DE4218466C2 - Rotating drill head - Google Patents

Rotating drill head

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DE4218466C2 DE19924218466 DE4218466A DE4218466C2 DE 4218466 C2 DE4218466 C2 DE 4218466C2 DE 19924218466 DE19924218466 DE 19924218466 DE 4218466 A DE4218466 A DE 4218466A DE 4218466 C2 DE4218466 C2 DE 4218466C2
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Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Bohrkopf mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.The invention relates to a rotating drill head the features of claim 1.

Ein solcher Bohrkopf ist aus der DE 40 00 025 A1 be­ kannt, bei welchem elastische Schwenkglieder mit unter­ schiedlicher Dehnungscharakteristik in Form geschlos­ sener plattenförmiger Sicheln vorgesehen sind, womit der Bohrkopf jedoch einen relativ großen Durchmesser aufweist.Such a drill head is from DE 40 00 025 A1 knows which elastic swivel links with under different stretch characteristics in closed form its plate-shaped sickles are provided, with what the drill head, however, has a relatively large diameter having.

In der modernen Fertigungstechnik tritt immer häufiger die Forderung auf, insbesondere innere Zylindermantel­ flächen möglichst schnell und maßgenau herzustellen, deren Oberflächenkontur abhängig vom Weg des Schneid­ meißels parallel zur Drehachse und in Abhängigkeit von seinem Drehwinkel gegenüber dem Werkstück um maximal 500 bis 1.000 µm von einer exakt zylindrischen Mantel­ fläche mit einer Toleranz im 1 µm-Gebiet ± 50% ab­ weicht.In modern manufacturing technology occurs more and more often the demand, especially the inner cylinder jacket to produce surfaces as quickly and accurately as possible, whose surface contour depends on the path of the cutting chisels parallel to the axis of rotation and depending on its angle of rotation with respect to the workpiece by a maximum 500 to 1,000 µm from an exactly cylindrical shell area with a tolerance in the 1 µm area ± 50% gives way.

Hierzu müssen, unter der Voraussetzung, daß die Steuer­ druckquelle den notwendigen Steuerdruck zur richtigen Zeit und in richtiger Höhe bereitstellt, die mechani­ schen Stellmittel derart ausgebildet sein, daß der Schneidmeißel dem Steuerdruck hinreichend genau und ohne Hysterese folgen kann und muß darüber hinaus die von der Steife der mechanischen Stellmittel beeinflußte Eigenfrequenz des Bohrkopfes deutlich über der Steuer­ druckfrequenz liegen. Unterscheiden sich diese Frequen­ zen nur wenig, so kommt es zu Resonanzerscheinungen, welche den Bohrkopf für einen Einsatz oberhalb dieses Frequenzbereiches unbrauchbar machen.To do this, provided that the tax pressure source the necessary control pressure to the correct one Provides time and the correct amount, the mechani rule adjusting means be designed such that the Cutting chisels sufficiently precise and the control pressure can and must follow without hysteresis influenced by the rigidity of the mechanical actuators  Natural frequency of the drill head well above the steering wheel pressure frequency. These frequencies differ zen only a little, so there are resonance phenomena, which the drill head for use above this Make the frequency range unusable.

