücks 370 eingreifen kann. The drill head change is carried out automatically analogously to the manner already described by means of an automatic drill head changer, which has a gripper 450, which can engage in the clamping groove 324 on the circumference of the second adapter piece 370.
Bei den bildlich dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Werkzeugkopf jeweils als Bohrkopf (Vollbohrkopf bzw. Aufbohrkopf) ausgebildet, so dass die Werkzeugkopf-Einheit auch als Bohrkopf-Einheit und der Werkzeug kopfwechsel auch als Bohrkopfwechsel bezeichnet werden kann. Es ist jedoch nicht zwingend, dass der verwendete Werkzeugkopf ein Bohrkopf ist, der ausschließlich zum Bohren verwendet werden kann. Werkzeugköpfe können auch für einen oder mehrere andere Bearbeitungsprozesse ausgelegt sein. Ein Werkzeugkopf kann z.B. ein Kombinationswerkzeugkopf sein, an dem zwei oder mehr unterschiedli- che, ggf. getrennt ansteuerbare Werkzeugelemente (z.B. Schälschneide, Rollierelement, Bohrschneide etc.) angebracht sein können. Es kann sich z.B. um einen 2-fach Kombinationswerkzeugkopf zum Schälen und Rollieren handeln oder um einen 3-fach Kombinationswerkzeugkopf, z.B. zum Aufbohren, Schälen und Rollieren. In the illustrated embodiments, the tool head is in each case designed as a drill head (full drill head or Aufbohrkopf), so that the tool head unit as a drill head unit and the tool head change can also be referred to as Bohrkopfwechsel. However, it is not mandatory that the tool head used is a drill head that can be used exclusively for drilling. Tool heads can also be designed for one or more other machining processes. A tool head may e.g. a combination tool head, on which two or more different, possibly separately controllable tool elements (for example peeling blade, roller burnishing element, drill bit, etc.) can be attached. It can be e.g. to handle a 2-fold combination tooling head for peeling and curling, or a 3-fold combination tool head, e.g. for boring, peeling and rolling.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Herstellen einer Werkzeugeinheit (100, 300) für eine Tiefbohrmaschine, bei dem ein auswechselbarer Werkzeugkopf (130, 330) an einem Bohrrohr (1 10, 310) lösbar befestigt wird, 1. A method for producing a tool unit (100, 300) for a deep hole drilling machine, in which a replaceable tool head (130, 330) is detachably fastened to a drill pipe (110, 310),
wobei das Bohrrohr ein maschinennahes Ende mit Einrichtungen zur Aufnahme des Bohrrohrs an einer Arbeitsspindel der Tiefbohrmaschine und ein maschinenfernes Ende mit einer ersten Verbindungsstruktur (1 12, 312) zum Anbringen eines Werkzeugkopfs aufweist, und der Werkzeugkopf eine zweite Verbindungsstruktur (136, 336) aufweist,  wherein the drill pipe has a machine-near end with means for receiving the drill pipe to a work spindle of the deep hole drilling machine and a machine-distal end with a first connection structure (1 12, 312) for attaching a tool head, and the tool head has a second connection structure (136, 336),
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass der Werkzeugkopf (130, 330) unter Zwischenschaltung einer mehrteiligen Adaptereinheit (150, 350) an dem Bohrrohr (1 10, 310) befestigt wird, wobei  in that the tool head (130, 330) is fastened to the drill pipe (1 10, 310) with the interposition of a multipart adapter unit (150, 350), wherein
ein erstes Adapterstück (160, 360) der Adaptereinheit mit dem Bohrrohr (1 10, 310) verbunden wird,  a first adapter piece (160, 360) of the adapter unit is connected to the drill pipe (110, 310),
ein zweites Adapterstück (170, 370) der Adaptereinheit mit dem Werkzeugkopf (130, 330) verbunden wird, und  a second adapter piece (170, 370) of the adapter unit is connected to the tool head (130, 330), and
