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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung sich über-schnei-
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dender langer achsparalleler Bohrungen in Metallwerkstücke Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung sich überschneidender
langer achsparalleler zylindrischer Bohrungen in Metallwerkstücke, bei dem die erste
Bohrung vorgebohrt und danach fertig gebohrt wird und anschließend eine zweite Bohrung
im parallelen Achsabstand zu der ersten Bohrung gefertigt wird. Das Verfahren und
die Vorrichtung kommen vorwiegend bei der Herstellung von Zylindern für Doppelschneckenextruder,
die für die Plastverarbeitung benötigt werden, zur Anwendung.
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Aus der Praxis ist ein Verfahren bekannt, bei dem zunächst die erste
Bohrung in ein rotationssymmetrisches oder rechteckiges Werkstück exzentrisch vorgebohrt,
anschließend fertig bearbeitet und mit einem zur Bohrung eng tolerierten Füllern
aus gefüttert wird. Danach erfolgt das Einbringen der zweiten Bohrung, exzentrisch
zur Werkstückmittellinie, die zunächst vorgebohrt und anschließend fertig bearbeitet
wird, so daß die Bohrung in die erste ausgefütterte Bohrung eingreift. Dabei wird
der Füllkern teilweise zerspant. Mit dem Herausziehen des Füllkernes ist die Doppelbohrung
fertig. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, daß der Füllkern für die erste Bohrung
nur zwei- bis dreimal verwendet werden kann, da er danach als Folge der teilweisen
Zerspanung seine Funktion nicht mehr erfüllen kann. Der Füllkern muß aus dem gleichen
Werkstoff mit gleichen Zerspanungseigenschaften wie das Zylindermaterial sein. Der
hieraus resultierende zusätzliche Materialaufwand und Fertigungsaufwand
liegt
sehr hoch. Die Einbringung des Füllkernes in die Fertigbohrung erfolgt mit einer
speziellen Sonderbaueinheit, die hydraulisch betätigt wird und sehr kostenaufwendig
ist.
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Der Fiillkern muß stirnseitig gegen Verdrehung besonders gesichert
werden. Beim Einbringen und Ziehen des Füllkernes besteht ferner die Gefahr, daß
die Oberfläche der Pertigbohrung beschädigt wird.
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Außerdem ist bei dieser Lösung nicht gewährleistet, daß Abweichungen
in der Parallelität der beiden Bohrungen, die auf Inhomogenitäten des Werkstoffes
und/oder ein Verlaufen des Bohrkopfes und/oder in maschinenbedingten Ungenauigkeiten
zu suchen sind, vermieden werden.
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Aus der DE OS 2.327.968 ist ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
von zwei sich überschneidenden achsparallelen Bohrungen bekannt, bei dem in das
Werkstück ebenfalls eine erste Bohrung eingebracht wird, die auf das Endmaß fertig
bearbeitet wird und in die dann eine Füllwelle eingesetzt wird. Im Zentrum für die
zweite Schneckenbohrung wird dann zunächst eine Hilfsbohrung eingebracht, die kleiner
als die Schneckenbohrung ist. In diese Hilfsbohrung wird ein Zylinder eingeschoben,
der im Durchmesser kleiner ist, als die Hilfsbohrung. Mittels Justiervorrichtungen,
die an den Stirnseiten angeordnet sind, wird dieser Zylinder dann so ausgerichtet,
daß seine Längsachse genau in die Sollrichtung der Längsachse der herzustellenden
achsparallelen Bohrung fällt.
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Wenn der Zylinder diese Lage eingenommen hat, wird er mittels der
Justiervorrichtungen fest fixiert. Danach wird in den Hohlraum, der zwischen dem
Außenmantel dieses Zylinders und dem Innenmantel der Hilfsbohrung vorhanden ist,
ein erstarrendes Material, das z. B. ein aushärtender Kunststoff ist, eingefüllt.
Nachdem dieses Material fest ist, werden die Justiervorrichtungen und der Zylinder
aus dem Werkstück entfernt. In die dadurch frei werdende zylindrische Bohrung wird
eine Bohrstange, die von einem Wälzlager aufgenommen wird, das in der Bohrung längsverschiebbar
gleitet, eingeführt. Mittels Bohrstahl wird die Bohrung dann bis auf die Honzugabe
aufgebohrt. Dabei wird das erstarrte Material,
der dahinter befindliche
Metallwerkstoff und ein Teil der Füllwelle zerspant.
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Dieses beschriebene Verfahren erfordert den gleichen zusätzlichen
Material- und Kostenmehraufwand, der für die Zezspanung der Püllwelle entsteht.
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Hinzu kommt der zusätzliche Material und Kostenaufwand für, die Auskleidung
der zweiten Bohrung, in der die Bohrstange auf dem Wälzlager axial verschoben wird.
