DE102017006188A1

DE102017006188A1 - Tiefbohrwerkzeug

Info

Publication number: DE102017006188A1
Application number: DE102017006188.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2037-07-01
Also published as: DE102017006188B4

Abstract

Vorgestellt wird ein Tiefbohrwerkzeug aus drei Abschnitten: Einem Bohrkopf (10), einem Bohrrohr (12) und einem Verbindungselement (11), das die beiden erstgenannten Teile mittels Klebe-, Löt- oder Schweissverbindung zusammenhält. Der Bohrkopf ist in seiner Art der bekannten Technologie des so genannten Einlippenbohrers (ELB-Verfahren) nachempfunden. Das Bohrrohr mit der kreisrunden Form findet man jedoch vorzugsweise beim BTA-Verfahren, sodass dem Verbindungselement die Aufgabe zukommt, die ursprünglich verschiedenen bzw. gegensätzlichen Zu- und Ableitungswege von Kühlmittel und Bohrspänen zu koordinieren. Spezielle Vorgänge beim Ejektor-Bohrverfahren werden ebenfalls im Verbindungselement nachvollzogen. Mit diesem Aufbau aus nur drei Teilen ist es nun möglich, ein Tiefbohrwerkzeug bereitzustellen, das die wesentlichsten Vorzüge der drei gängigen Tiefbohrverfahren in einem einzigen Werkzeug vereint. Mehr Details dazu in der folgenden Beschreibung.

Description

Technischer Bereich:
Tiefbohrwerkzeuge werden vorzugsweise in aufgabenbezogenen Werkzeugmaschinen zum Einbringen von Bohrungen eingesetzt, deren Bohrtiefe überwiegend sehr viel grösser als der Bohrungsdurchmesser ist. Sie sind allgemein so gestaltet, dass ein permanenter Kühlmitteldurchfluss einen ununterbrochenen Austrag der Bohrspäne bewirkt, und somit ein mehrmaliges Ansetzen bzw. Entspänen entfallen kann. Tiefbohrwerkzeuge werden vor allem im metallischen, teilweise aber auch im nichtmetallischen Bereich eingesetzt.
Einschlägiger Stand der Technik:
Tiefbohrwerkzeuge sind schon seit langem bekannt und werden primär jeweils nach den Bohrverfahren benannt, für die sie konzipiert wurden. Man unterscheidet zwischen dem ELB-Verfahren für Bohrungen im eher kleineren Durchmesserbereich, dem BTA-Verfahren für leistungsstärkere Bohr- und Aufbohroperationen und dem Ejektor-Verfahren für speziellen Spänerücktransport.
Vorteilhaft beim ELB-Bohrer ist der einfache Aufbau, gute Führungseigenschaften, und die leicht und oft nachschleifbare Kopfgeometrie. Nachteilig wirkt sich aus, dass der lange Bohrschaft wegen der ausserhalb abfliessenden Späne asymetrisch gestaltet und somit nicht optimal torsionssteif ist.
Beim BTA-Verfahren ist durch die Verwendung von runden Bohrrohren die Verdrehsteifigkeit optimal. Aufwendiger ist aber hier der Bohrkopfaufbau, und Nachteile liegen vielleicht auch darin, dass maschinenseitig mehr Aufwand für dieses Verfahren betrieben werden muss.
Die Ejektor-Anwendung kommt mit niedrigeren Kühlmitteldrücken aus, führt jedoch wegen der Doppelrohr-Technik bei kleiner werdendem Bohrdurchmesser zu Schwierigkeiten hinsichtlich der geometrischen Verwirklichung.
Aufgabenstellung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug zu schaffen, das die wesentlichsten Vorzüge der drei gängigsten Arten von Tiefbohrwerkzeugen (wie bei „Stand der Technik“ genannt) in einem einzigen Werkzeug vereint.
Offenbarung der Erfindung:
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 (Hauptanspruch) gelöst, wonach ein Tiefbohrwerkzeug bereitgestellt wird, welches aus einem Bohrkopf (10), einem Zwischenträger (11) und einem Bohrrohr (12) besteht. Mögliche Varianten sind in Nebenansprüchen festgehalten und in den Ausführungsbeispielen nähers erläutert.
Figurenliste

