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Die
Erfindung betrifft ein vorzugsweise drehangetriebenes Werkzeug zum
Entgraten von Bohrungen, wie zum Beispiel von Bohrungen, die seitlich
in eine beispielsweise zylindrische Ausnehmung münden, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Entgraten von derartigen Bohrungen, wobei ein erfindungsgemäßes Werkzeug
Anwendung finden soll.
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Das
Entgraten von Bohrungen, die seitlich in eine beisplielsweise zylindrische
Ausnehmung münden,
stellt ein großes
Problem dar. Derartige Bohrungen sind zum Beispile auf dem Gebiet
der Kraftfahrzeugtechnik – bei
Radialbohrungen, die in eine zentrale Axialbohrung der Nockenwelle
oder der Kurbelwelle münden – und der
Mobilhydraulik dann unumgänglich,
wenn es beispielsweise darum geht, einen in einer zentralen Bohrung,
aufgenommenen Ventilkolben über
Steueranschlüsse
in Form von Radialkanälen
anzusteuern. Da diese Radialkanäle
in der Regel in einem Bohrbearbeitungsgang hergestellt werden müssen, kann
selbst bei spezieller Gestaltung des Bohrwerkzeugs nicht zuverlässig ausgeschlossen
werden, dass in Bereich, in dem der Radialkanal in die zentrale
Bohrungsausnehmung mündet,
ein Grat oder ein Restspan verbleibt.
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Abgesehen
davon, dass dieser Span die Strömungsverhältnisse
beeinflusst und damit die Justierung und Funktion der entsprechenden
hydraulischen Steuerung beeinträchtigt,
besteht das besondere Problem, dass ein solcher Span, wenn er nicht vor
Inbetriebnahme entfernt wird, nach gewisser Zeit abgerissen wird
und im System folgenschwere Schäden
verursacht.
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Man
hat daher seit jeher und im Zuge der immer empfindlicher werdenden
Steuerungstechnik mit zunehmendem Aufwand versucht, diese Spanreste so
vollständig
wie möglich
von der Radialkanalmündung
zu entfernen. Dabei sind speziell gestaltete Werkzeuge zum Einsatz
gelangt, mit denen der am Schaft sitzende Schneidkopf möglichst
positionsgenau an den zu entfernenden Span herangeführt werden
konnte. Die erforderliche große
Präzision
führt aber
dazu, dass sich der Herstellungsprozess wesentlich verteuerte.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug und eine
Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit dem bzw. mit
der es gelingt, den Entgratvorgang wesentlich wirtschaftlicher,
aber dennoch zuverlässig
und fehlerfrei durchzuführen.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Werkzeugs durch die Merkmale des Anspruchs
1, hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs
37 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Verfahrensschritte
des Anspruchs 43 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird in
das Werkzeug eine Radialkraft-Erzeugungseinrichtung
integriert, mit der es gelingt, den Schneidkopf eines sehr einfach
aufgebauten Werkzeugs, das mit verhältnismäßig geringer Präzision in
die Ausnehmung oder Bohrung eingeführt wird, radial auszulenken,
so dass der bezüglich
des Werkstücks
eine Relativ-Drehbewegung ausführende,
beispielsweise drehend angetriebene Schneidkopf eine Art "kreisende" bzw. "taumelnde" Schab- oder Schneidbewegung
entlang der Innenoberfläche
der Ausnehmung oder Bohrung und damit der Mündungsöffnung beispielsweise des Radialkanals
ausführt.
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Die
Schneide des Werkzeugs bewegt sich dabei bezüglich der Ausnehmung im Werkstück auf einer
Zykloide. Es hat sich gezeigt, dass es auf diese Weise gelingt,
den Grat bzw. die ggfs. vorhandenen Spanreste schonend und dennoch
reproduzierbar und zuverlässig
abzutragen, ohne Gefahr zu laufen, dass an anderer Stelle weitere
Restspanbildung auftritt.
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Die
auf den Schneidkopf einwirkende Radialkraft zu dessen vorzugsweise
gesteuerter radialer Auslenkung kann auf verschiedene Art und Weise
erzeugt werden. Vorteilhafte Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis
17 bzw. 18 bis 20.
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Eine
besonders einfache Konstruktion erhält man mit der Weiterbildung
der Unteransprüche
2 bis 17. Hier wird ein in gewöhnlichen
Bearbeitungszentren ohnehin vorhandenes unter Druck stehendes Strömungsmittel,
wie z.B. ein bei der spanabhebenden Bearbeitung zum Einsatz kommendes
Kühl- und Schmiermittel,
dazu herangezogen, den Schneidkopf radial auszulenken, so dass er
die entgratenende Funktion erfüllen.
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Bei
dieser Auslenkung spielen sowohl die durch den Staudruck des Strömungsmittels
im Bereich des Schneidkopfs bzw. in dessen näherer Umgebung als auch die
durch die Umlenkung der Strömungsmittelströmung hervorgerufenen
Impulskräfte eine
Rolle, so dass die wirksame Radialkraft gut steuerbar bleibt.
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Weil
die Eingriffsstelle des Werkzeugs dabei ständig mit unter Druck stehendem
Strömungsmittel gespült wird,
wird der spanabtragende Effekt noch verstärkt. Über den Druck des Strömungsmittels und/oder
die Geometrie des Werkzeugschafts lässt sich die radiale Auslenkung
des Werkzeugschafts in weiten Grenzen steuern, so dass auch das
radiale Spiel des Schneidkopfs in der Ausnehmung verhältnismäßig grob
vorgegeben werden kann. Dadurch wird das Werkzeug billiger. Aber
auch die Steuerung der Antriebsvorrichtung, in der das Werkzeug
aufgenommen wird, lässt
sich dadurch stark vereinfachen, da das Werkzeug verhältnismäßig grob
zur Achse der Ausnehmung positioniert werden kann. Das Werkzeug
kann dadurch auch in relativ ungenau arbeitende Maschinen eingespannt
werden. Es positioniert sich mit seiner am Innenumfang der Ausnehmung
schabenden Bewegung selbst. Es wurde festgestellt, dass das erfindungsgemäße Arbeitsprinzip für alle gängigen Werkstoffe,
d.h. für
Stahl, Grauguss bis hin zu Kunststoffen anwendbar ist.
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Grundsätzlich genügt ein einziger
Stichkanal, um im Bereich zwischen seiner Mündungsöffnung und der Innenwandung
der Ausnehmung eine Druckkraft aufzubauen, die das Werkzeug ausreichend
radial auslenkt, damit die Schneidkante wirksam in Eingriff gelangt.
Dabei hat sich weiter gezeigt, dass es sogar möglich ist, den Druck des Strömungsmittels
derart an den Durchmesser des Stickkanals abzustimmen, dass aus
dem Stickkanal ein Strömungsmittelstrahl
austritt, der die Funktion eines Schneidstrahls hat, wie er vom
sogenannten "Wasserschneiden" her bekannt ist,
d.h. mit dem eine spanabhebende Bearbeitung vorgenommen werden kann.
Mit anderen Worten, der aus der Mündungsöffnung austretende Strahl kann
unabhängig
von der Auslenkfunktion für
den Werkzeugschaft zum Entgraten herangezogen werden, und zwar schon
dann, wenn Schmiermitteldrücke
im heutzutage üblichen Bereich
von 30 bar aufwärts
angewendet werden.
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Eine
besonders effektive Art der Bearbeitung ergibt sich mit der Weiterbildung
des Anspruchs 3. Denn über
die Vielzahl der Stichkanäle
lässt sich
eine wirkungsvollere und schnellere Bearbeitung vornehmen. Diese
Modifikation erlaubt ferner die Anbringung mehrerer Schneidkanten
am Schneidkopf, so dass die erforderliche Bearbeitungszeit weiter
herabgesetzt werden kann.
