EP3126080A1 - Vorrichtungen zum bohren gekrümmter löcher - Google Patents

Vorrichtungen zum bohren gekrümmter löcher

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Publication number
EP3126080A1
EP3126080A1 EP15713761.3A EP15713761A EP3126080A1 EP 3126080 A1 EP3126080 A1 EP 3126080A1 EP 15713761 A EP15713761 A EP 15713761A EP 3126080 A1 EP3126080 A1 EP 3126080A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive
drill
connection
material processing
curved
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Withdrawn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
EP15713761.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Schweiger
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.)
Ivoclar Vivadent AG
Original Assignee
Ivoclar Vivadent AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ivoclar Vivadent AG filed Critical Ivoclar Vivadent AG
Publication of EP3126080A1 publication Critical patent/EP3126080A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B41/00—Boring or drilling machines or devices specially adapted for particular work; Accessories specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B45/00—Hand-held or like portable drilling machines, e.g. drill guns; Equipment therefor
    • B23B45/003—Attachments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/02—Driving main working members
    • B23Q5/04—Driving main working members rotary shafts, e.g. working-spindles
    • B23Q5/043—Accessories for spindle drives
    • B23Q5/045—Angle drives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/18—Ceramic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B2260/00—Details of constructional elements
    • B23B2260/07—Gears
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/02—Use of a particular power source
    • B23B2270/022—Electricity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2270/00—Details of turning, boring or drilling machines, processes or tools not otherwise provided for
    • B23B2270/02—Use of a particular power source
    • B23B2270/025—Hydraulics

Definitions

  • the present invention relates to a special drill with which it is possible to make curved holes.
  • Curved holes are well known in the macroscopic, such as in the development of fossil fuels.
  • There are special drilling systems (“Directional Drilling”) in which the direction of the drill head can be steered 1. This allows, for example, an oil reservoir at a depth of 10 km from the side to pierce and exploit.
  • the flexible shaft b is guided in a steel sheet tube a, which is bent after the curve to be drilled.
  • the shaft b is soldered with one end into the drill bit by a nut thread catching c, while the other end is easily pushed through a brass sleeve.
  • the drill chuck c loosely runs in a small brass bushing which reinforces the free end of the pipe.
  • the other end of the tube is mounted in a sleeve which is carried by a booklet.
  • the brass sleeve d rotates easily in the pipe end, which sits in the sleeve.
  • the sleeve d is cut longitudinally so that the ends emerging from the tube a somewhat spring.
  • the attachment of the shaft b in the sleeve d is done by attaching the two-piece drive roller g by the same the resilient. Ends of the sleeve d is compressed on the shaft b.
  • the cord of an ordinary rotary arc such as is needed for small spindles, is inserted in the track of the roller g and the drill bit is pressed steadily against the drilling material while working back and forth with the bow.
  • the tube a leads the drill as the hole progresses and thus one can also spiral holes u.
  • Drill if the pipe a has received the appropriate form.
  • a tool for drilling curved holes wherein a flexible shaft lies in a curved guide tube, which corresponds in its curvature to the curvature of the borehole, which connects the drive with the drill head.
  • the use of this tool is particularly in the field of surgery.
  • US Pat. No. 4,265,231 A discloses a drilling tool for producing a curved drilling channel, comprising a drill head, a curved, hollow cylindrical shaft with a proximal end and a distal end, and a shaft accommodated in the shaft with a proximal coupling element to the Connecting the shaft with a drive and with a distal coupling element for connecting the shaft to the drill head.
  • WO 2011 113078 discloses a tool for drilling curved boreholes, having a boring head connected to one end of a flexible shaft and a guide tube, which is bent correspondingly to the curvature of the borehole and surrounding the flexible shaft, with a bearing at the distal end Bearing of the drill head, and arranged at the other end of the flexible shaft means for connection to a drive.
  • a rinsing device is provided, via which rinsing liquid can be conveyed through the guide tube to the drill head. In this way, the removed material can be removed and the drill head cooled and lubricated.
  • Flexible shafts have the disadvantage that they can transmit only low torques, which are particularly dependent on the diameter of the shaft and the direction of rotation. In the range of diameters of the flexible shaft below 2 mm, there are currently no suppliers. In addition, the maximum speeds are limited upwards, for example, with a diameter of 3 mm maximum 25000 RPM.
  • the invention has for its object to provide a device, a method and a computer program for drilling curved holes, in particular for the transmission of high torques and high speeds at small borehole diameters.
  • the drills should be used on CNC machines.
  • the application should also be possible in the area of difficult-to-process materials, such as CoCr alloys, silicate ceramics (lithium silicate, lithium disilicate, etc.) or oxide ceramics.