das erste und das zweite Adapterstück mittels korrespondierender erster und zweiter Schnittstellenstrukturen einer Adapter-Schnittstelle (200, 400) drehfest und zentriert miteinander verbunden werden.  the first and the second adapter piece by means of corresponding first and second interface structures of an adapter interface (200, 400) rotatably and centered connected to each other.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Verbindungsstruktur als korrespondierende erste und zweite Anschlussgewinde gestaltet sind, das erste Adapterstück (160, 360) durch Anschrauben unmittelbar mit dem Bohrrohr verbunden wird und das zweite Adapterstück (170, 370) durch Anschrauben unmittelbar mit dem Werkzeugkopf verbunden wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the first and the second connection structure are designed as corresponding first and second connection threads, the first adapter piece (160, 360) is connected by screwing directly to the drill pipe and the second adapter piece (170, 370 ) is connected by screwing directly to the tool head.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin das erste Adapterstück (160, 360) und das zweite Adapterstück (170, 370) zur Herstellung der Verbindung über eine axiale Relativbewegung ineinander gesteckt wer- den oder zur Herstellung einer Schraubverbindung unter Relativverdrehung direkt ineinander geschraubt werden. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the first adapter piece (160, 360) and the second adapter piece (170, 370) are plugged into one another via an axial relative movement for producing the connection. the or for the preparation of a screw under relative rotation are screwed directly into each other.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das erste Adapterstück (160, 360) und das zweite Adapterstück (170, 370) nach dem axialen Zusammenfügen mittels einer maschinenseitig betätigbaren Verriegelungseinrichtung axial verriegelt werden, wobei die Verriegelungseinrichtung vorzugsweise hydraulisch betätigt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first adapter piece (160, 360) and the second adapter piece (170, 370) are axially locked after axial assembly by means of a machine-side actuated locking device, wherein the locking device is preferably actuated hydraulically.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin ein automatisierter Werkzeugkopfwechsel durchgeführt wird, wobei eine Werkzeugkopf-Einheit, die den Werkzeugkopf und ein daran angebrachtes zweites Adapterstück aufweist, mithilfe einer Greifereinheit eines Werkzeugkopf-Wechslersystems erfasst und lagerichtig mit dem am Bohrrohr angebrachten ersten Adapterstück verbunden wird und/oder von dem am Bohrrohr angebrachten ersten Adapterstück gelöst wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein an automated tool head change is performed, wherein a tool head unit having the tool head and a second adapter piece attached thereto, detected by means of a gripper unit of a tool head changer system and in the correct position with the drill pipe mounted on the first adapter piece is connected and / or detached from the drill pipe mounted on the first adapter piece.
6. Werkzeugeinheit (100, 300) für eine Tiefbohrmaschine, mit einem Bohrrohr (1 10, 310) und einem an dem Bohrrohr lösbar befestigten oder befestigbaren, auswechselbaren Werkzeugkopf (130, 330), 6. tool unit (100, 300) for a deep hole drilling machine, comprising a drill pipe (110, 310) and a replaceable tool head (130, 330) detachably fastened or fastened to the drill pipe,
wobei das Bohrrohr (1 10, 310) ein maschinennahes Ende mit Einrichtungen zur Aufnahme des Bohrrohrs an einer Arbeitsspindel der Tiefbohrmaschine und ein maschinenfernes Ende mit einer ersten Verbindungsstruktur (1 12, 312) zum Anbringen eines Werkzeugkopfs aufweist und  wherein the drill pipe (1 10, 310) has a machine-near end with means for receiving the drill pipe to a work spindle of the deep hole drilling machine and a machine-distal end with a first connection structure (1 12, 312) for attaching a tool head and
der Werkzeugkopf (130, 330) eine zweite Verbindungsstruktur (136, 336) aufweist,  the tool head (130, 330) has a second connection structure (136, 336),
gekennzeichnet durch, marked by,
