Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft einen Bohrkopf mit einem geeignet stabförmigen Körper mit einer
geometrischen Achse oder Werkzeugachse, die auch als Kopfachse bezeichnet werden könnte,
wobei der Körper geeignet ist, an einem freien Ende desselben zwei Einsatzhalter aufzunehmen,
die in radial entgegengesetzten Richtungen vorspringen und jeweils in verschiedene radiale
Positionen durch Verschiebung entlang eine Führungsaufbaues in der Form einer Nut einstellbar
sind, die in dem freien Ende des Körper vorgesehen ist und sich quer zur Werkzeugachse
erstreckt, wobei die Nut durch zwei entgegengesetzte Grenzoberflächen bestimmt ist und eine
ausreichende Breite hat, um zwei verlängerte Führungsansätze auf den zwei Haltern
unterzubringen, wobei jeder der Halter in einer gewünschten radialen Einstellungsposition mittels
mindestens einer Sperrschraube feststellbar ist, die ein Durchgangsloch in dem Halter durchquert
und in einem zugeordneten, mit Gewinde versehenen Loch in dem Körper festgezogen werden
kann, wobei das freie Ende mit zwei ersten Stützoberflächen versehen ist, die symmetrisch auf
beiden Seiten der Nut angeordnet sind und sich zwischen jeder der Grenzoberflächen der Nut und
der Umfangsoberfläche des stabförmigen Körpers erstrecken und von denen jede geeignet ist,
mit entsprechenden zweiten Stützoberflächen auf jedem der Halter zusammenzuwirken.
Beschreibung des Standes der Technik
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Bohrköpfe der vorstehenden Art sind bislang aus DE 38 29 609, DE 38 11 775, welche
die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 offenbart, und DE 36 22 638 bekannt. Ein
gemeinsames Merkmal der Bohrköpfe, die in diesen Veröffendlichungen beschrieben sind, besteht
darin, daß die Stützoberflächen für die Einsatzhalter neben der Quernut in dem freien Ende des
Werkzeugkörpers sich unter rechten Winkeln zur Werkzeugachse erstrecken. Dies gibt eine
schlechte Stabilität für die Einsatzhalter, weil die Werkzeuge bei der Bearbeitung eines
Werkstückes sowohl Tangentialkräften, welche die Einsatzhalter zu drehen versuchen, als auch
Biegekräften unterworfen werden, die versuchen, die Einsatzhalter umzuwerfen oder zu kippen.
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Bekannt sind auch Werkzeuge (siehe z.B. SE 7608273-4), bei denen der Führungsaufbau
aus einer Vielzahl von länglichen, parallelen Zähnen oder Oberteilen bzw. Köpfen
zusammengesetzt ist, die im Ende des Werkzeugkörpers und in den Unterseiten der Einsatzhalter gebildet
sind. Ein Hauptnachteil solcher länglicher Führungszähne ist es jedoch, daß es bei der
Massenfabrikation sowohl schwierig als auch teuer ist, ihnen eine gute Maßgenauigkeit und gute
Passung zu geben. Ein anderer Nachteil bekannter Werkzeuge dieser Art besteht darin, daß sie
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mindestens in der Standardform - nicht das sogenannte Stufenbohren gestatten, d.h. ein
Bohrbetrieb, bei welchem ein Einsatz etwas vor dem anderen Einsatz schneidet, wenn man in
axialer Zuführrichtung sieht.
Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Überwindung der Nachteile, die den bekannten
Bohrköpfen eigen sind. Basisgegenstand der Erfindung ist deshalb die Schaffung eines
Bohrkopfes, bei welchem der Führungsaufbau zum Führen und Festlegen der Einsatzhalter nicht
mehr eine einfache Geometrie hat und geringe Anfordewngen an Toleranzgenauigkeit vorgibt,
sondern auch eine gute Konstanz und Stabilität der Einsatzhalter sicherstellt, auch wenn diese
starken Beanspruchungen unterworfen werden. Ein weiterer Gegenstand ist die Schaffung eines
Bohrkopfes, bei welchem der Führungsaufbau es durch einfache Mittel ermöglicht, die
Einsatzhalter und die zugeordneten Einsätze aus einem Formalbetriebszustand, in welchem die
zwei Einsätze in demselben Abstand vom freien Ende des Werkzeugkörpers angeordnet sind, zu
einem Stufenbohrzustand zu schieben, in welchem die Einsätze unter verschiedenen Abständen
vom Werkzeugkörper angeordnet sind, wenn man in axialer Richtung blickt. Ferner soll das
Werkzeug gestatten, leicht auf das Einzeleinsatzbohren umgeschaltet zu werden, ohne die
Stabilität des einzigen Einsatzhalters zu gefährden.
