CH703834A1 - Verfahren zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit und des Vorschubes von Bohrspindeln und Antriebseinheit zur Durchführung des Verfahrens. - Google Patents

Abstract

Zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit und des Vorschubweges ist auf einer Antriebseinheit (1) mit einer Bohrspindel (13) eine Dämpfer- und Bremsvorrichtung (11) aufgesetzt, welche eine elektrorheologische Flüssigkeit enthält. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes wird die Viskosität der Flüssigkeit derart verändert, dass der pneumatisch erzeugten Vorschubkraft der Spindel (13) eine ein- und verstellbare Bremskraft entgegengesetzt wird. Dadurch lässt sich ohne mechanische Mittel die Vorschubgeschwindigkeit über den Vorschubweg ein- und verstellen.

Description

[0001] Verfahren zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit und des Vorschubes von Bohrspindeln und Antriebseinheit zur Durchführung des Verfahrens.

[0002] Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit und des Vorschubes von Bohrspindeln gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Gegenstand der Erfindung ist weiter eine Antriebseinheit gemäss Patentanspruch 4.

[0003] Antriebseinheiten für Bearbeitungswerkzeuge sind bekannt. Bei der aus der EP 1 671 742 bekannten Antriebseinheit ist eine Bohrspindel von einem Elektromotor antreibbar und pneumatisch in axialer Richtung für den Vorschub und den Rückzug verschiebbar gelagert. Die Vorschubgeschwindigkeit wird dabei durch das Zusammenspiel des pneumatischen Drucks und die Bremskraft des Dämpferöls bestimmt. Die Endstellung ist mechanisch durch einen Anschlag vorgegeben. Solche Antriebseinheiten erfüllen ihren Zweck, solange das Bearbeitungswerkzeug, z.B. ein Bohrer, in einem homogenen Werkstück eine Bohrung erstellen muss. Müssen allerdings Bohrungen beispielsweise durch ein Rohr hindurch erstellt werden, so weist diese Antriebseinheit Nachteile auf, denn sobald die erste Rohrwandung durchbohrt ist und der Widerstand des Werkstücks entfällt, wird die Bohrspindel zu schnell durch das Rohrinnere hindurch geführt und kann an der gegenüber liegenden Rohrwand heftig anschlagen.

[0004] Es sind auch Antriebseinheiten bekannt, bei denen der Spindelvorschub mit Hilfe einer Kugelumlaufspindel oder anderer mechanischer Elemente erfolgt. Dabei wird die auf das Werkstück wirkende Kraft des Bohrers unabhängig vom Material des Werkstücks ausgeübt. Dies bedeutet, dass beim Bohren eines zähen Materials das Werkzeug, nämlich der Bohrer, stärker abgenützt wird als beim Bohren eines weniger zähen. Materials. Zudem sind mechanisch ein- und verstellbare Vorschubmechanismen steuerungstechnisch aufwendig und daher teuer.

[0005] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren für eine Antriebseinheit zu schaffen, mit welcher einerseits die Anpresskraft des Werkzeugs an das Werkstück einstellbar ist und mit denen die Vorschubgeschwindigkeit beim Durchbohren von Werkstücken auch mit mehreren hintereinander liegenden, von Lufträumen getrennten Abschnitten, möglich ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, beliebige Positionen auf dem Vor- und Rückweg anfahren zu können.

[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Antriebseinheit gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 4.

[0007] Die Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit als Brems- und Dämpfungsflüssigkeit anstelle von Öl ermöglicht es, ohne mechanische Elemente und allein durch das Ein- und Verstellen des elektrischen Feldes, den Durchfluss der Dämpferflüssigkeit durch eine Blende oder ein anderes Reduzierventil zu steuern und damit die Vorschubgeschwindigkeit mit einem konstanten pneumatisch erzeugten Druck auf die Vorschubspindel auf einfachste Weise zu steuern und beliebig über die Länge des Vorschubweges zu verändern. Es wird damit möglich, die Bohrspindel langsam auf das Werkstück zuzufahren, dann den Druck durch Verminderung der Bremswirkung zu erhöhen und nach Durchgang durch das Werkstück bzw. kurz davor durch Erhöhen der Bremswirkung die Vorschubgeschwindigkeit zu verringern, sodass das Werkzeug sehr langsam aus der Rückseite des Werkstücks herausfahren kann. Beim Bohren eines Rohres kann danach die Vorschubgeschwindigkeit wiederum durch Verringerung der Bremswirkung der Dämpferflüssigkeit verringert und damit die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs beim Durchfahren des Hohlraums erhöht und vor Eindringen in die nächste Wand des Rohres verringert werden. Es können beliebig oft und an beliebiger Stelle des Fahrwegs des Werkzeugs und damit der Spindel die Vorschubgeschwindigkeit und beim Bohren die Anpresskraft auf das Werkstück ein- und verstellt werden.

