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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Der Erfindung betrifft ein Entgratwerkzeug zum Entgraten einer Bohrungsverschneidung im Inneren eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei Hubkolbenmotoren ist eine ausreichende und kontinuierliche Schmierung von Kurbelwellenlagern von entscheidender Bedeutung, um Motorschäden zu vermeiden. Die Schmierung von Kurbelwellenlagern erfolgt bekanntlich über ein System von Schmierölkanälen bzw. Ölbohrungen im Inneren der Kurbelwelle. Dabei sind in der Regel in einigen Hauptlagern diametral durchgehende Hauptbohrungen und zusätzlich schräg zu einer Hauptbohrung verlaufende Querbohrungen vorgesehen, die jeweils an einer benachbarten Hublagerfläche münden. Die Querbohrungen münden im Bereich einer Bohrungsverschneidung unter einem mehr oder weniger spitzen Winkel in die Hauptbohrung.
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Bei der Fertigung der Ölbohrungen in Kurbelwellen entstehen durch die Überschneidung der Kanäle Grate in den Bohrungen, besonders ausgeprägt an der spitzwinkligen Seite. Lösen sich diese Grate und gelangen in den Ölkreislauf, so kann ein Schaden an den Kurbelwellenlagerschalen entstehen. Dies kann im schlimmsten Fall zu einem Motorschaden führen.
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Während der Fertigung werden meist zunächst die senkrecht zur Kurbelwellenachse verlaufenden Hauptbohrungen und danach die Querbohrungen hergestellt. Wenn von einem Hauptlager die beiden benachbarten Hublager mit Schmieröl versorgt werden sollen, so sind zum Teil zwei an gegenüberliegenden Seiten der Hauptbohrung Querbohrungen vorgesehen, wobei die Mündungsbereiche zur Hauptbohrung in einem axialen Abstand voneinander liegen. Die Hauptbohrung kann bei der Fertigung unter Umständen stark verlaufen, so dass zwar die Position des Bohrungseintritts zu Beginn der Bohrung, nicht aber die Austrittsposition an der gegenüberliegenden Seite der Bohrung definiert ist.
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Es besteht ein Bedarf an Techniken, die eine zuverlässige Beseitigung von Graten im Bereich von Bohrungsverschneidungen im Inneren eines Werkstücks ermöglichen.
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Die deutsche Patentschrift
DE 40 15 412 C1 beschreibt, dass die Entgratung von Mündungspunkten wenigstens zweier Bohrungen im Inneren eines Körpers gelingen kann mit einer an eine Hochdruck-Wasserpumpe angeschlossenen, in die Bohrung einführbaren, stirnseitig geschlossenen und rotierend angetriebenen Sonde mit umfangsmäßig gegenüberliegenden Austrittskanälen, die entgegengesetzt gerichtet sind.
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Als Alternative zur Entgratung mittels rotierenden Wasserstrahlen ist auch schon vorgeschlagen worden, die Grate an Bohrungsverschneidungen im Inneren von Werkstücken mittels elektrochemischer Bearbeitung zu beseitigen.
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Es gab auch bereits Vorschläge, für die Entgratung von Bohrungsverschneidungen im Inneren von Werkstücken mechanische Werkzeuge zu verwenden. Beispielsweise sind Keramik-Faserschleifstifte für die Entgratung von Querbohrungen in zylindrischen Hauptbohrungen kommerziell verfügbar. Dieser Typ von Entgratwerkzeugen arbeitet mit geometrisch unbestimmten Schleifkörpern.
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Die Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2004 003 332 U1 beschreibt Entgratwerkzeuge mit geometrisch bestimmter Schneide. Bei dem Entgratwerkzeug handelt es sich um ein rotierend antreibbares Werkzeug mit einem Schaftteil an einem hinteren axialen Ende des Werkzeugs und einem im Wesentlichen zylindrischen Bearbeitungsteil an einem vorderen Ende des Werkzeugs. In dem Bearbeitungsteil ist mindestens eine wendelförmige und vorzugsweise hinterschnittene Nut eingearbeitet. Am vorderen axialen Ende des Werkzeugs ist ein konischer Anschnitt vorgesehen. Der zylindrische Bearbeitungsteil weist zumindest in einem Abschnitt Mittel zur Erhöhung der radialen Nachgiebigkeit auf. Bei einem Ausführungsbeispiel ist dazu ein vom vorderen Ende ausgehenden diametral durchgehender Längsschnitt vorgesehen, so dass ein gabelförmig geschlitzter Schneidteil entsteht. Beschrieben wird die Entgratung von umlaufenden Graten am Übergang von Radialbohrungen in eine zentrale Axialbohrung.
