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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Werkzeuge
der hier angesprochenen Art sind bekannt. Besonders angesprochen
werden hier Werkzeuge, die eine Kühl-/Schmiermittelzufuhr aufweisen die einerseits
der Kühlung/Schmierung
der bearbeiteten Werkzeugoberfläche
dient, andererseits aber auch dazu, eine Betätigungseinheit des Werkzeugs
zu aktivieren, die ein Betätigungselement und
ein Betätigungsmedium
aufweist. Betätigungseinheiten
der hier angesprochenen Art dienen dazu, Zusatzfunktionen des Werkzeugs
zu aktivieren, beispielsweise das Ein- und Ausfahren von Zusatzelementen,
die als Teilwerkzeug dienen und spezielle Bearbeitungsschritte durchführen können. Werkzeuge
mit derartigen Betätigungseinheiten
können
beispielsweise dazu verwendet werden, in eine bearbeitete Bohrungswand
einen Einstich einzubringen, oder dazu, einen Ventilsitz in dem
Motorblock einer Brennkraftmaschine zu bearbeiten und in unmittelbarem
Zusammenhang damit eine Ventilführung.
Es hat sich herausgestellt, dass das in einem Kreislauf umlaufende
Kühl-/Schmiermittel
Verunreinigungen beispielsweise Siliziumpartikel, enthält, die
bei der spanenden Bearbeitung von Werkstücken entstehen und für die Betätigungseinheit
deshalb nachteilig sind, weil sie zu einem hohen Verschleiß und zu
einem Festsetzen von beweglichen Teilen der Betätigungseinheit führen. Es
bedarf daher aufwendiger Filtermaßnahmen, um diesen Nachteil
einzuschränken. Ohne
großen
Aufwand sind Verschleißerscheinungen
jedoch nicht ganz zu vermeiden.
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Bekannt
ist auch ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken (
DE 100 44 972 A1 ),
das eine Kühl-/Schmiermittelzufuhr
und eine Betätigungseinheit
mit einem Betätigungselement
und einem Betätigungsmedium-Kreislauf
aufweist. Die Betätigungseinheit
ist von der Kühl-/Schmiermittelzufuhr
getrennt. Die Trennung besteht darin, dass die Kühl-/Schmiermittelzufuhr den
Schneiden des Werkzeugs zugeordnet ist und dazu dient, bei der Bearbeitung
eines Werkstücks
die mit diesen in Eingriff stehenden Schneiden mit Kühl-/Schmiermittel
zu versorgen. Die Betätigungseinrichtung
weist eine eigene Medienversorgung auf und wird mit Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit
versorgt. Das Werkzeug zeichnet sich also einerseits durch eine
Kühl-/Schmiermittelzufuhr
und andererseits durch eine Druckluft- oder Hydraulikflüssigkeit-Zufuhr
aus, was den Aufbau des Werkzeugs teuer macht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Werkzeug der Eingangs genannten
Art zu schaffen das diese Nachteile vermeidet.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird ein Werkzeug vorgeschlagen, das die in Anspruch
1 genannten Merkmale aufweist. Bei diesem ist vorgesehen, dass die
Betätigungseinheit
vollständig
von der Kühl-/Schmiermittelzufuhr
getrennt ist, so dass eine Beeinträchtigung der Betätigungseinheit
durch Verschmutzungen im Kühl-/Schmiermittel
ausgeschlossen ist.
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Es
zeichnet sich im übrigen
durch eine Membran aus. Diese steht einerseits mit der Kühl-/Schmiermittelzufuhr
und andererseits mit dem Betätigungsmedium
in Kontakt. Es ist also möglich, eine
mechanische Trennung der beiden Medien herbeizuführen und die Membran auf die
chemischen Eigenschaften der Substanzen sowie auf die im Betrieb des
Werkzeugs auftretenden Temperaturen abzustimmen und damit eine hohe
Haltbarkeit zu gewährleisten.
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Weitere
Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt eine Prinzipskizze eines Werkzeugs im Teillängsschnitt.