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Wenn
mehrere Stichkanäle
vorgesehen sind, deren Mündungsöffnungen
in axialer Richtung gestaffelt sind, kann der oben angesprochene "Schneidstrahleffekt" über eine vergrößerte axiale Länge genutzt
werden, was der Reduzierung der Bearbeitungsdauer weiter förderlich
ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass besonders vorteilhafte Ergebnisse mit Abmessungen
des Stickkanals gemäß Anspruch
5 erzielt werden können,
d.h. wenn der Durchmesser der Stickkanäle im Bereich von 0,1 bis 5
mm liegt.
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Über die
Länge des
Schafts lässt
sich die radiale Flexibilität
des Werkzeugs leicht steuern, wobei sich der vorteilhafte Nebeneffekt
ergibt, dass ein langer Schaft dazu führt, dass das Werkzeug universeller
eingesetzt werden kann, d.h. zum Entgraten von Bohrungen, die verhältnismäßig weit
im Inneren der Ausnehmung münden.
Das Einsatzgebiet liegt vorzugsweise bei Schaftlängen im Bereich von 5 bis 1000
mm.
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Wenn,
entsprechend Anspruch 6, mehrere innenliegende Strömungsmittelkanäle vorgesehen sind,
ergeben sich mehr Möglichkeiten
der Anordnung der Mündungsöffnungen
an der Außenumfangsfläche des
Schneidkopfs.
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Die
Mündungsöffnungen
können
im Bereich einer Schneidkante liegen, so dass der Raum zwischen
Mündungsöffnung und
Innenwandung der Ausnehmung so klein wie möglich wird. Es zeigt sich aber,
dass die Mündungsöffnungen
auch im Bereich eines Nutgrundes zwischen zwei benachbarten Schneidkanten
liegen kann, wenn der Strömungsmitteldruck
ausreichend hoch gewählt
wird, um eine genügend
große
Staudruckkraft zu erzeugen.
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Der
Stichkanal kann grundsätzlich
beliebig ausgerichtet sein und auch gekrümmt, beispielsweise wendelförmig verlaufen.
Vorzugsweise wird der zumindest eine Stickkanal geradlinig ausgebildet, wobei
er entweder von einer Bohrung oder von einer erodierten Ausnehmung
gebildet sein kann. Im letzteren Fall verbleibt eine größere Flexibilität bei der Gestaltung
des Kanalquerschnitts.
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Wenn
der Winkel des Stickkanals zur Achse des Werkzeugs im Bereich von
5 bis 175, bevorzugt zwischen 25 bis 155 °, besonders vorzugsweise zwischen
40 und 50° gewählt wird,
bleiben die Strömungsverluste
beherrschbar.
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Wenn
die zumindest eine Schneidkante zu einer Axialebene des Werkzeugs
unter einem Winkel angestellt ist, kann auf die Schnittbedingungen
beim Entgraten gezielt Einfluss genommen werden, wodurch die Arbeitsgenauigkeit
verbessert wird.
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Gute
Ergebnisse konnten mit einem radialen Spiel zwischen Schneidkopf
und Innenwandung der Ausnehmung im Bereich zwischen 0,1 und 0,5
mm erzielt werden, wobei dieses Spiel an die Höhe des Arbeitsdrucks des Strömungsmittels gekoppelt
ist. Es können
auch Werte für
das Spile bis 5 mm beherrscht werden.
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Eine
sehr einfache Alternative für
die Ausbildung der Radialkraft-Erzeugungseinrichtung ist Gegenstand
der Ansprüche
18 bis 20. Hier wird eine Unwucht des Werkzeugs, vorzugsweise die
Unwucht im Bereich oder in der Nähe
des Schneidkopfs zur gesteuerten radialen Auslenkung des Schneidkopfs
herangezogen. Über
die Drehzahl lässt
sich auf einfache Weise das Absolutmaß der radialen Auslenkung steuern,
wodurch es möglich
wird, den Schneidkopf beispielsweise bei relativ kleiner Drehzahl
in die Ausnehmung oder Bohrung einzuführen und anschließend die
Drehzahl ausreichend weit an zu heben, damit die gewünschte Entgratbewegung
der zumindest einen Werkzeugschneide hervorgerufen wird. Die Gestaltung
des Schneidkopfs bzw. der Schneiden kann bei dieser Ausführungsform
in gleicher Weise wie bei der Variante nach den Ansprüchen 2 bis
17 vorgenommen werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Beeinflussung der radialen Auslenkung besteht in der Optimierung der
Geometrie des Werkzeug-Schafts. Mit der Weiterbildung nach Anspruch
23 lässt
sich die erforderliche radiale Flexibilität des Schafts weiter verbessern.
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Mit
der Weiterbildung des Anspruchs 25 wird das Einführen des Werkzeugs weiter vereinfacht. Wenn
eine Art Anschnitt auf beiden Seiten des Schneidkopfs ausgebildet
ist, kann das Werkzeug auch zum Entgraten des inneninliegenden Austritts einer
Bohrung genutzt werden, in die das Werkzeug eingeführt wird.
Die Taumelbewegung des Schneidkopfs schabt dabei wiederum allmählich den
Bohrungsgrat ab, und zwar mit der dem Schaft zugewandten Rundung
des Schneidkopfs.
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Für die Materialwahl
des Werkzeugs gibt es praktisch keine Einschränkungen. Das Werkzeug kann
entweder insgesamt oder aber zumindest im Bereich des Schneidkopfs
aus einem hochfesten Werkstoff, wie z.B. verschleißfesten
Stahl, Schnellstahl (HSS, HSSE, HSSEBM), Hartmetall, Keramok oder
Cermet hergestellt sein, wobei auch geeignete Beschichtungen, insbesondere
in der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 34 bis 36 Anwendung finden können.
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Mit
der Weiterbildung nach Anspruch 28 wird das Werkzeug zu einer leicht
handhabbaren Einheit, die in gängige
Werkzeugaufnahmen einsetzbar ist.
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Gemäß Anspruch
13 ergibt sich der besondere Vorteil, dass im Werkzeug mit einfachen
Mitteln die Schnittstelle zum Strömungsmittelanschluss hergestellt
ist.
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Eine
besonders einfache und kostengünstige
Variante ist Gegenstand des Anspruchs 14, wonach der Befestigungs-
und Fixierungskörper
gleichzeitig den Körper
zur Einspeisung des Strömungsmittels
bildet. Dieser Körper
hat vorzugsweise die Gestalt eines einfachen länglichen Hohlzylinders, der mit
dem Schaft des Werkzeugs sogar verklebt werden kann. Mit einer geeigneten
korrosionsbeständigen
Beschichtung versehen, kann dieser Körper aus gewöhnlichem
Stahl hergestellt werden, weil die Fixierung in der Werkzeugaufnahme
dadurch erfolgen kann, dass der zylindrische Körper mittels des auf der Rückseite
einwirkenden Strömungsmitteldrucks
gegen eine Schulterfläche
in der Werkzeugaufnahme gedrückt
wird.
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Das
Werkzeug kann als Fräs-,
Bohr-, insbesondere Tieflochbohr-, geradegenutetes Bohr- oder Spiralbohrwerkzeug
oder als Reibahle ausgebildet werden.
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Wenn
der Spanwinkel bzw. – bei
der Ausbildung als Fräs- oder Reibwerkzeug – der Rückspanwinkel
positiv, beispielsweise in einem Größenbereich von 0 bis 10°, vorzugsweise
bis 5° gehalten wird,
kann die Schneidkante die spanabhebende Wirkung bereits bei relativ
geringen Radial-Druckkräften
entfalten, so dass der Strömungsmitteldruck kleiner
gehalten werden kann.
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Mit
der Ausgestaltung nach Anspruch 31 ergibt sich eine eher schabende
Wirkung der zumindest einen Schneidkante. Die Schneidkanten erhalten
eher das Profil einer Feile, mit der Folge, dass mit einem im Vergleich
zur Ausführung
nach Anspruch 30 höheren
Strömungsmitteldruck
gearbeitet werden sollte.
