DE102005059703B3

DE102005059703B3 - Schaftwerkzeug, insbesondere Bohr-oder Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug

Info

Publication number: DE102005059703B3
Application number: DE200510059703
Authority: DE
Inventors: Peter Kopton
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-12-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaftwerkzeug, wie beispielsweise Reibahle (1), bestehend aus einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugschaft (4) mit mindestens einem Kühl- und Schmiermittelkanal und mindestens einer der Späneabfuhr dienenden Spannut (14, 15), wobei weitere Späne-Leitelemente (18) vorgesehen sind, um die schädliche Wirkung radial nach außen gegen eine Bohrungswand gedrängter Späne zu minimieren. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass in die Spannut (14, 15) eine gegenüber einer Spannnutebene erhabene Leitstufe (18) eingearbeitet ist, die eine Trennung zwischen einem in die Spannut (14, 15) von außen eindringenden Luftstrom (17) und einem aus der Spannnut (14, 15) herauszubeförderndem Gemisch (16) aus verbrauchten Kühl- und Schmiermittel (13) und Spänen bewirkt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaftwerkzeug, insbesondere Bohr- oder Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug, wie beispielsweise Reibahle, bestehend aus einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugschaft mit mindestens einem Kühl- und Schmiermittelkanal und mindestens einer der Späneabfuhr dienenden Spannut, wobei weitere Späne-Leitelemente vorgesehen sind, um die schädliche Wirkung radial nach außen gegen eine Bohrungswand gedrängter Späne zu minimieren.

In der EP 0 750 960 A1 ist ein Bohrwerkzeug, insbesondere für metallische Werkstoffe, beschrieben, bei dem nutenförmige Spanräume vorgesehen sind, von denen jeder in drei axial aneinander anschließende Abschnitte aufgeteilt ist. Diese Abschnitte sind gerade bzw. teilgewendelt ausgebildet. Dadurch soll eine Förderunterstützung für die im ersten Abschnitt an den Schneiden der Schneidelemente entstehenden Späne bewirkt werden. Die Späne sollen im zweiten Abschnitt von der Bohrungswand weggelenkt werden, um zu verhindern, dass sie nach außen gegen die Bohrungswand gedrückt werden können. Der Schwerpunkt wird in diesem Dokument allerdings darauf gelegt, ein Bohrwerkzeug zu schaffen, das sich durch eine hohe Steifigkeit des Bohrerkörpers gegen elastische Biegeverformungen unter der Einwirkung von beim Zerspanungsbetrieb auftretenden Radialkräften auszeichnet.

In der DE 103 47 755 A1 wird ein Schaftwerkzeug, insbesondere Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug, beschrieben, wobei zur Versorgung der Schneiden mit Kühl- und Schmiermittel ein Radialkanal-System und ein damit verbundener Ringraum vorgesehen sind, wobei der Ringraum außenseitig von einer über einen Passungsbund an den Schneidkopf anschließbaren Kühlmittel-Leithülse umgeben ist und sich vorzugsweise über Auslaufbereiche der Spannuten in diese öffnet.

Die DE 40 33 877 B4 beschreibt ein Bohrwerkzeug, insbesondere zum Aufbohren, Profilsenken oder Plansenken vorgefertigter Bohrungen, bei dem ebenfalls eine Spannut von ihrem spanflächenseitigen Ende aus durch eine sich über einen Teil der Schaftlänge erstreckende, mit dem Schaft fest verbundene Hülse gegen radialen Spanaustritt geschlossen ist. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass die Späne von ihrem Entstehungsort aus so geführt werden, dass sie nicht in die in der Bohrungswand vorhandenen Hohlräume und Taschen eindringen können.

In gleicher Weise beschreibt schließlich die DE 196 12 104 A1 ein Bohrwerkzeug, bestehend aus einem Werkzeugkopf und einem mindestens eine Spannut enthaltenden Werkzeugschaft. Auf den Werkzeugschaft wird wiederum eine diesen eng umgebende geschlitzte Hülse aufgesetzt, wobei die den Schlitz begrenzenden Ränder auf Vollmaterial des Werkzeugschaftes aufliegen. Durch die Spannuten und die zusätzlich vorgesehene Hülse werden Kanäle zum Abtransport der am Bearbeitungsgrund des Werkstückes abgetragenen Späne gebildet.

