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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen
eines Werkzeugkegels einer Werkzeugaufnahme gemäß Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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STAND DER TECHNIK
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Es
gibt zahlreiche bekannte Reinigungsvorrichtungen für Werkzeugkegel
von Werkzeugaufnahmen. In dem Dokument
DE 42 28 268 C2 ist beispielsweise
eine Reinigungsvorrichtung offenbart, die den Werkzeugkegel mit
Hilfe von Bürsten
reinigt, die sich um Achsen drehen, die parallel zu der Achse des
Werkzeugkegels sind. In dem Dokument
DD 241 034 A1 ist hingegen eine Reinigungsvorrichtung
offenbart, bei der zwei Reinigungsbürsten versetzt gegenüberliegend
an Blattfedern montiert sind. Der Werkzeugkegel wird zwischen den
beiden Bürsten hindurch
bewegt, so dass die an den Blattfedern angebrachten Bürsten nach
außen
gedrängt
werden und dabei den Werkzeugkegel reinigen.
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Das
Dokument
EP 1 769 883
A1 offenbart zudem eine Reinigungsvorrichtung, bei der
Abstreifklingen an der Oberfläche
des Werkzeugkegels anliegen und der Werkzeugkegel gedreht wird,
um die an dem Werkzeugkegel anhaftenden Verunreinigungen wie beispielsweise
Metallabrieb oder Staub abzustreifen.
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Darüber hinaus
sind auch Reinigungsvorrichtungen für Werkzeugkegel bekannt, die
Druckluft zur Reinigung verwenden. So offenbart das Dokument
DE 27 54 636 A1 eine
Reinigungsvorrichtung, bei der ein Werkzeugkegel in eine kegelförmige Hüllfläche eingeführt wird,
die mit Luftaustrittsöffnungen versehen
ist. Druckluft wird durch die Luftaustrittsöffnungen geblasen und dadurch,
dass die Hüllfläche und
die Oberfläche
des Werkzeugkegels einen schmalen Spalt zwischen sich bilden, entsteht
eine relativ starke Luftströmung
zwischen dem Werkzeugkegel und der Hüllfläche, so dass die Luftströmung den
an der Oberfläche
des Werkzeugkegels befindlichen Schmutz mitnimmt und so den Werkzeugkegel reinigt.
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Ein ähnliches
Prinzip macht sich die Reinigungsvorrichtung aus dem Dokument
DD 140 998 A1 zu
nutze. Bei dieser Reinigungsvorrichtung sind zahlreiche Düsen an der
Innenwand einer Reinigungskammer vorgesehen, durch die allerdings
eine Reinigungsflüssigkeit
mit Druck an die Oberfläche
des Werkzeugkegels gesprüht
wird. Die auftreffende Reinigungsflüssigkeit reißt den Schmutz
mit sich und reinigt so den Werkzeugkegel. In dem Dokument
EP 0 420 039 A2 sind
die Düsen
für die
Reinigungsflüssigkeit
zudem um die Achse des Werkzeugkegels herum drehbar angeordnet,
so dass die Reinigungsleistung noch verbessert wird. Dieses Dokument
offenbart auch eine Reinigungsvorrichtung, bei der eine Flüssigkeit
in einem schmalen Spalt zwischen der Oberfläche des Werkzeugkegels und
der Innenfläche einer
Reinigungshülse
strömt.