Zur Erfüllung dieser Forderungen ist es aus der genann­ ten DE 39 29 472 A1 bekannt, anstelle der mit Reibung aufeinander gleitender Teile behafteten Bohrköpfe nach dem eingangs genannten Stande der Technik das mit der Bohrstange einstückig oder starr verbundene Abtriebs­ glied mit einem Kolben zu versehen, der einen mit dem Basisteil fest verbundenen, außermittig zur Drehachse des Bohrkopfes angeordneten Zylinder abdichtet, während auswechselbare Biegefedern, welche die Steife der Bohr­ stange bestimmen, mittels einer Schraubverbindung das Abtriebsglied mit dem Basisteil fest verbinden. Infolge der Exzentrizität der Federverbindung zwischen Basis­ teil und Abtriebsglied ergibt sich bei einem Druckwech­ sel des dem Druckmotor zuzuführenden Druckmediums ein Kippen der Bohrstange im Ausmaße des Abtriebsweges, der durch den Weg des Abtriebsschwerpunktes des Abtriebs­ gliedes gegenüber dem Basisteil gegeben ist.To meet these demands it is called DE 39 29 472 A1 known, instead of with friction mutually sliding parts afflicted drill heads the above-mentioned prior art with the Drill rod in one piece or rigidly connected output member to provide a piston that one with the Base part firmly connected, off-center to the axis of rotation of the drill head arranged cylinder seals while interchangeable spiral springs, which the rigidity of the Bohr determine the rod by means of a screw connection Firmly connect the output link to the base part. As a result the eccentricity of the spring connection between the base part and output member results from a pressure change sel of the pressure medium to be fed to the printing motor Tilting the boring bar to the extent of the output path through the way of the output center of gravity of the output member is given relative to the base part.

Ein solcher Bohrkopf besitzt zwar keine im Reibungs­ schluß miteinander in Verbindung stehenden Bauelemente, jedoch ist der Fertigungsaufwand erheblich, da die ein­ zelnen Bauteile sehr maßgenau sein müssen.Such a drill head does not have any friction close related components, however, the manufacturing effort is considerable since the one individual components must be very precise.

Ferner weist ein solcher Bohrkopf noch folgenden Nach­ teil auf.Such a drill head also has the following features part on.

Bekanntlich ist die für das Verstellung des Schneidmei­ ßels notwendige mechanische Arbeit das Produkt aus Kraft x Weg und ist die Kraft durch den zur Verfügung stehenden Druck pro Flächeneinheit multipliziert mit der wirksamen Fläche des hydraulischen Motors bestimmt. It is known that for the adjustment of the cutting knife ßels necessary mechanical work the product Force x path and is the force available through the standing pressure per unit area multiplied by the effective area of the hydraulic motor.  

Für jeden Schneidmeißelhalter gilt ferner die Forde­ rung, daß die Federsteife zwischen der Einspannregion und dem Schneidmeißel möglichst groß sein soll, z. B. eine Tonne/mm und weiterhin soll der Schneidmeißel um einen möglichst großen Betrag verstellt werden können, z. B. 500 µm. Zur Bereitstellung der notwendigen Kraft sind daher möglichst große wirksame Flächen des hydrau­ lischen Motors erwünscht. Andererseits ist aber der Ar­ beitsraum für solche Bohrköpfe zur maßgenauen Nachar­ beitung von Innenmantelflächen in aller Regel sehr be­ grenzt, so daß den geometrischen Abmessungen der Bohr­ köpfe enge Grenzen gesetzt sind.The Forde also applies to every cutting tool holder tion that the spring stiffness between the clamping region and the cutting chisel should be as large as possible, e.g. B. a ton / mm and the cutting chisel should continue to the largest possible amount can be adjusted, e.g. B. 500 microns. To provide the necessary strength are therefore the largest possible effective areas of hydrau desired motor. On the other hand is the Ar working space for such drill heads for dimensionally accurate rework processing of inner surface areas usually very limits, so that the geometric dimensions of the Bohr heads are narrow.

Bei dem aus der DE 39 29 472 A1 bekannten Bohrkopf neh­ men beispielsweise bereits die Biegefedern etwa die Hälfte des zur Verfügung stehenden Bereichs der Quer­ schnittsfläche des Bohrkopfes ein, so daß für die Druckkammer wenig Wirkfläche zur Verfügung steht, was bei einem gegebenen maximalen Arbeitsdruck des Druckme­ diums und einer geforderten Größe der Kraft eine Ver­ ringerung der Federsteife bedingt.In the drill head known from DE 39 29 472 A1 For example, the bending springs already include the Half of the available area of the cross cutting surface of the drill head, so that for the Pressure chamber little effective area is available, what at a given maximum working pressure of the pressure gauge diums and a required size of the force a ver reduced spring stiffness.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen rotie­ renden Bohrkopf gemäß der im Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, daß eine kompakte Bauart mit geringem Bohrkopfdurchmesser ermöglicht wird.The invention has for its object a rotie renden drilling head according to the preamble of the patent award 1 specified type in such a way that a compact design with a small drill head diameter is made possible.