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Wenn
mehrere Mündungsöffnungen
vorgesehen sind, so liegen diese vorzugsweise – nach Anspruch 15 – in einem
Umfangsbereich, der von einem Zentriwinkel bis zu 180°, vorzugsweise
bis zu 120° begrenzt
wird. Es ist in diesem Fall von Vorteil, die Mündungsöffnungen über diesen Winkelbereich gleichmäßig zu verteilen.
Wenn beispielsweise 2 Mündungsöffungen
oder 2 Reihen von Mündungsöffnungen
vorhanden sind, beträgt
der Winkelabstand der Mündungsöffungen
bzw. der Mündungsöffung-Reihen
120°. Bei
drei Mündungsöffungen
ist der Wnkelabstand auf 60° verkleinert,
bei 4 Mündungsöffungen
auf 40° und
bei 5 Mündungsöffungen
auf 30°.
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Wenn
die zumindest eine Schneidkante im Wesentlichen wendelförmig verläuft, ergibt
sich eine für
das Entfernen des Gratspans besonders günstige Schneidengestaltung.
In diesem Fall ist es von Vorteil, bei mehreren Mündungsöffnungen,
diese ebenfalls auf einer im Wesentlichen wendelförmigen Linie bzw. – wenn man
eine Verjüngung
des Schneidkopfs in axialer Richtung berücksichtigt – spiralförmigen Linie anzuordnen.
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Die
Weiterbildung des Werkzeugs gemäß Anspruch
33 hat insbesondere dann Vorteile, wenn der Schaft des Werkzeugs
extrem dünn
ausgeführt ist,
beispielsweise für
den Fall, dass der Entgratungsvorgang im Bereich einer Bohrung durchgeführt werden
soll, die einen Durchmesser von unter 1 mm hat und sich an eine
verhältnismäßig tiefe
Bohrung ebenfalls kleinen Durchmessers – von beispielsweise bis zu
etwa 4 mm anschließt.
Die Materialwahl stellt sicher, dass das Werkzeug auch mit einer
derart dünnen
Schaftgestaltung ausreichend stabil bleibt, um den Schneidkopf auch
nach wiederholter Benutzung exakt zu zentrieren. Die Bearbeitungsgenauigkeit wird
dadurch besonders gut steuerbar. Der Schneidjopf selbst kann dann
aus anderen Materialien gefertigt und beispielsweise lösbar am
Schaft des Werkzeugs befestigt sein.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zum Entgraten von Bohrungen,
die seitlich in eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung münden, ist
Gegenstand des Anspruchs 37. Die Drehantriebsvorrichtung kann von
einer einfachen Dreh- oder Bohrmaschine oder einem Roboter gebildet sein.
In beiden Fällen
genügen
verhältnismäßig ungenau
arbeitende Maschinen.
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Es
hat sich gezeigt, dass das Strömungsmittel
selbst von einem gasförmigen
Medium, wie z.B. Luft gebildet sein kann, um die erforderlichen
Kräfte zur
Auslenkung des Werkzeugschafts zu erzeugen. Selbstverständlich können alle
gängigen
Kühl- und Schmiermittel
zum Einsatz kommen, auch solche der Mindermengenschmierung.
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Vorzugsweise
arbeitet die Vorrichtung mit einem Strömungsmitteldruck in einem Bereich
von 3 bis 3000 bar.
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Wenn
das Werkzeug einen Befestigungs- und Fixierungskörper gemäß Anspruch 28 hat, ist es vorteilhaft,
wenn dieser nach Art eines Bajonettverschlusses in der Werkzeugaufnahme
aufgenommen ist.
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Ein
besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
der – verhältnismäßig hohe – Strömungsmitteldruck – gemäß Anspruch
40 – dazu
herangezogen wird, das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme axial und
in Umfangsrichtung zu fixieren. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Schnittkräfte beim
Entgraten mit Leichtigkeit durch die Reibkraft aufgenommen werden
kann, die entsteht, wenn der Befestigungs- und Fixierungskörper vom
Strömungsmitteldruck
gegen eine Halteschulter gedrückt
wird. Dies wird dadurch noch erleichtert, dass der Befestigungs-
und Fixierungskörper
einen größeren Durchmesser
als der Schneidkopf erhalten kann.
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Mit
der Weiterbildung nach Anspruch 42 ergibt sich eine mit einfachen
Bauelementen eine wirksame Schnell-Spannvorrichtung für das Werkzeug.
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Die
wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Entgraten
von Bohrungen, beispielsweise von Bohrungen, die seitlich in eine
im wesentlichen zylindrische Ausnehmung münden, sind Gegenstand des Anspruchs
43, Das Grundprinzip besteht darin, dass der Strömungsmitteldruck des durch
das in die Ausnehmung eingeführten
Werkzeugs dazu genutzt wird, den Schneidkopf radial auszulenken
und dadurch die zumindest eine Schneidkante in Eingriff mit dem
zu entfernenden Span gelangen zu lassen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
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Nachstehend
werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht
eines erfindungsgemäßen Werkzeugs
nach einer ersten Ausführungsform;
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2 die Einzelheit "II" in 1;
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3 einen schematischen Schnitt
III-III in 2;
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4 eine schematische Seitenansicht
einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
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5 die Ansicht "V" in 4;
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6 eine schematische Teil-Ansicht
einer Variante des Werkzeugs nach 1 mit
angedeuteter Aufnahme und Fixierung in einer Werkzeugaufnahme;
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7 die Ansicht "VII" in 6;
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8 eine schematische Darstellung
der Positionen des erfindungsgemäßen Werkzeugs
vor und während
des Bearbeitungseingriffs;
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9 und 10 Varianten der Gestaltung des Schneidkopfs;
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11 in stark vergrößerter Darstellung
die schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
des Entgratwerkzeugs;
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12 in etwas vergrößerter Darstellung den
Schneidkopf des Werkzeugs nach 11;
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13 in vergrößerter Darstellung
den Schnitt gemäß XIII-XIII
in 12;
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14 in etwas vergrößertem Maßstab die schematische
Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Entgratwerkzeugs;
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15 in vergrößerter Darstellung
den Schneidkopf des Werkzeugs nach 14;
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16 eine Teilschnittansicht
gemäß XVI-XVI
in 15;
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17 eine schematische Schnittansicht des
Schneidkopfs nach 15 zur
Veranschaulichung der Lage der darin vorgesehenen Stichkanäle;
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18 in einer der 8 ähnlichen Darstellung eine schematische
Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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19 eine der 18 ähnliche
Darstellung einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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20 die schematische Ansicht
einer Bohrung, die mit einem besonders gestalteten erfindungsgemäßen Werkzeug
an besonders unzugänglichen
Stellen entgratet werden soll;
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21 die Darstellung der Einzelheit „XXI" in 20; und
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22 in einem im Vergleich
zur 21 etwas verkleinertem
Maßstab
die Ansicht eines Werkzeugs, mit dem die Bearbeitungsaufgabe gemäß 20, 21 gelöst werden kann.
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In 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein drehangetriebens,
vorzugsweise rotationssymmetrisches Nachbearbeitungswerkzeug in
der Ausgestaltung als Entgratwerkzeug bezeichnet, mit dem es möglich ist,
auf besonders wirtschaftliche Weise und möglichst zuverlässig Bohrungen 12,
die seitlich in eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung 14 in einem
Werkstück 18 münden, an
ihren radial inneren Enden 16 zu entgraten. Es soll jedoch
an dieser Stelle bereits hervorgehoben werden, dass das Werkzeug
auch statisch sein kann und statt dessen oder zusätzlich das
Werkstück
in eine Drehbewegung versetz wird. Außerdem kann das Werkzeug auch
zum Entgraten der Mündungsöffnungen
der Ausnehmung 14 herangezogen werden.