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Die
DD 249 426 A1 beschreibt ein Werkzeug zum beidseitigen Entgraten bzw. Anfasen der Kanten von Durchgangsbohrungen. Die Aufgabe besteht darin, ein Werkzeug zu schaffen, welches für relativ kleine Durchgangsbohrungen ersetzbar ist. Gemäß der Lehre dieses Dokuments ist am Grundkörper des Werkzeuges ein in radialer Richtung federnder Schenkel angearbeitet, der einen Schneidkörperhalter trägt. Die Rotationsachse des Werkzeuges geht durch den Schneidkörperhalter. Spannelemente sorgen für eine formschlüssige Verbindung des auswechselbaren Schneidkörpers im Schneidkörperhalter.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Entgratwerkzeug zum Entgraten einer Bohrungsverschneidung im Inneren eines Werkstücks bereitzustellen, welches relativ einfach und kostengünstig herstellbar ist und sich durch zuverlässige Funktion und Langlebigkeit auszeichnet. Insbesondere soll das Entgratwerkzeug dazu geeignet sein, den Mündungsbereich von schräg zu einer Hauptbohrung verlaufenden Querbohrungen auf einfache Weise zuverlässig zu entgraten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Entgratwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Das Entgratwerkzeug hat einen Werkzeugkörper, der eine Längsachse aufweist, die sich von einem vorderen Ende zu einem hinteren Ende des Werkzeugkörpers erstreckt. Anschließend an das hintere Ende weist das Entgratwerkzeug einen Einspannabschnitt zum Einspannen in eine Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine auf. Anschließend an das vordere Ende weist das Entgratwerkzeug einen in die Hauptbohrung einführbaren Bearbeitungsabschnitt mit mindestens einer geometrisch bestimmten Schneide zum Beseitigen eines Grats am Übergang einer Querbohrung in die Hauptbohrung auf.
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Der Werkzeugkörper hat vorzugsweise eine kreiszylindrische Grundform und kann z.B. im Wesentlichen aus einen Rundstab aus Werkzeugstahl bestehen, an dem bei der Herstellung durch materialabtragende Bearbeitung funktionelle Konturen erzeugt werden, insbesondere im Bearbeitungsabsch nitt.
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Eine Besonderheit des Entgratwerkzeugs besteht darin, dass an einer ersten Seite des Bearbeitungsabschnitts eine Freifläche ausgebildet ist, die sich vom vorderen Ende des Werkzeugkörpers in Längsrichtung des Werkzeugkörpers erstreckt, vorzugsweise parallel zur Längsachse, ggf. auch mit Abweichungen von exakter Parallelität. Die Freifläche weist zwischen den sie begrenzenden Längskanten (am Übergang zur Mantelfläche des Werkzeugkörpers) eine Breite auf, die einem Umfangswinkel von maximal 170° entspricht. Die Breite ist so an den Durchmesser einer zu entgratenden Querbohrung angepasst, dass beim Einführen des Entgratwerkzeugs in die Hauptbohrung das vordere Ende des Entgratwerkzeugs an einer zu entgratenden Querbohrung ohne Berührung des daran ausgebildeten Grats vorbeiführbar ist, wenn die Freifläche dieser Querbohrung beim Einführen zugewandt ist.
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Das Entgratwerkzeug ist als selbstführendes Werkzeug ausgebildet. Dazu ist am Bearbeitungsabschnitt ein Führungskopf mit einem an den Innendurchmesser der Hauptbohrung angepassten ersten Führungsabschnitt zur spielfreien Führung des Bearbeitungsabschnitts in die Hauptbohrung ausgebildet. Eine in Kontakt mit der Bohrungswand tretende, vorzugsweise durchgängig zylindrisch gekrümmte Außenfläche bzw. Mantelfläche des ersten Führungsabschnitts erstreckt sich dabei über einen Umfangswinkel von mehr als 180°, insbesondere 190° oder mehr, so dass die Führungsfunktion gewährleistet ist. Der Führungsabschnitt weist an der ersten Seite einen Teil der Freifläche auf. Die vorzugsweise zylindrische Außenkontur bzw. Mantelfläche des ersten Führungsabschnitts erstreckt sich dann in Umfangsrichtung zwischen den Längskanten der Freifläche.
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An der dem vorderen Ende abgewandten Seite des ersten Führungsabschnitts ist eine erste Schneide mit einer ersten Schneidkante ausgebildet, welche zwischen den Längskanten der Freifläche bogenförmig um die Längsachse herum verläuft. An der dem vorderen Ende abgewandten Seite dieser ersten Schneide ist eine Aussparung ausgebildet, die bei in die Hauptbohrung eingeführten Bearbeitungsabschnitt zusammen mit der Bohrungswand der Hauptbohrung einen Spansammelraum zur Aufnahme eines durch die erste Schneide abgescherten Grats bildet. Diese Aussparung kann z.B. diametral gegenüber der Freifläche angeordnet sein. Dadurch, dass die erste Schneide am ersten Führungsabschnitt ausgebildet ist, ist eine zuverlässige Führung des Entgratwerkzeugs beim Entgraten mittels der ersten Schneide sichergestellt.
