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Bohrstange mit Schneideinsatz, insbesondere Flach@@@rer
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Die Erfindung betrifft ein# Bohrstan(3e mit zwei in wesentlichen durch
eine in Bohrstangen längsrichtung verlaufende Teilfuge voneinander getrennten, durch
eine diametral wirksame Spannschraube miteinander verspannbaren Backenschenkeln,
zwischen deren Stirnseitig angeordneten Spannbacken das rückseitige etwa plattenförmige
Ende eines Schneideinsatzes durch Beaufschlagung seiner Deckflächen gespannt ist,
wobei der Spannbackenabstand größer ist als die Teilfugenstärke.
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Bei derartigen Bohrstangen bildet die radiale Zurücksetzung der Spannbackenoberflächen
gegenüber der Teilfuge zwischen den Backenschenkeln einen treppenartigen Absatz
als in Axialrichtung wirksamen Anschlag für das zwischen die Backenschenkel eingeschobene,
plattenförmige Schneideinsatzende. Die Drehmomentübertragung von der Bohrstange
auf den Schneideinsatz zsrfolgt
durch die Spannbacken selbst, die
zu diesem Zweck möglichst mit den in Radialrichtung äußeren Teilen ihrer Oberflächen
auf den Deckflächen des Schneideinsatzendes aufliegen.
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Bei derartigen Bohrstangen mit auswechselbar befestigtem Schneideinsatz
bildet die sichere Befestigung des Schneideinsatzes an der Bohrstange ein besonderes
Problem. Dieses Problem tritt im wesentlichen erst beim Herausziehen der Bohrstange
aus einem gebohrten Loch auf, weil der Schneideinsatz radial über den Umfang der
Bohrstange hinaussteht und leicht innerhalb der Bohrung verklemmt mit der Folge,
daß der Schneideinsatz bei nicht sicherer Fixierung an der Bohrstange aus seiner
Halterung zwischen den Spannbacken in Axialrichtung herausgezogen wird.
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Um ein solches Herausziehen zu vermeiden, ist es bekannt, den Schneideinsatz
mit einer etwa lotrecht zu seinen Deckflächen verlaufenden Durchgangsbohrung zu
versehen, die von der die beiden Spannbacken miteinander verspannenden Spannschraube
durchsetzt wird. Die Spannschraube sorgt dabei für eine formschlüssige Festlegung
des Schneideinsatzes an der Bohrstange (Prospekt "MICRO-BORE-Flachbohrer"; Information
Nr. 8 ~Madison"). Die Einbringung eines derartigen Durchgangsloches in die
Schneideinsätze
bedeutet eine Querschnittsschwächung und beeinträchtigt somit die Eigenfestigkeit
des Schneideinsatzes. Darüber hinaus sind derartige Schneideinsätze in der Regel
einstückig aus Hartmetall, einem verhäjtnismäßig teueren Werkstoff hergestellt.
Die Anordnung des Durchgangsloches mit für die Festigkeit notwendiyerweise hinreichendem
Abstand vom rückseitigen de des Schneideinsatzes erfordert eine verhältnismäßiy
grobe Baulänge des Schneideinsatzes in Achsrichtung und dem entsprechend einen erhöhten
Werkstoffaufwand. Hierbei ist davon auszugehen, daß die Befestigungsbohrung von
dem den Schneideinsatzschneiden zugewandten 1'nde der Spannbacken der Bohrstange
ebenfalls einen hinreicllenden Axialabstand aufweisen muß, weil in diesem Bereich
die Drehmomentübertragung von den Spannbacken der Bohrstange auf den Schneideinsatz
erfolgt, also gerade in diesem Bereich der Querschnitt des Schneideinsatzes und
der Spannbacken nicht durch eine Durchgangsbohrung beeinträchtigt sein sollte.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Bohrstange
der eingangs genannten Art so aus zu gestalten, daß der Schneideinsatz allein durch
Klemniung ohne Formschlußeingriff seitens der Spannschraube oder eines entsprechenden
zusätzlichen Befestigungsmittels gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird durch das
Kennzeichen
des Patentanspruches 1 gelöst.
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An die Stelle der Durchgangsbohrung bei den bekannten Schneideinsätzen
tritt zunächst gemäß dem Kennzeichnungsmerkmal a) des Patentanspruches 1 beim Erfindungsgegenstand
lediglich ein zapfenartiger Vorsprung. Dies bedeutet bereits eine Werkstoffersparnis
gegenüber den herkömmlichen Schneideinsätzen, weil die Baulänge des eigentlichen
Schneideinsatzes nur kurz zu sein braucht.
