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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur spanbildenden
Bearbeitung mit ersten und zweiten drehbaren Körpern, die längs einer
gemeinsamen Drehachse angeordnet sind, wobei der erste Körper ein
Einsteckelement mit einem Außengewinde
aufweist und der zweite Körper
ein Aufnahmeelement mit einem Innengewinde aufweist, das Einsteckelement
in das Aufnahmeelement so eingeführt
ist, dass zwischen den Körpern
eine Gewindeverbindung gebildet wird, wobei das Einsteckelement
eine äußere Umfangsoberfläche aufweist,
deren Grundquerschnittsform kreisförmig ist, und die axial bezüglich des
Außengewindes
versetzt ist und mit einer entsprechenden inneren Umfangsoberfläche mittels
einer Presspassung in Eingriff steht.
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Die
Erfindung eignet sich für
Vorrichtungen zum Bohren, insbesondere Bohren mit unsymmetrischen
bzw. nicht im Gleichgewicht befindlichen Bohrern, bei welchen Resultanten
mit radial gerichteter Kraft als Folge der speziellen Anordnung
einzelner Schneideinsätze
auftreten. Die Erfindung eignet sich besonders für das Bohren von langen Löchern, d.
h. Löchern
mit einer Länge,
die größer als
das Fünffache
des Lochdurchmessers ist, wobei es wichtig ist, dass die Resultanten
mit radialer Kraft nicht eine Winkelverschiebung eines Bohrwerkzeugs
zur Folge haben, welches mit Schneideinsätzen im Verhältnis zu
einem mit diesem verbundenen Bohrrohr versehen ist.
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Deshalb
wird die Erfindung zwecks beispielhafter Darstellung beschrieben,
wobei auf eine solche Anwendung Bezug genommen wird. Die Erfindung
ist insbesondere auf Bohrer anwendbar, die zum Bohren nach dem Ejektor-Prinzip
sowie dem STS(Single Tube System = Einzelrohrsystem)-Prinzip angeordnet
sind, bei welchem der Spantransport über das Werkzeug und ein mit
diesem verbundenes Bohrrohr durchgeführt wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
UND STAND DER TECHNIK
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Bohrer
für das
Tieflochbohren weisen gewöhnlich
ein Bohrwerkzeug auf, welches mit Schneideinsätzen und einem mit diesem verbundenen
Bohrrohr versehen ist, wodurch eine Verbindung des Bohrwerkzeuges
mit einer Bohrmaschine vorgesehen ist und auch der Zweck besteht,
bearbeitetes Material von dem Bohrwerkzeug wegzuführen.
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Gewöhnlich werden
das Bohrwerkzeug und das Bohrrohr mittels einer Gewindeverbindung
miteinander verbunden, wobei ein mit einem Gewinde versehenes Ende
des Bohrrohres auf einen ähnlich mit
Gewinde versehenen Teil des Bohrwerkzeuges aufgeschraubt ist. Primärer Zweck
der gebildeten Gewindeverbindung ist es, Axialkräfte, aber auch radiale Kräfte zwischen
dem Bohrwerkzeug und dem Bohrrohr aufzunehmen.
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Ferner
bildet eine oder bilden mehrere Oberflächen, die von den Gewinden
im Abstand angeordnet sind, eine Presspassungsverbindung zwischen dem
Bohrwerkzeug und dem Bohrrohr. Diese Oberflächen werden durch einen äußeren Umfang,
der nicht mit Gewinden versehen ist, gebildet, wobei sie einen Kreisquerschnitt
eines der Körper
haben, und einen entsprechenden inneren Umfang, der nicht mit Gewinde
versehen ist, des zweiten Körpers,
wobei der Körper
mit den das Einsteckelement bildenden Teilen bezüglich des das Aufnahmeelement
bildenden Körpers überdimensioniert
ist, um die Presspassungsverbindung zu bilden, wenn die Teile zusammengeschraubt
werden. Primärer
Zweck der Presspassungsverbindung ist es, radiale Kräfte zwischen dem
Bohrwerkzeug und dem Bohrrohr aufzunehmen, d. h. zu verhindern,
dass das Werkzeug während
der Benutzung bezüglich
des Bohrrohres gekippt wird.