Ausgehend von einem Bohrkopf der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schwenkglieder zwei parallel zueinander ange­ ordnete Zugstäbe sind.Starting from a drill head of the type mentioned this object is achieved according to the invention in that that the swivel links are parallel to each other are ordered tension rods.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Basis­ teil und Abtriebsglied Teile eines rotationssymmetri­ schen Grundkörpers, der im mittleren Bereich den Grund­ körper vollständig durchsetzende Ausnehmungen aufweist, von denen die die Drehachse durchsetzende Ausnehmungen zur Aufnahme des Druckkraftwandlers dient, während die dazu benachbarten Ausnehmungen als Zugstäbe dienende Stege unterschiedlicher Stärke und Länge einschließen.According to a further feature of the invention are the basis part and output member parts of a rotational symmetry base body, the bottom in the middle body has fully penetrating recesses,  of which the recesses passing through the axis of rotation serves to accommodate the pressure force converter, while the adjacent recesses serving as tension rods Include bars of different thickness and length.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen 2 bis 5 aufgeführt.Further features of the invention are in the Unteran say 2 to 5.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der mechanischen Ver­ bindungsmittel zwischen dem Basisteil des Bohrkopfes und des mit der Bohrstange ein integrales Bauteil bil­ denden Abtriebsgliedes als Zugstäbe ermöglicht eine den vorstehend genannten Forderungen entsprechende, relativ großflächige Ausbildung der das Druckmittel aufneh­ menden Druckkammer und eine genaue Dimensionierung der mechanischen Stellmittel, was eine stets reproduzier­ bare Einstellung des Schneidmeißels proportional zur Druckhöhe des steuernden Druckmediums bei gleichzeiti­ ger Erfüllung der Forderung nach einer raumsparenden und kompakten Ausbildung des Bohrkopfes ermöglichen.The inventive design of the mechanical Ver binding agent between the base part of the drill head and an integral component with the boring bar end of the output link as tension rods enables the corresponding requirements above, relative large-scale training of the pressure medium pressure chamber and a precise dimensioning of the mechanical actuators, which always reproduce bare setting of the cutting bit proportional to Pressure level of the controlling pressure medium at the same time ger fulfillment of the demand for a space-saving and compact design of the drill head.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.The invention is based on one in the Drawing more or less shown schematically Described embodiment.

Im einzelnen zeigenShow in detail

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Bohrkopf gemäß der Erfindung nach der Linie I-I in Fig. 2 und Fig. 1 shows a section through a drill head according to the invention along the line II in Fig. 2 and

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Bohrkopf nach Fig. 1. FIG. 2 shows a top view of the drill head according to FIG. 1.

Ein insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneter Bohrkopf besteht, wie die Fig. 1 und 2 zeigen, im wesentlichen aus einem rotationssymmetrischen Grundkör­ per 11, der eine Bohrstange 30 trägt, einen Druckkraft­ wandler 50 aufweist und ferner auf der der hier nicht dargestellten Drehmaschine zugewandten Seite einen dem Einspannen dienenden zylindrischen Fortsatz 12 besitzt. Ferner ist dort ein flanschartig radial sich erstrec­ kender Ansatz 15 vorgesehen, an dem bündig ein mittels Gewindeschrauben 39 lösbar befestigtes, nicht erfin­ dungswesentliches Schutzrohr 18 anliegt. Das Schutzrohr 18 erstreckt sich in Richtung der Drehachse 20 des Bohrkopfes annähernd über dessen gesamte Längenerstrec­ kung und weist an der abgewandten Stirnseite einen nach innen gerichteten, ringförmigen Fortsatz 22 auf, der eine Ringdichtung 24 trägt, die auf der Außenmantelflä­ che 25 des dort im Durchmesser abgesetzten Grundkörpers 11 dichtend aufliegt.A total designated with the reference numeral 10 the drill head is, as shown in FIGS. 1 and 2 show, essentially of a rotationally symmetrical Grundkör per 11 carrying a drill rod 30, comprises a pressure force transducer 50 and also on the side facing the lathe, not shown here side has a cylindrical extension 12 used for clamping. Furthermore, there is a flange-like radially erstrec kender approach 15 is provided, on which a protective tube 18, which is releasably fastened by means of threaded screws 39 , is present. The protective tube 18 extends in the direction of the axis of rotation 20 of the drill head approximately over its entire length extension and has an inwardly directed, annular extension 22 on the opposite end face, which carries an annular seal 24 , which on the outer jacket surface 25 of the diameter there remote body 11 rests sealingly.