  • the drive of the material processing area which is in particular formed by a drill head, by gear-like drive parts (eg axes with Bevel gear etc.) or according to claim 2 by a flexible shaft or according to claim 3 by means of fluid drive or compressed air drive;
  • the diameter of the rigid curved shaft portion of the device, in particular of the drill has a Druehmesser, which may also be less than 3mm;
  • a computer program is provided, so that the device, in particular the drill, can be used on a CNC machine.
  • inlet and outlet channels for cabbage and drill cuttings are available.
  • the curved drill is primarily characterized in that the curvature of the drill exactly corresponds to a segment of a circular arc.
  • the drill / grinder head can be designed either with defined cutting geometries or with an undefined grinder geometry (for example diamond coating).
  • the geometry of the drill grinder head is hemispherical.
  • the drill / grinder head is replaceable. This interchangeability can be accomplished for example by a threaded connection with the distal drive part.
  • channels for the supply of cooling lubricant and / or the removal of chips or grinding dust can be integrated into the drill.
  • the channels for the supply of cooling lubricant can either be closed within the drill shank, or be designed as semi-open channels on the outer surface of the drill shank.
  • the drill at the drive-near end shows a geometric design in the sense of an anti-rotation geometry, which attaches to the drive part and prevents co-rotation of the curved drill.
  • a grinding or drilling program which makes it possible to make the curved bore by means of a CNC machine.
  • the program calculates the feed and the rotation paths and provides an NC file which, during the drilling process, determines the feeds in the linear axes (X, Y and Z axes) and simultaneously simultaneously the rotations of the axes of rotation (A or B -Axis) controls.
  • the linear and rotary axes are controlled in the reverse order. In principle, it is possible to actuate the drill bit both in left-hand and clockwise directions.
  • the curved drill has the following features:
  • the curvature of the drill forms a circle segment with the smaller inner radius Rl and the larger outer radius R2.
  • the diameter D drill shank of the drill shank results from:
  • the circle segments for the smaller inner radius Rl and the larger radius R2 originate from the same circle center.
  • the diameter of the drill tip (D drill tip ) must be greater than the diameter of the drill shank (D drill shank ), so that there is no jamming of the curved drill during the drilling process.
  • the curved can be provided with cooling channels, so that passes through these cooling lubricant to the drill / Fräserspitze and thus overheating of the drill / scraper head and the workpiece can be prevented.
  • the curved drill bit can be provided with drainage channels so that it can be used to remove the drill cuttings / debris.
  • the device it is possible not to operate the device by means of flexible shaft or gear-like drive, but with the aid of compressed air or fluid pressure.
  • the supply of compressed air / hydraulic fluid can be done by the curved shaft portion.
  • a turbine wheel At the distal end of the shank portion, in particular the drill shank, is located within the shank portion of a turbine wheel, which is rotatably mounted and converts the applied pressure (air / liquid) into kinetic energy.
  • the turbine wheel can be designed, for example, as a paddle wheel.
  • the turbine wheel is connected to the material processing section, in particular the drill / grinder head, so that the kinetic drive energy is transferred from the turbine wheel to the drill / shaver head.
  • the cheapest is the power transmission directly without intermediate gear. But it is also an upper or reduction by a transmission possible.
  • the storage of the turbine wheel can be done, for example air bearing. There are also plain bearings, needle roller bearings or ball bearings with steel balls possible. For very high speeds ceramic ball bearings are ideally
  • the propellant / propellant can either be returned within the drill shank or escape at the drill / grinder head and serve to cool the drill / grinder head and workpiece.
  • the drive system can form a self-contained circuit, beipsieliki in the sense of an oil pressure drive.
  • a turbine wheel located at the distal end of the drill shank within the drill shank a turbine wheel, which is rotatably mounted and converts the applied oil pressure (air / liquid) into kinetic energy.
  • the pressure is generated within the drill shank by an impeller which is moved by a drive axle and driven by a system / motor external to the drill shank.
  • Fig. 1 shows the lateral section through a curved drill with gear drive
  • Fig. 2 shows the lateral section through a curved drill with drive by means of flexible shaft
  • Fig. 3 shows the lateral section through a curved drill
  • Drawing No. 1 shows that the lateral section through a curved drill with gear drive.
  • the internal gearbox is shown, which consists of the following parts: shaft (4) with bevel gear at one end and connection geometry (5) for connection to a clamping system (here HSK Polygonspannsy system) and the drive spindle (12), shaft with bilateral Bevel gear (6), gearbox intermediate piece (7) with negative bevel gear teeth on both sides, one end of the gearbox
  • the drill / grinder head (9) is shown in the drawing no. 1 by way of example as a diamond grinder with hemisphere geometry
  • the drill / grinder head (9) is shown replaceable in the drawing, which is screwed onto the Getriebeend published.