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In
Verbindung mit dem Zusammenschrauben, insbesondere dem wiederholten
Zusammenschrauben, des Bohrwerkzeuges und des Bohrrohres gibt es
das Risiko, dass das Bohrrohr oder das Bohrwerkzeug infolge der
Presssitzkräfte
zerstört werden,
die zwischen denselben auftreten, und der Belastungen, die somit
in dem Bohrrohr und dem Bohrwerkzeug in dem Presssitzbereich oder
den Presssitzbereichen erzeugt werden.
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Weiterhin
ist die Kraft, die erforderlich ist, um das Bohrwerkzeug und das
Bohrrohr zusammenzuschrauben, je nach der Dicke des Materials, des
speziellen Materials und der Übergröße des überdimensionierten
Teils, alternativ der geringen Größe eines zu kleinen Teils in
gewissen Fällen
erheblich.
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Der
nächstliegende
Stand der Technik ist durch die
DE 199 60 927 A1 gegeben, welche eine Vorrichtung
für die
spanabhebende Bearbeitung mit zwei Körpern beschreibt, welche durch
eine Verbindung mit zwei zusammenwirkenden Gewinden sowie zwei Presssitzoberflächen verbunden
sind, die im Abstand von den Gewinden angeordnet sind.
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AUFGABEN DER ERFINDUNG
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Primäre Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der
im einleitenden Teil erwähnten
Art, deren drehbare Körper
wechselseitig eine Verbindung der Vorrichtung bilden, wobei sie
eine solche Form haben, dass eine plastische, permanente Deformation
oder das Aufkommen von Rissen in einen oder beiden Körpern in
demjenigen Bereich, wo die Presspassung mit dem Zweck auftritt,
die Körper
in der radialen Richtung relativ zueinander zu steuern oder zu blockieren,
verringert oder ganz verhindert wird. Die Verbindung soll jedoch
eine gute Stabilität
gegen einen Winkelversatz des ersten Körpers bezüglich des zweiten Körpers infolge
der während
des Betriebes sich ergebenden Radialkräfte bereitstellen.
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Eine
weitere Aufgabe ist die Schaffung einer Vorrichtung der im einleitenden
Teil erwähnten
Art, wobei die drehbaren Körper,
die wechselseitig eine Verbindung bilden, eine solche Gestalt haben,
dass eine geringere Kraft erforderlich ist, um eine Presspassung
zwischen denselben für
eine interradiale Blockierung oder Steuerung zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung der im einleitenden
Teil erwähnten
Art gelöst,
welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die äußere Umfangsoberfläche des
Einsteckelementes und/oder die innere Umfangsoberfläche des
Aufnahmeelementes eine Unrundheit der Art haben/hat, dass es eine
Presspassung nur entlang zweier oder mehr vorbestimmter Bereiche
gibt, die in der Umfangsrichtung des Einsteck- und Aufnahmeelementes
gesehen, im Abstand angeordnet sind. Die Unrundheit kann darin bestehen,
dass das Einsteckelement einen Außenumfang hat mit einem Radius,
der in der Umfangsrichtung abwechselnd größer und kleiner ist als der
Radius des Innenumfangs des Aufnahmeelementes. Alternativ verändert sich
der Innenradius des Aufnahmeelements längs der Umfangsrichtung und
ist abwechselnd größer und
kleiner als der Außenradius
des Einsteckelements. In dieser Beschreibung bedeutet die Umfangsrichtung eine
Richtung quer zur Drehachsenrichtung längs des Körperumfangs.