Bei einer Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung ist die
Reinigungshülse
federnd gelagert, so dass sich aus dem Zusammenspiel des Strömungsdrucks
und des Fließwiderstands
der Flüssigkeit
und der Federkraft der Lagerung der Reinigungshülse eine pulsierende Bewegung
der Reinigungshülse
ergibt, die eine verbesserte Reinigung des Werkzeugkegels ermöglicht. Ebenfalls
in diesem Dokument ist eine Reinigungsvorrichtung offenbart, bei
der eine Reinigungskammer, in die von einer Seite ein Werkzeugkegel
so eingeführt
ist, dass die Reinigungskammer verschlossen ist, mit einer Flüssigkeit
gefüllt
ist und ein Ultraschall-Generator
vorgesehen ist, der Ultraschall-Schwingungen an die Flüssigkeit
abgibt. Dadurch wird die Reinigungsflüssigkeit in hochfrequente Schwingungen
versetzt und der Werkzeugkegel somit gereinigt. Über einen Zulauf und einen
Ablauf wird fortlaufend Reinigungsflüssigkeit zu- und abgeführt, so
dass die durch die hochfrequenten Schwingungen gelösten Schmutzpartikel
von der Reinigungsflüssigkeit
weggespült
werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Reinigungsvorrichtungen sind jedoch nicht
dazu in der Lage, die immer höher
werdenden Anforderungen an die Reinigung der Oberfläche eines
Werkzeugkegels einer Werkzeugaufnahme zu erfüllen. Es ist daher die Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Reinigungsvorrichtung für einen
Werkzeugkegel einer Werkzeugaufnahme vorzusehen, die eine gründlichere Reinigung
sicherstellt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird mit einer Vorrichtung zum Reinigen eines
Werkzeugkegels einer Werkzeugaufnahme nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Reinigungsvorrichtung sind Gegenstand der
abhängigen
Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung hat eine Vorrichtung zum Reinigen eines Werkzeugkegels
einer Werkzeugaufnahme mit ein Schwingelement, das an einem Gehäuseteil
der Vorrichtung befestigt ist und eine Ultraschallschwingung erzeugt.
Zudem hat das Schwingelement eine eigene Übertragungseinrichtung, die
eine korbförmige
Gestalt hat, sodass sie zumindest teilweise die Mantelfläche des
Werkzeugkegels umgreifen kann.
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Dieser
Aufbau macht es möglich,
dass eine Ultraschallschwingung in die unmittelbare Nähe der Oberfläche des
Werkzeugkegels übertragen
wird, so dass dadurch eine gute Reinigung des Werkzeugkegels erreicht
wird.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung hat
die Vorrichtung ein Gehäuse,
in dem ein Innenraum ausgebildet ist und das eine Gehäuseöffnung aufweist,
in die der Werkzeugkegel der Werkzeugaufnahme einführbar ist.
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Das
Vorsehen eines Gehäuses
hat den Vorteil, dass die Reinigung in einem mehr oder weniger abgeschlossenen
Raum stattfindet. Die von dem Werkzeugkegel entfernten Schmutzpartikel
und/oder Schmiermittelreste werden in dem Gehäuse aufgefangen. Die Gehäuseöffnung muss
auch nicht in dem Gehäuse
selbst ausgebildet sein. Es ist denkbar, dass in dem Gehäuse eine
kreisförmige
Aussparung vorgesehen ist, in die beispielsweise ein Adapterring eingeschraubt
werden kann. In dem Adapterring ist dann wiederum die eigentliche
Gehäuseöffnung vorgesehen.
Auf diese Weise lässt
sich die Gehäuseöffnung an
Werkzeugaufnahmen mit Werkzeugkegeln von unterschiedlichem Außendurchmesser
anpassen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
ist der Innenraum des Gehäuses
mit einem Reinigungsfluid befüllbar.
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Durch
die Befüllung
des Innenraums des Gehäuses
mit einem geeigneten Reinigungsfluid kann die Reinigungsleistung
der Vorrichtung verbessert werden. Insbesondere gilt das, wenn das
Reinigungsfluid eine Reinigungsflüssigkeit ist. In diesem Fall
kann in der Reinigungsflüssigkeit
durch die schnelle Hin- und Herbewegung der Übertragungseinrichtung durch
die Ultraschallwellen Kavitation in der Flüssigkeit erzeugt werden. Kavitation
tritt auf, wenn sich der Druck in einer Flüssigkeit aufgrund einer Bewegung
so weit absenkt, dass der von der Temperatur abhängige Partialdruck erreicht
bzw. unterschritten wird. Dann verdampft die Flüssigkeit lokal und bildet Gasblasen.
Wenn der Druck in den Gasblasen und um sie herum anschließend wieder ansteigt,
kondensiert die in den Gasblasen enthalte verdampfte Flüssigkeit
schlagartig, so dass die Gasblasen in sich zusammen fallen. Dabei
werden lokal sehr hohe Temperaturen und Drücke erzeugt. Diese sind für die Reinigung
des Werkzeugkegels sehr vorteilhaft.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
weist die Übertragungseinrichtung
eine Vielzahl von Vorsprungselementen auf, die einen im Wesentlichen zylindrischen
Raum definieren.
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Dies
bedeutet nicht, dass die Vorsprungselemente den zylindrischen Raum
vollständig
abschließen.