Der Grundkörper 11 ist also in seinem Durchmesser drei­ fach gestuft, wobei der genannte Ansatz 15 als Teil des Basisteils a den größten und der die Außenmantelfläche 25 aufweisende, als Abtriebsglied b bezeichnete Endbe­ reich den kleinsten Durchmesser aufweist. Der die größ­ te axiale Erstreckung aufweisende mittlere Bereich weist den Grundkörper vollständig durchsetzende Ausneh­ mungen 32, 33, 34 und 36 auf.The base body 11 is thus stepped three times in diameter, the said approach 15 as part of the base part a the largest and the outer surface 25 having, as output member b Endbe rich has the smallest diameter. The middle region with the largest axial extension has recesses 32 , 33 , 34 and 36 which completely penetrate the base body.

Die in bezug auf Fig. 1 die Rotationsachse 20 durch­ setzende rechteckige Ausnehmung 32 dient der Aufnahme des nicht näher zu beschreibenden vorzugsweise rota­ tionssymmetrisch ausgebildeten Druckkraftwandlers 50, der vorzugsweise konzentrisch zur Rotationsachse 20 innerhalb der Ausnehmung 32 angeordnet und mit einer Stirnfläche mit der Ausnehmung 33 bündig ist. Die in bezug auf die Drehachse 20 außermittigen Ausnehmungen 33, 34 und 36 schließen elastische Schwenkglieder 37 und 38, im folgenden auch als Zugstäbe oder als Stege bezeichnet, zwischen sich ein, die in Stärke s1 und s2 sowie in ihrer Länge l1 und l2 unterschiedlich sind und wirkungsmäßig zwei etwa parallel zueinander verlaufende Zugstäbe 37 und 38 unterschiedlicher Länge und Stärke bilden, die als Basisteil a mit dem Abtriebsglied b des Grundkörpers 11 verbinden.The axis of rotation 20 is used with respect to FIG. 1 passes through rectangular recess 32 to receive the not to be described preferably rota tion symmetrically designed pressing force transducer 50, which is preferably arranged concentrically and to the rotational axis 20 within the recess 32 flush with an end face with the recess 33 is. The recesses 33 , 34 and 36 which are eccentric with respect to the axis of rotation 20 include elastic swivel members 37 and 38 , hereinafter also referred to as tension rods or webs, between them, which have thicknesses s 1 and s 2 and their length l 1 and l 2 are different and in effect form two approximately parallel tension rods 37 and 38 of different length and thickness, which connect as base part a to the output member b of the base body 11 .

Das Abtriebsglied b des Grundkörpers 11 dient - wie bereits erwähnt - als Träger für die Bohrstange 30, deren Grundplatte 31 mit der Stirnseite des Grund­ körpers 11 mittels Gewindeschrauben 39 (vgl. Fig. 2) starr verbunden ist. Mit der Bohrstange 30 ist ein Schneidmeißel 40 lösbar verbunden.The output member b of the base body 11 serves - as already mentioned - as a carrier for the boring bar 30 , the base plate 31 of which is rigidly connected to the end face of the base body 11 by means of threaded screws 39 (cf. FIG. 2). A cutting bit 40 is releasably connected to the boring bar 30 .