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Gemäß der Erfindung wird zumindest der Basisgegenstand durch die in Anspruch 1
wiedergegebenen Merkmale erreicht. In den Ansprüchen 2 und 3 sind auch vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung wiedergegeben.
Beschreibung des weiteren Standes der Technik
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WO91/08853 und DE 28 11 965 beschreiben Bohrköpfe mit Stütz- oder
Anschlagoberflächen, die relativ zur Werkzeugachse geneigt sind. Die Neigung der Anschlagoberflächen in
diesen Werkzeugen liegt aber in der "falschen Richtung" insofern, als sie sich von der in Rede
stehenden Grenzkante in Richtung nach außen und vorne erstrecken. In der WO91/08853
erstreckt sich jede Stütz- oder Anschlagoberfläche von einem zugespitzten Nutboden, der neben
der zentralen Werkzeugachse angeordnet ist, recht weit in das zugespitzte Endteil des
Werkzeugkörpers oder Stabes hinein in einer Richtung schräg nach außen-vorn bis zu einer
Stelle, die erheblich vor dem Nutboden angeordnet ist. In der DE 28 11 965 erstreckt sich in
ähnlicher Weise eine mit Zähnen versehene Anschlagoberfläche von einem mittigen Nutboden,
der weit in das zugespitzte Endteil des Werkzeugkörpers angeordnet ist, in einer Richtung schräg
nach außen-vorn bis zu einer Stelle, die vor dem Nutboden angeordnet ist. Somit haben diese
zwei Werkzeuge kein Teil, welches dem keilförmigen Teil des Material der vorliegenden Erfindung
entspricht, welche durch die Stützoberflächen bestimmt ist, die in einer Richtung nach
rückwärtsaußen geneigt sind, was bedeutet, daß Schwenkkräfte, welche auf die Einsatzhalter wirken, keine
Gegenwirkung durch irgenwelche solche Materialteile erfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Bohrkopfes gemäß der Erfindung,
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Figur 2 eine teilweise auseinandergezogene Ansicht unter Darstellung eines
Einsatzhalters und einer Abstandsscheibe, die von dem Werkzeugkörper separiert ist;
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Figur 3 eine Draufsicht auf das freie Ende des Werkzeugkörpers;
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Figur 4 eine Teilseitenansicht in größerem Maßstab unter Darstellung der Kontur des
freien Endes des Werkzeugkörpers sowie eines mit diesem zusammenwirkenden
Einsatzhalters; und
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Figur 5 eine Draufsicht auf das Werkzeug, wenn die zwei Einsatzhalter am Platz
angebracht sind.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Der in Figur 1 der nun betrachteten Zeichnungen gezeigte Bohrkopf weist einen allgemein
mit 1 bzeichneten Werkzeugkörper auf, der in der Praxis in geeigneter Weise die Form eines im
wesentlichen massiven Stabes hat. Dieser Stab ist im allgemeinen, obwohl nicht
notwendigerweise, um eine geometrische Achse oder Werkzeugachse 2, die man auch als Kopfachse bezeichnen
könnte, drehbar. Ein Ende 3 des Stabes ist in geeigneter Weise in einem (nicht gezeigten)