Vielmehr steht der durch die Vorsprungselemente definierte Raum
in einer Fluidverbindung zu der Umgebung. Die Vorsprungselemente
definieren im Wesentlichen auch nur die so genannte Mantelfläche des
zylindrischen Raums, auch wenn die Mantelfläche hier gar keine durchgängige Fläche ist.
Durch die Anordnung der Vorsprungselemente in dieser Weise ergibt
sich ein Element, das man als korbartig beschreiben könnte. Der
Raum ist zu mindestens einer Seite hin offen. In der Praxis ist
der Raum genau zu einer Seite hin offen. Der Begriff „offen” bedeutet hierbei,
dass an dieser Stelle ein zu reinigendes Objekt in den Raum eingeführt werden
kann.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
ist das Schwingelement konzentrisch zu der Mittelachse der Gehäuseöffnung ausgerichtet.
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Diese
Weiterbildung macht es möglich,
dass das Schwingelement an der zu der Gehäuseöffnung entgegen gesetzten Seite
des Gehäuses
angebracht ist. Auf diese Weise kann der Werkzeugkegel beim Einführen der
Werkzeugaufnahme sehr nahe an das Schwingelement gebracht werden.
Ein Werkzeugkegel einer Werkzeugaufnahme ist normalerweise im Wesentlichen
rotationssymmetrisch ausgebildet. Die Vorsprungselemente müssen nicht
alle dieselbe Länge
besitzen. So kann es beispielsweise sein, dass einige der Vorsprungselemente
sich bis zu einem Bereich in der Nähe der Oberfläche des
Werkzeugkegels erstrecken, der sich an dem körperfernen Ende des Werkzeugkegels
befindet, das heißt
an dem Ende, das dem Schwingelement am nächsten ist. Andere Vorsprungselemente
können
sich bis zu einem Bereich in der Nähe der Oberfläche des
erstrecken, der sich eher an dem körpernahen Ende des Werkzeugkegels
der Werkzeugaufnahme befindet, das heißt in einem Bereich des Werkzeugkegels,
der am weitesten von dem Schwingelement entfernt ist.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
ist die Übertragungseinrichtung
einstückig
mit dem Schwingelement ausgebildet und die Vorsprungselemente sind
symmetrisch zu der Mittelachse der Gehäuseöffnung angeordnet.
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Dieser
Aufbau ist dahingehend vorteilhaft, dass das Schwingelement an dem
Boden des vorstehen erwähnten
Korbes vorgesehen sein kann und die Vorsprungselemente von dem Schwingelement
zu der Gehäuseöffnung hin
vorstehen. Somit kann der Werkzeugkegel beim Einführen der
Werkzeugaufnahme in die Gehäuseöffnung in
diesen Korb eingeführt
werden, so dass die Oberfläche
bzw. die Außenumfangsfläche des
Werkzeugkegels sehr nahe an die Vorsprungselemente heran gebracht
wird. Das Führungsende
des Werkzeugkegels wird in die Nähe des
Bodens des Korbes gebracht, der in diesem Fall durch die Grundfläche der Übertragungseinrichtung gebildet
wird und einstückig
mit der Stirnfläche
des Schwingelements ausgebildet ist. Prinzipiell ist es sehr vorteilhaft,
wenn sich die Übertragungseinrichtung
sehr nahe an der Oberfläche
des Werkzeugkegels befindet, da dann die durch die Kavitation erzeugten
Druckschwankungen den Werkzeugkegel besonders gut reinigen.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
sind die Vorsprungselemente in der Form von flachen Fingern ausgebildet.
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Dadurch
können
sie das sie umgebende Reinigungsfluid besonders gut in Bewegung
versetzten, wodurch die Erzeugung von Kavitation verbessert wird.
In diesem Fall ist es auch vorteilhaft, wenn die flachen Finger
so angeordnet sind, dass sie mit einer ihrer breiten Seiten der
Außenumfangsfläche des Werkzeugkegels
zugewandt sind.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
sind die Vorsprungselemente an ihren zu dem Schwingelement distalen
Enden von der Mittelachse der Gehäuseöffnung weg gebogen.
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Dadurch
wird im Bereich der distalen Enden der Vorsprungselemente bzw. der
flachen Finger die Erzeugung von Kavitation noch verstärkt.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
die Vorsprungselemente entlang ihrer Längsrichtung verdreht sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird zusätzlich noch
eine Bewegung des Reinigungsfuids entlang der Oberfläche des
Werkzeugkegels in seiner Umfangsrichtung erzeugt. Diese Bewegung
erleichtert den Abtransport von gelösten Schmutzpartikeln.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
sind die Werkzeugaufnahme und das Übertragungseinrichtung relativ
zueinander um eine Achse drehbar.
