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Dokumentenidentifikation DE102006033331B3 29.11.2007
Titel Verfahren zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden und zugehöriges Werkzeug
Anmelder Dr. Beier Entgrattechnik Spezial-Entgratwerkzeuge, 15345 Wesendahl, DE
Erfinder Beier, Hans-Michael, 15345 Altlandsberg, DE;
Nothnagel, Reinhard, 38644 Goslar, DE
DE-Anmeldedatum 19.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006033331
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse B23B 51/10(2006.01)A, F, I, 20060719, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden mit einem Durchmesser < 4 mm. Für dieses Werkzeug ist kennzeichnend, dass das Einspannende (1) ein rohrförmiger, druckaufnehmender Schaft ist, der durch ein oder mehrere druckabbauende Spiralspannstifte (3) mit einem werkzeugseitigen Schaftende (2), das einen einschiebbaren elastischen Stützkörper (7) lose aufnimmt, verbunden ist. Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass das Werkzeug trotz extrem kleiner Größe und durch die geringe Anzahl der Einzelteile kostengünstig herstellbar und auch gut handhabbar ist und eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung der Bohrungsenden in der geforderten Qualität ermöglicht. Eine vorteilhafte Anwendung des Werkzeuges ist beispielsweise beim Entgraten und/oder Rückwärtssenken der Bohrungsenden in Werkzeugteilen zur Fertigung von Teigwaren gegeben (Fig. 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden mit einem Durchmesser < 4 mm nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik ist durch DE 43 07 084 C2 ein Entgratwerkzeug zum Entgraten von Stoßkanten an Bohrungen bekannt. Das Werkzeug wird beim Einsatz rotatorisch und/oder translatorisch bewegt, hat einen Werkzeugschaft, der ein Einspannende und ein Ende mit einem innenliegenden Stützkörper und mindestens einem in einem Durchbruch beweglich angeordneten Schneidenkörper mit Schneide aufweist. Für dieses Entgratwerkzeug ist kennzeichnend, dass die Schneide durch einen in der zentralen Ausnehmung sitzenden, aus einem Elastomerwerkstoff bestehenden Stützkörper mit einer radial aufgebrachten Federkraft beaufschlagt wird, wobei der in einem Durchbruch beweglich geführte Schneidenkörper mit einer Stützfläche versehen ist, mit der er am Stützkörper abgestützt ist. Bei Überschreitung einer bestimmten Beaufschlagungskraft gibt die Schneide federnd nach. Es ist auch möglich, den Stützkörper mit einer Vorspannung in der Ausnehmung aufzunehmen. Durch die Abstützung auf dem Stützkörper werden Bewegungen des Schneidenkörpers zugelassen, die ein wirksames Entgraten auch von im Raum liegenden Stoßkanten ermöglichen sollen. Nachteilig ist, dass bei einer Änderung des zu bearbeitenden Werkstoffs von Werkstücken stets der Stützkörper des Entgratwerkzeuges auszutauschen ist. Dieser Stützkörperaustausch ist aber bei Werkzeugdurchmessern von < 4 mm schwierig durchzuführen. Genannte Nachteile werden durch ein in DE 102 15 004 B4 dargestelltes Entgratwerkzeug beseitigt, in dem der Stützkörper am werkzeugseitigen Schaftende als festes Lager angeordnet ist, ein rohrförmiges Schaftstück, das durch ein oder mehrere Verbindungselemente mit dem Werkzeugschaft verbunden ist, den im Durchbruch beweglich gelagerten Schneidenkörper hält, welcher lose mit einem Spiel an der Oberfläche des Stützkörpers, die in Form und Abmessungen von der Oberfläche des Schneidenkörpers stets geometrisch unterschiedlich ist, aufliegt und ein unter Druck in eine Durchgangsbohrung des Werkzeugschaftes gepresster Stoff die Schneide nach außen bewegt. Zum Entgraten von beispielsweise Stoßkanten an einer Querbohrung in einem Motorblock ist vor dem Einführen des Entgratwerkzeuges in die Bohrung ein Druck p von 0,3 MPa an der Werkzeugmaschinensteuerung zu programmieren. Fährt das Entgratwerkzeug in die Bohrung, so werden die außerhalb des Werkzeugschaftes liegenden Schneiden nach innen bewegt, wodurch Teilbereiche des Durchbruches frei werden und der in die Durchgangsbohrung des Entgratwerkzeuges gepresste flüssige oder gasförmige Stoff abfließen kann. Tritt die Schneide in die Querbohrung ein, bewegt sich diese durch den anliegenden Druck, welcher durch die vorhandene Flächendifferenz zwischen Stützkörper und Schneidenkörper entsteht, nach außen. Jetzt liegt eine bestimmte Kraft an, die zum Entgraten nutzbar ist. Der Druck p kann in Abhängigkeit vom Werkstoff und der gebohrten Menge mit durch den Verschleiss des Bohrers zunehmend entstehenden Gratabmessungen programmiert erhöht werden. Ebenfalls soll es möglich sein, drucklos bis zur Gratbasis der zu entgratenden Querbohrung heranzufahren. Das in DE 102 15 004 B1 dargestellte Entgratwerkzeug hat aber den Nachteil, dass die Zuführung des Druckmittels durch eine im Werkzeug liegende Durchgangsbohrung kurzzeitig keine ausreichenden Kräfte an der bzw. an den Schneidkanten erzeugt, um den Grat an den Bohrungsenden zu entfernen oder ein Aufbohren der Bohrungsenden zu ermöglichen.