Werkzeughalter fixierbar, während das gegenüberliegende freie Ende 4 zur Aufnahme zweier
Halter 5, 5' dient, deren jeder einen austauschbaren Einsatz 6 bzw. 6' trägt. Die zwei Einsatzhalter
5, 5' sind in der radialen Richtung einstellbar beweglich, d.h. unter rechten Winkeln zur
Längsachse 2, und sind in gewünschten Positionen radialer Einstellung mittels Feststellschrauben
7 feststellbar. Auf diese Weise können die Halter so eingestellt werden, daß sie den Einsätzen
erlauben, Löcher unterschiedlichen Durchmessers zu machen. In diesem Zusammenhang sei
bemerkt, daß Bohrköpfe der hier in Rede stehenden Art vorhandene, rauh bearbeitete Löcher in
einem Werkstück bohren sollen (d.h. Löcher, die mittels eines Schneidbrenners in einer Platte aus
Blech hergestellt sind), um ein Loch mit einer glatten Oberfläche und relativ hoher Maßgenauigkeit
vorzusehen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Einsatzhalter 5, 5' mittels zweier
Sperrschrauben am Platz gehalten, die durch ein durchgehendes Langloch 8 im Einsatzhalter
hindurchgehenu wobei die Schrauben in mit Gewinde versehenen Löchern 9 im Werkzeugkörper
1 festgezogen werden. Weil das Loch 8 länglich ist, ist jeder Einsatzhalter kontinuierlich in diesem
Falle zwischen unterschiedlichen Positionen radialer Einstellung einstellbar, wobei die äußeren
und inneren Endpositionen des Halters durch die Länge des Loches bestimmt werden.
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Aus der Umfangsoberfläche des stabförmigen Körpers 1 springen zwei stiftförmige
Vorsprünge 10, 10' vor, welche Düsenöffnungen haben zum Versprühen eines Kühlmittels auf
jeden der Einsätze 6, 6' für ihre Kühlung und das Entfernen von Spänen, die von den Einsätzen
vom Werkstück abgetrennt sind.
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Es wird nun auf die Figuren 2 - 4 Bezug genommen, welche darstellen, wie das freie Ende
4 des Werkzeugkörpers 1 mit einer Nut 11 ausgestaltet ist, die sich quer und vorzugsweise
senkrecht zur Achse 2 erstreckt und über gerade Kanten 12, 12' in ein Paar von ersten, geneigten
Stützoberflächen 13, 13' übergeht. Genauer erstreckt sich die Nut 11 durch die gesamte Breite
des Werkzeugkörpers und öffnet sich durch diametral gegenüberliegende Endöffnungen in die
Umfangsoberfläche des Werkzeugstabes. Die Breite der Nut reicht aus, um zwei längliche
Führungsansätze 14, 14' aufzunehmen, die auf der Unterseite der zwei Einsatzhalter 5, 5' gebildet
sind. Die Nut 1 wird durch eine geeignet ebene Bodenoberfläche 15 gebildet (siehe Figur 4) und
durch zwei in ähnlicher Weise geeignet ebene Seitenwände 16, 16', die parallel zueinander und
zur Längsachse 2 des Werkzeugkörpers liegen. Der Neigungswinkel α der Stützoberflächen 13,
13' relativ zur Achse 2 kann in der Praxis im Bereich zwischen 65º bis 85º liegen, in
zweckmäßiger Weise im Bereich von 70 - 80º. In der Praxis kann der Winkel α etwa 75º betragen. Mit
anderen Worten ist jede Stützoberfläche 13, 13' unter 15º bezüglich einer imaginären Ebene
senkrecht zur Achse 2 geneigt.