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Bei
einer Reinigungsvorrichtung, die dieses Merkmal nicht aufweist,
gibt es Bereiche an der Oberfläche
des Werkzeugkegels, die sich sehr nahe an einem Vorsprungselement
befinden, und Bereiche, die mehr oder weniger zwischen zwei Reinigungselementen
angeordnet sind. Dadurch kann es sein, dass die Reinigungsleistung
der Reinigungsvorrichtung über
die gesamte Oberfläche
des Werkzeugkegels nicht konstant ist. Wenn sich die Werkzeugaufnahme
bzw. der Werkzeugkegel und die Übertragungseinrichtung
relativ zueinander um eine Achse drehen, dann wird dies verhindert.
Diese Ausführungsform
stellt demnach eine gleichmäßige Reinigung
des Werkzeugkegels entlang seiner gesamten Umfangsrichtung sicher.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
ist die Gehäuseöffnung durch
die Werkzeugaufnahme fluiddicht abdichtbar ist.
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Bei
einer fluiddichten Abdichtung des Gehäuses muss die Gehäuseöffnung nicht
an der Oberseite des Gehäuses
vorgesehen sein. Dies ermöglicht
einen variableren Einsatz der Reinigungsvorrichtung.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
ist ein Abdichtelement vorgesehen, das in Form eines zapfenartigen
Vorsprungs mittig in dem von den Vorsprungselementen umgebenen Raum
angeordnet ist, um einen Durchgang, der in der Werkzeugaufnahme
in axialer Richtung ausgebildet ist, fluiddicht abzudichten.
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Heutzutage
sind Werkzeugaufnahmen häufig
mit Fluidkanälen
ausgebildet, durch die ein Kühlfluid
bzw. eine Kühlflüssigkeit
von der Bearbeitungsmaschine durch die Werkzeugaufnahme zu dem Werkzeug
zugeführt
wird, um das Werkzeug zu kühlen.
Zumeist haben diese Kühlmittelkanäle eine kreisförmige Querschnittsfläche und
sind an der Mittelachse der Werkzeugaufnahme ausgebildet. Ohne ein
Abdichtelement, das diese Öffnung
verschließt, würde das
Reinigungsfluid aus dem Innenraum des Gehäuses entweichen. Daher wird
der Durchgang mit Hilfe des Abdichtelements fluiddicht verschlossen.
Das Abdichtelement kann fest in dem Innenraum des Gehäuses montiert
sein, so dass beim Einführen
der Werkzeugaufnahme in die Gehäuseöffnung die
Innenfläche
des Werkzeugkegels an der Außenfläche des
Abdichtelements in Anlage kommt. Das Abdichtelement kann in dem
körperfernen
Bereich des Werkzeugkegels angeordnet sein, es kann aber auch weiter
zu der Seite des Werkzeugs hin angeordnet sein. Das Abdichtelement
kann auch in den Werkzeugkegel eingeführt und in ihm fixiert werden, bevor
der Werkzeugkegel in die Gehäuseöffnung eingeführt wird.
Bei dieser Vorgehensweise ist allerdings ein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich.
Auf jeden Fall ist das Abdichtelement im Wesentlichen zapfenartig
und in dem Raum angeordnet, der von den Vorsprungselementen umgeben
ist.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
ist das Abdichtelement über
eine Halterung lösbar
und austauschbar an dem Gehäuse
montiert.
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Die
Halterung ist beispielsweise als ein länglicher Träger ausgebildet, der ein Durchgangsloch
in seinem mittleren Abschnitt hat, das in der Richtung der Achse
der Werkzeugaufnahme ausgebildet ist. Eine Schraube ist durch dieses
Loch hindurchgeführt und
wird in das Abdichtelement geschraubt. Es kann aber auch ein Außengewindeabschnitt
an dem Abdichtelement vorgesehen sein, der durch das in der Halterung
befindliche Loch hindurchgeführt
und mit einer Mutter an der Halterung befestigt wird. Der Träger kann
aber auch einstückig
mit einem Außengewindeabschnitt
oder einem Innengewindeabschnitt ausgebildet sein, auf den bzw.
