Untersuchungen zur bohrtiefenabhängigen Prozessdynamik beim BTA-Tiefbohren

Webber, O.

Tiefbohrverfahren werden zur Erzeugung von Bohrungen mit großem Verhältnis von Bohrungstiefe zu Bohrungsdurchmesser eingesetzt. Aufgrund der notwendigerweise schlanken Gestalt der eingesetzten Werkzeuge sind diese Verfahren anfällig für dynamische Prozessstörungen, bei denen zwischen Rattern und Drallbohren unterschieden wird. Beim Rattern handelt es sich um selbsterregte Torsionsschwingungen, die zu erhöhtem Werkzeugverschleiß, starker Geräuschentwicklung und reduzierter Werkstückqualität führen. Drallbohren hingegen ist wendelförmig sich fortsetzendes Unrundbohren, dass in der Regel zu nicht akzeptablen Gestaltabweichungen führt.

Bezüglich des Ratterns wird in dieser Dissertation gezeigt, dass sich im Verlauf des Bohrvorgangs ungestörte Prozessphasen und Phasen mit selbsterregten Torsionsschwingungen bei verschiedenen Torsionseigenfrequenzen abwechseln. Darüber hinaus lässt sich feststellen, dass Rattern frequenzabhängig gehäuft im Bereich bestimmter Bohrtiefen einsetzt. Unter Verwendung eines mechanischen Modells kann gezeigt werden, dass dieses Phänomen auf den bohrtiefenabhängigen Dämpfungseinfluss einer für das BTA-Tiefbohrverfahren wesentlichen Dichtung zurückzuführen ist. Diese Erkenntnis verbessert das Verständnis der selbsterregten Torsionsschwingungen beim BTA-Tiefbohren und kann als Grundlage zur Entwicklung neuer Gegenmaßnahmen bzw. zur Verbesserung bestehender Verfahren verwendet werden.

Das Auftreten von Drallbohren ist dann wahrscheinlich, wenn ein Vielfaches der Spindeldrehzahl beim Tiefbohren mit einer Biegeeigenfrequenz des Tiefbohrwerkzeugs übereinstimmt. Die oben erwähnte Dichtung wirkt wie eine elastische Abstützung des Werkzeugs, die sich im Verlauf des Prozesses verschiebt und somit zu einer bohrtiefenabhängigen Variation der Biegeeigenfrequenzen führt. Die Größe des Steifigkeitseinflusses dieser und weiterer Abstützungen des Werkzeugs ist jedoch in der Regel nicht bekannt. Die Eigenfrequenzen können daher in der Praxis nicht vorausberechnet werden. Auf der Basis von Bohrversuchen und anschließender mechanischer Modellbildung wird gezeigt, dass die Biegeeigenfrequenzen anhand der im Bohrprozess messbaren lateralen Bohrrohrbeschleunigung beobachtet werden können. Diese Erkenntnis kann zur Prozesskontrolle und -regelung mit dem Ziel der Vermeidung von Drallbohren genutzt werden.

Veröffentlicht als

Dissertation Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2007, ISBN 978-3-8027-8739-3