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Die weiteren Kennzeichnungsmerkmale b) - d) bewirken, daß durch ein
Anziehen der Spannschraube die beiden Backenschenkel mit ihren Spannbacken nicht
nur lotrecht in Richtung aufeinander, d.h. lotrecht zu den Deckflächen des Schneideinsatzendes,
sondern zusätzlich in zu den Deckflächen des Schneideinsatzendes tangentialer Richtung
zusammengezogen werden. Es erfolgt daher eine kraftschlüssige Festlegung des Schneideinsatzes
zwischen den beiden Spannbacken nicht nur durch Klemmung der beiden Deckflächen
des Schneideinsatzendes sondern auch rechtwinklig dazu durch zusätzliche, auf die
zwischen den Ebenen der Deckflächen des Schneideinsatzendes befindlichen seitlichen
Anlageseiten des Vorsprunges einwirkende Spanndruckkomponenten.
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Durch das Kennzeichen des Patentanspruches 2 wird gewährleistet, daß
die seitlichen Anlageseiten des Vorsprunges
etwa über ihre gesamte
Breite, d.h. voliständig mit dem zusätzlichen Spanndruck beaufschlat werden können.
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Das Kennzeichen des Patentanspruches 3 bewirkt:, daß die auf die Deckflächen
des Schneideinsatzendes und die rechtwinklig dazu auf den Vorsprung einwirkenden
Spanndruckkomponenten etwa gleich groß sind. Diese Winkelstellung ist allerdings
nicht bindend, sondern kann den jeweiligen Erfordernissen entsprechend gewählt werden.
Die Merkmale der Patentansprüche 4 und 5 sorgen für eine möglichst geringe Beeinträchtigung
des Querschnittes der Backenschenkel durch die Teilfuge und für eine fertigungstechnische
Vereinfachung.
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Das Kennzeichen des Patentanspruches 6 bedeutet eine wesentliche Verbesserung
der Spannung des Schneideinsatzvorsprunges, indem die Anlageseiten des Vorsprunges
und entsprechend die zugeordneten Seitenwandungen der Backenschenkel schwalbenschwanzförmig
ausgestaltet sind und somit eine zusätzliche Formschlußverbindung gewährleistet
ist, die insbesondere beim Herausziehen der Bohrstange aus der Bohrung im Sinne
einer sicheren Halterung des Schneideinsatzes wirksam wird. Das Merkmal des Anspruches
7 bedeutet eine fertigungstechnische
Vereinfachung zur Herstellung
der Ausnehmung für den Schneideinsatzvorsprung.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand eines in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der
Bohrstange gemäß der Erfindung mit gespanntem Schneideinsatz, Fig.2 einen Schnitt
entsprechend der Linie II-II durch die Bohrstange gemäß Fig.1, Fig.3 eine schematische
Erläuterung der Spannungswirkung analog der Darstellung in Fig.2, Fig.4 eine DraufsiFt
auf das Schneidende gemäß Pfeil IV in Fig.1, Fig.5 einen Schnitt entsprechend der
Linie V-V in Fig.2 durch die Bohrstange mit eingelegtem Schneideinsatz, Fig.6 eine
Seitenansicht des Schneideinsatzes, Fig.7 eine Draufsicht auf das rückseitige Ende
des Schneideinsatzes entsprechend Pfeil VII in Fig.6, Fig.8 eine perspektivische
Vorderansicht der Bohrstange mit eingesetztem Schraubschlüssel, jedoch ohne Schneideinsatz,
Fig.9 eine perspektivische Ansicht der Spannseite des Schneideinsatzes.
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Die Bohrstange 1 ist an ihrem den Schneideinsatz 2 aufnehmenden Ende
mit den beiden Backenschenkeln 3,4 versehen. Die Backenschenkel 3,4 sind durch in
Richtung der Längsachse 5 von dem vorderen Stirnende 6 her erfolgte
Teilung
der Bohrstange hergestellt. Im Bereich der Stirnenden 6 der Backenschenkel 3,4 sind
die Spannbacken 7,8 angeformt, die exzentrisch zur Längsachse 5 liegen und mit ihren
ebenen Oberflächen beidseitig parallel zur die Längsachse 5 enthaltenden Mittellängsebene
der Bohrstange 1 verlaufen. Der Abstand 9 zwischen den Spannbacken 7,8 ist um ein
Mehrfaches größer als die Stärke 10 des Querschnittes der Teilfuge 11. Die Teilfuge
11 erstreckt sich - ausgehend von der sich an die Stirnenden 6 anschließenden, zwischen
den Spannbacken 7,8 liegenden Aufnahme für den Schneideinsatz 2 - weit nach hinten
in Richtung auf das Einspannende 12 der Bohrstange 1 an einer Werkzeugmaschine,
um beim Spannen ein Zusammenfedern der Backenschenkel 3,4 zu ermöglichen. Das Einspannende
12 kann beispielsweise ein Morsekegel sein.