Außerdem ist mit diesem Verfahren nicht gewährleistet, daß bei der Bearbeitung der
zweiten Bohrung eine hohe Genauigkeit bezüglich der Achsparallelität zur ersten
Bohrung erreicht wird, da eine besondere Sorgfalt für das Ausrichten des Führungsstückes
zum Werkstück erforderlich ist.
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Ziel der Erfindung ist die Entwicklung eines Verfahrens und einer
Vorrichtung für die Herstellung von sich überschneidenden langen parallelen Bohrungen
in Metallwerkstücke, die sich mit einer hohen Genauigkeit in der Achsparallelität
und einem geringen Material- und Kostenaufwand fertigen lassen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein ökonomisch günstiges und funktionssicheres
Verfahren zur Herstellung langer sich überschneidender achsparalleler zylindrischer
Bohrungen in Metallwerkstücke zu entwickeln, das eine hohe Maßgenauigkeit der Bohrungen
zueinander gewährleistet, bei dem das Ausfüttern der ersten Bohrung mit einem Füllern
entfällt und bei dem die zugehörige Vorrichtung leicht bedienbar und ständig wiederverwendbar
ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß die erste Bohrung fertig
gebohrt wird, danach wird die zweite Bohrung im achsparallelen Abstand dazu so groß
vorgebohrt, daß zwischen beiden ein Steg vorhanden bleibt. In die Fertigbohrung
wird anschließend ein längsverschiebbar gleitender Führungskern eingesetzt, der
mit einem in der zweiten achsparallelen Bohrung längsbeweglichen rotierenden Auf
bohrkopf verbunden ist.
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Der Führungskern und der Aufbohrkopf werden danach gemeinsam achsparallel
vom rotierenden Bohrrohr in Vorschubrichtung gezogen und mit dem rotierenden Aufbohrkopf
die zweite achsparallele
Bohrung mindestens soweit aufgebohrt,
daß im Bereich des Steges ein Durchbruch zur ersten Fertigbohrung entsteht, Die
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einem zylindrischen Führungskern,
an dessen Umfang ein Verbindungsstück lösbar befestigt ist, an dem eine Lagerbuchse
achsparallel zur ersten Bohrung fluchtend angeordnet ist. In der Lagerbuchse ist
der Aufbohrkopf mit den Bohrmessern drehbar gelagert. Am Auf bohrkopf befindet sich
stirnseitig ein Lagerzapfen, auf dem zwei Kugellager im axialen Abstand zueinander
gesichert angeordnet sind. Die Kugellager werden mit ihrem Außenring von der Lagerbuchse
aufgenommen. Der Führungskern besitzt im Bereich der rotierenden Bohrmesser eine
Aussparung. Das Verbindungsstück ist am Führungskern mittels Schrauben befestigt.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 Anordnung des Führungskernes
zum Aufbohrkopf und die Lagerung des Aufbohrkopfes im Doppelbohrungszylinder im
Längsschnitt in Arbeitsstellung.
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Fig. 2 Ansicht in Richtung Z des Doppelbohrungszylinders nach Fig.
1.
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Fig. 3 Darstellung des Aufbohrkopfes und des Führungskernes nach dem
Schnittverlauf der Linie A-A gern. Fig. 1.
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Fig. 4 Schnitt nach der Linie B-B an der Verbindungsstelle von Führungskern,
Verbindungsstück und Lagerbuchse, Fig. 5 Die Verbindung zwischen dem Bohrrohr und
dem Aufbohrkopf als Einzelheit.
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Die Doppelbohrungen werden in rotationssymmetrische oder im Querschnitt
rechteckige Werkstücke eingearbeitet, die zur Herstellung von Doppelschneckenextrudern
für die Plastverarbeitung erforderlich sind.
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Dazu wird der Doppelbohrungszylinder 1 auf einer nicht dargestellten
Tiefbohrmaschine in eine Vorrichtung eingespannt und achsparallel ausgerichtet.
Beide Stirnseiten des Doppelbohrungszylinders werden durch eine an sich bekannte
an die Bohrvorrichtung angepaßte Abdichtvorrichtung drucköldicht abgedeckt, die
ebenfalls nicht dargestellt ist. Danach wird die erste exzentrische Bohrung mittels
Voll- oder Keznbohrkopf eingebracht, die anschließend durch eine entsprechende Feinstbearbeitung
gehont und fertigbearbeitet wird. Gemäß der Erfindung wird nun die zweite achsparallele
Bohrung 13 so vorgebohrt, daß zwischen der Fertigbohrung 12 und der zweiten Bohrung
13 zunächst ein Steg S vorhanden ist. Nachdem das geschehen ist, wird die linke
Abdichtvorrichtung geöffnet und der Pührungskern 4 mit dem achsparallel dazu angeordneten
Aufbohrkopf 2 in die Abdichtvorrichtung der Fertigbohrung 12 bzw. der vorgebohrten
Bohrung 13 des Doppelbohrungszylinders 1 eingesetzt.