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Jede solche erste Stützoberfläche, d.h. die Stützoberfläche 13º, soll mit einer zweiten
Stützoberfläche 17, auf der Unterseite des Einsatzhalter 5' zusammenwirken (der Halter 5 hat eine
entsprechende (nicht gezeigte) Oberfläche 17). Diese andere Stützoberfläche 17, erstreckt sich
unter demselben Neigungswinkel α zu einer ebenen Frontseite oder Frontoberfläche 18, wie sich
auch die Stützoberfläche 13, zur Werkzeugachse 2 erstreckt. Der Führungsansatz 14, wird durch
ein Teil der Frontoberfläche 18 sowie durch eine untere Oberfläche 19 und eine rückwärtige
Oberfläche 20 rechteckiger Gestalt gebildet. Es braucht nicht gesagt zu werden, daß sich die
zweite Stützoberfläche 17' von der den rückwärtigen Ansatz bildenden Oberfläche 20 heraus bis
zu der mindestens teilweise gekrümmten Oberfläche 21 erstreckt, die zusammen mit der
Frontoberfläche 18 den Einsatzhalter bildet. Die Breite jedes Führungsansatzes 14', d.h. der
kürzeste Abstand zwischen den Oberflächen 18 und 20, ist in der Praxis ausgeprägt, obwohl nur
etwas weniger als die halbe Breite der Nut 11', wobei die Nutbreite der kürzeste Abstand
zwischen den zwei Ebenen ist, in diesem Falle die parallelen Grenzoberflächen 16, 16'. In der
Praxis sollte diese Maßdifferenz in der Größenordnung von einigen tausendstel bis zu einigen
hundertstel Millimetern betragen, derart, daß ein Spiel in der Größenordnung von 0,01-0,03 mm
zwischen den Frontoberflächen 18 der zwei Einsatzhalter 5, 5' existiert, die einander zugewandt
sind, wenn diese Halter montiert sind, wobei die Führungsansätze 14, 14' in der Nut
aufgenommen sind.
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In diesem Zusammenhang sollte herausgestellt werden, daß die Gewindelöcher 9 für die
Sperrschrauben 7 sich parallel zur Werkzeugachse 2 erstrecken, während sich die ebenen
Grenzoberflächen 22 (siehe Figur 5), welche die Langlöcher 8 umfassen und gegen welche die
Köpfe der Schrauben aufgebracht werden können, in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu
den Frontoberflächen 18 erstrecken. Beim Anziehen der Sperrschrauben 7 in den Gewindelöchern
9 bewegen sich die Einsatzhalter 5, 5' somit parallel zur Werkzeugachse 2.
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Es wird nun auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen, die einen in der Bodenoberfläche
15 der Nut 11 mittig angeordneten, angesenkten Raum 23 mit einer im wesentlichen rechteckigen
Kontur veranschaulichen. In diesem angesenkten Raum öffnen sich die Enden zweier Bohrungen
24, 24' mit Innengewinde, deren andere Enden sich in der Umfangsoberfläche des
Werkzeugkörpers 1 öffnen. In jeder Bohrung ist eine Einstellschraube 25 bzw. 25' eingefügt, deren erstere
in der unmittelbaren Nachbarschaft der die Nut bestimmenden Oberfläche 16 angeordnet ist,
während die andere Einstallschraube 25' in der unmittelbaren Nachbarschaft der
nutbestimmenden Oberfläche 16' angeordnet ist. Die Einstellschraube 25' ist geeignet derart ausgestaltet, daß
sie auf einen Vorsprung 26' wirkt, der sich von dem Führungsansatz 14' nach unten in den Raum
23 hineinerstreckt und der in diesem Falle aus einem einfachen Stift besteht (in ähnlicher Weise
ist die Einstellschraube 25 geeignet ausgestaltet, um auf einen Treibstift auf dem Einsatzhalter
5 (nicht gezeigt) zu wirken). Jede Einstellschraube ist leicht für ein Einstellwerkzeug zugänglich,
z.B. einen Schraubenzieher, und zwar durch die Endöffnungen der Bohrungen 24, 24', welche
sich in die Umfangsöffnung des Stabes 1 öffnen.
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Figur 2 zeigt ein Abstandsteil in der Form einer Unterlegscheibe 27. In der Praxis kann
die Unterlegscheibe eine Platte aus dünnem Blech sein, deren Kontur im wesentlichen der der
zwei Stützoberflächen 13,17 entspricht, wobei durchgehende Löcher 28 in der Blechplatte in einer
Anzahl vorgesehen sind, welche der Anzahl der Sperrschrauben 7 für jeden Einsatzhalter
entspricht.