  • the tool clamping device (11) here exemplified polygon clamping system with HSK receptacle
  • Drawing no. 2 is shown in the drawing no. 1 by way of example as a diamond grinder with hemisphere geometry
  • the drill / grinder head (9) is shown replaceable in the drawing, which is screwed onto the Getriebeend published.
  • the tool clamping device (11) here exemplified polygon clamping system with HSK recept
  • Drawing No. 2 shows the lateral section through a curved drill with drive by means of flexible shaft (13).
  • flexible shaft which is constructed of the following parts: flexible shaft (13) with bearings at the drive-near end (14) and connection geometry (5) for connection to a clamping system (here HSK polygon clamping system) and the drive spindle (12) , distal bearing of the flexible shaft (15) at the end facing the drill / grinder head (9).
  • the drill / grinder head (9) is shown in the drawing no. 1 by way of example as a diamond grinding with hemisphere geometry.
  • the drill / SchIeiferkopf (9) is shown replaceable in the drawing, wherein this is screwed onto the Getriebeend Culture (8).
  • the tool clamping device (11) here exemplified polygon clamping system with HSK recording
  • Drawing No. 3 shows the lateral section through a curved drill with compressed air / hydraulic fluid drive.
  • the drill / grinder head (9) is shown in the drawing no. 3 by way of example as a diamond grinding with hemisphere geometry.
  • the drill / grinder head (9) is shown replaceable in the drawing, wherein this is screwed onto the connecting piece (19) to the turbine wheel (16). Furthermore, the supply of compressed air / pressure fluid (17) and the return of the compressed air / hydraulic fluid (18) is shown.
  • Drawing No.4 shows the supply of compressed air / pressure fluid (17) and the return of the compressed air / hydraulic fluid (18) is shown.
  • Drawing No. 4 shows the lateral section through a curved drill with self-contained hydraulic fluid drive.
  • the drill Z grinding head (9) is exemplified in the drawing No. 4 as a diamond grinding wheel having a hemispherical geometry.
  • the drill Z-grinding head (9) is shown replaceable in the drawing, this is screwed onto the connecting piece (19) to the turbine wheel (16). Furthermore, the supply of the hydraulic fluid (17) and the return of the hydraulic fluid (18) is shown.
  • the impeller (20) is driven by the drive shaft (21).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Drilling And Boring (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Bohren von gekrümmten Löchern. Die Vorrichtung zur Materialbearbeitung umfasst einen rotierend antreibbaren Materialbearbeitungsabschnitt, einen zur Verbindung mit einem Rotationsantrieb dienenden Anschlussabschnitt und einen sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Material bearbeitungsabschnitt erstreckenden Antriebsstrang, durch den ein Antriebsmoment von dem Anschlussabschnitt auf den Materialbearbeitungsabschnitt übertragbar ist, wobei der Antriebsstrang in einem sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Materialbearbeitungsabschnitt gekrümmt erstreckenden, starren Schaftabschnitt angeordnet ist.

Description

VORRICHTUNG ZUM BOHREN GEKRÜMMTE
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spezialbohrer, mit dem es möglich ist, gekrümmte Bohrungen auszuführen. Stand der Technik
Gekrümmte Locher sind im Makroskopischen durchaus bekannt, wie z.B. bei der Erschließung fossiler Brennstoffe. Hier gibt es spezielle Bohrsysteme („Directional Drilling"), bei denen die Richtung des Bohrkopfes gelenkt werden kann1. Dies erlaubt es z.B. ein Ölreservoir in 10 km Tiefe von der Seite anzustechen und auszubeuten.
Auch in kleineren Dimensionen wie z.B. in der Chirurgie sind Methoden zum Einbringen gekrümmter Löcher in Knochen bereits auf dem Markt2, allerdings gibt es nur einen Anbieter ohne Konkurrenz, d.h. der Bedarf ist offensichtlich gering. Für das Bohren gekrümmter Löcher in Holz gibt es als Lösung den Kunstbohrer, allerdings für den Nischenmarkt der Heimwerker3.