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Der Aufbohrkopf 2 wird anschließend mit dem Bohrrohr 5 verschraubt
und die Abdiclitvorrichtung an den Doppelbohrungszylinder 1 angelegt, so daß der
Führungskern 4 in der Fertigbohrung 12 und im Führungsteil der Abdichtvorrichtung
gelagert ist.
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Mit Hilfe der beiden im Aufbohrkopf 2 in Vorschubrichtung hintereinander
angeordneten Bohrmesser 6 und 3 wird der Aufbohrkopf 2 achsparallel vom rotierenden
Bohrrohr in Vorschubrichtung gezogen und die vorgebohrte Bohrung 13 so erweitert,
daß ein Durchbruch bzw. Spalt 24 zu der bereits gehonten Fertigbohrung 12 entsteht.
Durch den entstandenen Spalt 24 kann das Verbindungsstück 11 mit dem Führungskern
4 nachlaufen und den Aufbohrkopf 2 achsparallel über die gesamte Bohrlänge halten
und führen. Entsprechend dem erforderlichen Durchmesser können danach ein oder mehrere
Nachbohrungen mit jeweils vergrößertem Flugkreis der Bohrmesser 6 und 3 erfolgen.
Voraussetzung dafür ist lediglich, daß im ersten Aufbohrschnitt der Durchbruch bzw.
Spalt 24 im Steg S hergestellt wird, damit das Verbindungsstück mit dem Führungskern
nachlaufen kann.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß
die aufwendige Bearbeitung und das Einbringen eines FU kernes in die Fertigbohrung
entfällt. Ferner hat das vorgeschlagene Verfahren den Vorteil, daß durch die synchrone
Bewegung des Führungskernes 4 in der Fertigbohrung 12 mit dem Aufbohrkopf 2 in der
vorgebohrten Bohrung 13 ein Verlaufen einer oder beider Bohrungen nicht möglich
ist und eine höchstmögliche Genauigkeit in der Achsparallelität erzielt wird.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die sehr material-und arbeitsaufwendige
Anfertigung eines durchgehenden Führungskernes aus hochwertigem Material, der ständig
erneuert werden muß, entfällt.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht im wesentlichen aus den drei Baugruppen Führungskern 4, dem Verbindungsstück
11 vom Führungskern zur Lagerbuchse 7 und dem Aufbohrkopf 2, die untereinander fest
und lösbar verbunden und in Fig. 1 und 4 dargestellt sind.
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Der Führungskern ist aus einem Material mit sehr guten Gleiteigenschaften
gefertigt, das infolge der achleichenden Bewegung von Metall auf Metall erforderlich
ist und ist mit nicht funktionsbedingten Bohrungen versehen, um das Gewicht zu senken.
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Die Länge des Führungskernes entspricht dem 2- bis 3fachen Bohrungsdurchmesser
der Fertigbohrung.12, die notwendig ist, um ein Verkanten bei axial-tangentialem
Lastangriff zu vermeiden, An der Stirnseite des Führungskernes 4 ist in der Bohrrichtung
X eine Gummimanschette angeordnet, die jedoch nicht dargestellt ist und die das
Eindringen von Verschmutzungen in die Gleitzone vermeiden soll.
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Am Umfang des Führungskernes 4 ist mittels Schrauben 15 das Verbindungsstück
11 befestigt, an dem eine Lagerbuchse 7 mit Radialrillenkugellagern 9 angeordnet
ist. Die Radialrillen-.
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kugellager 9 sind durch Sicherungsringe 8 und eine Distanzbuchse 17
gegen axiale Verschiebung in der Lagerbuchse 7 und durch eine Ringmutter 10 gegen
axiale Verschiebung auf dem Lagerzapfen 16 gesichert.
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Mit dieser Baugruppe wird bei entsprechender maßgenaue Pertigung
die
Einhaltung des vorgesehenen Achsabstandes zwischen den Bohrungen 12 und 12' und
die rilckwärtige Halterung des Aufbohrkopfes 2 über die Radialrillenkugellager 9
gegen Verkanten des Auf bohrkopf es und Ausbrechen der Bohrmesser in den durchschnittenen
Spalt 24 zur Fertigbohrung 12, gewährleistet.
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In den Figuren 1, 3 und 5 ist der Aufbohrkopf 2 mit der Aufnahme der
Bohrmesser 6 und 3 und das Anschlußgewinde 19 an das rotierende Bohrrohr 5 dargestellt.
Die Lagerung des rotierenden Aufbohrkopf es 2 erfolgt durch den stirnseitig angeordneten
Lagerzapfen 16, auf dem zwei Radialrillenkugellager 9 im axialen Abstand zueinander
gesichert angeordnet sind, die mit ihren Außenringen von der Lagerbuchse 7 aufgenommen
werden.
