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Die
Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung für ein Schneidwerkzeug einer
Bohrstange, mit einem die Schneide aufweisenden Schneidmittel, das
einstellbar an einem zugehörigen
Schneidmittelträger
angeordnet ist, und mit einem beweglichen Stützelement, das über eine
plane Keilfläche
an einer parallelen Gegenfläche
des Schneidmittelträgers
abgestützt
ist, wobei sich der Schneidmittelträger in Abhängigkeit vom Vorschub einer
in der Bohrstange achsparallel zu ihrer Mittellängsachse geführten Schiebestange über einen
Verzahnungseingriff zu einer Verstellmechanik zwischen einer ausgefahrenen und
einer eingefahrenen Stellung bewegen lässt.
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Eine
derartige Befestigungsanordnung für ein Schneidwerkzeug einer
Bohrstange ist aus der
DE
10 2005 028 366 A1 bereits bekannt. Diese Bohrstange umfasst
zwei axial zueinander versetzt angeordnete Schneidmittelträger, die
jeweils der Länge nach
in einer zugeordneten Längsnut
am Umfang der Bohrstange angeordnet sind. Damit das von einer Schneidelatte
gebildete Schneidmittel zwischen der in der Bohrstange versenkten
Ruhestellung und der ausgefahrenen Schneidstellung bewegt werden kann,
ist jedem der beiden Schneidmittelträger eine radiale Verstelleinrichtung
zugeordnet, wobei die beiden Verstelleinrichtungen synchron über den
Vorschub einer mittig in der Bohrstange geführten Schiebestange betätigt werden
können.
Bei beiden Ausführungsformen
weist die Schiebestange den Verstelleinrichtungen zugeordnete Zahnstangenabschnitte
auf, von denen jeweils ein darin kämmendes Zahnrad gedreht wird.
Von den gedrehten Zahnrädern
werden bei einer Ausführungsform
zugehörige Excenter
mitgedreht, die jeweils mit einem Stößelmechanismus eine Querverlagerung
des Schneidmittelträgers
herbeiführen.
Bei der anderen Ausführungsform
werden von den gedrehten Zahnrädern
aufeinanderliegende Keilflächen
von Keilelementen gegeneinander verschoben, wodurch es zur gewünschten Querverlagerung
der Schneidmittelträger
kommt. Eine exakte Führung
der Schneidmittelträger,
wie sie Voraussetzung für
einen schnellen und präzisen
Einstellvorgang und damit effektiven Einsatz des Schneidwerkzeugs
wäre, ist
jedoch mit beiden Ausführungsfor men
der bekannten Bohrstange nicht ohne Weiteres möglich.
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In
der
DE 44 13 948 C2 ,
der
DE 41 40 301 A1 ,
der
DE 698 19 171
T2 , der
DE
89 10 440 U1 , der
US
4,655,655 A und der
US
6,146,060 A sind ferner bereits Befestigungsvorrichtungen
für Schneidwerkzeuge
offenbart, bei denen jeweils Schneidmittelträger und Stützelement mit planen Keilflächen zum
Fügen und
zum Verspannen über
lösbare
Spannmittel vorgesehen sind. Die der Werkzeughalterkupplungen gemäß der
US 4,655,655 A und
der
US 6,146,060 A sind
dabei mit Keilprofilen versehen, die einander kreuzende Keilflächen aufweisen,
wodurch sich der Schneidmittelträger
in einer exakt definierten und sicher reproduzierbaren Stellung
am ihn tragenden Stützhalter
anbringen lässt.
Für herkömmliche Bohrstangen
sind die bekannten Befestigungsanordnungen jedoch nicht ohne weiteres
geeignet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Befestigungsanordnung
für ein
Schneidwerkzeug einer Bohrstange gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch
1 zu schaffen, durch die ein schnelles und trotzdem präzises Einstellen
des Schneidwerkzeugs erleichtert werden soll.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Befestigungsanordnung für ein Schneidwerkzeug der
Bohrstange mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der
Grundgedanke der Erfindung basiert auf der Überlegung, dass durch Ausschalten
einer spielbehafteten bzw. nachgiebigen Schnittstelle zwischen Schneidmittelträger und
dem diesen haltenden Stützelement
in jedem Fall eine Reduzierung der Relativbeweglichkeit zwischen
Schneidmittel und Stützelement
gegeben sein wird. Hierdurch kann die spielbehaftete Schnittstelle
des Verzahnungseingriffs weitgehend kompensiert werden, die zwingend
erforderlich ist, um den linearen Vorschub der Schiebestange innerhalb
der Bohrstange in den radialen Vorschub des Stützelementes umzuwandeln.