Bekannt ist weiterhin durch EP 1 356 884 A1 ein Werkzeug zum Senken, Entgraten und Ausspindeln von Bohrungen, das aus einem um seine Längsachse rotierend angetriebenen Messerhalter besteht, in dem im Winkel zu seiner Längsachse mindestens eine aus im wesentlichen ineinander übergehenden Radien gebildete Ausnehmung angeordnet ist, in der ein oder mehrere Schneidmesser oder deren Halter auswechselbar und/oder verschiebbar lastübertragend gehalten sind, wodurch ein besserer Schutz gegen Verkanten und Ausbrechen des Schneidmessers aus der Ausnehmung im Messerhalter gegeben sein soll. Für das Schneidmesser ist kennzeichnend, dass es aus einem Körper besteht, in dem in Umfangsrichtung eine Nut für den Eingriff einer Nocke des Antriebsstabes eingearbeitet ist. An der Vorderkante des Körpers ist abgesetzt eine Schneidkante angeordnet, die die spanabhebende Bearbeitung der Bohrung sichert. Die Schneidkante geht in eine Freifläche über und unterhalb der Schneidkante ist bekannterweise eine Spannut angeordnet, die die abgehobenen Späne abführt. Das Schneidmesser ist in der Ausnehmung quer zur Achse des Antriebsstabs verschiebbar geführt und die auf das Schneidmesser wirkenden Verkantungskräfte werden von zwei diametral gegenüber liegenden Positionsflächen des Schneidmessers auf die zugeordneten Führungs- und Abstützflächen in der Ausnehmung übertragen. Nachteilig ist die komplizierte konstruktive Ausführung des Werkzeuges, insbesondere die des Schneidmessers, zur Gewährleistung der Funktion des Werkzeuges. Damit ist dieses Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden mit einem Durchmesser von < 4 mm nur mit einem nicht vertretbaren Aufwand oder generell nicht einsetzbar. Andere Werkzeuge zum Rückwärtssenken, wie beispielsweise das in DE 34 29 971 C2 dargestellte Werkzeug zum Ansenken des rückwärtigen Endes von Durchgangsbohrungen oder das durch DE 39 10 426 A1 bekannte Werkzeug zum Rückwärtssenken und -abflächen von Durchgangsbohrungen, sind ebenfalls auf Grund ihrer komplizierten konstruktiven Ausführungen nicht für das Rückwärtssenken von kleinsten Bohrungen handhabbar und damit einsetzbar.

Das Problem der Erfindung besteht deshalb darin, ein Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden mit einem Durchmesser von < 4 mm vorzuschlagen, das konstruktiv einfach ausgeführt ist, eine einfache Handhabung garantiert und die erforderlichen Kräfte an der bzw. an den Schneidkanten zur Gratentfernung oder zum Aufbohren der Bohrungsenden erzeugt.

Die Lösung des vorhandenen Problems besteht in einem Werkzeug mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bis 13. Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass das Werkzeug trotz extrem kleiner Größe und durch die geringe Anzahl der Einzelteile kostengünstig herstellbar und auch gut handhabbar ist und eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung der Bohrungsenden in der geforderten Qualität ermöglicht. Eine vorteilhafte Anwendung dieses Werkzeuges ist beispielsweise beim Entgraten und/oder Rückwärtssenken der Bohrungsenden in Werkzeugteilen zur Fertigung von Teigwaren gegeben.

Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Hierzu zeigen die zugehörigen Zeichnungen in

1: ein zweiteiliges Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden in der Seitenansicht im Schnitt,

2: eine weitere Ausführungsform des zweiteiligen Werkzeuges in der Seitenansicht im Schnitt,

3: ein einteiliges Werkzeug mit zwei Schneiden zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden mit kleineren Durchmessern bis zu 1,5 mm in der Seitenansicht im Schnitt,

4: eine Schneide zum Rückwärtssenken in der Vorder-, Seiten- und Draufsicht,

5: eine Schneide zum Entgraten in der Vorder- und Seitenansicht,

6: einen Stützkörper in der Vorder- und Seitenansicht,

7: einen Stützkörper mit Formräumen,

8: einen Stützkörper für ein einteiliges Werkzeug mit zwei Schneiden in der Seiten- und Draufsicht und

9: einen zweiteiligen Stützkörper in der Seitenansicht

1 zeigt ein zweiteiliges Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden in der Seitenansicht im Schnitt. Erkennbar ist, dass ein rohrförmiger, druckaufnehmender Schaft (Einspannende) 1 durch einen druckabbauenden Spiralspannstift 3 mit einem werkzeugseitigen Schaftende 2 verbunden ist. Das Schaftende 2 hat einen Durchbruch 4 zur Aufnahme eines beweglichen Schneidenkörpers 5 mit einer Schneide 6 und einen innenliegenden elastischen Stützkörper 7. Der elastische Stützkörper 7 ist ein silizium-organischer Kunststoff (Silikon) oder besteht aus Naturkautschuk oder einem anderen Elastomer mit einer Härte von 30 bis 80 Shore und wird bei der Montage des Werkzeuges ohne wesentliche Vorspannung bis zum Ende in das Schaftende 2 eingeschoben, wobei der Schneidenkörper 5 am abgeflachten Teilbereich der Stützkörperoberfläche 16 anliegt. Wird der rohrförmige Schaft 1 maschinenseitig mit einem Druck p von 1,5 MPa beaufschlagt, verliert der im werkzeugseitigen Schaftende 2 lose liegende Stützkörper 7 seine Elastizität.

Zur Erzeugung des Druckes p sind unterschiedliche Druckmittel, wie beispielsweise Luft, Öl, Bohremulsion oder ein Gemisch einsetzbar. Das Werkzeug kann in dieser Stellung zurück bewegend als Senker mit starrer Schneide benutzt werden. Bei einer Druckbeaufschlagung von 0,1 bis zu 20 Sekunden ist so ein Bohrungsende durch Rückwärtssenken (Aufbohren) bearbeitbar. Der impulsartige Druckaufbau und -abbau erfordern aber eine spezielle Ausführungsform der Schneide 6 gemäß 4. Wird das Werkzeug beispielsweise 0,1 bis zu 3 Sekunden mit einem Druck p von 1,5 MPa beaufschlagt und danach der Druck p auf Null zurückgeführt, stellt sich in weniger als 5 Sekunden im gesamten Druckmittelzuführungssystem und im Werkzeug ein Druckabbau auf Null ein. Erreicht wird dies durch die Anordnung eines oder mehrerer Spiralspannstifte, Spannstifte oder Spannhülsen 3 und durch die Anordnung einer zusätzlichen Querbohrung 8 zur besseren Steuerung der Druckabbauzeit. In dieser Druckabbauzeit ist die Schneide 6 ebenfalls zurück bewegend zum Entgraten eines Bohrungsendes einsetzbar. Am werkzeugseitigen Schaftende 2 sind weiterhin Vorentgrater 9 angeordnet, die für das Entgraten gleichbleibende Gratabmessungen realisieren. Nach ca. 5 Sekunden kann das Werkzeug in der Bohrung ohne Beschädigungen zurückgeführt werden.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform des zweiteiligen Werkzeuges in der Seitenansicht im Schnitt. Das Ende des werkzeugseitigen Schaftendes 2 mit einem Innendurchmesser D1 ist hier ein Verschluss-Stift, Spiralspannstift oder eine Spannhülse 10 mit einem Durchmesser D2. Der im Bereich des Schneidenkörpers 5 angeordnete elastische Stützkörper 7 liegt werkzeugseitig am Verschluss-Stift 10 an und einspannseitig ist im Abstand a zum Stützkörper 7 ein Spiralspannstift oder ein Spannstift oder eine Spannhülse 3 mit einem Durchmesser D3 im rohrförmigen Schaft 1 angeordnet, wobei das Druckmittel zur Erzeugung des Druckes p durch die gewählten Durchmesserverhältnisse D1-D2-D3 optimal auf den Stützkörper 7 wirkt und so die erforderlichen Kräfte an der bzw. an den Schneidkanten zur Gratentfernung oder zum Aufbohren der Bohrungsenden erzeugt. Auch diese Ausführungsform des zweiteiligen Werkzeuges hat entsprechende Vorentgrater 9.