Aus dem Stand der Technik ist der Bohrapparat von A. Erich bekannt, mit dem es möglich ist, gekrümmte Löcher zu bohren, z.B. das Rauchloch am unteren Ende eines Pfeifenkopfes. A. Erich hat in der Zeitschrift für Drechsler, 1885 S. 110, einen Apparat angegeben, bei welchem statt der Darmsaite die biegsame Transmissionswelle von Stow (1876 222 * 111) benutzt ist:
„Die biegsame Welle b wird in einem Stahlblechrohre a geführt, welches nach der zu bohrenden Kurve gebogen ist. Die Welle b ist mit einem Ende in das den Bohrer durch ein Muttergewinde fassende Futter c eingelötet, während das andere Ende durch eine Messinghülse leicht hindurch geschoben wird. Das Bohrfutter c läuft lose in einer kleinen Messingbüchse, welche das freie Ende des Rohres verstärkt. Das andere Ende des Rohres ist in einer Büchse befestigt, welche von einem Heft getragen wird. Die Messinghülse d dreht sich leicht in dem Rohrende, welches in der Büchse sitzt. Die Hülse d ist der Länge nach aufgeschnitten, so dass die aus dem Rohr a heraustretenden Enden etwas federn.
Die Befestigung der Welle b in der Hülse d geschieht durch Anbringen der zweiteiligen Antriebsrolle g, indem dieselbe die federnden. Enden der Hülse d auf der Welle b zusammenpresst. Beim Gebrauch des Werkzeuges wird die Schnur eines gewöhnlichen Drehbogens, wie solcher für kleine Bohrspindeln gebraucht wird, in die Spur der Rolle g eingelegt und die Bohrspitze stetig gegen das bohrende Material gedrückt, während mit dem Bogen hin und her gearbeitet wird. Das Rohr a führt den Bohrer beim Fortschreiten des Loches und kann man demnach auch Spirallöcher u. dgl. bohren, wenn das Rohr a die entsprechende Form erhalten hat."
Aus AT 508 891 A4 2011-05-15 ist ein Werkzeug zum Bohren gekrümmter Löcher bekannt, wobei eine flexible Welle in einem gebogenen Führungsrohr liegt, welches in seiner Krümmung der Krümmung des Bohrloches entspricht, die den Antrieb mit dem Bohrkopf verbindet. Der Einsatz dieses Werkzeuges liegt insbesondere im Bereich der Chirurgie.
Aus US 4, 541, 423 A ist ein Werkzeug zum Bohren von gekrümmten Löchern bekannt, wobei das Führungsrohr aus einem Material besteht, welches händisch gebogen werden kann. Auch bei dieser Anmeldung erfolgt der Antrieb über eine flexible Welle.
Aus US 4, 265, 231 A geht ein Bohrwerkzeug zum Erzeugen eines gekrümmten Bohrkanals bzw. -lochs hervor, umfassend einen Bohrkopf, einen gekrümmten, hohlzylindrischen Schaft mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende und eine im Schaft aufgenommene Welle mit einem proximalen Koppelelement zum Verbinden der Welle mit einem Antrieb und mit einem distalen Koppelelement zum Verbinden der Welle mit dem Bohrkopf.
Ein gattungsgemäßes Werkzeug ist unter anderem auch in US 4, 265, 231 bzw. US 5, 017, 057 offengelegt.
Aus WO 2011 113078 ist ein Werkzeug zum Bohren gekrümmter Bohrlöcher bekannt, mit einem Bohrkopf, der mit einem Ende einer flexiblen Welle verbunden ist, und mit einem die flexible Welle umgebenden, der Krümmung des Bohrlochs entsprechend gebogenen Führungsrohr, mit einem Lager am distalen Ende zur Lagerung des Bohrkopfes, und mit einer am anderen Ende der flexiblen Welle angeordneten Einrichtung zur Verbindung mit einem Antrieb. Gemäß Anspruch 20 ist eine Spüleinrichtung vorgesehen, über welche Spülflüssigkeit durch das Führungsrohr zum Bohrkopf beförderbar ist. Auf diese Weise kann das abgetragene Material abgeführt und der Bohrkopf gekühlt und geschmiert werden. Biegsame Wellen haben den Nachteil, däss sie nur geringe Drehmomente übertragen können, welche insbesondere vom Durchmesser der Welle und von der Drehrichtung abhängig sind. Im Bereich von Durchmessern der biegsamen Welle unter 2 mm gibt es derzeit keine Anbieter. Zudem sind die maximalen Drehzahlen nach oben beschränkt, z.B. bei einem Durchmesser von 3 mm maximal 25000 RPM.
Nachteile, welche die Erfindung beheben soll
Folgende Nachteile werden durch die Erfindung behoben:
Übertragung von höheren Drehmomenten vom Antrieb auf den Bohrkopf
- Einsatz des Spezialbohrers zur Bohrung gekrümmter Löcher in Verbindung mit CNC- Maschinen und damit die Bereitstellung entsprechender Computerprogramme
- Einsatz des Spezialbohrers zur Bohrung gekrümmter Löcher in Bereichen, bei denen der Durchmesser des gekrümmten Bohrloches < 3mm ist.