[0008] Anhand eines illustrierten Beispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>eine perspektivische Darstellung einer Antriebseinheit für ein Bearbeitungswerkzeug, <tb>Fig. 2<sep>eine Frontansicht der Antriebseinheit, <tb>Fig. 3<sep>eine Seitenansicht der Antriebseinheit mit axial aufgeschnittener Dämpf- und Bremsvorrichtung, <tb>Fig. 4<sep>eine Seitenansicht der Rückseite der Antriebseinheit gemäss Fig. 3, <tb>Fig. 5a-f<sep>verschiedene grafisch dargestellte Vorschub und Rücklaufzyklen mit der erfindungsgemässen Antriebseinheit.

[0009] In den Figuren ist mit Bezugszeichen 1 eine Antriebseinheit für ein Bearbeitungswerkzeug, kurz Werkzeug 3, mit einem Antriebsmotor 5, einem Getriebegehäuse 7 und einem Spindellager 9 dargestellt. Über dem Spindellagergehäuse 9 ist eine erfindungsgemässe Brems- und Dämpfervorrichtung 11 aufgesetzt.

[0010] Das Werkzeug 3, im vorliegenden Beispiel ein Spiral-Bohrer, sitzt am vorderen Ende einer Vorschubspindel 13, welche im Spindellagergehäuse 9 dreh- und axial in einer Pinole durch pneumatische Vorschubmittel (nicht dargestellt) axial verschiebbar gelagert ist. Mit Ausnahme der Brems- und Dämpfervorrichtung 11 sind die übrigen Elemente der Antriebseinheit aus dem Stand der Technik bekannt. Aus diesem Grund wird auch die Ausbildung der Konstruktion des pneumatischen Vorschubs der Vorschubspindel nicht näher erläutert.

[0011] Über dem Spindellagergehäuse 9 sitzt beispielsweise in einem separaten Gehäuse die Brems- und Dämpfervorrichtung 11. Diese umfasst ein Wegmesssystem 15 zum Feststellen der Position der Vorschubspindel 13 und damit auch des Werkzeugs 3. Weiter umfasst die Brems- und Dämpfervorrichtung 11 einen Zylinder 17 für die elektrorheologische Flüssigkeit sowie im Einzelnen nicht dargestellte Mittel zum Anlegen eines elektrischen Feldes. Der Aufbau der elektrorheologischen Brems- und Dämpfervorrichtung 11 ist ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Entsprechende Geräte werden beispielsweise von der Firma Fludicon GmbH, Darmstadt, Deutschland, hergestellt und insbesondere für variable Dämpfersysteme z.B. in Fahrzeugen eingesetzt.