1 zeigt im Prinzip den Aufbau eines Tiefbohrwerkzeugs nach Anspruch 1 mit einem homogenen Bohrkopf (10), bekannt auch aus dem ELB-Verfahren und vorzugsweise aus Hartmetall oder Keramik, einem Zwischenträger (11) und dem Bohrrohr (12), beides gewöhnlich aus Stahl. Der Bohrkopf kann verschiedene Arten von Kühlmitteldurchlässen enthalten, gebräuchlich sind u. a. 2 Bohrungen (10 a), 1 Bohrung (10 b) oder auch nicht kreisförmige Durchlässe (10 c). Der Bohrkopf ist am Ende dachförmig abgeflacht (10 e) oder konisch (10 f), wobei sich letzterer bei der Verbindung mit dem Zwischenträger (kleben / löten / schweissen) leichter vorzentrieren lässt. Die Verbindung des Zwischenträgers (11) mit dem Bohrrohr (12) (kleben / löten /schweissen) ist konisch ausgeführt, wobei die Konuslänge so gewählt wird, dass je nach verwendetem Verbindungswerkstoff keine Schwachstelle entsteht und die Torsionssteifigkeit an der Verbindung der des Bohrrohrs selbst nicht nachsteht.
2 zeigt weitere Details am Übergang vom Bohrkopf (10) zum Zwischenträger (11) und am Bohrkopf (10) selbst. Vorzugsweise mit einem geometrisch angepassten Fräswerkzeug (20) wird der ELB-typische Späneabfluss-Sektor des Bohrkopfs (10) weiter in den Zwischenträger (11) hinein ausgebildet (20 a) und endet muldenförmig (20 b). Mit einem Senkwerkzeug (21) wird der Durchbruch in den Innenbereich so aufgeweitet, dass der Durchflussquerschnitt aus dem Bohrkopfbereich erhalten bleibt. Der Innendurchmesser des Bohrrohrs (12) ist querschnittsbezogen ohnehin mit dem Bohrkopf (10) abgestimmt. Die sonst am ELB-Bohrkopf (10) üblichen Freischliffe zwischen den Führungsfasen werden soweit wie möglich vertieft (22 a / 22 c) bzw. bis zum Rohraussendurchmesser zurückgeschliffen (22 b), und somit Freiraum für die Kühlmittelzufuhr nach BTA-Prinzip geschaffen.
3 zeigt Massnahmen zur Optimierung des Kühlmittelstroms. Direkt hinter dem Bohrkopf (10) werden in den Zwischenträger (11) mit einem Senkwerkzeug (30) Vertiefungen (30 a) eingebracht, die bis in den Bereich der Kühlmitteldurchlässe (z. B. 10 a) reichen. Die Durchlässe im Bohrkopf (10) können verlängert (31) und, etwas kleiner (32), bis in den Innenraum des Zwischenträgers (11) weitergeführt werden. Für den peripher ankommenden Kühlmittelstrom werden damit weitere Wege frei: Einmal bis zur Bohrerspitze (31) und (ein etwas kleinerer Teil) wieder nach rückwärts in Richtung Späneabfluss (32). Dieser Rückfluss verstärkt (und beschleunigt dabei) das aus dem Zerspanungsbereich zusammen mit den Bohrspänen rückfliessende Kühlmittel, und vermindert damit die Gefahr eines Spänestaus im Übergang vom Zwischenträger (11) zum Bohrrohr (12). Es ist dasselbe Prinzip wie beim Ejektor-Bohrverfahren. Durch Abflachungen (30 b) am Zwischenträger (11) bis zu den Vertiefungen (30 a) wird der Fliesswiderstand zusätzlich gemindert.
In 4 werden die Modifikationen in Sachen Zerspanungs-, Herstellungs- und Verbindungstechnik aufgezeigt, die in der Folge auch bei den Ansprüchen so aufgeführt sind. Wenn grössenbedingt bei den Bohrwerkzeugen etwa Wendeschneidplatten und separate Führungsleisten eingesetzt werden können (40), so entfällt natürlich der Zwang, Bohrkopf (10) und Zwischenträger (11) getrennt zu betrachten. Dies gilt selbsverständlich auch für die „gelötete“ Version (41). Es entsteht primär ein gemeinsamer, eigenständiger Grundkörper (42), für den neben der konventionellen Fertigung (Drehen, Fräsen, Bohren) auch alle Möglichkeiten weiterer Herstellungsverfahren offenstehen. Insbesondere die additiven Fertigungsverfahren bieten sich an, schon wegen der oft schwierig herstellbaren Innenkonturen. Immer noch Trennstelle bleibt jedoch die Verbindung Bohrkopf / Bohrrohr. Neben der schon beschriebenen konischen Verbindung könnte aber auch weiterhin auf das beim BTA-Bohren eingeführte Flachgewinde (43) zurückgegriffen werden. Allerdings muss hier in Kauf genommen werden, dass sich das übertragbare Bohrmoment auf rund 40%, verglichen mit dem Vollrohr, reduziert. Etwas mehr Drehmoment erlaubt die konische Gewindeverbindung (44), deren Belastungsgrenze immerhin bei rund 60% der des Vollrohrs liegt. Das konische Gewinde ermöglicht übrigens eine weitere Verbesserung des Späne- und Kühlmittelrücklaufs. Ein- oder mehrere Abflachungen am Aussendurchmesser (44 a) bewirken hier einen weiteren partiellen Kühlmittelrückstrom nach dem Ejektor-Prinzip.