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Das
Werkzeug 1 weist einen Schaft 3 auf, mit dem es
unmittelbar oder über
einen Adapter oder dergleichen mit einer Werkzeugmaschine verbindbar ist,
die das Werkzeug 1 in der Regel in Rotation versetzt. Der
Teillängsschnitt
zeigt eine Kühl-/Schmiermittelzufuhr 5, die
einen hier konzentrisch zur Mittelachse 7 des Werkzeugs
verlaufenden Zufuhrkanal 9 aufweist.
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Das
Werkzeug 1 umfasst eine Betätigungseinheit 11,
die grundsätzlich
bekannt ist und dazu dient, Zusatzfunktionen des Werkzeugs 1 zu
realisieren. Dieses kann beispielsweise der spanenden Bearbeitung
einer Bohrungsoberfläche
dienen und eine Reibahle umfassen. Mittels der Betätigungseinheit 11 kann
eine gegenüber
der Mittelachse 7 in radialer Richtung bewegliche Schneideinrichtung
aktiviert werden, um eine Nut in die Bohrungsoberfläche einzubringen.
Betätigungseinheiten 11 der
hier angesprochenen Art können
aber auch für
zahlreiche andere Einsatzzwecke Verwendung finden. Entscheidend
ist, dass diese unabhängig
von einer Bearbeitungsweise des Werkzeugs aktivierbar ist, um Zusatzfunktionen
zu realisieren.
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Die
Betätigungseinheit 11 wird
bei dem hier dargestellten Werkzeug 1 über die Kühl-/Schmiermittelzufuhr 5 angesteuert.
Es kann also auf zusätzliche Aktivierungseinrichtungen
verzichtet werden, die den Aufbau des Werkzeugs 1 teuer
und anfällig
machen würden.
Es ist beispielsweise möglich,
einen ersten Bearbeitungsschritt mittels des Werkzeugs 1 bei
einem gegebenen Kühl-/Schmiermitteldruck
p1 durchzuführen
und diesen zur Aktivierung der Betätigungseinheit 11 auf
einen größeren Wert
p2 zu erhöhen. Die
Betätigungseinheit 11 ist
so ausgelegt, dass sie erst ab einem bestimmten Grenzwert des Kühl-/Schmiermitteldrucks
reagiert und eine Zusatzfunktion aktiviert.
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Bei üblichen
Werkzeugmaschinen wird das Kühl-/Schmiermittel
in einem Kreislauf umgewälzt und
von Spänen
gereinigt, die bei Einsatz des Werkzeugs 1 abgetragen werden.
Trotz aufwendiger Filtereinrichtungen lässt es sich nicht ganz vermeiden, dass
Rückstände im Kühl-/Schmiermittel
verbleiben, die die Betätigungseinheit 11 nachhaltig
schädigen. Insbesondere
Siliziumpartikel sind deshalb störend, weil
sie sehr abrasiv sind. Das in der Figur dargestellte Werkzeug 1 zeichnet
sich dadurch aus, dass die Betätigungseinheit 11 vollständig getrennt
ist von dem Kühl-/Schmiermittelkreislauf,
sie kommt also mit dem Kühl-/Schmiermittel
nicht in Berührung.
Um dies zu realisieren ist eine Membran 13 vorgesehen,
die einerseits mit den Kühl-/Schmiermittel 15 beaufschlagt
wird, das durch den Zufuhrkanal 9 herangefördert wird.
Andererseits wird sie mit dem Betätigungsmedium 17 der
Betätigungseinheit 11 beaufschlagt,
wobei das Kühl-/Schmiermittel 15 und
das Betätigungsmedium 17 durch
die Membran 13 vollständig
voneinander getrennt gehalten werden.
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Die
Figur zeigt deutlich, dass die Membran 13 einen Raum 19 in
zwei Bereiche trennt, wobei ein erster Teilraum 21 mit
dem Zufuhrkanal 9 in Fluidverbindung steht und zweiter
Teilraum 23 Betätigungsmedium 17 enthält.
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Der
in der Figur im Schnitt dargestellte Raum 19 ist senkrecht
zur Mittelachse 17 gesehen im wesentlichen kreisförmig ausgebildet.