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Das
Werkzeug ist beispielsweise als Fräs-, Bohr-, insbesondere Tieflochbohr-,
geradegenutetes Bohr- oder Spiralbohrwerkzeug oder als Reibahle ausgebildet.
Entscheidend ist, dass es zumindest eine Schneidkante 20* hat,
die eine spanabhebende Bearbeitung durchführen kann.
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Bei
dem Werkzeug sitzt an einem Schaft 20 ein Schneidkopf 22,
der eine Vielzahl von Schneidkanten 20* hat, die sich zumindest
abschnittsweise in axialer Richtung erstrecken, wie aus den 2 und 3 ersichtlich.
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Das
Werkzeug hat einen innenliegenden Strömungsmittelkanal 24,
von dem im Bereich des Schneidkopfs mehrere Stickkanäle 26 ausgehen. Diese
Stichkanäle,
sind so angeordnet, dass sie mit Mündungsöfnungen 28 im Bereich
des Schneidkopfs 22 in dessen äußere Umfangsfläche münden. Wie aus
der 2 ersichtlich sind
die Schneidkanten über
den gesamten Umfang verteilt, so dass die Mündungsöffnungen 28 im Umfangsabstand
zu zumindest einer Schneidkante 20*, beispielsweise der
diametral gegenüberliegenden
Schneidkante stehen. Man erkennt ferner aus den 1 bis 3,
dass der Durchmesser DS des Schneidkopfs 22 so gewählt ist,
dass er mit radialem Spiel SR in die Ausnehmung 14 einführbar ist.
Das radiale Spiel beträgt
vorzugsweise bis zu einigen 1/10 mm und liegt z.B. im Bereich zwischen
0,1 und 5 mm.
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Mit
diesem Aufbau des Werkzeugs lässt
sich folgendes Arbeitsprinzip mit den nachfolgend anhand der 8 beschriebenen Effekten
verwirklichen:
Das Werkzeug 10 ist zur Realisierung
des Drehantriebs in einer Werkzeugaufnahme 30 dreh- und
verschiebefest aufgenommen. Der Werkzeugaufnahme ist ein Drehantrieb 32,
ein Vorschubantrieb 34 und eine Strömungsmitteldruckquelle 36 zugeordnet.
Der Vorschub und oder der Drehantrieb kann auch für das Werkstück 18 vorgesehen
sein. Für
das Werkstück 18 kann
auch ein zusätzlicher
Drehantrieb und/oder Vorschub vorgesehen sein.
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Wenn
die Radialbohrung 12 im radial inneren Mündungsbereich
entgratet werden soll, wird das Werkzeug 10 zunächst an
die Ausnehmung 14 herangefahren (strichpunktiert dargestellte
Stellung). Aufgrund des radialen Spiels SR kann die Positionierung
relativ ungenau erfolgen, was den Einsatz von relativ ungenauen
Maschinen erlaubt.
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Anschließend wird
der Drehantrieb und der Vorschub betätigt, so dass das Werkzeug
in die Ausnehmung so weit eingefahren wird (oder eine entsprechende
kinematisch umgekehrte Bewegung), dass die Mündungsstelle 16 erreicht
wird. Spätestens
dann, wenn die vorderste Schneidkante 20* diese Stelle
erreicht (strich-zwei-punktiert dargestellte Lage), wird Strömungsmittel,
beispielsweise Wasser oder ein anderes Werkzeug-Kühl- und
Schmiermittel, oder aber auch ein gasförmiges Stzrömungsmittel unter verhältnismäßig hohem
Druck von 3 bis 3000 bar in den innenliegenden Strömungsmittelkanal 24 eingespeist.
Im Bereich der Mündungsöffnungen 28 baut
sich somit im Zusammenwirken mit der inneren Umfangswandung der
Ausnehmung 14 ein entsprechend großer Staudruck auf, der durch
die kleinen Pfeile in 8 angedeutet
ist. Zusätzlich
wirkt aufgrund des durch die Strömungsmittelumlenkung
hervorgerufenen Impulses eine radiale Auslenkungskraft auf den Schneidkopf 22.
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Die
Vielzahl von Mündungsöffnungen 28 sind über den
Umfang derart ungleichmäßig verteilt sind,
dass die Summe der im Bereich der Mündungsöffnungen 28 zwischen
dem Schneidkopf 22 und der Innenwandung der Ausnehmung 14 erzeugten
Staudruckkräfte
den Schaft 20 in radialer Richtung auslenken können, so
dass die der resultierenden Staudruckkraft gegenüberliegende Schneidkante den
zu bearbeitenden Grat an der Stelle 16 berührt und
an diesem entlang schneidet bzw. schabt. Mit anderen Worten, das
Werkzeug führt
in diesem Moment eine der Drehbewegung überlagerte Kreisbewegung mit einem
Radius des radialen Spiels SR aus.
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Jedesmal,
wenn eine Mündungsöffnung 28 die
Radialbohrung 12 erreicht und überstreicht, baut sich darüber hinaus
ein energiereicher Schneidstrahl auf, der zu einer zusätzlichen
spanabhebenden Bearbeitung der kritischen Stelle 16 führt. Der
Entgratvorgang wird damit sehr wirkungsvoll durchgeführt.
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Wie
sich aus den 1 bis 3 ergibt, sind die Stichkanäle 26 so
angeordnet, dass ihre Mündungsöffnungen 28 in
axialer Richtung gestaffelt sind. Dies ist aber nicht unbedingt
erforderlich.
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Die
Stickkanäle 28 haben
beispielsweise einen Durchmesser bzw. eine lichte Weite im Bereich von
0,1 bis 5 mm.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung wird klar, dass die Staudruckkräfte bei
den angegebenen Drücken
des Strömungsmittels
groß genug
sind, den flexiblen Schaft 20 ausreichend weit auszulenken. Über die
Länge des
Schafts, die im Bereich von 5 bis 1000 mm liegen kann, lässt sich
die elastische Verformung steuern. Die Figur zeigt, dass der Schaft 20 im
Verhältnis
zum Durchmesser DS des Schneidkopfs 22 verjüngt ist.
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Die
Mündungsöffnungen 28 können im
Bereich einer Schneidkante 20* und/oder im Bereich eines
Nutgrundes zwischen zwei benachbarten Schneidkanten liegen.
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Aus
der 3 ist ersichtlich,
dass die Stickkanäle 26 geradlinig
ausgebildet sind. Diese Kanäle können von
einer Bohrung oder von einer erodierten Ausnehmung gebildet sein.
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Der
Winkel WN, um den der Stickkanal 26 zur Achse 38 des
Werkzeugs 10 geneigt ist, liegt vorzugsweise im Bereich
von 5 bis 175°,
vorzugsweise von 25 bis 155°,
besonders bevorzugt zwischen 40 und 50°. Es können aber auch andere Winkel
verwendet werden.
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Auch
wenn in der gezeigten Ausführungsform
die Schneidkanten 20* zu einer Axialebene EA des Werkzeugs 10 unter
einem bestimmten Winkel angestellt sind, so ist dies nicht unbedingt
erforderlich.
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Wie
ferner in den 1 bis 3 und 8 gezeigt ist, hat der Schneidkopf 22 einen
Anschnitt 40, der vorzugsweise von einer Anfasung oder
einer Rundung beispielsweise in Kungelform gebildet ist.
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Das
Werkzeug kann aus verschleißfestem Stahl,
Schnellstahl (HSS, HSSE, HSSEBM), Hartmetall, Keramik oder Cermet
hergestellt und mit einer geeigneten, üblichen Beschichtung versehen
sein.
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Mit
dem vorstehend beschriebenen Werkzeug können nicht nur die Stellen 16 entgratet
werden sondern auch die im Bereich der Bohrung 14 liegenden
Stellen 17 und 19.