Der in der Ausnehmung 32 befindliche Druckkraftwandler 50 umfaßt in bekannter Weise ein Kolben- und ein Zylin­ derteil 51 und 52, die mittels elastischer Dichtungen 53 gegeneinander abgedichtet sind. Das Kolbenteil 51 ist mittels Schrauben 57 mit dem Teil a des Grundkör­ pers 11 konzentrisch zur Rotationsachse 20 fest verbun­ den.The located in the recess 32 pressure force transducer 50 comprises in a known manner a piston and a Zylin derteil 51 and 52 , which are sealed against each other by means of elastic seals 53 . The piston part 51 is fixed by means of screws 57 with part a of the basic body 11 concentrically to the axis of rotation 20 .

Über eine zentrische Bohrung 54 im Grundkörper 11, die mit einer Bohrung 55 im Kolbenteil 51 kommuniziert, er­ folgt die Druckmittelzufuhr.Via a central bore 54 in the base body 11 , which communicates with a bore 55 in the piston part 51 , it follows the pressure medium supply.

Beim Wirksamwerden des Druckmittels im Druckkraftwand­ ler wird der dünnere und längere Steg 37 (Zugstab) im Grundkörper 11 mehr als der kürzere und dickere Steg (38) (Zugstab) gedehnt, so daß ein Kippen der mit dem Abtriebsglied b des Bohrkopfes 10 verbundenen Bohr­ stange 30 in Richtung zum dickeren Steg 38 (Zugstab) erfolgt und dabei der Schneidmeißel 40 aus der in der Zeichnung dargestellten Ruhelage in Pfeilrichtung 60 auf einer etwa senkrecht zur Rotationsachse 20 verlau­ fenden gekrümmten Bahn im µm-Bereich bewegt wird. Diese Bewegung ist größer als der durch den Druckwechsel her­ vorgerufene Weg des Abtriebsschwerpunktes des Abtriebs­ gliedes b gegenüber dem Basisteil a.When the pressure medium takes effect in the pressure force wall, the thinner and longer web 37 (tension rod) in the base body 11 is stretched more than the shorter and thicker web ( 38 ) (tension rod), so that a tilting of the drill rod 10 connected to the output member b of the drill head 10 30 in the direction of the thicker web 38 (tension rod) and the cutting tool 40 is moved from the rest position shown in the drawing in the direction of arrow 60 on a curved path approximately perpendicular to the axis of rotation 20 in the μm range. This movement is greater than the path of the output center of gravity of the output member b caused by the pressure change relative to the base part a.

BezugszeichenlisteReference list

aBasisteil
bAbtriebsglied
aBase part
bDrive link

1010th

Bohrkopf
Drill head

1111

Grundkörper
Basic body

1212th

Fortsatz
Continuation

1515

Ansatz
approach

1717th

Gewindeschrauben
Threaded screws

1818th

Schutzrohr
Protective tube

2020th

Rotationsachse
Axis of rotation

2222

Fortsatz
Continuation

2424th

Ringdichtung/Dichtung
Ring seal / seal

2525th

Außenmantelfläche
Outer surface

3030th

Bohrstange
Boring bar

3131

Grundplatte
Base plate

3232

Ausnehmung
Recess

3333

Ausnehmung
Recess

3434

Ausnehmung
Recess

3535

3636

Ausnehmung
Recess

3737

Zugstab/Steg/elastische Schwenkglieder
Tension rod / web / elastic swivel links

3838

Zugstab/Steg/elastische Schwenkglieder
Tension rod / web / elastic swivel links

3939

Gewindeschrauben
Threaded screws

4040

Schneidmeißel
Cutting chisel

5050

Druckkraftwandler
Pressure transducer

5151

Kolbenteil
Piston part

5252

Zylinderteil
Cylinder part

5353

elastische Dichtungen
elastic seals

5454

zentrische Bohrung
centric bore

5555

Bohrung
drilling

5757

Schrauben
Screws

6060

Pfeilrichtung
Arrow direction

Claims (5)