eine Adaptereinheit (150, 350) zur Befestigung des Werkzeugkopfs am Bohrrohr, wobei die Adaptereinheit ein erstes Adapterstück (160, 360) und ein mit dem ersten Adapterstück lösbar verbindbares zweites Adapterstück (170, 370) aufweist, das erstes Adapterstück an einem maschinenseitigen Ende ein mit der ersten Verbindungsstruktur (1 12, 312) korrespondierende erste Verbindungsstruktur (162, 362) zur Verbindung mit dem Bohrrohr und an einem maschinenfernen Ende erste Schnittstellenstrukturen einer Adapter-Schnittstelle (200, 400) aufweist, an adapter unit (150, 350) for fastening the tool head to the drill pipe, the adapter unit having a first adapter piece (160, 360) and a second adapter piece (170, 370) releasably connectable to the first adapter piece, the first adapter piece has at a machine-side end a first connection structure (162, 362) corresponding to the first connection structure (1 12, 312) for connection to the drill pipe and first interface structures of an adapter interface (200, 400) at a machine-distal end,
das zweite Adapterstück (170, 370) an einem maschinenfernen Ende ein mit der zweiten Verbindungsstruktur korrespondierende zweite Verbindungsstruktur (172, 372) zur Verbindung mit dem Werkzeugkopf (130, 330) und an einem maschinennahen Ende zweite Schnittstellenstrukturen der Adapter-Schnittstelle aufweist (200, 400), und  the second adapter piece (170, 370) has at a machine-distal end a second connection structure (172, 372) corresponding to the second connection structure for connection to the tool head (130, 330) and second interface structures of the adapter interface at a machine-oriented end (200, 400), and
das erste und das zweite Adapterstück mittels der korrespondierenden ersten und zweiten Schnittstellenstrukturen drehfest und zentriert miteinander verbunden oder verbindbar sind.  the first and the second adapter piece by means of the corresponding first and second interface structures rotatably and centered connected or connectable.
7. Werkzeugeinheit nach Anspruch 6, worin die erste und die zweite Verbindungsstruktur als korrespondierende erste und zweite Anschlussgewinde derart gestaltet sind, dass das erste Adapterstück (160, 360) durch Anschrauben unmittelbar mit dem Bohrrohr (1 10, 310) und das zweite Adapterstück (170, 370) durch Anschrauben unmittelbar mit dem Werkzeugkopf (130, 330) verbindbar ist. 7. Tool unit according to claim 6, wherein the first and the second connection structure are designed as corresponding first and second connecting threads such that the first adapter piece (160, 360) by screwing directly to the drill pipe (1 10, 310) and the second adapter piece ( 170, 370) can be connected by bolting directly to the tool head (130, 330).
8. Werkzeugeinheit nach Anspruch 6 oder 7, worin die Adapter- Schnittstelle (200, 400) als Steckverbindung derart ausgestaltet ist, dass das erste Adapterstück (160, 360) und das zweite Adapterstück (170, 370) zur Herstellung der Verbindung über eine axiale Relativbewegung ineinander steckbar sind, oder worin die Adapter-Schnittstelle als Schraubverbindung ausgestaltet ist 8. Tool unit according to claim 6 or 7, wherein the adapter interface (200, 400) is designed as a plug connection such that the first adapter piece (160, 360) and the second adapter piece (170, 370) for establishing the connection via an axial Relative movement are plugged into each other, or wherein the adapter interface is designed as a screw connection
9. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin eines der Adapterstücke, insbesondere das erste Adapterstück (160, 360), eine Schnittstellenstruktur mit einer Kegelaufnahme (210, 310) mit einem Innenkonus aufweist und das andere Adapterstück, insbesondere das zweite Adapterstück (170, 370), eine Schnittstellenstruktur mit einem zum Innenkonus korrespondierenden Außenkonus (222, 322) aufweist, wobei vorzugsweise die erste Schnittstellenstruktur eine Kegelaufnahme mit einem Innenkonus aufweist und die zweite Schnittstellenstruktur einen Anschlusskegel mit einem Außenkonus aufweist, der mit den Innenkonus korrespondiert. 9. Tool unit according to one of claims 6 to 8, wherein one of the adapter pieces, in particular the first adapter piece (160, 360), an interface structure with a cone receptacle (210, 310) having an inner cone and the other adapter piece, in particular the second adapter piece (170, 370), an interface structure with an inner cone corresponding to the outer cone (222, 322), wherein preferably the first interface structure has a cone seat with an inner cone and the second interface structure has a connecting cone with an outer cone, which corresponds to the inner cone ,