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Der Schneideinsatz 2 ist in Form einer Platte mit zueinander parallelen
Deckflächen 13,14 ausgebildet, die im Bereich des rückseitigen Schneideinsatzendes
15 von den Spannbacken 7,8 der Bohrstange 1 beaufschlagt werden, wobei die Oberflächen
der Spannbacken 7,8 eben und parallel zu den Deckflächen 13,14 ausgerichtet sind.
Das Schneideinsatzende 15 ist mittig mit einem in Axialrichtung (Längsachse 5) vorstehenden,
zapfenartigen Vorsprung
16 versehen. In eingespannter Stellung
ragt der Vorsprung 16 in eine zentrale Ausnehmung 17 zwischen den Backenschenkeln
3,4 hinein. Die Seitenwandungen 18,19 der Backenschenkel 3,4 liegen in gespanntem
Zustand der Backenschenkel 3,4 an den zwischen den Ebenen der Deckflächen 13,14
des Schneideinsatzes 2 befindlichen seitlichen Anlageseiten 20,21 des Vorsprunges
16 an.
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Die seitlichen Anlageseiten 20,21 des Vorsprunges 16 bilden die Schenkel
eines sich in Richtung der Längsachse 5 zur Schneidspitze 22 des Schneideinsatzes
2 hin schließenden spitzen Winkels 23. Dieser spitze Winkel kann z.B. 40 betragen,
so daß einerseits ein Einschieben des Vorsprunges 16 in die Ausnehmung 17 zwischen
den Seitenwandungen 18,19 in ungespanntem Zustand der Spannbacken 3,4 keine Schwierigkeiten
bereitet, bei gespannten Spannbacken 3,4 jedoch ein formschlüssiger Halt gegeben
ist. Ein dem spitzen Winkel 23 zwischen den Anlageseiten 20,21 des Vorsprunges 16
entsprechender spitzer Winkel 24 wird durch die die seitlichen Anlageseiten 20,21
beaufschlagenden Anlagebereiche der Seitenwandungen 18,19 der Ausnehmung 17 der
Bohrstange 1 gebildet.
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Die zentrale Ausnehmung 17 ist im wesentlichen als Teil einer vom
Stirnende 6 der Bohrstange 1 in Axialrichtung
eingebrachten Bohrung
25 ausgebildet, wobei die Au#-nehmung 17 die Umrißform eines Kegelmantels mit dt:r
Schneidspitze 22 des Schneideinsatzes 1 zugewandter Kegelspitze hat. Die seitlichen
Anlageseiten 20,21 des Vorsprunges 16 des Schneideinsatzes 2 weiser den'-entsprechend
eine Konvexkrümmung (Fig. 7) auf und bilden ebenfalls den Teil eines Kegelmantels,
wodutcji eine satte Anlage zwischen den Anlageseiten 20,21 des Vorsprunges 16 des
Schneideinsatzes 2 an den Seitenwandungen 18,19 der Backenschenkel 3,4 gewährleistet
ist, wenn die Backenschenkel 3,4 miteinander verspannt sind.
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Vorstehend wurde von einer Teilfuge 11 gesprochen, die die beiden
Backenschenkel 3,4 voneinander trennt. Die Bohrung 25, die sich zu diesem Zwecke
in Richtung der Längsachse 5 über die gesamte Länge der Backenschenkel 3,4 erstreckt,
bildet technisch-funktionell den zentralen Teil der Teilfuge 11, wenn auch dieser
Bereich wegen des vergleichsweise großen Durchmessers der Bohrung 25 schlecht als
"Fuge2' bezeichnet werden kann.
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Die eigentliche Teilfuge 11 ist durch die beiden radialen Teilfugenteile
26,27 gebildet, die jeweils die Verbindung zwischen der Bohrung 25 und dem Außenumfang
der Bohrstange 1 herstellen und deren Stärke 10 kleiijer ist aus der Spannbackenabstand
9.