Er weist, wie die Schnittdarstellung nach der Figur zeigt, zwei
gewölbte
Begrenzungswände 25 und 27 auf,
die zu einer gedachten Mittelebne 29 im wesentlichen symmetrisch oder
spiegelbildlich ausgebildet ist und in entgegengesetzter Richtung
nach außen
gewölbt.
Wird die Membran 13 auf einer Seite mit einem Druck beaufschlagt,
so kann sie auf die andere Seite hin ausgewölbt werden. Vorzugsweise sind
die Begrenzungswände 25 und 27 so
ausgebildet, dass sie der Kontur der maximal ausgelenkten Membran 13 entsprechen.
Dadurch wird die Gefahr einer Beschädigung der Membran 13 auf
ein Minimum reduziert.
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Bei
dem hier dargestellten Werkzeug 1 ist der Teilraum 21 über mindestens
einen Verbindungskanal 31, 31' mit dem Zufuhrkanal 9 und
damit mit der Kühl-/Schmiermittelzufuhr 5 verbunden.
Ein Kühl-/Schmiermittel, das über den
Zufuhrkanal 9 herangeführt
wird, kann also über
die Verbindungskanäle 31, 31' in den Teilraum 21 gelangen.
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Der
Zufuhrkanal 9 mündet
in einen Verteilerraum 33, aus dem die Verbindungskanäle 31, 31' und ein hier
aus mehreren Bohrungen bestehender Kanal 35 im Grundkörper 37 des
Werkzeugs 1 entspringt. Dieser führt das Kühl-/Schmiermittel, wie durch
ein Doppelpfeil 39 angedeutet, zu dem Bereich, in dem die
spanende Bearbeitung eines Werkstücks erfolgt.
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Der
mit dem Betätigungsmedium 17 gefüllte zweite
Teilraum 23 ist über
einen ersten, durch mindestens eine Bohrung in dem Grundkörper 37 realisierten
Kanal 41 mit einem Druckraum 43 verbunden, in
dem ein Betätigungskolben 45 beweglich
gelagert ist. Gegenüber
den Wänden 47 des
Druckraums 43 ist der Betätigungskolben 45 durch
geeignete Dichtungseinrichtungen 49 abgedichtet.
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Auf
der dem Druckraum 43 abgewandten Seite des Betätigungskolbens 45 ist
ein Ausgleichsraum 51 vorgesehen, in dem ein geringerer
Druck herrscht, als im Druckraum 43, so dass bei einem Druckaufbau
im Druckraum 43 der Betätigungskolben 45 in
Richtung des Ausgleichsraumes 51 bewegt wird.
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Bei
dem hier dargestellten Werkzeug 1 ist der Betätigungskolben 45 vorzugsweise
konzentrisch zur Mittelachse 7 angeordnet. Er wirkt mit
einer Rückstelleinrichtung 53 zusammen,
die beispielsweise als Gasdruckfeder ausgebildet ist und dafür sorgt, dass
der Betätigungskolben 45 bei
einem ersten Druck p1 im Teilraum 23 und damit im Druckraum 43 in
seine in der Figur dargestellte Ausgangslage gedrängt wird,
in der die Betätigungseinheit 11 deaktiviert
ist.
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Bei
dem Werkzeug 1 nach der Figur stützt sich die Gasdruckfeder
der Rückstelleinrichtung 53 an
einem geeigneten Widerlager 55 ab, das hier als quer zur
Mittelachse 7 verlaufender Anschlagstift ausgebildet ist.
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In
der Darstellung gemäß der Figur
herrscht in den Teilräumen 21 und 23 ein
gleichgroßer
Druck, beispielsweise p1, so dass die Membran 13 nicht ausgelenkt
ist und in der Mittelebene 29 liegt. In dieser Position
findet sich die Membran 13 auch dann, wenn das Werkzeug 1 sowohl
im Bereich des Zufuhrkanals 9 als auch im Bereich des Druckraums 43 drucklos
ist.