Bisherige Lösungsversuche
Für das Bohren gekrümmter Löcher in harten Materialien wie Legierungen oder Silikaten wurden keine am Markt erhältlichen Lösungsahgebote gefunden
Ziel der Erfindung
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Bohren gekrümmter Löcher anzugeben, insbesondere zur Übertragung hoher Drehmomente und hoher Drehzahlen bei kleinen Bohrlochdurchmessern. Idealerweise sollen die Bohrer auf CNC-Maschinen verwendet werden. Der Einsatz soll auch im Bereich von schwer bearbeitbaren Werkstoffen möglich sein, wie beispielsweise CoCr-Legierungen, Silikatkeramiken (Lithiumsilikat, Lithium-Disilikat etc.) oder Oxidkeramiken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
1. gemäß Anspruch 1 der Antrieb des Materialbearbeitungsbereiches, der insbesondere von einem Bohrkopf gebildet ist, durch getriebeartige Antriebsteile (z.B. Achsen mit Kegelradantrieb etc.) oder gemäß Anspruch 2 durch eine biegsame Welle oder gemäß Anspruch 3 mittels Fluidantrieb oder Druckluftantrieb erfolgt;
2. insbesondere der Durchmesser des starren gebogenen Schaftabschnittes der Vorrichtung, insbesondere des Bohrers, einen Druehmesser aufweist, der auch kleiner als 3mm sein kann;
3. insbesondere ein Computerprogramm bereit gestellt wird, sodass die Vorrichtung insbesondere der Bohrer, auf einer CNC - Maschine eingesetzt werden kann.
4. insbesondere Zu- und Abflusskanäle für Kohlschmiermittel und Bohrspäne vorhanden sind.
Bestandteile der Technologie:
1. Gekrümmter Bohrer als Materialbearbeitungsvorrichtung
Der gekrümmte Bohrer ist primär dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Bohrers exakt einem Segment eines Kreisbogens entspricht. Der Bohrer besteht aus einer starren gebogenen Außenhülle (= Bohrerschaft), die hohl ist und deren inneres Lumen zur Aufnahme der getriebeartigen Strukturen oder der biegsamen Welle dient, welche die Kräfte vom Antriebsteil auf den Bohrer-/Schleiferkopf am antriebsfernen Ende übertragt. Der Bohrer-/Schleiferkopf kann dabei entweder mit definierten Schneidgeometrien oder mit einer nicht definierten Schleifergeometrie (z.B. Diamantbeschichtung) ausgestaltet sein. In einer bevorzugten Form ist die Geometrie des BohrerVSchleiferkopfes halbkugelförmig ausgestaltet. Idealerweise ist der Bohrer-/Schleiferkopf auswechselbar. Diese Auswechselbarkeit kann beispielsweise durch eine Gewindeverbindung mit dem distalen Antriebsteil bewerkstelligt werden.
Weiterhin können in den Bohrer Kanäle für die Zufuhr von Kühlschmiermittel und/oder die Abfuhr von Spänen bzw. Schleifstaub integriert sein. Die Kanäle für die Zufuhr des Kühlschmiermittels können entweder geschlossen innerhalb des Bohrerschaftes liegen, öder aber als halboffene Kanäle an der Außenfläche des Bohrerschaftes gestaltet sein. Weiterhin zeigt der Bohrer am antriebsnahen Ende eine geometrische Ausgestaltung im Sinne einer Antirotationsgeometrie, die am Antriebsteil ansetzt und ein Mit-Rotieren des gekrümmten Bohrers verhindert. Bei einem automatischen Werkzeugwechsel z.B. mittels pneumatischem Werkzeugwechselsystem soll die CNC-Maschine automatisch den gekrümmten Bohrer mit Antirotationsgeometrie aufnehmen und so positionieren, dass die Antirotationsgeometrie in den vorgesehenen Rasten an der Antriebseinheit (= Frässpindel) einrastet und so das Mit - Rotieren des gekrümmten Bohrerschaftes verhindert wird. 2. Verfahren und Computerprogramm zur Erzeugung gekrümmter Bohrungen mittels CAD/CAM - Technolgie
Erfindungsgemäß wird ein Schleif- oder Bohrprogramm bereitgestellt, welches es erlaubt, mittels CNC - Maschine die gekrümmte Bohrung vorzunehmen. Das Programm berechnet die Vorschub- sowie die Rotationswege und stellt ein NC-File zur Verfügung, welches während des Bohrprozesses die Vorschübe in den Linearachsen (X-,Y- und Z- Achse) und gleichzeitig simultan die Drehungen der Rotationsachsen (A- oder B-Achse) steuert. Am Ende des Bohrprozesses werden die Linear- und Rotationsachsen in der rückwärtsgewandten Reihenfolge angesteuert. Grundsätzlich ist eine Ansteuerung der Bohrerspitze sowohl im Links- als auch im Rechtslauf möglich.