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Es
ist bevorzugt, dass nur einer der ersten und zweiten Körper die
Unrundheit hat. Wenn das Einsteckelement in das Aufnahmeelement
eingeschraubt wird, ist der Kontakt zwischen den zwei Elementen
in denjenigen Bereichen, wo es die Presspassung gibt, nur teilweise
und liegt dadurch bei denjenigen Bereichen, wo der äußere Umfangsradius des
Einsteckelementes größer ist
als der innere Umfangsradius des Aufnahmeelementes. In denjenigen Bereichen,
die in der Umfangsrichtung zwischen diesen Kontaktbereichen angeordnet
sind und diese trennen, ist der Außenumfangsradius des Einsteckelementes
kleiner als – oder
allermeist – gleich
dem Innenumfangsradius des Aufnahmeelementes. Materialien, die in
einem oder beiden der Elemente in den Kontaktbereichen deformiert
werden, sind dadurch in der Lage, in diese Zwischenbereiche zu expandieren oder
zu „schwimmen". Dadurch wird eine
unerwünschte
plastische Deformation oder mindestens das Aufkommen von Beanspruchungen
in dem Material vermieden, die so groß sind, dass Risse ausgelöst werden
oder wachsen.
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Weiterhin
ist als Folge der verringerten Presspassungskräfte weniger Kraft für die Verbindung
der ersten und zweiten Körper
miteinander erforderlich.
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Beispiele
bevorzugter Ausführungsformen der
Vorrichtung, welche zu den erreichten Zwecken der Erfindung beitragen,
sind in den abhängigen
Ansprüchen
2 bis 6 definiert.
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Zusätzliche
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
ausführlichen Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
und aus den anliegenden Zeichnungen.
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WEITERE ERLÄUTERUNG
DES STANDES DER TECHNIK
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US 2,397,382 offenbart eine
Blockiervorrichtung zum Verbinden eines Werkzeuges mit einem Halter,
wobei der Halter auf der einen Seite ein Paar Ausnehmungen hat,
deren eine einen kreisförmigen Querschnitt
hat und deren andere einen elliptischen Querschnitt hat, und auf
der anderen Seite ein Paar von Einsteckelementen, deren eines einen
kreisförmigen
Querschnitt und deren anderes einen elliptischen Querschnitt hat.
In diesem Falle kann jedoch das Einsteckelement nicht um mehr als
einen Bruchteil einer Umdrehung gedreht werden, wobei die elliptischen
Teile als Exzenter dienen. Mit anderen Worten benutzen die Exzenter,
welche für
die Blockierfunktion zwischen dem Halter und dem Werkzeug sorgen, überhaupt
keine Gewindeverbindung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden jetzt zwecks beispielhafter Darstellung beschrieben,
wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
ist:
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1 eine
Teilschnittansicht eines ersten drehbaren Körpers und eines zweiten drehbaren
Körpers
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der
Erfindung, wobei die Körper
im Abstand voneinander angeordnet gezeigt sind,
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2 eine
Ansicht entsprechend der Ansicht in 1, bei welcher
aber der erste Körper
in den zweiten Körper
eingeführt
ist,
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3 ein
Querschnitt einer beispielhaften Ausführungsform des ersten drehbaren
Körpers,
der eine Unrundheit hat, und zwar in übertriebenem Maßstab,
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4 ein
Querschnitt unter Darstellung des Körpers nach 3,
der in einen zweiten Körper
in einem Presssitzbereich eingeführt
ist,
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5 ein
Querschnitt unter Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
eines zweiten Körpers
gemäß der Erfindung,
dessen Innenumfang eine Unrundheit hat, die in übertriebenem Maßstab gezeigt
ist, und
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6 ein
Querschnitt unter Darstellung des zweiten Körpers der 5,
welcher einen ersten Körper
umgibt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In
den 1 und 2 ist ein erster Körper 1 gezeigt,
der ein Werkzeug für
die drehende Bearbeitung eines Werkstückes bildet, welches aus einem beliebigen
bevorzugten Material sein kann, in typischer Weise aber ein Werkstück aus Metall
(nicht gezeigt) aufweist. Das Werkzeug 1 ist an seinem
einen Ende für
die Bearbeitung mit Schneideinsätzen 2 versehen.
Das Werkzeug 1 und die Schneideinsätze 2 sind zum Bohren
angeordnet. Insbesondere sind das Werkzeug 1 und die Schneideinsätze 2 für das Bohren
von Metall geeignet ausgestaltet, wobei die Schneideinsätze 2 bezüglich der
Drehachse des Werkzeuges asymmetrisch angeordnet sind, so dass in
Verbindung mit dem Bohren im Werkzeug 1 erhebliche radiale
Kräfte
auftreten.