10. Werkzeugeinheit nach Anspruch 9, worin an einer Außenfläche des Außenkonus (222) mindestens eine Ausnehmung (224) ausgebildet ist, die als Eingriffsstruktur für ein oder mehrere Verriegelungselemente einer Verriegelungseinrichtung dienen kann, wobei die Eingriffsstruktur vorzugsweise als umlaufende Außenrille (224), vorzugsweise mit schrägen Seitenflächen, ausgebildet ist. 10. A tool unit according to claim 9, wherein on an outer surface of the outer cone (222) at least one recess (224) is formed, which can serve as an engagement structure for one or more locking elements of a locking device, wherein the engagement structure preferably as a circumferential outer groove (224), preferably with oblique side surfaces, is formed.
1 1. Werkzeugeinheit nach Anspruch 9, worin die Schnittstellenstruktur mit Außenkonus nach Art eines Hohlschaftkegels (320) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise Eingriffsstrukturen für ein oder mehrere Verriegelungselemente (382) einer Verriegelungseinrichtung im Inneren des Hohlschaftkegels ausgebildet sind. 1 1. The tool unit according to claim 9, wherein the interface structure with outer cone in the manner of a hollow shaft cone (320) is formed, wherein preferably engagement structures for one or more locking elements (382) of a locking device are formed in the interior of the hollow shaft cone.
12. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , worin das erste Adapterstück (160) und das zweite Adapterstück (170) korrespondierende Mitnehmerstrukturen (226) aufweisen, die beim axialen Zusammenstecken des ersten und des zweiten Adapterstücks zur Herstellung einer in Umfangsrichtung wirksamen formschlüssigen Verbindung ineinander greifen. 12. Tool unit according to one of claims 8 to 1 1, wherein the first adapter piece (160) and the second adapter piece (170) corresponding driver structures (226), which in the axial mating of the first and the second adapter piece for producing a circumferentially effective positive Interlocking connection.
13. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 12, gekennzeichnet durch eine maschinenseitig betätigbare Verriegelungseinrichtung zur axialen Verriegelung des ersten Adapterstücks (160, 360) mit dem zweiten Adapterstück (170, 370) nach einem axialen Zusammenfü- gen, wobei die Verriegelungseinrichtung vorzugsweise hydraulisch betätigbar ist. 13. Tool unit according to one of claims 6 to 12, characterized by a machine-side operable locking device for axial locking of the first adapter piece (160, 360) with the second adapter piece (170, 370) for an axial Zusammenfü- gene, wherein the locking device is preferably hydraulically actuated.
14. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 13, worin in dem ersten Adapterstück (160) ein Kolbenraum (165) gebildet ist, in dem ein Kolbenelement (166) aufgenommen ist, das durch Beaufschlagung mit Hydraulikdruck gegen die Kraft einer Kolbenfeder (167) in dem Kolbenraum bewegbar ist, wobei mindestens ein Hydraulikkanal (168) von dem Kolbenraum in Richtung der am ersten Adapterstück ausgebildeten ersten Verbindungsstruktur führt, wobei vorzugsweise der Kolbenraum (165) ein Ringraum und das Kolbenelement (166) ein ringförmiges Kolbenelement ist, wobei der Ringraum und das Kolbenelement einen axial durchgehenden Hohlraumkanal (138) im Inneren des ersten Adapterstücks umschließen. 14. Tool unit according to one of claims 6 to 13, wherein in the first adapter piece (160) a piston chamber (165) is formed, in which a piston member (166) is received, which by applying hydraulic pressure against the force of a piston spring (167) is movable in the piston chamber, wherein at least one hydraulic channel (168) leads from the piston chamber in the direction of the first adapter piece formed on the first connecting structure, wherein preferably the piston chamber (165) is an annular space and the piston member (166) is an annular piston member, wherein the annular space and the piston member enclose an axially continuous cavity channel (138) in the interior of the first adapter piece.
15. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 13 oder 14, worin die Verriegelungseinrichtung eine axial verschiebbare Betätigungsstange (384) aufweist, die maschinenseitig an einen Kolben (386) gekoppelt ist, der verschiebbar in einem Zylinderraum (388) angeordnet ist, der über eine erste Steuerleitung (389) an die Druckseite einer Hydraulikpumpe anschließbar ist, wobei vorzugsweise die Betätigungsstange (384) mindestens einen axial durchgehenden Durchlasskanal aufweist, der maschinenseitig an eine zweite Steuerleitung (392) anschließbar ist, welche ein Bestandteil eines hydraulischen Werkzeugsteuersystems zur Betätigung einer steuerbaren Funktionseinheit, insbesondere Schneide (332), des Werkzeug kopfs ist. 15. A tool unit according to any one of claims 13 or 14, wherein the locking means comprises an axially displaceable actuating rod (384) which is coupled on the machine side to a piston (386) which is slidably disposed in a cylinder chamber (388) via a first control line (389) is connectable to the pressure side of a hydraulic pump, wherein preferably the actuating rod (384) has at least one axially continuous passage, the machine side to a second control line (392) is connected, which is part of a hydraulic tool control system for actuating a controllable functional unit, in particular Cutting edge (332), the tool head is.
16. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 15, worin in dem Bohrrohr (310) eine an eine erste Hydraulikpumpe anschließbare erste Steuerleitung (389) und eine an eine zweite Hydraulikpumpe anschließbare zweite Steuerleitung (392) angeordnet sind, wobei vorzugsweise die erste Steuerleitung ein Bestandteil einer hydraulisch betätig- baren Verriegelungseinrichtung ist und die zweite Steuerleitung ein Bestandteil eines hydraulischen Werkzeugsteuersystems zur Betätigung einer steuerbaren Funktionseinheit, insbesondere Schneide, des Werkzeugkopfs ist. 16. Tool unit according to one of claims 6 to 15, wherein in the drill pipe (310) connectable to a first hydraulic pump first control line (389) and connectable to a second hydraulic pump second control line (392) are arranged, wherein preferably the first control line Part of a hydraulically operated Baren locking device is and the second control line is part of a hydraulic tool control system for actuating a controllable functional unit, in particular cutting edge of the tool head.
17. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 16, worin in einem Übergangsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Adapterstück eine druckdicht schließende Schnellsteck-Kupplung (395) für ein fluides Steuermedium vorgesehen ist, wobei ein bohrrohrseitige erstes Kupplungsteil und ein werkzeugkopfseitiges zweites Kupplungsteil derart gestaltet sind, dass ein eventueller Schrägversatz und/oder Axialversatz beim Ankuppeln des zweiten Adapterstücks (370) an das erste Adapterstück (360) automatisch ausgeglichen wird, wobei vorzugsweise die Kupplungsteile der Schnellsteck-Kupplung im gekoppelten Zustand gemeinsam axial bewegbar sind. 17. A tool unit according to any one of claims 6 to 16, wherein in a transition region between the first and the second adapter piece a pressure-tight closing quick-plug coupling (395) is provided for a fluid control medium, wherein a drill pipe side first coupling part and a tool head side second coupling part designed in such a way are that a possible skew offset and / or Axialversatz when coupling the second adapter piece (370) to the first adapter piece (360) is automatically compensated, preferably the coupling parts of the quick-release coupling in the coupled state are jointly axially movable.
18. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 17, worin in das Bohrrohr (1 10) koaxial ein zylindrisches Innenrohr 120 eingesetzt ist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Bohrrohrs, so dass zwischen dem Bohrrohr und dem Innenrohr ein axial durchgehender Ringspalt (1 15) verbleibt, durch den ein Steuerfluid zur Adaptereinheit transportierbar ist. 18. Tool unit according to one of claims 6 to 17, wherein in the drill pipe (1 10) coaxial, a cylindrical inner tube 120 is inserted, whose outer diameter is smaller than the inner diameter of the drill pipe, so that between the drill pipe and the inner tube an axially continuous annular gap ( 1 15) remains, through which a control fluid to the adapter unit is transportable.
19. Werkzeugeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 18, worin am Außenumfang des Bohrrohrs (1 19) und/oder am Außenumfang des ersten Adapterstücks (360) mehrere Abstützleisten (1 14, 314) angebracht sind, die beim Werkzeugkopfwechsel mit Gegenelementen an der Innenseite eines Bohrölzufuhrapparates (192, 392) zusammenwirken und die Werkzeugeinheit für einen Werkzeugkopfwechsel zentrieren. 19. Tool unit according to one of claims 6 to 18, wherein on the outer circumference of the drill pipe (1 19) and / or on the outer circumference of the first adapter piece (360) a plurality of support strips (1 14, 314) are mounted, the tool head change with counter elements on the inside a Bohrölzufuhparparates (192, 392) cooperate and center the tool unit for a tool head change.
20. Adaptereinheit (150, 350) zum Befestigen eines auswechselbaren Werkzeug kopfs (130, 330) an einem Bohrrohr (1 10, 310) für eine Tiefbohrmaschine, 20. adapter unit (150, 350) for attaching a replaceable tool head (130, 330) on a drill pipe (1 10, 310) for a deep hole drilling machine,
wobei die Adaptereinheit ein erstes Adapterstück (160, 360) und ein mit dem ersten Adapterstück lösbar verbindbares zweites Adapterstück (170, 370) aufweist,  wherein the adapter unit has a first adapter piece (160, 360) and a second adapter piece (170, 370) detachably connectable to the first adapter piece,
das erstes Adapterstück an einem maschinenseitig anordenbaren Ende eine erste Verbindungsstruktur (162, 362) zur Verbindung mit dem Bohrrohr und an einem maschinenfern anordenbaren Ende erste Schnittstellenstrukturen einer Adapter-Schnittstelle (200, 400) aufweist, das zweite Adapterstück (170, 370) an einem maschinenfern anordenbaren Ende eine zweite Verbindungsstruktur (172, 372) zur Verbindung mit dem Werkzeugkopf (130, 330) und an einem maschinennah anordenbaren Ende zweite Schnittstellenstrukturen der Adapter- Schnittstelle aufweist (200, 400), und  the first adapter piece at a machine-side end having a first connection structure (162, 362) for connection to the drill pipe and at a machine remote end first interface structures of an adapter interface (200, 400), the second adapter piece (170, 370) on a can be arranged far away from the machine, a second connection structure (172, 372) for connection to the tool head (130, 330) and at a machine-near end second interface structures of the adapter interface has (200, 400), and
das erste und das zweite Adapterstück mittels der korrespondierenden ersten und zweiten Schnittstellenstrukturen drehfest und zentriert miteinander verbunden oder verbindbar sind.  the first and the second adapter piece by means of the corresponding first and second interface structures rotatably and centered connected or connectable.
21. Adaptereinheit nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Merkmale des Kennzeichens von mindestens einem der Ansprüche 7 bis 14 oder 17. 21. Adapter unit according to claim 20, characterized by the features of the characterizing portion of at least one of claims 7 to 14 or 17.
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