Das BTA(Boring and Trepanning Association)-Tiefbohrverfahren kommt als produktives und präzises Fertigungsverfahren bevorzugt bei großen Bohrungs­durchmessern und Bohrtiefen zum Einsatz. Charakteristisch für dieses Verfahren ist der Transport von Spänen und Bohröl durch das Innere des Bohrers, während das Bohröl zwischen Bohrer und Bohrungswand zugeführt wird [VDI3209, VDI3210]. Industriell wird das Verfahren ab einem Durchmesser von etwa D = 16 mm eingesetzt. Als maximale Werte werden Bohrdurchmesser von mehr als D = 2000 mm angegeben. Mit zunehmender Bohrtiefe wird der Mittenverlauf der erzeugten Bohrung häufig ein entscheidendes Qualitäts­merkmal. Der Mittenverlauf ist definiert als Abstand der idealen zur tatsächlichen Bohrungsachse. Beim Tiefbohren entsteht üblicherweise ein mit der Bohrtiefe ansteigender Mittenverlauf, der je nach Anforderung zu Ausschuss führen kann. In der industriellen Fertigung von Bohrungen mit einem großen Länge-zu-Durchmesser(L/D)-Verhältnis und geringen zulässigen Toleranzen des Mittenverlaufs hat sich eine zeitintensive manuelle Korrektur zur Reduzierung des Mittenverlaufs etabliert. Dabei wird der Bohrprozess in regelmäßigen Abständen unterbrochen, um die Wandstärke des Werkzeug­kopfes mit einem Ultraschallgerät zu messen. Aus dem Verlauf der Wandstärke wird auf die Verkippung des Bohrkopfs relativ zur idealen Bohrungsachse geschlossen. Anschließend verändert der Maschinenbediener die Lage des Bohrkopfes derart, dass sich der Mittenverlauf im fortgesetzten Bohrprozess verringert. Bei stehenden Bauteilen erfolgt dies durch austauschbare, in der Dicke variable Druckstücke, die das Bohrrohr am Bohrloch abstützen und dem Bohrrohr eine Biegelinie aufzwingen. Diese Methodik der Mittenverlaufsbeein­flussung basiert aktuell auf dem Erfahrungswissen der Maschinenbediener und ist durch kostenintensive Nebenzeiten geprägt.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Erforschung eines mechatronischen Werkzeugsystems, zur Kompensation des Mittenverlaufes. Dieses führt die Mittenverlaufskorrektur ohne Prozess­unterbrechung durch und ist für bestehende Tiefbohrmaschinen nachrüstbar. Auf Basis der in den Vorversuchen gewonnenen Erkenntnisse wird anschließend ein Sonder­bohrgestänge gefertigt, das eine gezielte Abdrängung des Bohrkopfes ermöglicht. Dieses Bohrgestänge wird durch ein mechatronisches System gesteuert. Durch eine prozessparallele Erfassung und Analyse des Mitten­verlaufes werden kontinuierlich werkzeugseitige Kompensationen eingeleitet. Insgesamt ermöglicht das neue Werkzeugsystem, die produktive Fertigung qualitativ hochwertiger Bohrungen mit dem BTA-Tief­bohren.

Ansprechpartner:

Julian Gerken, M.Sc.
Telefon: 0231 755-5822 / E-Mail: julian.gerken@tu-dortmund.de