Vorteile der Erfindung:
Neben dem einfachen Aufbau und den daraus resultierenden kostengünstigen Herstellungs- , Nachschleif- oder Neubestückungsmöglichkeiten wäre zu nennen, dass mit diesem Werkzeug durchmesserbezogen in Bereichen gearbeitet werden kann, die bisher nur kleinen Bohrwerkzeugen wie z. B. ELB-Vollhartmetallbohrern vorbehalten war. Die periphere Kühlmittelzuführung in Verbindung mit möglichen Ejektor-Teilströmen bewirkt die notwendige Durchspülung energiesparend bei wesentlich geringerer Druckvorgabe. Das runde Bohrrohr ist einfach belastbarer und ausserdem in Stützlünetten exakter zu führen, und selbst die bei langen Bohrrohren oft unverzichtbare Schwingungsdämpfung lässt sich am runden Rohr leichter realisieren. Auch das bei hohen Drehzahlen zu beobachtende Aufschwingen der ELB-Bohrrohre wegen ihres asymetrischen Querschnitts ist nun kein Thema mehr.

Claims

Tiefbohrwerkzeug, bestehend aus: einem Bohrkopf (10) aus Hartmetall oder Keramik, mit inneren Kanälen für die Kühlmittelzufuhr (10 a, 10 b oder 10 c) und einer dachförmigen (10 e) oder konischen (10 f) Endengeometrie, einem runden Bohrrohr mit konischer Öffnung (12) und einem so genannten Zwischenträger (11), der die Verbindung (kleben, löten, schweissen) von Kopf und Rohr herstellt.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Bohrkopf-Führungsfasen üblichen Freischliffe (22 a, 22 b und 22 c) bis über den Zwischenträger (11) hinaus tiefer ausgeprägt sind, maximal bis auf den Rohraussendurchmesser.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (11) infolge seiner geometrischen Ausbildung Kühlmittel und Späne aus dem Spanraum des Bohrkopfs (10) ins Bohrrohrinnere (über 20 a, 20 b und 21 a) und gleichzeitig in Bohrrichtung strömendes Kühlmittel über Freisparungen (30 b) und Vertiefungen (30 a) sowohl zur Bohrerspitze (über 31) als auch zur Rückspülverstärkung (über 32) verteilt.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bohrkopf (10) und Zwischenträger (11) ein gemeinsames Teil abbilden (42), in der Folge Grundkörper genannt.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (42) mit Aussparungen für geschraubte (40) oder gelötete (41) Schneid- und Führungselemente versehen ist.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (42) aus konventionellem Werkstoff aufgebaut und nur in den Schneid- und Führungszonen mit verschleissfesten Einlagen, Beschichtungen oder Auftragungen versehen ist.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (42) komplett aus einem verschleissfesten und schneidfähigen Werkstoff aufgebaut ist.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 1 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenträger (11) oder der Grundkörper (42) an der Verbindungstelle mit dem Bohrrohr (12) mit branchenüblichem Flachgewinde (43) oder einem konischen Gewinde (44) versehen ist.
Tiefbohrwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das konische Gewinde aussen mit einer oder mehreren Abflachungen (44 a) bis unter den Kerndurchmesser versehen ist.