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Im
folgenden wird beschrieben, wie das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme 30 dreh-
und verschiebefest fixiert wird. Dazu wird zunächst auf die 6 und 7 Bezug
genommen, in denen eine Variante des Werkzeugs nach 1 bis 3 angedeutet ist.
Ein in den 1 bis 3 mit 44 bezeichnete
Befestigungs- und Fixierkörper,
der einstückig
mit dem Schaft 20 ausgebildet ist, ist bei der Ausführungsform nach 6 als aufgeklebte zylindrische
Hülse 144 aufgebildet.
Im übrigen
entspricht das Werkzeug 110 dem Werkzeug 10. Diejenigen
Komponenten der Ausführungsform
nach 6, die den Bauteilen
des Werkzeugs nach 1 bis 3 entsprechen, sind mit entsprechenden
Bezugszeichen versehen, denen eine "1" vorangestellt
ist:
Die Hülse 144 besteht
aus gewöhnlichem
Stahl, der vorzugsweise mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen
ist. Zusätzlich
zur Verklebung kann eine nicht dargestellte Madenschraube verwendet werden,
die die Hülse 144 mit
dem Schaft 120 formschlüssig
verbindet.
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Mit 146 ist
eine Anfasung bezeichnet, über die
der fluiddichte Anschluss zur Strömungsmittelquelle erfolgt.
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Die
Besonderheit der Ausführungsform
nach 6 und 7 besteht darin, dass der
Strömungsmitteldruck
zur Verdreh- und
axialen Lagesicherung des Werkzeugs in der Aufnahme 130 herangezogen
wird.
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Zu
diesem Zweck kommt eine in der Stirnfläche der Aufnahme 130 radial
gegen eine Feder 148 verschiebbare Riegelplatte 150 zur
Anwendung, in der eine Schlüssellochöffnung 152 ausgebildet
ist. Wenn die Riegelplatte 150 mit Betätigungsknopf 151 gegen
die Kraft der Feder 148 in 7 nach
unten verschoben wird, kommt die größere Kreisbohrung in der Riegelplatte
zur Deckung mit einer zylindrischen Ausnehmung 154 in der
Werkzeugaufnahme 130, so dass das Werkzeug von vorne in
die Werkzeugaufnahme eingeführt
werden kann. Sobald eine Schulter 156 der Hülse 144 hinter
die Gleitebene der Riegelplatte 150 gelangt, kann letztere
unter Einwirkung der Feder 148 nach oben gleiten, bis sie
an einem Stift 158 anschlägt. Der schlitzförmige Abschnitt
der Schlüssellochöffnung 152 gleitet
dabei am Außenumfang
des Schafts 120 entlang. Die Hülse 144 ist damit
hinter der Riegelplatte gefangen.
-
Wenn
demnach – wie
mit den Pfeilen in 6 angedeutet – der Strömungsmitteldruck
auf die Rückseite
der Hülse 144 gegeben
wird, wird die Hülse
mit der schraffiert gekennzeichneten Fläche 162 gegen die
Rückseite
der Riegelplatte gedrückt.
Diese Druckkraft ist ausreichend groß, um eine Verdrehsicherung
für das
Werkzeug bereit zu stellen, zumal die Schneidkanten des Werkzeugs
keine dicken Späne
abheben.
-
In
den 4 und 5 ist ein weiteres modifiziertes
Werkzeug gezeigt, bei dem die axiale und rotatorische Fixierung
nach der Art eines Bajonettverschlusses erfolgt. Auch hier sind
wieder für
vergleichbare Komponenten ähnliche
Bezugszeichen verwendet, denen eine "2" vorangestellt
ist:
Auch hier trägt
der Schaft 220 auf der dem in der Formgebung etwas variierten
Schneidkopf 222 abgewandten Seite einen Befestigungs- und
Fixierungskörper 244,
mit dem das Werkzeug in einer Werkzeugaufnahme dreh- und verschiebefest
fixierbar ist. Dieser Körper
hat im wesentlichen Rechteckform und wirkt mit einer nicht näher dargestellten
hinterschnittenen Ausnehmung in der Werkzeugaufnahme zusammen, die
nach der Art eines Bajonettverschlusses aufgebaut ist.
-
Vorstehend
wurde bereits erwähnt,
dass der Strömungsmitteldruck
in verhältnismäßig hohe
Bereiche angehoben werden sollte, um die ausreichende radiale Auslenkung
des Werkzeugschafts sicherzustellen. Die Druckerzeugungsvorrichtung
sollte in der Lage sein, einen Strömungsmitteldruck in einem Bereich
von 30 bis 3000 bar zu erzeugen. Für bestimmte Gestaltungen des
Werkzeugschafts und/oder der Spielpassung zwischen Werkzeug und
Aufnahme können
aber schon Drücke
von 3 bar ausreichend sein.
-
Vorzugsweise
wird die Relativ-Drehzahl wischen Werkzeug und Werkstück im Bereich
zwischen 100 und 50000 U/min gehalten, wobei die Schnittgeschwindigkeit
im Bereich zwischen 20 und 300 m/min gewählt wird.
-
In
den 9 und 10 sind weitere Varianten des
Schneidkopfs 322 bzw. 422 gezeigt. Bei der Form
nach 9 ist der Querschnitt
des Schneidkopfs nahezu rechteckig, während bei der Variante nach 10 eine deutlicher Anschnitt 440 zu
erkennen ist. auch die Ausrichtung der Stichkanäle 326, 426 ist
in den 9 und 10 modifiziert.
-
Der
Schneidkopf 222 der Variante nach 4 hat die Form einer Halbkugel, in die
die Nuten und Schneidkanten eingearbeitet sind.
-
Zumindest
der Schneidkopf des Werkzeugs bzw. Entgratwerkzeugs ist vorzugsweise
aus einem hochfesten Werkstoff gefertigt, wie z.B. aus Hartmetall,
Schnellstahl wie HSS, HSSE oder, HSSEBM, Keramik, Cermet oder aus
einem anderen Sintermetall-Werkstoff. Es kann zumindest im Bereich
der am höchsten
beanspruchten Abschnitte, d.h. im Bereich der zumindest einen Schneidkante 20* mit
einer Beschichtung versehen sein, die vorzugsweise als Hartstoffschicht
ausgebildet ist.
-
Für diese
Hartstoffschicht kommt z.B. Diamant, vorzugsweise nanokristalliner
Diamant in Frage, Titan-Nitrid-
oder Titan-Aluminium-Nitrid. Besonders geeignet sind u.a. eine Titan-Aluminium-Nitrid-Schicht
und eine sogenannte Mehrlagen-Schicht, die unter der Bezeichnung "Fire 1" von der Firma Gühring oHG
vermarktet wird. Dabei handelt es sich um eine TiN-/(Ti,Al)N-Mehrlagen-Schicht.
-
Besonders
bevorzugt kann auch eine Verschleißschutzschicht zur Anwendung
kommen, die im wesentlichen aus Nitriden mit den Metallkomponenten
Cr, Ti und Al und vorzugsweise einem geringen Anteil von Elementen
zur Kornverfeinerung besteht, wobei der Cr-Anteil bei 30 bis 65 %, vorzugsweise
30 bis 60 %, besonders bevorzugt 40 bis 60 %, der Al-Anteil bei
15 bis 35 %, vorzugsweise 17 bis 25 %, und der Ti-Anteil bei 16
bis 40 %, vorzugsweise 16 bis 35 %, besonders bevorzugt 24 bis 35
%, liegt, und zwar jeweils bezogen auf alle Metallatome in der gesamten
Schicht. Dabei kann der Schichtaufbau eilagig sein mit einer homogenen
Mischphase oder er kann aus mehreren in sich homogenen Lagen bestehen,
die abwechselnd einerseits aus (TixAlyYz)N mit x = 0,38
bis 0,5 und y = 0,48 bis 0,6 und z = 0 bis 0,04 und andererseits
aus CrN bestehen, wobei vorzugsweise die oberste Lage der Verschleißschutzschicht von
der CrN-Schicht gebildet ist.