Funktion des erfindungsgemäßen Werkzeuges
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Wenn die zwei Einsätze 6, 6' in den gewünschten Positionen radialer Einstellung
eingesetzt werden sollen, werden die Sperrschrauben 7 in den zugeordneten Gewindelöchern
ziemlich festgezogen gehalten, um die Einsatzhalter mit nur einem kleinen Druck gegen das
Werkzeug aufzubringen. In dieser Lage dienen die Oberflächen 13 und 16 auf der einen Seite als
Führungsmittel für den Einsatzhalter 5 und die Oberflächen 13' und 16' auf der anderen Seite als
Führungsmittel für den anderen Einsatzhalter 5'. Das Versetzen jedes Einsatzhalters längs den
Führungsoberflächen wird mit Hilfe der Einstellschraube 25 bzw. 25' sichergestellt, die beim
Schrauben aus einer inneren Endposition den Einsatzhalter vermittels des Treibstiftes 26, 26' in
eine Auswärtsrichtung zu der gewünschten Position radialer Einstellung drückt. Wenn die zwei
Einstellhalter mittels der Einstellschrauben in den gewünschten Positionen eingestellt worden sind,
werden die Sperrschrauben 7 festgezogen, um die Einsatzhalter in dieser Position fest zu
versperren. In dieser Lage gibt es zwischen den Einsatzhaltern, spezieller zwischen ihren
Frontoberflächen 18, einen Spalt oder eine Lücke, dessen Breite in der Größenordnung von 0,02
mm liegen kann.
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Bei dem nachfolgenden Verarbeiten des Werkstückes treten tangentiale Kräfte auf, die
versuchen, jeden Einsatzhalter längs der Oberflächenebene 13 bzw. 13' zu drehen, und
Biegekräfte, welche versuchen, jeden Einsatzhalter um einen Schwenkpunkt zu drehen oder zu
kippen, der im Bereich der Umfangsoberfläche des Werkzeugkörpers angeordnet ist (siehe Punkt
29 in Figur 1). In Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Neigung zum Drehen längs der
Oberflächenebene 13 versucht der Einsatzhalter, diese Ebene hochzulaufen, was jedoch durch
die Sperrschrauben 7 des Einsatzhalters und durch die Tatsache verhindert wird, daß die zwei
Einsatzhalter, wenn sie sich in dieser Lage befinden, zusammengedrückt werden, um den
anfänglich dazwischen bestehenden Spalt zu eliminieren. Das Kippen um den Kippunkt 29 wird
durch die Sperrschrauben 7 in Kombination mit der Tatsache verhindert, daß der Sperransatz 14
bzw. 14' auf dem in Rede stehenden Einsatzhalter außer Stande ist, an demjenigen Teil des
Materials vorbeizugehen, der sich von jeder Grenzkante 12, 12' nach unten zum Boden der Nut
hin erstreckt (die rückseitige Grenzoberfläche 20 des Führungsansatzes 14, 14' wird gegen die
seitliche Grenzoberfläche 16 bzw. 16' der Nut 11 gedrückt und ist außer Stande, diese zu
passieren).
Vorteile der Erfindung
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Führungsaufbau, der durch den
Führungsansatz jedes Einsatzhalters vorgesehen ist, in Kombination mit den geneigten
Stützoberflächen trotz seiner einfachen Geometrie eine hochsolide und zuverlässige Konstanz des
Einsatzhalters sicherstellt und deshalb des Einsatzes in der gewünschten Position der
Radialeinstellung, auch in jenen Fällen, wo das Werkzeug großen Beanspruchungen ausgesetzt
ist. Eine solche feste Konstanz bzw. Sicherung der Einsatzhalter ist trotz relativ moderater
Toleranzerfordernisse zu erreichen möglich. Dies bedeutet in der Praxis, daß die verwendeten
Bestandteile mit geringen Kosten hergestellt werden können. Ein weiterer Vorteil wird durch die
Tatsache erreicht, daß eine einfache Abstandsunterlegscheibe 27 zwischen jeden Einsatzhalter
und die darunterliegende ebene Stützoberfläche 13 bzw. 13' des Werkzeugkörpers im Hinblick
darauf angeordnet werden kann, die Axialposition des Einsatzes auf dem Halter zu verändern. Auf
diese Weise kann das erfindungsgemäße Werkzeug schnell und leicht aus einem normalen
Betriebszustand, in welchem die Werkzeugeinsätze in demselben axialen Abstand von dem
Werkzeugkörper angeordnet sind, zu einem Stufenbohrungszustand geschoben bzw. verstellt
werden, in welchem ein Einsatz vor dem anderen arbeitet, wenn man in axialer Richtung blickt.