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Die erste Schneide ist so ausgerichtet, dass sie nicht beim Einführen des Entgratwerkzeugs schneiden kann, sondern beim Herausziehen des Entgratwerkzeugs aus der Hauptbohrung. Das Entgratwerkzeug wird also bei der Entgratoperation mittels der ersten Schneide unter Zugbeanspruchung gesetzt, wodurch eine besonders kraftvolle Entgratung ohne Verbiegen des Entgratwerkzeugs möglich ist. Die Arbeitsbewegung des Entgratwerkzeugs beim Entgraten ist eine reine axiale Translationsbewegung, eine Rotation des Entgratwerkzeugs beim Entgraten ist weder vorgesehen noch gewünscht. Es wurde erkannt, dass ein „ziehender Schnitt“, wie er beispielsweise bei Rotationswerkzeugen mit wendelförmigen umlaufenden Schneiden erzeugt wird, gerade bei der Entgratung von Schrägbohrungen eher zum Verbiegen eines Grates als zum Abscheren des Grates führen kann. Das Entgratwerkzeug gemäß der beanspruchten Erfindung wirkt dagegen im Wesentlichen wie ein Räumwerkzeug, was sich insbesondere beim Entgraten von Schrägbohrungen als sehr vorteilhaft erweist.
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Obwohl es möglich ist, dass die erste Schneidkante in einem geringen Schrägwinkel verläuft, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Schneidkante in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene liegt. Dadurch werden jegliche Anteile eines ziehenden Schnitts beim Herausziehen des Entgratwerkzeugs vermieden. Außerdem lassen sich derartige erste Schneiden wesentlich leichter fertigen als schräg verlaufende Schneiden, wie sie beispielsweise bei wendelförmigen umlaufenden Schneidkanten vorliegen.
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Die Breite der Freifläche kann prinzipiell an die Bearbeitungsaufgabe angepasst werden, insbesondere an das Durchmesserverhältnis DQ/DH zwischen dem Durchmesser DQ einer Querbohrung und dem Durchmesser DH der Hauptbohrung. Liegt dieses Verhältnis bei 1 oder nahe bei 1, so sollte die Freifläche relativ zum Durchmesser des Entgratwerkzeugs relativ breit sein. Bei kleineren Querbohrungen (z.B. bei DQ/DH ≤ 0.5) kann die Breite der Freifläche geringer sein.
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Ein guter Kompromiss zwischen mechanischer Stabilität des Entgratwerkzeugs im Bearbeitungsabschnitt einerseits und ausreichender Größe des entstehenden Freiraums andererseits kann erreicht werden, wenn die Freifläche eine zwischen den Längskanten gemessene Breite aufweist, die im Bereich des Durchmessers der Querbohrung liegt. Die Breite kann z.B. in einem Bereich von ca. 50 % bis ca. 95 % des Durchmessers des Bearbeitungsabschnitts liegt. Die Breite der Freifläche kann z.B. einem Umfangswinkel aus dem Bereich von 40° bis 160° entsprechen.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Freifläche eine ebene Fläche ist, also eine Planfläche, die durch Sehnen am Umfang des zylindrischen Werkzeugkörpers aufgespannt wird. Derartige Freiflächen sind beispielsweise durch Fräsen oder Erodieren präzise und kostengünstig zu fertigen und beeinträchtigen die Stabilität des Bearbeitungsabschnitts relativ wenig. Eine ebene Freifläche geht entlang achsparallelen Längskanten in die zylindrischen Abschnitte der Außenkontur des Werkzeugkörpers über. Die stumpfwinkligen Längskanten wirken nicht als Schneiden. Eine ebene Ausbildung der Freifläche ist jedoch nicht zwingend. Die Freifläche könnte auch als in Längsrichtung des Entgratwerkzeugs verlaufende konkave oder V-förmige Nut oder Rinne ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass der durch die Ausbildung der Freifläche entstehende Freiraum zwischen der Freifläche und der Innenwand der Hauptbohrung beim Einführen des Entgratwerkzeugs ausreichend groß ist, um bei entsprechender Drehstellung des Entgratwerkzeugs dessen vorderes Ende zunächst ohne Berührung mit einem Grat an der Mündung einer Querbohrung vorbeischieben zu können.
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Die (in Längsrichtung des Entgratwerkzeugs gemessene) Länge der Freifläche kann einem Vielfachen des Durchmessers des Bearbeitungsabschnitts entsprechen. Beispielsweise kann die Freifläche so lang sein, dass ihre Länge dem 2-fachen bis 6-fachen des Durchmessers des Werkzeugkörpers entspricht.
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Um vor der ersten Schneide einen ausreichend großen Spanraum zu schaffen, kann die an die erste Schneide anschließende Aussparung eine parallel zur Längsachse verlaufende Planfläche aufweisen, insbesondere eine Planfläche, die parallel zur einer ebenfalls ebenen Freifläche verläuft.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen weist der Führungskopf einen zweiten Führungsabschnitt zur spielfreien Führung des Bearbeitungsabschnitts in der Hauptbohrung auf, wobei der zweite Führungsabschnitt in einem axialen Abstand zum ersten Führungsabschnitt angeordnet ist, sich über einen Umfangswinkel von mehr als 180° erstreckt und an der ersten Seite einen Teil der Freifläche aufweist. In dem mit Freifläche versehenen Abschnitt des Bearbeitungsabschnitts können somit zwei mit ausreichendem axialen Abstand zueinander liegende Führungsabschnitte vorgesehen sein, wodurch eine große Führungslänge entsteht und damit eine sichere axiale Führung des Bearbeitungsabschnitts während alle Arbeitsbewegungen sichergestellt werden kann.