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Für die wegen
der Spielfreiheit quasi feste aber leicht lösbare Verbindung zwischen den
Fügflächen sind
dabei mehrere plane Keilflächen
vorhanden, deren Längsrichtungen
einander innerhalb der Fügebene
vorzugsweise kreuzen. Diese Keilflächen lassen sich sehr maßhaltig
schleifen und somit relativ kostengünstig herstellen. Auch lässt sich
die Seitenneigung der Keilflächen
so festlegen, dass sich die flächig
zusammenwirkenden Keilflächen
nicht durch Keilreibung zu stark verklemmen und sich somit problemlos
wieder lösen
lassen.
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Im
einfachsten Fall könnten
z. B. drei zur Fügrichtung
geneigte Flächenebenen
im Dreieck angeordnet sein, um in Verbindung mit den in Fügrichtung wirkenden
Spannkräften
des Spannmittels die gewünschte
Spielfreiheit und exakte Reproduzierbarkeit zu erreichen. Bei der
zweckmäßigen Gestaltung der
Oberflächenprofile
müssen
jedoch auch die geometrische Form der Fügflächen selbst sowie der Raum
für die
wirkungsvolle Anordnung des Spannmittels berücksichtigt werden. Da Schneidmittelträger und
Stützelement
hintereinander angeordnet sind, können die Stirnseiten der Komponenten
selbst als Fügflächen ausgebildet
sein. Die Komponenten können
hierbei durch das Spannmittel auf einfache Weise miteinander verbunden
werden.
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Eine
besonders kompakte Bauweise der Komponenten ist möglich, wenn
die Fügflächen von Schneidmittelträger und
Stützelement
einen übereinstimmenden
Querschnitt aufweisen und einander im verspannten Zustand vollständig überdecken.
Da das Stützelement
ein quaderförmiger,
entsprechend schlanker Schieber ist, der in einem quer zur Mittellängsachse
der Bohrstange verlaufenden Führungskanal
der Länge
nach schiebegeführt
ist, ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise der Stützelementanordnung.
Dabei ist der Schieber in Abhängigkeit
vom Vorschub der in der Bohrstange achsparallel zu ihrer Mittellängsachse
geführten
Schiebestange mit Schrägverzahnung über einen
Verzahnungsein griff in eine Schrägverzahnung
des Schiebers verfahrgesteuert. Der Verzahnungseingriff zwischen
den ineinandergreifenden Schrägverzahnungen
kann hierbei mit äußerst geringem
Flankenspiel erfolgen, so dass der Schieber mit entsprechend hoher
Genauigkeit in Abhängigkeit
vom Vorschub der Schiebestange bewegt wird.
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Vorteilhaft
lässt sich
der Schneidmittelträger als
Wechselkassette ausbilden, wobei die Unterseite der Kassette mit
einem der miteinander zu verspannenden Oberflächenprofile versehen ist. Da
die Wechselkassette in einer exakt reproduzierbaren Position mit
dem Stützelement
verbunden werden kann, lässt
sich das Schneidmittel auf der Wechselkassette bereits unter exakter
Justierung vormontieren. Nach entsprechendem Verschleiß der Schneide
des Schneidmittels kann das Schneidwerkzeug der Bohrstange durch
einfachen Kassettentausch schnell wieder einsatzbereit gemacht werden.
Auch lassen sich am Schneidwerkzeug durch entsprechenden Kassettentausch
nacheinander die Schneidmittel für
die Bearbeitungsstufen mit steigender Schnittgüte anbringen.
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Als
besonders geeignetes Profilelement ist eine Kombination einer erhabenen
Keilrippe mit einer hierzu passenden Keilnute vorgesehen. Solche
Kombinationen sind als solches zwar von Prismenführungen bekannt, wobei sie
aber zur Linearführung
von gegeneinander bewegbaren Bauteilen dienen.