Da das Werkzeug mit einem sicherlich sehr engen, obwohl deutlichen Spalt zwischen den
Einsatzhaltern ausgestaltet werden kann, brauchen diese nicht paarweise hergestellt zu werden
(d.h. zusammengepaßt), sondern sie können einzeln hergestellt und ausgetauscht werden.
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Nun wird wieder auf Figur 3 Bezug genommen, welche ein Loch 30 im Boden 15 der Nut
11, spezieller neben einer Seite der Nut, in diesem Falle der Seitenwand 16', zeigt. Das Loch 30
kann einen Stift aufnehmen, der auf einem speziellen Blindhalter oder Dummy (nicht gezeigt)
gebildet ist, der keinen Einsatz trägt und der auf dem Werkzeugkörper in dem Fall montiert
werden kann, wenn das Werkzeug für das Bohren mit einem einzigen Einsatz benutzt werden soll.
Der auf dem Blindhalter vorgesehene Stift bildet in Kombination mit dem Loch 30 ein Mittel, um
konstant sicherzustellen, daß der Blindhalter fest in einer der zwei möglichen Montagepositionen
angebracht ist (d.h. in diesem Falle neben der Stützoberfläche 13'), während der den Einsatz
tragende Halter, der nicht einen solchen entsprechenden Stift hat, in der anderen Montageposition
angebracht ist (d.h. in diesem Falle neben der Stützoberfläche 13). Eine solche feste Anbringung
des Blindhalters bzw. des Einsatzhalters ist in solchen Fällen von Bedeutung, bei denen der
Werkzeugbetrieb in einer bestimmten Position (z.B. "bei drei Uhr") für den Werkzeugwechsel
angehalten wird. Beim Fortführen des Bearbeitungsbetriebes ist es notwendig, daß sich beim
Wiederbeginn der Einsatzhalter und nicht der Blindhalter in der gegebenen Anhalteposition
befindet.
Denkbare Modifikationen der Erfindung
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Es erübrigt sich zu sagen, daß die Erfindung nicht nur auf die oben beschriebene und in
den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform beschränkt ist. Deshalb ist klar, daß das
erfindungsgemäße Werkzeug sowohl für das Links-Schneiden als auch für das Rechts-Schneiden
ausgestaltet sein kann, wie in den Zeichnungen gezeigt ist. Obwohl es bevorzugt ist, die zwei
Seitenoberflächen 16, 16', welche die Quernut 11 bestimmen, parallel zur Werkzeugachse und
parallel zueinander auszugestalten, ist es auch denkbar, sie in einer Richtung nach unten und
außen zu neigen, wobei in diesem Falle die Grenzkanten 12, 12' allein gegen die zugeordneten
Führungsansätze wirken. Ferner kann die Anzahl der Sperrschrauben für jeden Einsatzhalter bzw.
Blindhalter erheblich variieren. Für dünne Werkzeugkörper ist somit nur eine Sperrschraube
ausreichend, während Werkzeuge mit dickeren Körpern mehr als eine solche Schraube benötigen
können. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß das Werkzeug mit festen
Positionen radialer Ausrichtung für die Einsatzhalter ausgestaltet sein kann, d.h. ohne Langlöcher,
die dargestellt sind, wodurch ihre kontinuierliche Einstellung ermöglicht wird. In solchen Fällen sind
die Einsatzhalter mit einer Anzahl von festen Löchern versehen, zwischen welchen die
Sperrschrauben versetzt bzw. verschoben werden, um unterschiedliche radiale Einstellpositionen
zu erreichen. Obwohl das erfindungsgemäße Werkzeug im Betrieb normlerweise gedreht wird,
während das Werkstück stationär gehalten wird, kann es auch möglich sein, einen Fall
vorzusehen, bei welchem das Bohrwerkzeug stationär gehalten wird, während das Werkstück
gedreht wird.