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Dass der axiale Abstand kann größer als der Durchmesser des Werkzeugkörpers sein, wobei der axiale Abstand vorzugsweise mehr als das Doppelte des Durchmessers beträgt.
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Bevorzugte Ausführungsformen von Entgratwerkzeugen zeichnen sich dadurch aus, dass zusätzlich zu der ersten Schneide eine zweite Schneide mit einer zweiten Schneidkante ausgebildet ist, welche bogenförmig um die Längsachse herum verläuft, wobei die zweite Schneide entgegengesetzt zur ersten Schneide ausgerichtet ist. Die Schneidkanten der beiden Schneiden weisen also in entgegengesetzte Richtungen. Die zweite Schneide ist vorzugsweise weiter entfernt vom vorderen Ende angebracht als die erste Schneide, so dass die erste Schneide und die zweite Schneide einander zugewandte Schneidkanten aufweisen. Vorzugsweise liegt die zweite Schneidkante in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene, so dass beim axialen Arbeitshub des Entgratwerkzeugs bei Einsatz der zweiten Schneide ebenfalls kein Anteil eines ziehenden Schnittes vorliegt, sondern eine ausschließlich axial wirkende Schnittkraft ähnlich einem Räumprozess.
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Im Bereich vor der zweiten Schneide kann eine Aussparung zur Aufnahme von Spänen vorgesehen sein, die durch die zweite Schneide abgeschert werden.
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Um eine möglichst große Führungslänge des Entgratwerkzeugs in der Hauptbohrung sicherzustellen, kann die zweite Schneide derart jenseits des zweiten Führungsabschnitts liegen, dass der zweite Führungsabschnitt zwischen der ersten Schneide und der zweiten Schneide liegt. Die zweite Schneide kann als vorderer Abschluss des zylindrischen Teils des Werkzeugkörpers bzw. des Werkzeugschafts ausgebildet sein, so dass die zweite Schneide an einem Schaftabschnitt des Werkzeugkörpers ausgebildet sein kann. Im Gegensatz zur ersten Schneide kann die zweite Schneide vollständig um das Entgratwerkzeug herumlaufen, also über einen Umfangswinkel von 360°.
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Gemäß einer anderen Formulierung kann ein gattungsgemäßes Entgratwerkzeug auch so weitergebildet bzw. charakterisiert werden, dass der Bearbeitungsabschnitt genau zwei geometrisch bestimmte Schneiden (die erste Schneide und die zweite Schneide) aufweist, die mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind und in entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sind. Jede der Schneiden kann zum Beseitigen eines Grates am Übergang einer Querbohrung die Hauptbohrung vorgesehen sein. Das Entgratwerkzeug kann somit optimal an Werkstücke, wie beispielsweise Kurbelwellen, angepasst sein, bei denen an unterschiedlichen axialen Positionen schräg zur Hauptbohrung verlaufende Querbohrungen (Schrägbohrungen) aus unterschiedlichen, ggf. entgegengesetzten Schrägrichtungen in die Hauptbohrung münden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
- 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zu entgratenden Werkstücks in Form einer Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor zusammen mit Entgratwerkzeugen, die in Hauptbohrungen des Schmierölsystems eingeführt sind;
- 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Entgratwerkzeug;
- 3 zeigt eine Seitenansicht des Entgratwerkzeugs aus 1 in einer Drehstellung, die gegenüber der Drehstellung von 2 um einige Grad verändert ist;
- 4 zeigt einen vergrößerten Detail-Längsschnitt des Bearbeitungsabschnitts des Entgratwerkzeugs;
- 5 zeigt eine axiale Vorderansicht auf das vordere Ende des Entgratwerkzeugs; und
- 6 bis 12 zeigen unterschiedliche Phasen eines Entgratprozesses bei Verwendung des Entgratwerkzeugs.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Zum leichteren Verständnis von Anwendungsmöglichkeiten von Entgratwerkzeugen gemäß der beanspruchten Erfindung werden der Aufbau und die Funktion eines Ausführungsbeispiels eines Entgratwerkzeugs WZ beschrieben, welches unter anderem beim Entgraten von Bohrungsverschneidungen in Hauptbohrungen an Hauptlagern von Kurbelwellen genutzt werden kann.