1. Rotierender Bohrkopf (10), mit einer mittels eines als Druckmittel wirkenden Fluids um kleine Verstell­ beträge quer zur Rotationsachse (20) schwenkbaren Bohrstange (30), wobei an der Bohrstange (30) ein Schneidmeißel (40) angeordnet ist, mit einem druck­ mittelgespeisten Druckkraftwandler (50) zwischen einem Basisteil (a) des Bohrkopfes (10) und einem Abtriebsglied (b) und mit elastischen Schwenkglie­ dern (37, 38), die eine unterschiedliche Dehnungs­ charakteristik aufweisen, zum Umsetzen der Bewegung des Abtriebsgliedes (b) in eine Schwenkbewegung der Bohrstange (30), die starr mit dem Abtriebsglied (b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkglieder zwei parallel zueinander angeordnete Zugstäbe (37, 38) sind.1. Rotating boring head ( 10 ) with a boring bar ( 30 ) which can be pivoted transversely to the axis of rotation ( 20 ) by means of a fluid acting as a pressure medium, with a cutting bit ( 40 ) being arranged on the boring bar ( 30 ) with a pressure medium-fed pressure force transducer ( 50 ) between a base part (a) of the drill head ( 10 ) and an output member (b) and with elastic swivel members ( 37 , 38 ), which have different expansion characteristics, for converting the movement of the output member (b) in a pivoting movement of the boring bar ( 30 ) which is rigidly connected to the driven member (b), characterized in that the pivoting members are two tension rods ( 37 , 38 ) arranged parallel to one another. 2. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Basisteil (a) und Abtriebglied (b) Teile eines rotationssymmetrischen Grundkörpers (11) sind, der im mittleren Bereich den Grundkörper voll­ ständig durchsetzende Ausnehmungen (32, 33, 34, 36) aufweist, von denen die die Rotationsachse (20) durchsetzende Ausnehmung (32) zur Aufnahme des Druckkraftwandlers (50) dient, während die dazu benachbarten Ausnehmungen (33, 34, 36) als Zugstäbe dienende Stege (37, 38) unterschiedlicher Stärke und Länge (s1/l1, s2/l2) einschließen.2. Rotating boring head according to claim 1, characterized in that the base part (a) and output member (b) are parts of a rotationally symmetrical base body ( 11 ), the recesses ( 32 , 33 , 34 , 36 ) fully penetrating the base body in the central region. of which the recess ( 32 ) passing through the axis of rotation ( 20 ) serves to receive the pressure force transducer ( 50 ), while the recesses ( 33 , 34 , 36 ) adjacent to it serve as tie bars ( 37 , 38 ) of different thickness and length ( Include s 1 / l 1 , s 2 / l 2 ). 3. Rotierender Bohrkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkraftwandler (50) zwischen den beiden Zugstäben (37, 38) angeordnet ist. 3. Rotating drill head according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure force transducer ( 50 ) between the two tension rods ( 37 , 38 ) is arranged. 4. Rotierender Bohrkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Basisteil (a), Ab­ triebsglied (b) und die beiden Zugstäbe (37, 38) ein integrales, aus einem Stück durch Elektroerosion hergestelltes Bauteil bilden.4. Rotating drill head according to claims 1 to 3, characterized in that the base part (a), from drive member (b) and the two tension rods ( 37 , 38 ) form an integral, one-piece component produced by electroerosion. 5. Rotierender Bohrkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (11) von einem Schutzrohr (18) umgeben ist, das mit dem Ba­ sisteil (a) starr verbunden ist und dessen Durchmes­ ser im Bereich des Abtriebsgliedes (b) so groß ist, daß sich das Abtriebsglied (b) frei bewegen kann, und daß zwischen Abtriebsglied (b) und Schutzrohr (18) eine Dichtung (24) angeordnet ist.5. Rotating drill head according to claims 1 to 4, characterized in that the base body ( 11 ) is surrounded by a protective tube ( 18 ) which is rigidly connected to the base part (a) and whose diameter is water in the region of the output member (b ) is so large that the output member (b) can move freely and that a seal ( 24 ) is arranged between the output member (b) and the protective tube ( 18 ).
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