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In
den 1 und 2 ist auch ein zweiter Körper 3 gezeigt,
der ein Rohr aufweist, welches mit dem ersten Körper 1 an seinem einen
Ende verbunden werden soll, und mit einer Rotationsmaschine, in diesem
Fall einer Bohrmaschine, an seinem anderen Ende.
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Der
erste Körper 1 hat
in diesem Falle eine Rohrform entlang eines Teiles seiner Länge und weist
an einem Teil seines Außenumfangs
ein Außengewinde 4 auf.
Der zweite Körper 3 weist
ein entsprechendes Gewinde 5 in der Form eines Innengewindes
längs eines
Abschnittes seines Innenumfangs auf. Der erste Körper 1 bildet ein
Einsteckelement 6, und der zweite Körper 3 bildet ein
Aufnahmeelement 7. Das Einsteckelement 6 mit dem
Außengewinde
ist geeignet ausgestaltet, um in das Aufnahmeelement 7 hineingeschraubt
zu werden und eine Gewindeverbindung durch das Zusammenspiel der
Gewinde 4 und 5 zu bilden. Der erste Körper 1 und
der zweite Körper 3 haben
dadurch eine gemeinsame Drehachse und bilden zusammen eine Vorrichtung oder
mindestens einen Teil einer Vorrichtung zum spanbildenden Bearbeiten
gemäß der Erfindung.
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Auf
einer Seite des mit Gewinde versehenen Abschnittes des äußeren Umfangs
ist das Einsteckelement des ersten Körpers 1 mit einer
Außenumfangsoberfläche 8 versehen,
die für
den Eingriff mit der entsprechenden inneren Umfangsoberfläche 9 des
Aufnahmeelementes 7 des zweiten Körpers 3 mittels einer
Presspassung oder Berührung
bemessen ist, wenn das Gewinde 4 des Einsteckelementes 6 in
Eingriff steht und exakt gegenüber
dem Gewinde 5 des Aufnahmeele mentes 7 angeordnet
ist. Es ist auch möglich,
dass das Einsteckelement 6 und das Aufnahmeelement 7 Umfangsbereiche 14, 15 aufweisen,
welche den Umfangsoberflächen 8, 9 gleichen,
die aber auf der anderen Seite der Gewinde 4, 5 angeordnet
sind. Zum Zwecke der Vereinfachung werden nun die Umfangsoberflächen 8, 9 beschrieben,
die auf der Seite der Gewindeverbindung angeordnet sind, die von
den Gewinden 4, 5 gebildet ist, welche dem aktiven
Schneidende des Werkzeugs 1 am nächsten angeordnet sind. Es
versteht sich jedoch, dass die entsprechenden Umfangsoberflächen 14, 15,
die auf der gegenüberliegenden
Seite der Gewinde 4, 5 angeordnet sind, gemäß einem
beliebigen der Prinzipien gebildet sein können, die für die Oberflächen 8, 9 relevant
sind, welche in größerer Einzelheit
beschrieben werden. Das bedeutet, dass alles, was über die
Gestaltung der vorderen Umfangsoberflächen 8, 9 gesagt
ist, auch auf entsprechende hintere Umfangsoberflächen 14, 19 angewendet
werden kann, was möglicherweise
eintreten kann. Es sei auch bemerkt, dass der erste und der zweite
Körper 1 und 3 entweder
nur die Oberflächen 8, 9 haben können, die
den Schneideinsätzen 2 am
nächsten angeordnet
sind, oder nur die Oberflächen 14, 15,
die von den Schneideinsätzen
im Abstand angeordnet sind, oder eine Kombination der beiden Oberflächen. Die
Oberflächen 8, 9 vor
den Gewinden 4, 5 und die Oberflächen 14, 15 hinter
den Gewinden 4, 5 können im Rahmen der Erfindung
identisch oder unterschiedlich gebildet sein. Eine kontinuierliche
Oberfläche 16 bzw. 17 in
Umfangsrichtung, entlang welcher ein Abstand, Freiraum, zwischen
dem ersten Körper 1 und
dem zweiten Körper 3 zugegen
ist, trennt die Gewindeverbindung 4, 5 und die
vorderen Presspassungsflächen 8, 9 sowie
die Gewindeverbindung 4, 5 und die möglichen
hinteren Presspassungsoberflächen 14, 15,
in axialer Richtung gesehen. Es sei auch bemerkt, dass der zweite
Körper 3 in
der dargestellten beispielhaften Ausführungsform eine Anschlagfläche 18 aufweist,
in diesem Falle im wesentlichen ringförmig, gegen welche der erste
Körper 1 sich selbst
abstützt,
um die axialen Kräfte
zwischen den Körpern 1, 3 aufzunehmen.