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1 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel eines Werkstücks WS in Form einer Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor. Die um eine Kurbelwellenachse KWA drehbare Kurbelwelle hat fünf zur Kurbelwellenachse zentrierte Hauptlager HL1 bis HL5 sowie zwischen jeweils zwei benachbarten Hauptlagern jeweils Hublager HU1 bis HU4, an denen bei zusammengebautem Verbrennungsmotor die Pleuel gelagert sind. Im zweiten Hauptlager HL2 sowie im vierten Hauptlager HL4 befindet sich jeweils eine im Wesentlichen senkrecht zur Kurbelwellenachse diametral durch das Hauptlager hindurchführende Hauptbohrung HB, die zum Beispiel mittels Tiefbohren hergestellt werden kann. Jede Hauptbohrung hat eine Eintrittsöffnung ET an derjenigen Seite, an der das Tiefbohrwerkzeug an vorbeschriebener Position angesetzt wird, sowie im Wesentlichen diametral gegenüberliegend eine Austrittsöffnung AT, an der das Tiefbohrwerkzeug nach Durchdringen des Werkstücks austritt. Während die Position der Eintrittsöffnung durch den Bearbeitungsprozess fest vorgegeben werden kann, ist die Position der Austrittsöffnung abhängig vom Bearbeitungsprozess nicht exakt definiert, da das Tiefbohrwerkzeug aufgrund der im Vergleich zum Durchmesser relativ großen Länge der Hauptbohrung verlaufen kann.
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Beim Ausführungsbeispiel reichen zwei Hauptbohrungen aus, um sämtliche Hublager über Querbohrungen mit Öl zu versorgen. Zu diesem Zweck führen von jeder der Hauptbohrungen zwei in spitzem Winkel (im Beispiel ca. 45°, häufig zwischen 30° und 60°) zur Hauptbohrung verlaufende Querbohrungen QB1 und QB2 zu den jeweils axial benachbarten Hublagern. Beispielsweise führt von der Hauptbohrung HB des zweiten Hauptlagers HL2 eine erste Querbohrung QB1 zum ersten Hublager und eine zweite Querbohrung QB2 zum zweiten Hublager auf der axial gegenüberliegenden Seite. Die Hauptbohrung und die Querbohrungen liegen in einer gemeinsamen Ebene. Die erste Querbohrung QB1 mündet schräg in die Hauptbohrung in einem Mündungsbereich, der relativ nahe an der Eintrittsöffnung ET liegt, während die zweite Querbohrung QB2 in einem spitzen Winkel in einem Mündungsbereich mündet, der relativ nahe an der Austrittsöffnung AT liegt. Die Mündungsbereiche liegen somit in axialem Abstand zueinander auf radial gegenüberliegenden Seiten der Hauptbohrung.
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Aufgrund des Umstands, dass typischerweise zunächst die Hauptbohrung und danach die schrägen Querbohrungen (Schrägbohrungen) gebohrt werden, entstehen typischerweise an den Bohrungsverschneidungen Grate, die an der Bohrungsverschneidung ins Innere der Hauptbohrung hineinragen (vgl. zum Beispiel 6B). Die Grate entstehen hauptsächlich an der spitzwinkligen Seite einer Mündung dort, wo das Werkstückmaterial zur Bohrungsverschneidung unter spitzem Winkel ausläuft. Diese Grate müssen bei der Fertigung der Kurbelwelle schnell (d.h. in möglichst kurzer Taktzeit) und zuverlässig entfernt werden.
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Dies gelingt mit Entgratwerkzeugen gemäß der beanspruchten Erfindung. Ein Ausführungsbeispiel eines Entgratwerkzeugs WZ wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines zu entgratenden Werkstücks in Form einer Kurbelwelle für einen Verbrennungsmotor zusammen mit Entgratwerkzeugen, die in Hauptbohrungen des Schmierölsystems eingeführt sind. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Entgratwerkzeug WZ. 3 zeigt eine Seitenansicht in einer Drehstellung, die gegenüber der Drehstellung von 2 um einige Grad verändert ist. 4 zeigt einen vergrößerten Detail-Längsschnitt des Schneidabschnitts des Entgratwerkzeugs und 5 zeigt eine axiale Vorderansicht auf das vordere Ende des Entgratwerkzeugs. Damit können die funktionsrelevanten Werkzeugkonturen gut verstanden werden. Die 6 bis 12 erläutern die unterschiedlichen Phasen eines typischen Entgratprozesses bei Verwendung des Entgratwerkzeugs.
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Das Entgratwerkzeug WZ hat einen Werkzeugkörper WZK, der im Wesentlichen aus einem zylindrischen Rundstab aus Werkzeugstahl besteht, an welchem bei der Werkzeugherstellung durch materialabtragende Bearbeitung für die Werkzeugfunktion entscheidende Strukturen erzeugt werden. Der Werkzeugkörper WZK hat eine zentrale Längsachse LA, die sich geradlinig vom vorderen Ende VE bis zum hinteren Ende HE des Werkzeugs erstreckt. Der Durchmesser D des Werkzeugkörpers ist an den Innendurchmesser der später zu bearbeitenden Hauptbohrung HB so angepasst, dass er im Wesentlichen spielfrei, aber axial leicht verschiebbar, in die Hauptbohrung passen würde. Der nominelle Durchmesser D des Entgratwerkzeugs kann beispielweise einige Hundertstel Millimeter geringer sein als der nominelle Innendurchmesser der Hauptbohrung. Typische Durchmesser können z.B. im Bereich einiger Millimeter liegen, z.B. im Bereich von 4 mm bis 6 mm.