-
Weitere
Ausführungsformen
sind in den 11 bis 17 beschrieben, wobei für diese
Ausführungsformen
die vorstehend beschriebenen Gestaltungsgrundsätze insbesondere hinsichtlich
Werkzeughalterung, Material und Beschichtung gleichermaßen gelten.
Zur Vereinfachung der Beschreibung sind bei den Ausführungsformen
nach den 11 bis 13 und 14 bis 17 für Elemente,
die den Komponenten der zuvor beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, ähnliche
Bezugszeichen zugeordnet, denen aber eine "5" bzw.
eine "6" vorangestellt ist.
-
14 zeigt einen im Wesentlichen
zylindrisch ausgebildeten Werkzeugkörper, der in einen nicht näher gezeigten
Werkzeughalter eingesetzt und mit diesem dreh- und verschiebefest verbunden, beispielsweise
verlötet
ist. Der Werkzeughalter kann jede gängige Formgebung haben.
-
Gemäß 14 sitzt an einem zylindrischen Schaft 520,
beispielsweise mit einem Durchmesser von 1,6 mm ein Schneidkopf 522,
der einen Außendurchmesser
DS von 1,8 mm hat. Das Werkzeug dient dann zum Entgraten einer Ausnehmung
oder einer Bohrung, die in eine Bohrung mit einem Innendurchmesser
von 2 mm mündet.
-
Ein
zentrischer Strömungsmittelkanal 524 erstreckt
sich durch den gesamten Werkzeugkörper und ist strinseitig bei 570 verschlossen.
Der Schneidkopf 522 mit einer axialen Länge LA von beispielsweise 5
mm ist als Reibwerkzeug gestaltet und hat eine Viekzahl – nämlich 14 – von wendelförmig verlaufenden
Schneidkanten 520*. Im Abstand von beispielsweise 3 mm
von der Schneidkopfspitze sind zwei Mündungsöffungen 528 von Stichkanälen 526 vorhanden,
die so verlaufen, dass ihre Achsen 527 in einer gemeinsamen
Radialebene ER liegen (vgl. 12 und 13). Der Durchmesser der
Stichkanäle beträgt beispielsweise
0,3 mm. Der Zentriwinkel WZ, der von den Ebenen aufgespannt wird,
die die Mittelachse 523 des Strömungsmittelkanals 524 und
die Achsen 527 der Stichkanäle 526 enthalten,
ist kleiner als 180°,
beispielsweise etwa 130°.
Für den
Fall, dass weitere Stichkanäle
vorgesehen sind, so werden diese vorzugsweise so verteilt, dass
der Zentriwinkel WZ zwischen den äußersten Stichkanälen von den
durch die Achsen der weiteren Stichkanäle verlaufenden Radialebenen
durch die Achse des Strömungsmittelkanals
in gleich große
Teilwinkel unterteilt wird.
-
Selbstverständlich ist
es nicht erforderlich, dass die Achsen 527 der Stichkanäle 526 auf
der Mittelachse des Strömungsmittelkanals
senkrecht stehen. Es ist beispielsweise bei dem Werkzeug nach 11 bis 13 als vorteilhaft festgestellt worden, wenn
die Achsen 527 zur Mittelachse 523 unter einem
spitzen Winkel von beispielsweise 60° geneigt verlaufen, und zwar
derart, dass die Mündungsöffungen 528 näher zur
Spitze des Werkzeugs liegen als die Stellen, an denen die Stichkanäle 526 von
dem Strömungsmittelkanal 524 abzweigen.
-
Man
erkennt aus der Darstellung nach 11 bis 13, dass die Mündungsöffungen 528 in Umfangsrichtung
versetzt zu den Schneidkanten 520*, das heißt in einem
Nutgrund zwischen benachbarten Schneidkanten liegen. Die Lage der
Mündungsöffungen
kann aber in weiten Grenzen variieren.
-
Das
Werkzeug nach 11 bis 13 hat eine Schneidkantengestaltung
derart, dass an der Schneidkante 520* ein negativer Spanwinkel
bzw. Rückspanwinkel
RSW ausgebildet wird. Damit wird der Schneidkante 520* eine
eher schabende Funktion übertragen,
mit der Folge, dass es zum Abtragen eines Restspans an der zu entgratenden
Bohrung 12 von Vorteil ist, die radial nach außen gerichtete
Andruckkraft des Werkzeugs an die Innenoberfläche der Ausnehmung 14 relativ
groß zu
halten, d.h. den Strömungsmitteldruck
zu verstärken
oder den Schaft des Werkzeugs weicher bzw. nachgiebiger zu machen.
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In
den 14 bis 17 ist eine weitere Variante eines
erfindungsgemäßen Werkzeugs
gezeigt. Dieses Entgratwerkzeug ist im Unterschied zum Werkzeug
nach 11 bis 13 für Bohrungen wesentlich größerer Innendurchmesser
konzipert, beispielsweise für
einen Durchmesser der Ausnehmung 14 von 14 mm. Der von
einem zylindrischen Schaft 620 getragene, beispielsweise
einstückig
angeformte Schneidkopf 622 hat in diesem Fall einen Außendurchmesser
DS von 13,75 mm, so dass auch in diesem Fall ein beim Einführen des
Werkzeugs in die Ausnehmung 14 ein radiales Spiel von maximal
etwa 0,25 mm verbleibt. Der Durchmesser des Schafts 620 beträgt beispielsweise
lediglich etwa 5 mm. Der Schaft ist somit erheblich gegenüber dem
Schneidkopf 622 verjüngt.
Mit 619 ist ein Abschnitt bezeichnet, über den der Schaft 620 an
einem Werkzeughalter (nicht gezeigt) befestigt werden kann.
-
Der
Schneidkopf 622 hat 16 wendelformig verlaufende Schneidkanten 620*,
zwischen denen ebenso viele Spannuten 631 verbleiben. Der Schneidkanten-Fußdurchmesser
FDS liegt beispielsweise bei etwa 12 mm.
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Wie
sich aus 14 und 17 ergibt, ist wiederum ein
zentrischer Strömungsmittelkanal 624 vorgesehen,
der im Bereich des Schneidkopfs 622 durch einen beispielsweise
eingelöteten
Körper 629 stirnseitig
verschlossen ist.
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Vom
Strömungsmittelkanal 624 gehen – wie in 15 am besten zu erkennen – 4 Stichkanäle aus,
deren Mündungsöffungen
628 im Bereich der Nutwandungen 631 liegen. Der Durchmesser
der Stichkanäle
liegt beispielsweise bei etwa 0,8 mm. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
münden
die Stichkanäle
paarweise in zwei benachbarte Nuten, und zwar derart, dass die Mündungsöffungen
einer Nut auf einer zur Nut parallel verlaufenden Wendel liegen.
Es ist aber – wie
sich aus der vorstehenden Beschreibung bereits ergibt – nicht
erforderlich, die Mündungsöffungen
derart eng zu konzentrieren. Sie können ebenfalls über einen
weitaus größeren Zentriwinkel
verteilt werden, wobei lediglich die Kriterien des Anspruchs 2 erfüllt sein
müssen.
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Wie
sich aus 17 ergibt,
sind die Stichkanäle 626 mit
ihrer Achse 627 unter einem spitzen Winkel PHI zur Mittelachse 623 des
Strömungsmittelkanals 624 geneigt.
Diese Winkel beträgt
beispielsweise für
jeden Stichkanal etwa 60°.
-
Eine
weitere Besonderheit der Ausführungsform
nach 14 bis 17 besteht darin, dass die Schneidkanten 620* besonders
gestaltet sind, und zwar derart, dass – wie aus 16 im einzelnen ersichtlich – an der
Schneidkante 620* ein positiver Spanwinkel bzw. Rückspanwinkel
RSW entsteht. Dieser beträgt
beim Ausführungsbeispiel
beispielsweise 3°.