Grundsätzlich hat eine Spannut die Aufgabe, die beim Bearbeitungsvorgang anfallenden Späne aus der Bohrung abzuführen. Beim Bohren ins Volle oder beim Nacharbeiten von Sacklochbohrungen kann die Spanabfuhr durch einen in werkzeugseitigen Kanälen geführten Kühlschmierstoff unterstützt werden, der mit hohem Druck an der Schaftspitze austritt und die Späne über die Spannut aus der Bohrung herausspült. Wäre die Spannut radial gänzlich offen, so würden die aufgrund der Zentrifugalkraft des drehenden Werkzeuges radial nach außen gedrängten Späne im Wesentlichen an der Bohrungswand entlang geführt werden. Dies hätte insbesondere bei vorgefertigten Bohrungen, in deren Wand ggf. Hohlräume, wie Taschen oder Querbohrungen vorhanden sind, den Nachteil, dass die Späne in die Hohlräume eindringen und von dort nicht mehr abfließen können. Schädigungen an der Bohrungswandung wären die Folge.

Da es generell als nachteilig anzusehen ist, eine solche, zumindest sich über einen Teil der Schaftlänge erstreckende Hülse vorzusehen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine anderweitige Maßnahme aufzuzeigen, um die beschriebene negative Wirkung der Späne zu verhindern oder doch zumindest zu minimieren.

Ausgehend von einem gattungsgemäßen Schaftwerkzeug gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist die erfindungsgemäße Lösung im Kennzeichen dieses Patentanspruches zu sehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen beansprucht.

Der Erfindung liegen folgende Erkenntnisse zugrunde:
Die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels in Z-Richtung (in Längsrichtung des Schaftwerkzeuges) ist, ausgehend vom ursprünglich anliegenden Fluiddruck, abhängig vom Volumenstrom und Kühlkanaldurchmesser. Rotiert das Schaftwerkzeug, so wird eine zusätzliche Kühlmittelgeschwindigkeitskomponente tangential zum Bohrungs- und Werkzeugumfang erzeugt sowie eine Fliehkraft. Die tatsächliche Kühlmittelgeschwindigkeit ergibt sich aus der vektoriellen Summe dieser beiden Komponenten. Dies führt dazu, dass der statische Druck des Fluids sehr stark abfällt, was im Spanraum eine Sauwirkung erzeugt. Diese wird durch die auf das Fluid wirkende Fliehkraft verstärkt. Ein, aufgrund der hohen Fluidgeschwindigkeit entstehender großen Staudruck führt dazu, dass Kühlmittel vernebelt wird und durch die Saugwirkung wieder in den Spanraum eingezogen wird. Damit gelangen wiederum Verunreinigungen und Späne in den Bearbeitungsraum und gestalten das Bearbeitungsergebnis entsprechend negativ. Unter Umständen kann es auch zu Kavitationserscheinungen kommen.

Es ist also das Ziel zu vermeiden, dass aufgrund der vorbeschriebenen Umstände durch die Bearbeitung verschmutztes Kühlmedium wieder dem Bearbeitungsprozess zugeführt wird.

Von daher besteht die Grundüberlegung der Erfindung darin, entlang des Spanraumes eine zusätzliche Kühlmittelleitstufe vorzusehen, deren Aufgabe es ist zu verhindern, dass sich mit Spänen angereichertes, gebrauchtes Kühlmittel beim Austritt aus der zu bearbeitenden Bohrung mit aufgrund des Unterdruckes eingesaugter Luft vermischen kann. Damit lässt sich zwar nicht gänzlich verhindern, dass gebrauchtes Kühlmittel direkten Kontakt zu Führungsleisten und der Bohrungswand bekommt, es wird aber nicht am Austritt aus der Bohrung durch die gleichzeitig eingesaugte Luft gehindert.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen einzigen Figur ist ein vorderer Abschnitt eines erfindungsgemäßen Bohrwerkzeuges perspektivisch dargestellt.