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Anschließend an das hintere Ende HE ist ein Einspannabschnitt ESA zum Einspannen des Entgratwerkzeugs in eine Werkzeugaufnahme WZA einer Bearbeitungsmaschine (vgl. 1) vorgesehen. Am Einspannabschnitt ist eine parallel zur Längsachse LA verlaufende ebene Freifläche FFH vorgesehen, so dass der Einspannabschnitt einen unrunden Querschnitt mit einzähliger Rotationssymmetrie aufweist. Wenn die Werkzeugaufnahme WZA der Bearbeitungsmaschine eine zur Freifläche passende Gegenfläche aufweist, so kann das Entgratwerkzeug somit nur in einer einzigen Drehstellung definiert in der Werkzeugaufnahme aufgenommen werden.
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Am gegenüberliegenden Ende des Entgratwerkzeugs befindet sich anschließend an das vordere Ende VE ein Bearbeitungsabschnitt BA, der bei Verwendung des Entgratwerkzeugs in die Hauptbohrung HB eingeführt wird und alle für die Entgratung relevanten Werkzeugkonturen aufweist. Das Einführen wird durch einen konischen Einführabschnitt EFA unmittelbar am vorderen Ende erleichtert. Wie später noch erläutert wird, hat der Bearbeitungsabschnitt BA genau zwei geometrisch bestimmte Schneiden S1, S2, die mit axialem Abstand zueinander angeordnet sind, in entgegengesetzte Richtung ausgerichtet sind und jeweils zum Beseitigen eines Grats am Übergang einer der Querbohrungen in die Hauptbohrung vorgesehen sind. Der Bearbeitungsabschnitt kann daher auch als bzw. Schneidabschnitt BA bezeichnet werden.
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Der Schneidabschnitt BA weist an seiner in 2 unten liegenden ersten Seite ST1 eine ebene Freifläche FF auf, die im Beispielsfall in der gleichen Ebene liegt wie die hintere Freifläche FFH, was jedoch nicht zwingend ist. Die Freifläche kann beispielsweise durch Fräsen oder Erodieren am Werkzeugkörper ausgebildet werden. Die Freifläche FF erstreckt sich vom vorderen Ende VE des Schneidabschnitts parallel versetzt zur Längsachse LA über eine Länge, die einem Vielfachen des Durchmessers D entspricht, beispielsweise dem Dreifachen bis Sechsfachen, im Beispiel etwa dem Fünffachen dieses Durchmessers. Am Übergang der Freifläche zur zylindrischen Außenkontur des Werkzeugkörpers sind Längskanten LK1, LK2 gebildet, die nicht als Schneiden fungieren. Die Breite B der Freifläche FF zwischen diesen Längskanten ist so an den Durchmesser der Querbohrungen QB1, QB2 angepasst, dass die Breite B größer oder gleich der Mündungsbreite in dieser Richtung ist. Die Breite B entspricht im Beispielsfall einem Umfangswinkel von ca. 120° bis 125° (vgl. 5) und kann beispielsweise im Bereich von 60° bis 160 ° liegen. Die Breite sollte so bemessen sein, dass beim Einführen des Entgratwerkzeugs die Freifläche FF der Mündungsöffnung einer Querbohrung zugewendet werden kann und das Entgratwerkzeug dann an der Mündungsbohrung vorbeigeschoben werden kann, ohne den am Mündungsrand eventuell existierenden Grat zu berühren.
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Der Bearbeitungsabschnitt BA bzw. Schneidabschnitt BA des Entgratwerkzeugs WZ ist mit einem Führungskopf FK ausgestattet, der einerseits zum Zentrieren des Entgratwerkzeugs beim Einfahren in die Hauptbohrung dient und der beim weiteren Einfahren in die Hauptbohrung gewährleistet, dass das Entgratwerkzeug dem Verlauf der Hauptbohrung folgen kann, auch wenn dieser mit zunehmender Tiefe von der Ausrichtung im Bereich der Eingangsöffnung abweicht. Während der später noch erläuterten Arbeitsbewegungen des Entgratwerkzeugs im Vorwärtshub und Rückzugshub stellt der Führungskopf sicher, dass die Schneiden sich tatsächlich in unmittelbarer Nähe der Bohrungsinnenwand befinden, so dass ein vollständiges Abscheren des Grats auch im Bereich des Gratfußes bzw. der Gratwurzel gewährleistet ist. Damit der Grat zunächst beim Einfahren des Entgratwerkzeugs in Einführrichtung nicht durch das Entgratwerkzeug umgelegt wird, ist der Führungskopf mit der schon beschriebenen Freifläche FF ausgestattet, die es erlaubt, bei geeigneter Drehstellung des Entgratwerkzeugs dieses zunächst am Grat vorbeizuführen.