3 zeigt ein einteiliges Werkzeug mit zwei Schneiden zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden mit kleineren Durchmessern bis zu 1,5 mm in der Seitenansicht im Schnitt. Kennzeichnend ist, dass das Einspannende und das werkzeugseitige Schaftende ein einteiliger rohrförmiger Schaft 1 sind. Die Anordnung des Spiralspannstiftes 3, des Stützkörpers 7 und des Verschluss-Stiftes 10 erfolgt analog 2. Zwei Schneidenkörper 5 mit einer Schneide 6 sind in den Durchbrüchen 4 angeordnet. Dieses zweischneidige Werkzeug senkt die Bearbeitungszeiten erheblich und steigert somit die Wirtschaftlickkeit.

4 zeigt eine Schneide zum Rückwärtsenken in der Vorder-, Seiten- und Draufsicht. Es ist dargestellt, dass der Schneidenkörper 5 zur effizienten Übertragung der erzeugten Schneidenkräfte eine Schulter 11 und eine Schneidenkörperoberfläche 19 aufweist, wobei die Schneidenkörperoberfläche 19 und der abgeflachte Teilbereich der Stützkörperoberfläche 16 gleich oder annähernd gleich sind. Der Schneidenkörper 5 mit der Schneidenfläche 12 ist durch übliche Spanungswinkel &agr;, &bgr;, &ggr; und einen Spitzenwinkel &dgr; sowie durch eine Spanfläche 13, eine Freifläche 14 und einer Hauptschneidenfläche 15 gekennzeichnet, wodurch die Schnittkräfte zum Aufbohren der Bohrungsenden minimiert werden.

5 zeigt eine Schneide zum Entgraten in der Vorder- und Seitenansicht. Der Stützkörper 5 weist wie in 4 dargestellt ebenfalls eine Schulter 11 und eine Schneidenkörperoberfläche 19 auf. Zur Gewährleistung des Entgratens von Bohrungsenden ist die Schneidenecke 18 der Schneide 6 keine Schräge. Die Schneidenecke 18 ist linear oder kegelschnittförmig ausgeführt oder durch Teilbereiche eines Kreises oder durch Evolventenbereiche gekennzeichnet. Diese Schneidenkonstruktion sichert problemlos die Funktionsfähigkeit des Werkzeuges für einen impulsartigen Druckaufbau und -abbau, insbesondere beim Entgratens von Bohrungsenden mit einem Durchmesser von < 1,5 mm.

6 zeigt einen Stützkörper in der Vorder- und Seitenansicht. Es ist dargestellt, dass der Stützkörper 7 mit einem Durchmesser D4 zylindrisch ist und mindestens einen abgeflachten Teilbereich der Stützkörperoberfläche 16 hat. Kennzeichnend ist weiterhin, dass der Durchmesser D4 des Stützkörpers 7 kleiner als der Durchmesser D1 des rohrförmigen Schaftes 1 ist. Es ist auch möglich, dass die Durchmesser D1 und D4 gleich oder annähernd gleich sind.

7 zeigt einen Stützkörper mit Formräumen. Der Stützkörper 7 weist an den Enden Formräume 17 auf, die der geometrischen Form der anliegenden Spiralspannstifte, der Verschluss-Stifte, Spannstifte oder Spannhülsen 3; 10 entsprechen. Diese Ausführung des Stützkörpers ist wesentlich für die Funktionsfähigkeit des Werkzeuges.

8 zeigt einen Stützkörper für ein einteiliges Werkzeug mit zwei Schneiden in der Seiten- und Draufsicht. Der Stützkörper 7 hat zur wirksamen Kraftübertragung auf die jeweilige Schneidenkörperoberfläche des Schneidenkörpers abgeflachte Teilbereiche der Stützkörperfläche 16.