[0012] Nachfolgend wird die Funktionsweise des neuen Vorschubsystems mit einem sogenannten Rhedamp-Dämpfungszylinder näher erläutert. Die darin befindliche elektrorheologische Flüssigkeit besteht aus einer Trägerflüssigkeit und polarisierenden Partikeln, z.B. aus Polyurethan. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes wird die Trägerflüssigkeit innerhalb weniger Millisekunden dickflüssig bis nahezu fest. Je höher die Spannung gewählt wird, desto fester, d.h. dickflüssiger wird die Flüssigkeit. Die Variation der Viskosität reicht von einer minimalen «Festigkeit» wie bei Milch bis zu höheren Festigkeiten wie bei einem Radiergummi. Die Flüssigkeit kann stufenlos innerhalb von wenigen Millisekunden zwischen diesen Viskositäten beliebig oft und verschleissfrei hin- und hergeschalten bzw. -gesteuert werden. Durch diese Möglichkeit, durch das elektrisch anzulegendes Feld und dessen Stärke müssen nicht mehr wie bisher bei herkömmlichen Vorschubsystemen mit einem Ölbremszylinder die Wege und Bremskräfte für den Eil- und Arbeitsgang und die Arbeitsgeschwindigkeit feinfühlig eingestellt werden. Es kann über den gesamten Hub nun eine Eilgang- und Arbeitsgeschwindigkeit allein über das elektrische Feld eingestellt werden. Die Bewegung des Werkzeugs 3 kann über den gesamten Hub des Zylinders im Vor- und Rücklauf an jeder beliebigen Stelle unterbrochen oder dessen Geschwindigkeitsverlauf gesteuert werden. So lässt sich beispielsweise wie in den Fig. 5a-f dargestellt der Bohrzyklus bzw. der Geschwindigkeitsverlauf beim Bohren an das Werkstück anpassen. In Fig. 5aist beispielsweise in der linken oberen Hälfte der rasche Vorschub bis ans Werkstück und anschliessend der langsamere Vorschub durch das Werkstück hindurch ersichtlich. Unten ist der Rücklauf im Eilgang möglich. Beim Tieflochbohren kann gemäss den Figuren 5b und 5c der Vorschub in drei, vier oder mehr Schritte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten unterteilt werden und der Rücklauf im Eilgang erfolgen. Gemäss dem Diagramm in Figur 5d kann nach einer vorgebbaren Bohrtiefe das Entspänen durch einen Rückzug des Werkzeugs 3 im Eilgang erfolgen. Der erneute Vorschub bis zur vorhandenen Bohrtiefe kann wiederum im Eilgang erfolgen. Zum Senken oder Rückwärtsbohren kann gemäss Fig. 5eder Bohrer im Eilgang über eine vorgebbare Strecke zurückgezogen und dann beispielsweise das Senken mit geringerer Vorschubgeschwindigkeit erfolgen. Fig. 5fzeigt schematisch das sogenannte Spandruck-Bohren.

[0013] Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es folglich auf kostengünstige Weise, die pneumatischen Vorschubwege und Vorschubgeschwindigkeiten elektronisch zu kontrollieren und damit auch zu steuern. Sie bietet eine äusserst preisgünstige Alternative zur kostenintensiven CNC-Technik an.

Claims (4)

1. Verfahren zum Steuern der Vorschubgeschwindigkeit und des Vorschubes von Bohrspindeln an Bearbeitungswerkzeugen mit pneumatischem Vorschub, bei dem mit einer Dämpferflüssigkeit die Vorschubgeschwindigkeit einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Veränderung der Viskosität der Dämpferflüssigkeit die Vorschubgeschwindigkeit entlang des Spindelvorschubweges ein- und verstellbar.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpferflüssigkeit eine elektrorheologische Flüssigkeit verwendet wird und mit einem elektrischen Feld deren Viskosität verändert und dadurch die Bremsung und Dämpfung der Spindel verändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Erhöhung der Viskosität der Flüssigkeit der Vorschub an beliebiger Stelle des Vor- und Ruckschubweges unterbrechbar ist.

4. Antriebseinheit (1) für Bearbeitungswerkzeuge (3) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend ein Getriebegehäuse (7) mit einer darin gelagerten, von einem Motor (5) antreibbaren Hauptwelle, einer zur Hauptwelle axial verschiebbaren und mit der Hauptwelle antreibbaren Spindel, an deren Ende das Bearbeitungswerkzeug (3) aufsetzbar ist, eine Pinole, in deren vorderen Abschnitt die Spindel (13) drehbar gelagert ist und deren hinterer Abschnitt von der Spindel (13) mit Spiel durchquert wird sowie ein Mittel zum drehfesten und axial verschiebbaren Führen der Pinole im Gehäuse (7) sowie druckluftbetriebene Mittel für den Vorschub der Spindel (13) und fluidbetriebene Dämpfer- und Bremsmittel, dadurch gekennzeichnet/ dass in der Brems- und Dämpfervorrichtung eine elektrorheologische Flüssigkeit als Fluid enthalten ist, deren Viskosität durch ein elektrisches Feld einstellbar- und veränderbar ist.