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Insbesondere
bei rechteckförmigen
Fügflächen sind
zweckmäßig mehrere
Keilrippen unter Zuordnung zu entgegengesetzten Umfangsseiten auf der
Fügfläche angeordnet,
wodurch alle Keilflächen über ein
zentrales Spannmittel relativ gleichmäßig beaufschlagt werden können. Eine
gute Abstützung der
Spannkräfte
lässt sich
herbeiführen,
wenn dabei jeder Umfangsseite der Fügfläche in relativ geringem Abstand
zu dieser eine Keilrippe zugeordnet ist. Insbesondere unter fertigungstechnischen
Gesichtspunkten ist es günstig,
wenn sich die Keilrippen dabei nur über eine Teillänge der
zugeordneten Umfangsseite erstrecken. Hierdurch kann bei relativ
kleinformatigen Fügflächen zudem
der Platz zwischen Keilrippen für
eine zentrale Spannmitteldurchführung
wie z. B. die einer Spannschraube mit ausreichend dickem Gewindeschaft
gewonnen werden.
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Eine
fertigungstechnische Vereinfachung ist auch dadurch zu erreichen,
dass alle Keilrippen von einer Fügfläche abstehen
und alle korrespondierenden Keilnuten aus der anderen Fügfläche ausgespart sind.
Bei besonderen konstruktiven Gegebenheiten kann der Mehraufwand
aber gerechtfertigt sein, an beiden Fügflächen sowohl Keilrippen als
auch Keilnuten vorzusehen.
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Eine
besonders kompakte Bauweise wird erreicht, wenn die Schiebestange
zwischen zwei benachbarten Führungskanälen angeordnet
ist und gleichzeitig im Verzah nungseingriff zu zwei darin laufenden
Schiebern steht. Wirkt die Schiebestange gleichzeitig mit zwei Schiebern
zusammen, können diese
ohne Mehraufwand gegenläufig
verfahrgesteuert sein. Das kann sich insbesondere im Hinblick auf die
Schnittleistung des Schneidwerkzeugs aber auch auf die Schneidpräzision positiv
auswirken.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben.
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Dabei
zeigen:
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1 einen äußeren Umfangsbereich
einer Bohrstange mit einer Fügstelle
eines Schneidmittelträgers
im Querschnitt,
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2 den
Umfangsbereich nach 1 im Längsschnitt,
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3 den
Längenbereich
der Bohrstange mit Schneidmittelträger in Seitenansicht,
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4 eine
Umfangsansicht des Bohrstangenbereichs nach 3 auf die
darin geführten Schneidmittelträger,
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5 eine
Stirnansicht eines Bohrstangenendes bei eingefahrenen Schneidmittelträgern,
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6 einen
Querschnitt durch die Bohrstange entlang dem Schnittverlauf der
Linie VI-VI in 3,
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7 eine
perspektivische Schrägansicht auf
einen Schieber der Bohrstange,
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8 eine
Seitenansicht des als Kassette ausgebildeten Schneidmittelträgers und
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9 eine
Draufsicht auf die Oberseite des Schneidmittelträgers.
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In
dem in 1 sichtbaren kleinen Umfangsabschnitt einer zylindrischen
Bohrstange 10 ist eine Fügstelle zwischen einem Ende
eines Schneidmittelträgers 11 und
einem hierzu fluchtenden Ende eines Schiebers 12 zu sehen,
die unbeweglich miteinander verbunden sind. Diese Baueinheit weist
einen übereinstimmenden
Rechteckquerschnitt auf und ist passgenau in einem geraden Führungskanal 13 der Bohrstange 10 schiebegeführt, wobei
sich der Führungsschacht 13 quer
zur Mittellängsachse
der Bohrstange 10 erstreckt. Der Führungsschacht 13 durchsetzt
die Bohrstange 10 zwischen den einander gegenüberliegenden
Umfangsseiten vollständig,
wobei er zwar parallel zur Längsmittelebene
der Bohrstange 10 aber in einem seitlichen Abstand hiervon
verläuft.