Damit wird die Schneidkante 620* zu einer scharfen Schneide,
die es ermöglicht,
den Restspan nicht schabend, sondern schneidend abzutragen. Der
radial nach außen
auf die Innenwandung der Ausnehmung 14 gerichtete Andruck
des Schneidkopfs kann damit mit diesem Werkzeug kleiner gehalten
werden.
-
Die
Wirkungsweise der Werkzeuge nach den 11 bis 17 entspricht grundsätzlich derjenigen
der anderen beschriebenen Ausführungsformen.
Es soll aber an dieser Stelle hervorgehoben werden, dass eine Variation
der Einsatzmöglichkeiten
der beschriebenen Werkzeuge noch darin besteht, dass durch gezieltes
Positionieren der Mittelachse 523 bzw. 623 des
Werkzeugs zum Zentrum der Ausnehmung 14, in die das Werkzeug
eingeführt
wird, der Entgratvorgang optimiert werden kann. Wenn die Mittelachse 523, 623 exakt
mit dem Zentrum der Ausnehemung in fluchtung gebracht wird, wird
der Schneidkopf eine gleichmäßige Bearbeitung
der Innenoberfläche
der Ausnehmung vornehmen. Durch gezieltes Außermitte-Fahren des Schneidkopfs,
vorzugsweise derart, dass die radiale Außermitteposition auf die Lage
der zu entgratenden Mündungsstelle 16 abgestimmt
ist, kann dem Schneidkopf – wenn
er in die Ausnehmung eingefahren ist – bei Druckbeaufschlagung mit
dem Strömungsmittel
eine Bewegung aufgezwungen werden, die dazu führt, dass der Anpressdruck
der zumindest einen Schneidkante im Bereich der zu entgratenden
Mündungsstelle 16 zu
Lasten des Anpressdrucks im übrigen
Bereich der Innenoberfläche der Ausnehmung 14 verstärkt wird.
Die Entgratfunktion kann auf diese Weise gezielt effizienter gemacht werden,
insbeondere dann, wenn nur eine zu entgratende Mündungsstelle 16 vorliegt
oder mehrere Mündungsstellen
winkelmäßig verhältnismäßig nahe
beieinander liegen.
-
Vorstehend
wurden Ausführungsformen
beschrieben, bei denen der hydrostatische Staudruck eines im Inneren
des Werkzeugs zugeführten
Strömungsmittels
dazu genutzt wird, eine in das Werkzeug integrierte Radialkraft-Erzeugungseinrichtung bereit
zu stellen, mit der der Schneidkopf, dessen Durchmesser so gewählt ist,
dass er mit radialem Spiel entweder in die Ausnehmung oder in die
Bohrung einführbar
ist, bei seiner Drehbewegung vorzugsweise gesteuert radial auslenkbar
ist. Diese Variante setzt voraus, dass der Austritt des Strömungsmittels
im Bereich einer Innenwand und zwar derart erfolgt, dass die Innenwand
der Mündung
gegenüberliegt.
Mit anderen Worten, der Schneidkopf der Ausführungsformen nach den 1 bis 17 kann nur so lange ausreichend weit
ausgelenkt werden, als zumindest eine Austrittsöffnung 28 noch innerhalb
der Ausnehmung 14 zu liegen kommt.
-
Um
die gesamte axiale Länge
des Schneidkopfs und sogar den Bereich eines Übergangs zum Schaft für einen
Entgratvorgang nutzen zu können, dient
die Weiterbildung der 18:
Mit
dieser Weiterbildung soll insbesondere das Entgraten der Stellen 717 der
Bohrung 714 vereinfacht werden, indem ein rückwärtiger Anschnitt
bzw. Rundungsübergang 741 des
Schneidkopfs 722 genutzt wird. Der Schneidkopf 722 selbst
kann hinsichtlich Geometrie, Material und Eigenschaften in gleicher Weise
wie vorstehend beschrieben bzw. in den Ansprüchen umrissen ausgebildet werden,
so dass darauf hier nicht näher
eingegangen wird. Wie schematisch angedeutet, können die zum Entgraten vorgesehenen
Schneidkanten durch eine sogenannte BIAX-Riffelung 750 gebildet
sein. Es sind aber auch andere Geometrien der Schneidkanten gleichermaßen möglich.
-
Damit
eine hydrostatische Auslenkkraft auch dann erzeugbar ist, wenn der
Schneidkopf 722 die Bohrung 714 weitgehend verlassen
hat, trägt
der Schaft 720 im Axialabstand zum Schneidkopf einen Führungs-
und Stützkörper 752,
der einen Durchmesser DF hat, welcher derart an den Innendurchmesser
der Bohrung 714 angepasst ist, dass ein Funktionsspalt 754 vorbestimmter
Weite ausgebildet wird. Dieser Funktionsspalt kann über den
Umfang variieren; entscheidend ist das Maß im Bereich der Mündungsöffnungen 728*.
Man erkennt aus der Darstellung der 18,
dass über
die Mündungsöffnungen 728* auch
dann der erforderliche Staudruck aufgebaut werden kann, wenn der
Schneidkopf 722, in dem nach wie vor auch ein Radialkanalsystem 728 ausgebildet
sein kann, das mit Doppelstrich-punktierter Linie angedeutet ist,
die Bohrung 714 verlassen hat. In der in 18 gezeigten Stellung kann der Rundungsabschnitt 741 bei
Fluiddruckbeaufschlagung des Innenkanals 724 wirksam auch
zur Entgratung des Bereichs 717 herangezogen werden, wobei es
von Vorteil sein kann, das Werzeug in diesem Moment einem leichten
axialen Zug zu unterwerfen.
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Die
vortehend beschriebenen Varianten integrieren die Radialkraft-Erzeugungseinrichtung
in Form eines innenliegenden Druckfluid-Kanalsystems in das Werkzeug.
Eine Alternative ist in 19 gezeigt.
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Hier
wird die gesteuerte radiale Auslenkung des Schneidkopfs durch eine
dynamische Kraft, nämlich
durch die Fliehkraft einer Unwuchtmasse erzeugt. Der Schneidkopf 822 kann
wiederum so ausgebildet sein, wie er in einer der zuvor beschriebenen Varianten
erläutert
wurde, beispielsweise also wie in 18 gezeigt.
Anstelle eines Innenkanalsystems trägt der Schaft 820 einen
Exzenterring 860, der vorzugsweise axial und in Drehrichtung
verstellbar auf dem Schaft 820 sitzt, beispielsweise dort
mittels einer Madenschraube 862 festklemmbar ist. Die axiale Verstellung
erlaubt es, die Größe der dynamischen Radialkraft
zu steuern, insbesondere an die Stabilität des Schafts anzupassen. Um
die Schneidkanten des Schneidkopfs 822 nicht einseitig
abzunutzen, ist s von Vorteil, den Unwuchtkörper 860 in regelmäßigen Zeitabständen zu
verdrehen.
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Anstelle
eines gesonderten Unwuchtkörpers können selbstverständlich auch
andere Maßnahmen zur
Erzeugung der Unwuchtkräfte
ergriffen werden. Die Unwucht kann beispielsweise in das Werkzeug einstückig integriert
sein, indem ein asymmetrischer Anschliff angebracht ist.
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Anhand
der 20 bis 22 wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert,
mit dem es gelingt, extrem kleine und schwer zugängliche Bohrungen wirksam zu
entgraten. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind auch bei dieser
Ausführungsform diejenigen
Komponenten, die den Bauteilen der zuvor beschriebenene Varianten
entsprechen mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen, denen jedoch eine „9" vorangestellt ist. Bei der zu entgratenden
Bohrung 914 handelt es sich um eine Bohrung von beispielsweise
von 0,7 mm Durchmesser und einer Länge L von beispielsweise 6
bis 7 mm, wobei sich diese Bohrung an eine Tieflochbohrung 970 anschließt, die ebenfalls
einen kleinen Durchmesser DT von beispielsweise bis zu 4 mm und
eine Tiefe TT von beispielsweise 80 mm hat. In 21 ist die Konstellation im Bereich der
Bohrung 914 im Maßstab
M 10:1 dargestellt.