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Die Mittelebenen der radialen Teilfugenteile 26,27
verlaufen
zueinander parallel und stehen auf beiden Seiten in radialer Richtung neben der
Längsachse 5.
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Sie sind gegenüber der zu ihnen parallellaufenden Mittellängsebene
28 der Bohrstange 1 in jeweils entgegengesetzter Richtung verschoben. Hierdurch
weist die Teilfuge 11 mit ihren Teilfugenteilen 26,27 und der Bohrung 25 einen zur
Längsachse 5 symmetrischen S-förmigen Querschnitt auf, wobei die durch die radialen
Teilfugenteile 26,27 gebildeten S-Endschenkel in Radialrichtung gegenüber der Mittellängsebene
28 voneinanderweg versetzt sind.
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Diese in Fig. 3 schematisch dargestellte Querschnittsform der gesamten
Teilfuge 11 hat die abstrakte Wirkung, daß die Teilfuge 11 im wesentlichen in einem
spitzen Winkel 29 zur Mittellängsebene 28 und damit zu den zur Mittellängsebene
28 parallelen Deckflächen 13,14 des Schneideinsatzes 2 steht.
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Die beiden Backenschenkel 3,4 werden durch die Spannschraube 30 miteinander
verspannt. Die Spannschraube 30 ist in Bohrstangenachsrichtung neben dem Schneideinsatz
2 vor dem stirnseitigen Ende des Vorsprunges 16 angeordnet. Sie durchsetzt die Backenschenkel
3,4 in zur Längsachse 5 diametraler Richtung. Mit ihrer Längsachse 31 steht sie
in ebenfalls einem spitzen Winkel
32 von vorzugsweise etwa 450
zu der zu den Deckflächen 13,14 parallelen Mittellängsebene 28 der Bohrstange 1,
jedoch jeweils auf der den Teilfugenteilen 26,27 gegenüberliegenden Seite (Fig.
3 und 4).
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Zum Einsetzen und Spannen des Schneideinsatzes 2 braucht die Spannschraube
30 nur leicht gelöst zu werden derart, daß die beiden Backenschenkel 3,4 in ihre
Ruhelage auseinanderfedern und der Schneideinsatz 2 in die Ausnehmung zwischen den
Spannbacken 7,8 eingeschoben werden kann.
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Dabei dringt sein Vorsprung 16 in die Ausnehmung 17 zwischen den beiden
Backenschenkeln 3,4 ein. Der Schneideinsatz 2 legt sich mit seinen in Radialrichtung
außenliegenden Rückenflächen 33,34 an die jeweiligen axialen, stufenartigen Absätze
35,36 der Backenschenkel 4,3 an, die zwischen den Spannbacken 7,8 die stirnseitige
Begrenzung der Backenschenkel 3,4 bilden.
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Durch ein Anziehen der Spannschraube 30 werden die Backenschenkel
3,4 in Richtung der Längsachse 31 der Spannschraube 30 aufeinanderzu gezogen (Spannrichtung
= Pfeil 37 in Fig. 3). Durch die gegenüber der Mittellängsebene 28 spitzwinklige
(Winkel 32) Anordnung der Längsachse 31 der Spannschraube 30 übt dieser Spanndruck
einen gegenüber der Mittellängsebene 28 lotrechten Druck (Druckkomponente 38) aus,
der über die Spannbacken
7,8 auf die Deckflächen 13,14 des Schneideinsatzes
2 wirksam ist. Der Spanndruck seitens der Spannschraube 30 übt eine weitere Druckkomponente
39 in Richtung der Mittellängsebene 28 aus, durch welchen die beiden Spannbacken
etwa nach Art der Schließbewegung einer Schere zusätzlich in Richtung parallel zur
Mittellängsebene 28 aufeinanderzu bewegt werden. Diese Schließbewegung der Backenschenkel
3,4 wird als Spannbewegung zwischen den Seitenwandungen 18,19 der Backenschenkel
3,4 und den Anlageseiten 20,21 des Vorsprunges 16 wirksam. Diese Spannung aufgrund
der Druckkomponenten 39 wird durch die schwalbenschwanzförmige Ausbildung der Seitenwandungen
18,19 und der entsprechenden Anlageseiten 20, 21 des Schneideinsatzes 2 formschlüssig
gestaltet. Die Relativbewegung zwischen den beiden Backenschenkeln 3,4 bei der Spannung
des Schneideinsatzes wird durch Eigenelastizität aufgrund der lichten Weite (Stärke
10) und der Axiallänge der Teilfuge 11 ermöglicht.