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Wird
der Druck in der Kühl-/Schmiermittelzufuhr 5 erhöht, gelangt
Kühl-/Schmiermittel über den Zufuhrkanal 9,
den Verteilerraum 33 und über die Verbindungskanäle 31, 31' unter einem
Druck >p1 in den ersten
Teilraum 21. Durch die flexible Membran 13 kann
dieser erhöhte
Druck p2 auf den Teilraum 23 übertragen werden, indem die
Membran 13 in Richtung auf die Begrenzungswand 27 ausgelenkt
wird. Dadurch wird Betätigungsmedium 17 aus
dem Teilraum 23 durch den ersten Kanal 41 in den
Druckraum 43 gefördert.
Dies ist zumindest dann der Fall, wenn durch den Druck p2 der Gegendruck
der Rückstelleinrichtung 53 überwunden
wird. In diesem Fall bewegt sich der Betätigungskolben 45 nach
rechts in Richtung auf den Ausgleichsraum 51. Die in Richtung der
Mittelachse 7 gemessene Länge des Ausgleichsraums 51 ist
so bemessen, dass die dem Druckraum 43 gegenüberliegende
Begrenzungswand 57 des Ausgleichsraums 51 als
Anschlag für
den Betätigungskolben 45 dient.
Dieser kann also aus der in der Figur dargestellten Position entlang
der Mittelachse 7 bis zur Begrenzungswand 57 bewegt
werden. Diese axiale Verschiebung des Betätigungskolbens 53 wird
auf geeignete Weise ausgenutzt, um eine Zusatzfunktion des Werkzeugs 1 auszuführen.
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Zur
Deaktivierung der Zusatzfunktion, beispielsweise nach dem Einstechen
einer Nut in einer Bohrungswand, wird die Betätigungseinheit 11 deaktiviert,
indem der Druck in der Kühl-/Schmiermittelzufuhr 5 von
dem erhöhten
Wert p2 auf einen reduzierten Wert p1 gesenkt wird.
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Fällt der
Druck im Druckraum 43, kann die Rückstelleinrichtung 53 den
Betätigungskolben 45 wieder
in seine in der Figur dargestellte Ausgangslage zurückverlagern,
wobei das Betätigungsmedium 17 aus
dem Druckraum 43 über
den ersten Kanal 41 in den Teilraum 23 zurückgedrängt wird.
Dies führt dazu,
dass die Membran 13 wieder in ihre in der Figur dargestellte
Ausgangslage zurückfedert.
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Die
Betätigungseinheit 11 weist
eine Ventileinrichtung 59 auf, die einerseits in Fluidverbindung steht
mit dem Druckraum 43 und andererseits mit dem Teilraum 23.
Sie ist also im Ansteuerpfad beziehungsweise Eingang der Betätigungseinheit 11 vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung als Rückschlagventil ausgebildet
und in einem zweiten Kanal 61 zwischen dem Teilraum 23 und
dem Druckraum 43 so angeordnet, dass der zweite Kanal 61 geschlossen
ist, wenn der Druck im Teilraum 23 größer ist als im Druckraum 43.
Sind die Druckverhältnisse umgekehrt,
kann das Betätigungsmedium 17 aus dem
Druckraum 43 ungehindert über den zweiten Kanal 61 in
den zweiten Teilraum 23 gelangen. Es wird also in diesem
Fall eine zusätzliche
Verbindung zwischen dem Druckraum 43 und dem zweiten Teilraum 23 geschaffen:
Das aus dem Druckraum 43 rückströmende Betätigungsmedium 17 kann
sowohl durch den ersten Kanal 41 als auch durch den zweiten
Kanal 61 fließen.
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Die
hier beschriebene Ausgestaltung der Ventileinrichtung 59 führt dazu,
dass eine erste Bewegung des Betätigungskolbens 45 aus
der in der Figur dargestellten Position in eine zweite Position,
in der der Betätigungskolben 45 an
der Begrenzungswand 57 anliegt, durch die Strömungsgeschwindigkeit
des Betätigungsmediums 17 im
ersten Kanal 41 definiert wird. Um die Strömungsgeschwindigkeit
zu beeinflussen, kann im ersten Kanal 41 eine vorzugsweise
einstellbare Drossel 63 vorgesehen werden. Diese dient
dazu, bei Aktivierung der Betätigungseinheit 11 die
Geschwindigkeit des Betätigungskolbens 45 auf
einen bestimmten Wert zu begrenzen.