Bei dem in der Fig. gezeigten Werkzeug handelt es sich um eine Reibahle 1, mittels deren Hilfe bereits erstellte Sacklochbohrungen oder Durchgangsbohrungen zu Optimierungszwecken nachgearbeitet werden. Bezüglich ihrer Längsachse 2 rotiert die Reibahle 1 mit vorgegebener Drehgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn (Pfeil 3). Ein Schaft 4 der Reibahle 1 bzw. eine sich darin anschließende konusförmige Schafterweiterung 5 geht in einen Kupplungsteil 6 über, durch den die Reibahle 1 an eine ihr zugeordnete, hier nicht näher beschriebene Antriebseinheit angeschlossen ist.
Am vorderen Schaftende sind zwei Schneiden 7, 8 angeordnet und dabei in entsprechende Ausnehmungen 9, 10 des Schaftes 4 eingebettet. In bekannter Weise sind den Schneiden 7, 8 Austrittsöffnungen 12 von beispielsweise quer gerichteten Kanalabschnitten eines entlang des Schaftes 4 sich erstreckenden und hier nicht gezeigten Kühlmittelkanales zugeordnet. Über diesen Kühlmittelkanal werden die Schneiden 7, 8 für den Werkstück-Bearbeitungsprozess mit einem Kühl- und Schmiermittel 13 versorgt.
Über den Schneiden 7, 8 ebenfalls zugeordnete, sich über einen Teil der Schaftlänge axial erstreckende Spannuten 14, 15 werden bei der Bearbeitung anfallende Späne aus dem Bearbeitungsraum herausbefördert, wobei es sich dabei um ein Gemisch 16 aus verbrauchtem Kühl-Schmiermittel 13 und angefallenen Spänen handelt.
Um zu verhindern, dass dieses Gemisch 16 auf einen aufgrund der vorstehend geschilderten Druckverhältnisse einströmenden Luftstrom 17 trifft, was dazu führen würde, dass verschmutztes Kühl-Schmiermittel 13 wieder in den Bearbeitungsbereich der Schneiden 7, 8 gelangen würde, ist erfindungsgemäß an entsprechender Stelle innerhalb jeder Spannut 14, 15 eine Leitstufe 18 angeordnet, die dafür sorgt, dass sich der Luftstrom 17 im Wesentlichen radial innen verlaufend entlang der Spannut 14, 15 bewegt, während das Gemisch 16 auf einem radial außenliegenden Weg aus der Spannut 14, 15 herausbefördert wird. Durch unterschiedliche spezifische Gewichte von Luftstrom 17 und Gemisch 16 in Verbindung mit der bei der Werkzeugrotation wirkenden Zentrifugalkraft wird dieser Effekt noch verstärkt.
Jede Leitstufe 18 bzw. der sich dadurch ergebende Einströmbereich 19 für den Luftstrom 17 ist derart gestaltet, dass bei der Drehbewegung (Pfeil 3) der Reibahle 1 der Luftstrom 17 quasi in den Einströmbereich 19 und damit in die Spannut 14 eingeschaufelt wird. Dazu ist im Einströmbereich 19 eine gewölbte Fläche 20 vorgesehen, dergestalt, dass beim Eintritt des Luftstromes 17 eine Einlaufkante 21 geringfügig überhöht ist, gegenüber der übrigen Ebene der Spannut 14 also einen gewissen Höhenversatz 22 aufweist. Danach findet ein fließender Übergang auf das Höhenniveau der übrigen Spannutfläche statt.
Jede Leitstufe 18 ist darüber hinaus in einer derartigen Entfernung von den Schneiden 7, 8 angeordnet (im oberen Endbereich der Spannut 14, 15), dass selbst bei maximalem Eintauchen der Reibahle 1 in die Bohrung die Leitstufe 18 sich noch außerhalb der Bohrung befindet.
Eine Oberfläche 11 der Leitstufe 18 ist derart gestaltet und erstreckt sich radial so weit nach außen, dass sie Teil der Schaft-Mantelfläche ist.

Claims

Schaftwerkzeug, insbesondere Bohr- oder Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug, wie beispielsweise Reibahle, bestehend aus einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugschaft mit mindestens einem Kühl- und Schmiermittelkanal und mindestens einer der Späneabfur dienenden Spannut, wobei weitere Späne-Leitelemente vorgesehen sind, um die schädliche Wirkung radial nach außen gegen eine Bohrungswand gedrängter Späne zu minimieren, dadurch gekennzeichnet, dass in die mindestens eine Spannut (14, 15) eine gegenüber einer Spannutebene erhabene Leitstufe (18) eingearbeitet ist, um eine Trennung von einem in die Spannut (14, 15) von außen eindringendem Luftstrom (17) gegenüber einem aus der Spannut (14, 15) herauszubeförderndem Gemisch (16) aus verbrauchtem Kühl-Schmiermittel (13) und angefallenen Spänen herbeizuführen.
Schaftwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitstufe (18) im oberen Endbereich der Spannut (14, 15) angeordnet ist.
Schaftwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Oberfläche (11) der Leitstufe (18) einen Teil der Schaft-Mantelfläche bildet.
Schaftwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Einströmbereich (19) für den Luftstrom (17) eine gewölbte Fläche vorgesehen ist, wobei eine Einlaufkante (21) gegenüber der Ebene der Spannut einen Höhenversatz (22) aufweist.