Merkmale des gekrümmten Bohrers:
Der gekrümmte Bohrer weist folgende Merkmale auf:
- Die Krümmung des Bohrers bildet ein Kreissegment mit dem kleineren inneren Radius Rl und dem größeren äußeren Radius R2. Der Durchmesser DBohrerschaft des Bohrerschaftes ergibt sich aus:
Die Kreissegmente für den kleineren inneren Radius Rl und den größeren Radius R2 gehen vom gleichen Kreismittelpunkt aus.
Der Durchmesser der Bohrerspitze (DBohrerspitze) muss größer sein als der Durchmesser des Bohrerschaftes (DBohrerschaft), damit es zu keinem Verklemmen des gekrümmten Bohrers beim Bohrprozess kommt.
Der gekrümmte kann mit Kühlkanälen versehen werden, sodass durch diese Kühlschmiermittel an die Bohrer-/Fräserspitze gelangt und damit eine Überhitzung des Bohrer-/Schleiferkopfes sowie des Werkstückes verhindert werden kann. Der gekrümmte Bohrer kann mit Abflusskanälen versehen werden, sodass durch diese die Bohrspäne/das Bohrmehl abtransportiert werden kann.
Antrieb des Materialbearbeitungsabschnittes, insbesondere des Bohrkopfes, mittels Druckluft oder Flüssigkeitsdruck
In einer weiteren Ausgestaltung ist es möglich, die Vorrichtung nicht mittels biegsamer Welle oder getriebeartigem Antrieb zu betreiben, sondern mit Hilfe von Druckluft oder Flüssigkeitsdruck. Die Zufuhrung der Druckluft/Druckflüssigkeit kann durch den gebogenen Schaftabschnitt erfolgen. Am distalen Ende des Schaftabschnittes, insbesondere des Bohrerschaftes, befindet sich innerhalb des Schaftabschnittes ein Turbinenrad, welches rotierend gelagert ist und den anliegenden Druck (Luft/Flüssigkeit) in kinetische Energie umwandelt. Das Turbinenrad kann beispielsweise als Schaufelrad gestaltet sein. Weiterhin ist das Turbinenrad mit Materialbearbeitungsabschnitt, insbesondere dem Bohrer/- Schleiferkopf, verbunden, sodass die kinetische Antriebsenergie vom Turbinenrad auf den Bohrer/-SchIeiferkopf übertragen wird. Am günstigsten ist die Kraftübertragung direkt ohne Zwischengetriebe. Es ist aber auch eine Ober- oder Untersetzung durch ein Getriebe möglich. Die Lagerung des Turbinenrades kann beipielsweise Luftgelagert erfolgen. Es sind auch Gleitlager, Nadellager oder Kugellager mit Stahlkugeln möglich. Für sehr hohe Drehzahlen sind keramische Kugellager in idealer Weise geeignet.