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Der Führungskopf FK weist in der Nähe des vorderen Endes VE einen ersten Führungsabschnitt FA1 auf, der zur spielfreien Führung des Bearbeitungsabschnitts in der Hauptbohrung ausgebildet ist. Der erste Führungsabschnitt hat über den größten Teil seines Umfangs die zylindrische Außenkontur des ursprünglichen Werkzeugkörpers. Diese zylindrische Außenkontur erstreckt sich über mehr als 180° des Umfangs, so dass eine zuverlässige Führung innerhalb der Hauptbohrung sichergestellt ist. Die zylindrische Führungsfläche endet an den Längskanten LK1, LK2 der Freifläche FF. Der von der zylindrischen Führungsfläche des ersten Führungsabschnitts eingeschlossene Umfangswinkelbereich liegt im Beispielsfall bei ca. 230 bis 240°°.
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Mit axialem Abstand zum ersten Führungsabschnitt FA1 hat der Führungskopf FK einen zweiten Führungsabschnitt FA2, dessen zylindrische Außenkontur sich genau wie beim ersten Führungsabschnitt über einen Umfangswinkel von mehr als 180° erstreckt und einen Teil der Freifläche einschließt. Die beiden mit Abstand zueinander liegenden Führungsabschnitte schaffen für das Entgratwerkzeug eine Führungslänge, die einem Mehrfachen des Durchmessers des Entgratwerkzeugs entspricht und im Beispielsfall etwa zwischen dem Dreifachen und dem Vierfachen dieses Durchmessers liegt. Dadurch ist eine zuverlässige Führung des Bearbeitungsabschnitts in der Hauptbohrung auch bei verlaufender Bohrung sichergestellt.
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Das Entgratwerkzeug WZ hat genau zwei geometrisch bestimmte Schneiden S1 und S2. Eine erste Schneide S1 ist an der dem vorderen Ende VE abgewandten Seite des ersten Führungsabschnitts FA1 ausgebildet und hat eine erste Schneidkante SK1, welche in einer senkrecht zur Längsachse LA liegenden Ebene kreisbogenförmig über einen Umfangswinkel von ca. 230° bis ca. 240° um die Längsachse herum verläuft. Die Schneide ist hinterschnitten, also mit einem positiven Spanwinkel versehen, der im Beispielsfall bei ca. 10° liegt und allgemein z.B. zwischen 5° und 20° liegen kann. Auf der dem vorderen Ende abgewandten Seite der ersten Schneide befindet sich gegenüber der Freifläche FF an der zweiten Seite des Entgratwerkzeugs eine Aussparung AS, die bei in die Hauptbohrung eingeführtem Bearbeitungsabschnitt zusammen mit der Bohrungsinnenwand der Hauptbohrung einen Spansammelraum zum Aufnehmen eines durch die erste Schneide S1 abgescherten Grats bildet. Diese Aussparung befindet sich somit zwischen dem ersten Führungsabschnitt FA1 und dem zweiten Führungsabschnitt FA2 und geht über eine Schrägfläche bzw. Konusfläche in den zweiten Führungsabschnitt über.
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Die zweite Schneide S2 des Entgratwerkzeugs befindet sich an der dem vorderen Ende VE abgewandten Seite des zweiten Führungsabschnitts FA2, also außerhalb der Führungslänge am Übergang zum zylindrischen Teil des Werkzeugkörpers WZK, der auch als Werkzeugschaft bezeichnet werden kann. Die zweite Schneide S2 hat eine zweite Schneidkante SK2, die über den gesamten Umfang des Werkzeugs, also über 360° kreisförmig in einer senkrecht zur Längsachse verlaufenden Ebene verläuft. Die Freifläche bietet einen Spanraum zur Aufnahme eines abgetrennten Spans. Ein weiterer teilweise umlaufender Spanraum befindet sich zwischen der zweiten Schneide S2 und dem zweiten Führungsabschnitt FA2.
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Die beiden Schneiden haben somit einander zugewandte Schneidkanten. Sie liegen in einem axialen Abstand AB zueinander, der deutlich größer ist als der Durchmesser D des Werkzeugkörpers und im Beispielsfall zwischen dem Doppelten und dem Dreifachen dieses Durchmessers liegt. Während die erste Schneide S1 einen Grat bei einem Rückwärtshub des Entgratwerkzeugs abtrennen kann, ist die zweite Schneide S2 dazu vorgesehen, einen Grat bei einem Vorwärtshub des Entgratwerkzeugs (in Richtung des vorderen Endes) abzuscheren. Die Arbeitsbewegungen des Entgratwerkzeugs beim Abscheren eines Grats sind keine Rotationsbewegungen, sondern reine axiale Hubbewegungen, so dass das Entgratwerkzeug insoweit ähnlich wie ein Räumwerkzeug funktioniert.