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Jeder
der Bereiche 8 und 9 hat in der axialen Richtung
eine gegebene Länge,
d. h. quer zu der Umfangsrichtung. In diesem Paar äußerer und
innerer Umfangsoberflächen 8, 9 hat
der äußere Umfang des
Einsteckelementes 6 (siehe 3 und 4) oder
der innere Umfang des Aufnahmeelementes 7 (siehe 5 und 6)
eine Unrundheit der Art, dass es eine Presspassung nur längs zweier,
vorzugsweise dreier oder mehrvorbestimmter Bereiche 10, 11, 12, 13 gibt,
die in der Umfangsrichtung des Einsteck- und Aufnahmeelementes im
Abstand angeordnet sind. Bei den dargestellten Beispielen werden
vier Presspassungsbereiche 10, 11, 12, 13 gemäß dem Prinzip
nach der Erfindung gebildet.
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Die 3 und 4 zeigen
eine beispielhafte Ausführungsform,
bei der die Unrundheit nur in dem Einsteckelement 6 vorhanden
ist. Die Unrundheit wird normalerweise durch mechanisches Bearbeiten,
z. B. Drehen, Fräsen
oder Schleifen der Bereiche herbeigeführt, welche in der Umfangsrichtung diejenigen
Bereiche trennen, entlang denen man die Presspassung annimmt, d.
h. die Bereiche, entlang denen die Ausmaße des Einsteckelementes 6 in
Bezug auf die inneren Maße
des Aufnahmeelementes überdimensioniert
sind. Natürlich
entsteht eine gewisse Unrundheit auch in dem entsprechenden Aufnahmeelement 7 infolge
der Tatsache, dass dieses etwas deformiert wird, wenn das Einsteckelement
in dasselbe hineingedrückt
wird. Außerdem
wird Material aus den Bereichen herausgerückt, in denen das Einsteckelement überdimensioniert
ist, und zwar zu benachbarten Teilen der mechanisch bearbeiteten Bereiche,
wo die Außenmaße des Einsteckelementes 6 im
allgemeinen hauptsächlich
identisch sind oder etwas kleiner sind als die Innenmaße des Aufnahmeelementes 7.
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Die 5 und 6 zeigen
eine zweite beispielhafte Ausführungsform,
bei welcher Abschnitte des inneren Umfangs des Aufnahmeelementes
einen größeren Innenradius
haben, als die anderen Abschnitte, und zwar z. B. durch Schleifen
der zuerst erwähnten
Abschnitte.
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Überdimensionierte
Bereiche der äußeren Maße des Einsteckelementes
(3 und 4) oder zu kleine Bereiche der
inneren Maße
des Aufnahmeelementes 7 (5 und 6)
sind in der Umfangsrichtung symmetrisch derart verteilt, dass die
Bereiche 10, 11, 12, 13, wo
es eine Presspassung gibt, in allen wesentlichen Punkten symmetrisch,
in der Umfangsrichtung gesehen, verteilt sind. Im Falle einer Vielzahl
von überdimensionierten
Bereichen des Einsteckelementes sind diese in der Umfangsrichtung
im allgemeinen gleich lang. Das gleiche gilt für die zu kleinen Bereiche im
Falle unterdimensionierter innerer Abmessungen des Aufnahmeelementes 7.