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Bei
Deaktivierung der Betätigungseinheit 11, also
bei einem Druckabfall im zweiten Teilraum 23 aufgrund einer
Druckreduktion im ersten Teilraum 21 kann das Betätigungsmedium 17 zusätzlich über den zweiten
Kanal 63 in den zweiten Teilraum 23 zurückströmen. Die
Bewegung des Betätigungskolbens 45 bei
Deaktivierung der Betätigungseinheit 11 kann also
sehr viel schneller erfolgen als bei seiner Aktivierung.
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Aus
den Erläuterungen
wird deutlich, dass bei entsprechender Auslegung der Drossel 63 und der
Ventileinrichtung 59 auch eine umgekehrte Beeinflussung
der Bewegung des Betätigungskolbens 45 möglich ist:
Es ist auch möglich,
diesen bei einer Aktivierung sehr viel schneller auszufahren als
bei Deaktivierung zurückzuverlagern.
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1 zeigt,
dass der Raum 19 im Bereich der Mittelebene 29 geöffnet werden
kann. Deutlich erkennbar ist hier ein Deckel 65, der auf
geeignete Weise, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben 67, 67' an einem Basisteil 69 angebracht
ist. Zwischen dem Deckel 65 und dem Basisteil 69 wird
die Membran 13 in den in der Figur widergegebenen geschlossenen
Zustand des Deckels 65 fest eingespannt. Zur Lagefixierung
können
hier geeignete Mittel vorgesehen werden, beispielsweise eine Riffelung 71 im
Basisteil 69.
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Die
Membran 13 selbst ist so ausgebildet, dass sie den im Betrieb
des Werkzeugs 1 gegebenen Druckverhältnissen Stand halten kann.
Sie kann beispielsweise aus einem elastischen Material bestehen,
das eine entsprechende Verstärkung
aufweist. Grundsätzlich
können
Metallmembranen eingesetzt werden. Um jedoch eine größere Auslenkung
dem Membran 13 bei Druckänderungen in der Kühl-/Schmiermittelzufuhr 5 zu
gewährleisten,
besteht diese vorzugsweise aus Kunststoff oder dergleichen und kann
mit geeigneten Fasern verstärkt
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, dass die Membran 13 aus einem Verbundmaterial
hergestellt werden also mehrlagig sein kann und auf der einen Seite ein
Material aufweist, das besonders resistent ist gegen das Kühlmittel 15 und
auf der anderen Seite ein Material, das besonders abgestimmt ist
auf das Betätigungsmedium 17.
Die Mate rialien müssen
auch auf die Temperaturverhältnisse
abgestimmt werden, unter denen das Werkzeug 1 eingesetzt
wird.
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Insgesamt
zeigt sich, dass die Betätigungseinheit 11 vollständig getrennt
ist von der Kühl-/Schmiermittelzufuhr 5 des
Werkzeugs 1. Dies gilt nicht nur für den Teil, der von der Betätigungseinheit 11 aktiviert
und deaktiviert wird, also für
Werkzeugteile die mit dem Betätigungskolben 5 gekoppelt sind,
sondern auch für
die Ansteuerungsseite des Betätigungskolbens 45.
Dieser kommt ausschließlich mit
dem Betätigungsmedium 17 in
Berührung,
beispielsweise mit einem Öl,
in das unter keinen Umständen
irgendwelche Verunreinigungen gelangen können, die sich im Kühl-/Schmiermittel 15 befinden.
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Dies
führt zu
einer sehr hohen Betriebssicherheit der Betätigungseinheit 11 und
reduziert den Aufwand, der bei der Reinigung des Kühl-/Schmiermittels üblicherweise
betrieben werden muss.