Die Treibluft/Treibflüssigkeit kann entweder innerhalb des Bohrerschaftes zurückgeführt werden oder aber am Bohrer/-Schleiferkopf entweichen und zur Kühlung des Bohrer/- Schleiferkopfes und des Werkstückes dienen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Antriebssystem einen in sich geschlossenen Kreislauf bilden, beipsielsweise im Sinne eines Öldruckantriebes. Dabei befindet sich am distalen Ende des Bohrerschaftes innerhalb des Bohrerschaftes ein Turbinenrad, welches rotierend gelagert ist und den anliegenden Öldruck (Luft/Flüssigkeit) in kinetische Energie umwandelt. Der Druck wird innerhalb des Bohrerschaftes durch ein Pumpenrad erzeugt, welches durch eine Antriebsachse bewegt wird und von einem außerhalb des Bohrerschaftes liegenden System/Motor angetrieben wird.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 zeigt die den seitlichen Schnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit Getriebeantrieb Fig. 2 zeigt den seitlichen Schnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit Antrieb mittels biegsamer Welle
Fig. 3 zeigt den seitlichen Schnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit
Druckluft/Druckflüssigkeit-Antrieb
Fig.4 zeigt den seitlichen Schnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit in sich
geschlossenem Druckflüssigkeits-Antrieb
Zeichnungen:
Zeichnung Nr. 1:
Zeichnung Nr. 1 zeigt das den seitlichen Schnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit Getriebeantrieb. Die innere Biegung (1) des gekrümmten Bohrerschaftes wird durch den Radius des kleineren Kreises (= R1) bestimmt, der vom Kreismittelpunkt (M) aus definiert wird, die äußere Biegung (2) des gekrümmten Bohrerschaftes (3) wird durch den Radius des größeren Kreises (= R2) bestimmt, der ebenfalls vom selben Kreismittelpunkt (M) aus definiert wird. Ferner ist das interne Getriebe dargestellt , das aus folgenden Teilen aufgebaut ist: Welle (4) mit Kegelrad an einem Ende und Anschlussgeometrie (5) zur Verbindung mit einem Spannsystem (hier HSK-Polygonspannsy stem) und der Antriebsspindel (12), Welle mit beidseitigem Kegelrad (6), Getriebezwischenstück (7) mit beidseitiger nach innen liegender negativer Kegelradverzahnung, einem Getriebeendstück
(8) mit nach innen liegender, negativer Kegelradverzahnung am zum Bohrer-/Schleiferkopf
(9) gewandten Ende. Der Bohrer-/Schleiferkopf (9) ist in der Zeichnung Nr. 1 beispielhaft als Diamantschleifkörper mit Halbkugelgeometrie dargestellt Der Bohrer-/Schleiferkopf (9) ist in der Zeichnung auswechselbar dargestellt, wobei dieser auf das Getriebeendstück aufgeschraubt ist. Weiterhin ist die Werkzeugspannvorrichtung (11) (hier beispielhaft Polygonspannsystem mit HSK-Aufnahme) und die Antriebseinheit (= Frässpindel) (12) dargestellt. Damit der gekrümmte Bohrerschaft beim Bohrprozess keine Rotationsbewegung erfährt, muss dieser mit einer Antirotationsgeometrie (10) ausgestattet sein, welche sich beispielsweise am Gehäuse der Antriebsspindel (12) derart abstützt, dass keine Rotationsbewegung möglich ist. Zeichnung Nr. 2:
Zeichnung Nr. 2 zeigt den seitlichen Schnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit Antrieb mittels biegsamer Welle (13). Die innere Biegung (1) des gekrümmten Bohrerschaftes durch den Radius des kleineren Kreises (= R1) bestimmt, der vom Kreismittelpunkt (M) aus definiert wird, die äußere Biegung (2) des gekrümmten Bohrerschaftes (3) wird durch den Radius des größeren Kreises (= R2) bestimmt, der ebenfalls vom selben Kreismittelpunkt (M) aus definiert wird. Ferner ist Antrieb mit biegsamer Welle dargestellt, der aus folgenden Teilen aufgebaut ist: biegsame Welle (13) mit Lager am antriebsnahen Ende (14) und Anschlussgeometrie (5) zur Verbindung mit einem Spannsystem (hier HSK- Polygonspannsystem) und der Antriebsspindel (12), distales Lager der biegsamen Welle (15) am zum Bohrer-/Schleiferkopf (9) gewandten Ende. Der Bohrer-/Schleiferkopf (9) ist in der Zeichnung Nr. 1 beispielhaft als Diamantschleifkörper mit Halbkugelgeometrie dargestellt. Der Bohrer-/SchIeiferkopf (9) ist in der Zeichnung auswechselbar dargestellt, wobei dieser auf das Getriebeendstück (8) aufgeschraubt ist. Weiterhin ist die Werkzeugspannvorrichtung (11) (hier beispielhaft Polygonspannsystem mit HSK- Aufnahme) und die Antriebseinheit (= Frässpindel) (12) dargestellt Damit der gekrümmte Bohrerschaft beim Bohrprozess keine Rotationsbewegung erfährt, muss dieser mit einer Antirotationsgeometrie (10) ausgestattet sein, welche sich beispielsweise am Gehäuse der Antriebsspindel (12) derart abstützt, dass keine Rotationsbewegung möglich ist.