9 zeigt einen zweiteiligen Stützkörper in der Seitenansicht. Dieser zweiteilige Stützkörper 7 mit seinen abgeflachten Teilbereichen der Stützkörperoberfläche 16 ist vorrangig in einteiligen Werkzeugen mit einem Durchmesser von bis zu 1,5 mm vorteilhaft einsetzbar.

1
Einspannende, rohrförmiger Schaft
2
werkzeugseitiges Schaftende
3
Spiralspannstift, Spannstift, Spannhülse
4
Durchbruch
5
Schneidenkörper
6
Schneide
7
elastischer Stützkörper
8
Querbohrung
9
Vorentgrater
10
Verschluss-Stift, Spiralspannstift, Spannhülse
11
Schulter
12
Schneidefläche
13
Spanfläche
14
Freifläche
15
Hauptschneidenfläche, Aufbohren
16
abgeflachter Teilbereich der Stützkörperoberfläche
17
Formraum
18
Schneidenecke, Entgraten
19
Schneidenkörperoberfläche
D1
Innendurchmesser von 2
D2
Durchmesser von 10
D3
Durchmesser von 3
D4
Durchmesser von 7


Anspruch[de]
Werkzeug zum Entgraten und/oder Rückwärtssenken von Bohrungsenden mit einem Durchmesser < 4 mm, mit einem rotatorisch und/oder translatorisch bewegbaren Werkzeugschaft, der ein Einspannende (1) und ein Ende (2) mit entweder einem innenliegenden, einer radial aufgebrachten Federkraft versehenden Stützkörper (7) aus einem Elastomerwerkstoff oder mit einem als festes Lager angeordneten Stützkörper (7) mit einer Durchgangsbohrung zur Einleitung eines unter Druck stehenden Stoffes, und mindestens einem in einem Durchbruch (4) angeordneten Schneidenkörper (5) mit einer Schneide (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannende (1) ein rohrförmiger, druckaufnehmender Schaft ist, der durch ein oder mehrere druckabbauende Spiralspannstifte (3) mit einem werkzeugseitigen Schaftende (2), das einen einschiebbaren elastischen Stützkörper (7) lose aufnimmt, verbunden ist. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspannende und das werkzeugseitige Schaftende ein einteiliger rohrförmiger Schaft (1) mit einem Durchmesser D1 sind, ein im Bereich des Schneidenkörpers (5) angeordneter elastischer Stützkörper (7) am werkzeugseitigen Schaftende (2) an einen Verschluss-Stift (10) mit einem Durchmesser D2 anliegt und einspannseitig im Abstand a ein Spiralspannstift (3) mit einem Durchmesser D3 angeordnet ist, wobei das Druckmittel durch die gewählten Durchmesserverhältnisse D1-D2-D3 optimal auf den Stützkörper (7) wirkt. Werkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Stützkörper (7) ein silizium-organischer Kunststoff (Silikon) ist oder aus Naturkautschuk oder einem anderen Elastomer mit einer Härte von 30 bis 80 Shore besteht. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (7) mit einem Durchmesser D4 zylindrisch ist und mindestens einen abgeflachten Teilbereich der Stützkörperfläche (16) hat. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D4 des Stützkörpers (7) kleiner als der Durchmesser D1 des rohrförmigen Schaftes (1) ist. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser D1 und D4 gleich oder annähernd gleich sind. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der abgeflachte Teilbereich der Stützkörperoberfläche (16) und die Schneidkörperoberfläche (19) gleich oder annähernd gleich sind. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (7) an den Enden Formräume (17) aufweist, die die geometrische Form der Spiralspannstifte (3; 10) haben. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (7) mehrteilig ausgebildet ist. Werkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass am werkzeugseitigen Schaftende (2) ein oder mehrere Vorentgrater (9) angeordnet sind. Werkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidenkörper (5) eine Schulter (11), eine Schneide (12) mit Spanungswinkeln &agr;, &bgr;, &ggr; und einen Spitzenwinkel &dgr; sowie eine Hauptschneide (15) mit einer Spanfläche (13) und einer Freifläche (14) zum Aufbohren hat. Werkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidenkörper (5) eine Schulter (11), eine Schneidenkörperoberfläche (19) und eine Schneidenecke (18) ohne übliche Spanungswinkel aufweist. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidenecke (18) linear oder kegelschnittförmig ist oder durch Teilbereiche eines Kreises oder durch Evolventenbereiche gebildet wird.






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