Um ein sehr präzises
und reproduzierbares Fügen
von Schneidmittelträger 11 und
Schieber 12 sicherzustellen, sind die einander gegenüberliegenden Fügflächen 14 und 15 mit
aufeinander abgestimmten Oberflächenprofilen
versehen, die spielfrei miteinander verspannt werden können. Zum
Verspannen dient eine einzige Spannschraube 16, die sich
der Länge
nach durch eine Durchstecköffnung
im Schieber 12 hindurch erstreckt und in eine fluchtende
Gewindebohrung 17 des Schneidmittelträgers 11 hineingedreht
und angezogen ist. Damit sich die Spannschraube 16 nicht
nachteilig auf die Fügposition
auswirken kann, ist sie nur axial mit ihrem Schraubenkopf am gegenüberliegenden
Ende des Schiebers 12 verspannt und durchsetzt die Durchstecköffnung im Schieber 12 mit
Umfangsspiel.
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Die
Fügfläche 14 ist
mit zwei erhabenen, in deren Längsrichtung
verlaufenden Keilrippen versehen, die jeweils von zwei einen spitzen
Winkel einschließenden
Keilflächen 14.1 und 14.2 begrenzt werden.
Die Keilrippen weisen einen über
ihre Länge konstanten
kegelstumpfförmigen
Querschnitt auf und verlaufen parallel zur angrenzenden langen Umfangsseite.
Unter Anpassung an den Verlauf und den Querschnitt dieser beiden
Keilrippen sind aus der Unterseite des Schneidmittelträ gers 11 zwei
Keilnuten ausgespart, die jeweils von Keilflächen 15.1 und 15.2 begrenzt
werden. Der Schneidmittelträger 11 kann zwischen
den Keilrippen und der benachbarten Umfangsseite noch zusätzlich über eine
schmale Anlagefläche 18 auf
der Fügfläche 14 des
Schiebers 12 abgestützt
sein. Im Flächenbereich
zwischen den beiden Keilflächen 15.2 der
Keilrippen sollte zwischen den Fügflächen 14 und 15 jedoch
ausreichend Höhenspiel
vorgesehen werden, damit die Keilrippen beim Verspannen flächig in
den korrespondierenden Keilnuten zur Anlage gebracht werden können.
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Wie
in Verbindung mit 2 zu erkennen ist, befinden
sich zusätzlich
zu den in Längsrichtung
verlaufenden Keilrippen auf der Fügflächen 14 noch zwei
in Querrichtung also rechtwinklig dazu verlaufende Keilrippen, die
jeweils von Keilflächen 14.3 und 14.4 begrenzt
werden. Diese Keilrippen befinden sich jeweils in einem geringen
Abstand zur zugeordneten schmalen Umfangsseite der Fügfläche 14. Auch
neben diesen Keilrippen kann eine schmale Auflagefläche 18 für einen
planen Randstreifen der Fügfläche 15 vorhanden
sein.
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Auf
den Keilflächen 14.3 und 14.4 liegen
flächig
zugeordnete Keilflächen 15.3 und 15.4 der
korrespondierenden Keilnuten des Schneidmittelträgers 11 auf. Die Zugspannkräfte der
Spannschraube 16 werden überwiegend oder auch vollständig über die aufeinanderliegenden
Keilflächen übertragen,
wodurch sich der angestrebte spielfreie Sitz der zusammenwirkenden
Fügflächen 14 und 15 ergibt.
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In 3 und 4 ist
ein Längenbereich
der Bohrstange 10 zu sehen, mit dem eine Lagerbohrung 19 in
einem Gehäusesteg 20 eines
Kurbelwellenlagers oder dgl. auf Maß gedreht werden soll. In diesem
Bereich sind in entsprechendem axialem Abstand voneinander zwei
Paare von Führungsschächten 13 bzw. 13' aus dem Bohrstangenkorpus
ausgespart, in denen jeweils ein Schieber 12 bzw. 12' schiebegeführt ist.
Auf den entgegengesetzten Enden der benachbarten Schieber 12 bzw. 12' ist jeweils
der zugehörige
Schneidmittelträger 11 bzw. 11' befestigt,
der unter Vermittlung eines Kurzklemmhalters eine Schneidelatte 21 bzw. 21' trägt. Es versteht sich,
dass anstelle der Schneidelatte 21 auch ein kurzer Drehmeißel genutzt
werden könnte.
Das Schneidmittel wie die Schneidelatte 21 bzw. 21' ist jedenfalls
relativ zum Kurzklemmhalter einstellbar und der Kurzklemmhalter
seinerseits ist über
eine zentrale Klemmschraube 22 bzw. 22' fest in eine
Gewindebohrung des zugeordneten Schneidmittelträgers 11 bzw. 11' eingedreht
und danach unbeweglich an diesem befestigt.