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Bei
der bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform werden das Einsteckelement 6 und
das Aufnahmeelement 7 aus Rohren geformt, die in getrennten
bestimmten Bereichen längs
des Umfangs des Elementes mechanisch bearbeitet wurden, um die Unrundheit
zu erreichen. Man kann das Erhalten der Unrundheit auch durch örtliche
Verringerungen der Wanddicke der Rohre annehmen. Der Übergang von
Bereichen mit Überdimensionierung
zu Bereichen mit Unterdimensionierung bezüglich des Maßes des
Körpers,
mit dem sie in Presspassung gebracht werden sollen, ist vorzugsweise
kontinuierlich, d. h. sanft oder schonend oder wie eine Abschrägung gestaltet
und nicht in der Form von Stufen.
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Es
ist vorteilhaft, wenn das Einsteckelement 6 oder das Aufnahmeelement 7 in
der Umfangsrichtung kontinuierliche Rohrwände in den Umfangsoberflächen 8, 9 aufweist,
wo sich die Unrundheit oder die Radiusveränderung des äußeren Umfangs
des Einsteckelementes 6 bzw. des inneren Umfangs des Aufnahmeelementes 7 befindet.
Es wird jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Unrundheit aus einem oder
mehreren Löchern
besteht, die in den Rohrwandoberflächen 8, 9 angeordnet
sind, d. h. ein örtliches
Fehlen der Wand in den Bereichen, welche die Bereiche 10, 11, 12, 13 trennen
sollen, wo eine Presspassung sein soll. Es ist auch durchaus möglich, dass
sowohl der äußere Umfang
des Einsteckelementes 6 als auch der innere Umfang des
Aufnah meelementes in den Oberflächen 8, 9 unrund
sind, aber aus technischen Gründen
im Zusammenhang mit der Produktion sollte es bevorzugt sein, dass
nur eines der Elemente 6, 7 mit der vorbestimmten
Unrundheit versehen ist.
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Ferner
kann man konzipieren, dass die Bereiche 10, 11, 12, 13,
entlang denen es im wesentlichen eine Presspassung gibt, nicht ganz
voneinander getrennt sind, in Umfangsrichtung gesehen, es ist aber
bevorzugt, dass sie längs
mindestens einer in Umfangsrichtung gesehenen Linie ganz voneinander getrennt
sind, vorzugsweise längs
einer Zone zwischen zwei vorzugsweise in Umfangsrichtung gesehen
parallelen Linien.
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Die
Erfindung gibt auch die Möglichkeit
vor, einen schmalen Streifen mit Presspassungskontakt zwischen den
Einsteckelementen und den Aufnahmeelementen zu erzeugen, wodurch
eine Verbindung der Hauptbereiche 10, 11, 12, 13,
wo es eine Presspassung gibt, ermöglicht wird, oder auch eine Anzahl
von Inseln der Überdimensionierung
oder Unterdimensionierung auf der Umfangsoberfläche des Einsteckelementes bzw.
des Aufnahmeelementes zu erzeugen, um in dem Bereich dieser Inseln
eine Presspassung zu erreichen.
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Man
erkennt, dass eine Vielzahl von Varianten der Erfindung für den Fachmann
offensichtlich ist, ohne den Rahmen der Erfindung und damit den Schutzumfang
zu verlassen, der in den anliegenden Ansprüchen in Verbindung mit der
Beschreibung und den zugehörigen
Zeichnungen bestimmt ist.
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Z.
B. ist die Anzahl der Bereiche 10–13 mit Presspassung
an einzelne Fälle
anpassungsfähig, wie
auch die Geometrie dieser Bereiche, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Es
ist durchaus möglich,
Außenumfangs- und
Innenumfangsbereiche 8, 9 mit einer Keilgestaltung
in der ersten bzw. zweiten Längsrichtung
des Körpers
zu bilden, d. h. Zunahme in Drehachsenrichtung. Auch andere Gestaltungen
sind möglich,
wie z. B. gewölbte
oder gekrümmte
Bereiche.