Zeichnung Nr.3:
Zeichnung Nr. 3 zeigt den seitlichen Schnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit Druckluft/Druckflüssigkeit-Antrieb. Der Bohrer-/Schleiferkopf (9) ist in der Zeichnung Nr. 3 beispielhaft als Diamantschleifkörper mit Halbkugelgeometrie dargestellt. Der Bohrer- /Schleiferkopf (9) ist in der Zeichnung auswechselbar dargestellt, wobei dieser auf das Verbindungsstück (19) zum Turbinenrad (16) aufgeschraubt ist. Weiterhin ist die Zuführung der Druckluft/Drückflüssigkeit (17) und die Rückführung der Druckluft/Druckflüssigkeit (18) dargestellt. Zeichnung Nr.4:
Zeichnung Nr. 4 zeigt den seitlichen S chnitt durch einen gekrümmten Bohrer mit in sich geschlossenem Druckflüssigkeits- Antrieb. Der Bohrer-ZSchleiferkopf (9) ist in der Zeichnung Nr. 4 beispielhaft als Diamantschleifkörper mit Halbkugelgeometrie dargestellt. Der Bohrer-ZSchleiferkopf (9) ist in der Zeichnung auswechselbar dargestellt, wobei dieser auf das Verbindungsstück ( 19) zum Turbinenrad ( 16) aufgeschraubt ist. Weiterhin ist die Zuführung der Druckflüssigkeit (17) und die Rückführung der Druckflüssigkeit (18) dargestellt. Das Pumpenrad (20) wird durch die Antriebsachse (21 ) angetrieben.
In Betracht gezogene Patentschriften:
1. AT 508 891 A42011-05-15
2. US 4, 541, 423 A
3. US 4, 265, 231 A
4. US 5, 017, 057
5. WO 2011 113078
Literatur und weitere Quellen:
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E 1 Innere Biegung des gekrümmten Bohrers
2 Äußere Biegung des gekrümmten Bohrerschaftes
3 Gekrümmter Bohrerschaft
4 Welle mit Kegelrand an einem Ende und Anschlussgeometrie am anderen Ende 5 Anschlussgeometrie zur Verbindung mit einem Spannsysteme
6 Welle mit beidseitigem Kegelrad
7 Getriebezwischenstück mit beidseitiger nach innen liegender negativer
Kegelradverzahnung
8 Getriebeendstück
9 Bohrer-/Schleiferkopf
10 Antirotationsgeometrie
11 Werkzeugspannvorrichtung
12 Antriebseinheit (= Frässpindel)
13 Biegsame Welle
14 Lager der biegsamen Welle am antriebsnahen Ende
15 Distales Lager der biegsamen Welle
16 Turbinenrad
17 Zuführung der Druckluft/Druckflüssigkeit
18 Rückführung der Druckluft/Druckflüssigkeit
19 Verbindungsstück zum Turbinenrad
20 Pumpenrad
21 Antriebsachse

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit einem rotierend antreibbaren Materialbearbeitungsabschnitt, einem zur Verbindung mit einem Rotationsantrieb dienenden Anschlussabschnitt und einem sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Materialbearbeitungsabschnitt erstreckenden Antriebsstrang, durch den ein Antriebsmoment von dem Anschlussabschnitt auf den Materialbearbeitungsabschnitt übertragbar ist, wobei der Antriebsstrang in einem sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Materialbearbeitungsabschnitt gekrümmt erstreckenden, starren Schaftabschnitt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang eine sich innerhalb des Schaftabschnittes (3) erstreckende kinematische Kette mit mindestens zwei starren linearen Gliedern (4, 6) gebildet ist, die an ihren Enden durch Wälzgelenke (7) miteinander in Drehverbindung stehen.
2. Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit einem rotierend antreibbaren Materialbearbeitungsabschnitt, einem zur Verbindung mit einem Rotationsantrieb dienenden Anschlussabschnitt und einem sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Materialbearb eitungsabschnitt erstreckenden Antriebsstrang, durch den ein Antriebsmoment von dem Anschlussabschnitt auf den Materialbearbeitungsabschnitt übertragbar ist, wobei der Antriebsstrang in einem sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Materialbearbeitungsabschnitt gekrümmt erstreckenden, starren Schaftabschnitt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang eine sich innerhalb des Schaftabschnittes erstreckende biegsame Welle (13) aufweist.
3. Vorrichtung zur Materialbearbeitung mit einem rotierend antreibbaren Materialbearbeitungsabschnitt, einem zur Verbindung mit einem Rotationsantrieb dienenden Anschlussabschnitt und einem sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Materialbearbeitungsabschnitt erstreckenden Antriebsstrang, durch den ein Antriebsmoment von dem Anschlussabschnitt auf den Materialbearbeitungsabschnitt übertragbar ist, wobei der Antriebsstrang in einem sich zwischen dem Anschlussabschnitt und dem Materialbearbeitungsabschnitt gekrümmt erstreckenden, starren Schaftabschnitt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang einen Fluidantrieb (16 bis 20) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (10) zum Anschließen an eine Antriebsspindel (12) einer computergesteuerten Werkzeugmaschine ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugmaschine durch ein ihre Achsen gemäß der Krümmung des Schaftabschnittes (3) steuerndes Programm gesteuert ist.
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