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Die Bohrmesser 6 und 3 sind axial hintereinander angeordnet, um ein
vor- und ein nachschneidendes Messer zu erhalten, deren Flugkreis unterschiedlich
einstellbar ist. In der Spantiefe sind beide Bohrmesser so angeordnet, daß das entstehende
Drehmoment trotz der unterschiedlichen Flugkreisdurchmesser gleich ist, um eine
einseitige Belastung zu vermeiden. Die Bohrmesser werden mit radial im Auf bohrkopf
2 angeordneten Schrauben 18 befestigt. Im Gehäuse des Aufbohrkopfes 2 sind Spänekanäle
22 angeordnet, die mit Spänekanälen 23 im Bohrrohr 5 verbunden sind, über die die
geschnittenen Späne mittels Drucköl abfließen können, Die Schneidengeometrie an
den Bohrmessern ist abhängig von dem zu zerspanenden Werkstoff und so zu gestalten,
daß kurze Bruchspäne entstehen. Der Führungskern besitzt im Bereich der rotierenden
Bohrmesser eine Aussparung 14. Voraussetzung für die Funktion des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der Vorrichtung ist, daß der Aufbohrkopf 2 gezogen wird und als Ziehaufbohrkopf
arbeitet. Wird dem Aufbohrkopf 2 eine Schubbewegung erteilt, ist eine Funktion nicht
gewährleistet, da dann das Verbindungsstück 11 den Bohrmessern 6 und 3 vorausläuft
und zwischen der Fertigbohrung 12 und der zweiten Bohrung der benötigte Spalt 24
noch nicht vorhanden ist.
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Der wesentliche Vorteil dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht
darin, daß durch die zusammenhängende Anordnung und Lagerung des Führungskernes
4 mit dem Verbindungsstück 11, der Lagerbuchse 7 und dem darin aufgenommenen Aufbohrkopf
2 eine laufende Wiederverwendung der Vorrichtung möglich ist, die nur einem geringen
Verschleiß unterliegt und einen geringen Materialeinsatz erfordert.
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Da die Funktion der Bohrvorrichtung nur beim Ziehbohrverfahren gewährleistet
ist, muß die Anordnung der einzelnen Funktionselemente so erfolgen, daß der Führungskern
4 die Funktion Führen vor den Bohrmessern 6; 3 in der Fertigbohrung 12 übernimmt.
Das Führen durch den Ftihrungskern vor den Bohrmessern erfolgt bereits während des
stirnseitigen Anschnittes in den Doppelbohrungszylinder 1, da der Führungskern 4
mit mindestens 1/3 seiner Länge vor den Bohrmessern den Achsabstand der Bohrungen
gewähren muß, um einen parallelen Schnitt zu erzielen.
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Das Bohrrohr 5 ist über das Anschlußgewinde 19 mit dem Aufbohrkopf
2 verbunden und wird über die Lagerbuchse 7 und das Verbindungsstück 11 am Führungskern
4 gehalten. Durch die so gewährleistete Stütz- bzw. Haltefunktion des Bohrrohres
durch den Führungskern 4 kann die Drehbewegung auf den Aufbohrkopf und die Ziehbewegung
auf den Führungskern der Bohrungen 12 und 12' sicher übertragen werden. Es wird
eine hohe Genauigkeit in der Achsparallelität erreicht. Die Radiallagerung des Auf
bohrkopf es 2 in der Lagerbuchse 7 muß so erfolgen, daß ein gleichschenkliges Dreieck
vom Verbindungsstück 11 zu den beiden Radialrillenkugellagern 9 entsteht.
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Alle rotierenden und beweglichen Teile der Vorrichtung stehen unter
Öldruck, so daß eine besondere Wartung nicht erforderlich ist. Die Radialrillenkugellager
9 sind seitlich durch Dichtungsringe 20, 21 gegen Spülspäne geschützt.
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Aufstellen der verwendeten Bezu #zeichen 1 - Doppelbohrungszylinder
2 - Aufbohrkopf 3 - nachschneidendes Bohrmesser 4 - Führungskern 5 - Bohrrohr 6
- vorschneidendes Bohrmesser 7 - Lagerbuchse 8 - Sicherungsring 9 - Radialrillenkugellager
10 - Ringmutter 11 - Verbindungsstück 12 - Fertigbohrung 12' - Fertigbohrung ohne
Feinstbearbeitung 13 - vorgebohrte Bohrung 14 - Aussparung 15 - Schrauben 16 - Lagerzapfen
17 - Distanzbuchse 18 - Schraube 19 - Anschlußgewinde 20 - Dichtungsring 21 - Dichtungsring
22 - Spänekanal 23 - Späneabfluß 24 - Spalt S - Steg X - Bohrrichtung