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Zwischen
zwei zentralen Längsstegen
der Bohrstange 10 ist ferner eine Schiebestange 23 längsverschiebbar
gelagert, deren Verschiebebewegung zum gegenläufigen Ausfahren und Einfahren der
Schneidmittelträger 11 bzw. 11' genutzt wird.
Die Längsstege
der Bohrstange 10 bilden dabei im umfangsnahen Bereich
die innere Begrenzungswand der Führungsschächte 13 bzw. 13'. Wie in Verbindung
mit der Schnittdarstellung nach 6 sichtbar ist,
weisen erhabene Breitseiten der Schiebestange 23 zwischen
den Längsstegen
beidseitig eine Schrägverzahnung 24 auf,
die jeweils passgenau in eine Schrägverzahnung 25 eingreift,
die auf der gegenüberliegenden
Breitseite des zugeordneten Schiebers 12 angeordnet ist.
Alle Zähne
beider Schrägverzahnungen 24 und 25 verlaufen
zueinander parallel und unter einem spitzen Winkel zur Mittellängsachse
der Bohrstange 10, der Steigungswinkel muss dabei so bemessen
sein, dass keine Selbsthemmung auftreten kann. Wird die Schiebestange 23 nunmehr
gegenüber
den im Führungsschacht 13 bzw. 13' quergeführten Schiebern 12 bzw. 12' verschoben,
werden die Zähne
der Schrägverzahnung 24 gegenüber den
Zähnen
der Schrägverzahnung 25 der
Länge nach
verschoben. Die aneinander entlanggeschobenen Zähne wirken dabei als schiefe
Ebene zusammen und bewirken in Abhängigkeit der Vorschubrichtung
ein Aus- oder Einfahren der Schieber 12 bzw. 12' und damit auch
der daran gehaltenen Schneidmittelträger 11 bzw. 11'.
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Aufgrund
dieser vom Vorschub der Schiebestange 23 abhängigen Verstelleinrichtung
lassen sich die Schneidmittelträger 11 bzw. 11' zwischen ihrer
in 5 gezeigten eingefahrenen Stellung und ihrer in 6 gezeigten,
vollständig
ausgefahrenen Stellung bewegen. In der eingefahrenen Stellung lässt sich
die Bohrstan ge 10 somit problemlos durch die rohe Lagerbohrung 19 hindurchführen, damit
die Schneidmittelträger 11 bzw. 11' in ihre axiale
Arbeitsposition gelangen können.
Der maximale Verstellhub SH der Schieber 12 ist in 6 eingezeichnet.
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Da
die Schrägverzahnungen 24 und 25 sehr exakt
ineinander greifen müssen,
ist die Schrägverzahnung 25 an
einer Zahnplatte angeordnet, die ihrerseits einstellbar am Schieber 12 angebracht
ist. Zur versenkten Anordnung der Zahnplatte weist der Schieber 12 bzw. 12' an seiner Breitseite
eine entsprechende rechteckförmige
Vertiefung 26 auf. In der perspektivischen Einzeldarstellung
des Schiebers 12 gemäß 7 ist
ferner ersichtlich, dass sich die von den Keilflächen 14.3 und 14.4 begrenzten
Keilrippen nur über
eine Teilbreite der Fügfläche 14 erstrecken. Da
die von den Keilflächen 14.1 und 14.2 begrenzten Keilrippen
sich zudem nur über
eine Teillänge
der Fügfläche 14 erstrecken,
verbleibt in der Fügfläche 14 ausreichend
Platz für
die Bohrung der Spannschraube 16.
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Die
in 8 und 9 gezeigte Wechselkassette lässt sich
somit problemlos spielfrei und zuverlässig mit dem Schieber 12 verbinden.
Wichtig für die
Erfindung ist, dass die Keilnuten passgenau mit den Keilrippen zusammenwirken,
wobei keine Längenabstützung der
Keilrippe in der diese aufnehmenden Keilnute vorgesehen ist. Daher
können
sich Keilnuten durchgehend über
die gesamte Länge
oder Breite der Fügfläche 15 erstrecken.