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Mit
strichpunktierter Linie ist der Spitzenbereich des Entgratungswerkzeugs 910 angedeutet, dessen
Schneidkopf 922 soweit in die Bohrung 914 eingeführt ist,
dass die Austrittskante 972 entgratet werden kann.
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Das
Werkzeug 910 ist in 22 maßstabsgetreu
dargestellt, und zwar in einem Maßstab M von etwa 5:1.
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An
einen Einspannabschnitt 944 schließt sich ein Schaft 920 an,
dessen Länge
LS mindestens dem Maß TT
der Bohrung 970 entspricht und dessen Durchmesser DS so
gewählt
ist, dass der Schaft 920 mit vorbestimmtem Radialspiel
SR in der Bohrung 970 aufgenommen werden kann. Die Lagezuordnung
zwischen der Bohrung 970 und dem für den Entgratvorgang in die
Bohrung eingeführten
Werkzeug 910 ist in 22 durch
strichpunktierte Darstellung der Bohrung 970 angedeutet.
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Der
Schaft 920 hat wiederum eine Innenbohrung 924, über die
Druckmittel von Einspannabschnitt 944 zuführbar ist.
Mit dem Bezugszeichen 926 ist ein Radialkanal bezeichnet,
dessen Mündungsöffnung der
Innenwandung der Bohrung 970 in vorbestimmtem Abstand gegenüber liegt.
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Der
Schaft 920 trägt
auf der dem Körper 944 abgewandten
Seite eine sogenannte Entgratungslanze 974, die am Ende
eines Stifts 976 den eigentlichen Schneidkopf 922 trägt. Der
Durchmesser D922 des Schneidkopfs ist geringfügig kleiner als der Durchmesser
D914 der Bohrung 914. Wie ferner aus der 22 erkennbar ist, ist die Entgratungslanze 974 lösbar am
Werkzeugschaft 920 befestigt, beispielsweise derart angeschraubt,
dass die Innenbohrung 924 verschlossen wird.
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Aus
der Beschreibung des Werkzeugs ist ersichtlich, dass bei Druckbeaufschlagung
der Innenbohrung 924 durch die über den Umfang ungleichmäßige Verteilung
der Radialbohrungen 926 eine radiale Auslenkung des Schafts 920 und
damit des Schneidkopfs 922 hervorgerufen werden kann, wodurch
der Entgratungsvorgang durchgeführt
werden kann. Ebenso wie an der Stelle 972 kann auch der Bereich 978 der
Bohrung 914 entgratet werden.
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Die
Ausgestaltung des Werkzeugs nach 22 erlaubt
es, unterschiedliche Materialien für die Abschnitte 944,
für den
Schaft 920 und für
die eigentliche Entgratungslanze 974 mit Schneidkopf 922 zu
verwenden. Da der Schaft 920 im Vergleich zu seinem Durchmesser
DS eine sehr große
axiale Länge besitzt,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen diesen Schaft aus einem hochfesten
Werkstoff herzustellen, dessen Elastizität so gewählt ist, dass die beim Entgraten
auftretenden radialen Auslenkungen ausschließlich im elastischen Verformungsbereich
des Werkstoffs liegen. Geeignete Materialien sind Hartsstoffe, wie
zum Beispiel Hartmetalle oder Cermets, aber auch Verbundwerkstoffe,
wie zum Beispiel CFK-Verbundwerkstoffe.
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Selbstverständlich ist
die Form des Schneidkopfs 922 nicht auf die dargestellte
Geometrie beschränkt.
Es können
vielmehr alle gängigen
Geometrien zur Anwendung kommen, wobei auch die Ausgestaltung der
Schneiden in weiten Grenzen variiert werden kann. Je nach axialer
Länge der
Bohrung 914 wird die Länge
L976 des Stifts 976 ausgewählt.
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Bezüglich der
Gestaltung der Radialbohrung 926 besteht erneut ein großer Spielraum
für die
Gestaltung bzw. Variation nach Größe, Lage und Zahl, wie dies
auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben
worden ist.
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Das
Werkzeug gemäß 22 kann selbstverständlich auch
durch eine in das Werkzeug integrierte Unwucht (wie im Zusammenhang
mit den 18 und 19 beschrieben) zu den für den Entgratungsvorgang
erforderlichen Bewegungen angeregt werden.
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Selbstverständlich sind
Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne
den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
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So
können
beispielsweise mehrere innenliegende Strömungsmittelkanäle vorgesehen
sein.
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Wenn
das Werkzeug zum Entgraten mehrerer in Axialrichtung gestaffelter
Bohrungen herangezogen wird, ist es vorteilhaft, die Strömungsmittelversorgung
des Werkzeug nur dann mit angehobenen Druck auszuführen, wenn
der Schneidkopf in die Nähe
der zu entgratenden Bohrungsmündung
gelangt.
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Auch
bezüglich
der Geometrie des Schneidkopfs soll die Erfindung nicht auf die
dargestellten Ausführungsformen
beschränkt
sein. Beispiele für gängige und
sinnvolle Gestaltungen des Schneidkopfs sind die Zylinderform, Flammenform,
Kugelform, Walzenrundform, Spitzbogenform, Spitzkegelform, Rundbogenform,
Scheibenform und Tropfenform, wie sie beispielsweise auch für Hartmetallfrässtifte – beispielsweise
der Firma August Rüggeberg GmbH & Co. KG, PFERD-Werkzeuge,
51709 Marienheide – verwendet
werden.
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Es
soll auch hervor gehoben werden, dass die Erfindung auch allein
in dem Gedanken gesehen wird, das unter relativ hohem Druck setehende
Strömungsmittel
zum Entgraten zu nutzen, sei es durch den "Wasserschneideffekt", d.h. durch den Aufbau eines Schneidstrahls
allein oder durch die von der radial austrenden Strömungsmittelströmung hervorgerufene
Staudruckkraft, die zu einer radialen Auslenkung des Werkzeugschafts
und damit des Schneidkopfs führt.
-
Die
Erfindung schafft somit ein vorzugsweise drehangetriebenes Werkzeug
zum Entgraten von Durchbrüchen
wie zum Beispiel von Bohrungen, die seitlich in eine im wesentlichen
zylindrische Ausnehmung münden.
Das Werkzeug hat einen an einem Schaft sitzenden Schneidkopf, der
zumindest eine Schneidkante hat, die sich zumindest abschnittsweise
in axialer Richtung erstreckt. Damit das Entgraten zuverlässig und
mit möglichst
geringem Aufwand durchgeführt
werden kann, ist in das Werkzeug eine Radialkraft-Erzeugungseinrichtung
integriert, beispielsweise in Form zumindest eines innenliegenden Strömungsmittelkanals,
von dem zumindest ein Stichkanal ausgeht, der im Bereich des Schneidkopfs bzw.
in dessen Nähe
vorzugsweise im Umfangsabstand zu der zumindest einen Schneidkante
in dessen äußere Umfangsfläche mündet. Weil
der Durchmesser des Schneidkopfs so gewählt ist, dass er mit radialem
Spiel in die Ausnehmung einführbar
ist, führt
die entweder bei Drehung des Werkzeugs oder durch die Einspeisung
von unter Druck stehendem Strömungsmittel
erzeugte Radialkraft dazu, dass der Schneidkopf radial elastisch
ausgelenkt wird, wodurch die Innenoberfläche der Ausnehmung sanft bearbeitet
und dabei der Entgratvorgang zuverlässig durchgeführt werden
kann.