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Anhand der 6 bis 12 werden nun verschiedene Phasen beim Entgraten einer Hauptbohrung HB eines Werkstücks WS gemäß 1 erläutert. Die Darstellungen zeigen jeweils Schnitte durch die Kurbelwelle in einer Ebene, die durch die Längsachsen der Hauptbohrung und der Querbohrungen aufgespannt wird.
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Zum Entfernen des ersten Grats GR1, der sich an der spitzwinkligen Seite der Bohrungsverschneidung am Übergang der ersten Querbohrung QB1 zur Hauptbohrung HB befindet (siehe Detail in 6B), wird das Entgratwerkzeug WZ von der Eintrittsöffnung ET der Hauptbohrung HB in diese eingefahren. Dabei wird das Entgratwerkzeug vorher bezüglich seiner Drehstellung so orientiert, dass die Freifläche FF, also die erste Seite ST1 des Entgratwerkzeugs, der ersten Querbohrung QB1 zugewandt ist (6A und 7). Dadurch ist sichergestellt, dass das Entgratwerkzeug den ersten Grat GR1 beim Einführen des ersten Führungsabschnitts FA1 und der ersten Schneide S1 nicht berührt. Das Entgratwerkzeug wird so weit eingeführt, dass sich der Grat der ersten Querbohrung QB1 zwischen dem zweiten Führungsabschnitt FA2 und der zweiten Schneide befindet (6A und 7). Beide Führungsabschnitte FA1, FA2 sollten sich dann in der Hauptbohrung befinden, um eine axiale Führung gegen Verkippen des Entgratwerkzeugs sicherzustellen.
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Die gleiche Einführbewegung wird ohne Drehung des Entgratwerkzeugs fortgesetzt, bis die zweite Schneide S2 den ersten Grat erfasst und an der Gratwurzel abschert hat und sich hinter der Mündung der ersten Querbohrung QB1 befindet. Das Abtrennen des ersten Grats findet somit ähnlich einer Räumbewegung gleichzeitig auf der gesamten Breite der Gratwurzel statt. Ein Verdrängen des ersten Grats in die erste Querbohrung ohne Abscheren wird durch diese Schneidkinematik zuverlässig verhindert. Die rein translatorische Einführbewegung wird dann gestoppt, bevor der erste Führungsabschnitt die Mündung der zweiten Querbohrung QB2 erreicht. Das Entgratwerkzeug WZ kann sich dann z.B. in der in 8 gezeigten Einführposition befinden.
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Dann wir das Entgratwerkzeug um 180° um seien Längsachse gedreht, so dass sich die Freifläche FF danach an Seite der zweiten Querbohrung befindet (siehe 9). Die Freifläche FF ist nun derjenigen Seite zugewandt, an welcher die zweite Querbohrung QB2 in die Hauptbohrung HB mündet.
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Das Entgratwerkzeug wird dann weiter eingefahren etwa bis in eine Position, in der sich die erste Schneide S1 (die dem vorderen Ende nähere Schneide) jenseits des zweiten Grats befindet, z.B. etwa auf halber Höhe der Eintrittsöffnung der zweiten Querbohrung QB2 (siehe 10).
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Das Entgratwerkzeug wird dann nochmals um 180° gedreht, so dass die Freifläche FF wieder in Richtung der ersten Querbohrung steht (11). Die erste Schneide liegt dann jenseits der Mündung der zweiten Querbohrung zwischen dieser und der Austrittsöffnung AT an der Bohrungswandung an.
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Nach dieser Drehoperation wird das Werkzeug in Richtung Eintrittsöffnung ET herausgezogen (12). Dabei wird der zweite Grat, d.h. der Grat an der spitzwinkligen Seite der zweiten Querbohrung QB2, ohne Werkzeugrotation nach Art einer Räumbewegung abgeschert und gelangt in den Aufnahmeraum AR vor der ersten Schneide S1. Anschließend wird das Entgratwerkzeug aus der Hauptbohrung herausgezogen, wobei die in den jeweiligen Aufnahmeräumen aufgenommenen Grate vom Entgratwerkzeug meist bereits mitgenommen werden.
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Das Entgratwerkzeug kann selbstverständlich auch zum Entgraten von Bohrungen genutzt werden, die nur eine einzige Querbohrung aufweisen oder aber mehrere Querbohrungen, die nicht unbedingt an diametral gegenüberliegenden Seiten in die Hauptbohrung münden müssen. Die beiden einander entgegengesetzt gerichteten umlaufenden Schneiden, die mit relativ großem Abstand zueinander liegen, erlauben eine Entgratung wahlweise beim Einführen oder beim Herausziehen des Entgratwerkzeugs, so dass für jede Orientierung eines Grats die dafür optimal geeignete Schneide genutzt werden kann, die den Grat nicht beiseite drückt, sondern an der Gratwurzel sauber abschert. Mit dem Entgratwerkzeug können auch Grate an Querbohrungen beseitigt werden, die senkrecht in die Hauptbohrung münden.