in den das Abdichtelement geschraubt wird. Das Abdichtelement kann aber
auch mit einer Rastverbindung an dem Träger befestigt werden. Die lösbare Montage
des Abdichtelements an dem Träger
macht es möglich,
dass die Reinigungsvorrichtung für
mehrere verschiedene Werkzeugaufnahmen verwendet wird, die unterschiedliche
Innendurchmesser der Werkzeugkegel aufweisen. Sei es, dass in ansonsten
identischen Werkzeugaufnahmen unterschiedlich große Kühlfluidkanäle ausgebildet
sind, oder dass sich die Werkzeugaufnahmen beispielsweise auch im
Außendurchmesser
der Werkzeugkegel unterscheiden. Die Halterung ist wiederum lösbar an
dem Gehäuse
montiert. Wenn ein Werkzeugkegel ohne Kühlfluidkanal gereinigt werden
soll, braucht demzufolge kein Abdichtelement vorgesehen werden.
In diesem Fall braucht auch keine Halterung an dem Gehäuse vorgesehen
werden. Somit hat diese Weiterbildung den Vorteil, dass die Halterung
und das Abdichtelement nur bei Bedarf vorgesehen werden brauchen.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
besteht das Gehäuse
aus zwei Gehäuseteilen.
Zudem ist das Schwingelement an einem der beiden Gehäuseteile
befestigt, die Gehäuseöffnung ist
in dem anderen der beiden Gehäuseteile
ausgebildet und die Halterung des Abdichtelements in dem Kontaktbereich
der beiden Gehäuseteile
ist lösbar
an einem der beiden Gehäuseteile
montiert.
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Die
Montage der Halterung an dem Gehäuseteil
kann beispielsweise über
Schrauben erfolgen. Ein Kontaktbereich der beiden Gehäuseteile
kann Vertiefungen aufweisen, die die Endabschnitte der Halterung
aufnehmen können.
An diesen Stellen, die sich in Bezug auf den Innenraum des Gehäuses diametral
gegenüber
liegen, sind die Endabschnitte der Halterung an das entsprechende
Gehäuseteil
geschraubt. Die Halterung kann aber auch nur in den Vertiefungen
angeordnet sein, ohne mit dem entsprechenden Gehäuseteil verschraubt zu werden,
so dass die Halterung erst bei dem Zusammenbau der beiden Gehäuseteile
fixiert wird. Auf diese Weise wird quasi eine lose Steckverbindung
für die
Halterung ausgebildet. Alternativ dazu sind für die Montage der Halterung
an dem Gehäuseteil
und die Verbindung der beiden Gehäuseteile alle weiteren geeigneten
bekannten Verbindungsarten denkbar.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
hat das Gehäuse
mindestens einen Ein-/Auslass, durch den der Innenraum des Gehäuses mit
einem Reinigungsfluid befüllbar
und entleerbar ist.
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Diese
Ausführungsform
erleichtert den Umgang mit der Vorrichtung insbesondere dann, wenn eine
Flüssigkeit
als Reinigungsfluid verwendet wird. Bei vorgesehenem Ein-/Auslass kann das
Reinigungsfluid vor der Reinigung zugeführt und anschließend an
diese abgelassen werden.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
hat das Gehäuse
mindestens jeweils einen Einlass und einen Auslass für Reinigungsfluid.
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Bei
der Reinigung ist es zudem bei allen Ausbildungsformen denkbar,
dass zu Beginn der Reinigung ein Reinigungsfluid in das Gehäuse eingeführt wird
und nach der Beendigung der Reinigung das verunreinigte Reinigungsfluid
abgelassen wird. Alternativ dazu wird allerdings während der
Reinigung andauernd Reinigungsfluid zugeführt und abgelassen, so dass
ein ständiger
Austausch von Reinigungsfluid stattfindet. Das Reinigungsfluid kann
in beiden Fällen entweder
nur einmal verwendet werden, oder es kann nach einer Beseitigung
der in dem Reinigungsfluid befindlichen Verschmutzungen zurückgeführt und
erneut zur Reinigung verwendet werden. Für die andauernde Zu- und Abfuhr
von Reinigungsfluid wird jedoch mindestens ein eigener Einlass und
ein eigener Auslass benötigt.
Es ist auch vorteilhaft, dass die Einlässe und Auslässe für das Reinigungsfluid
so angeordnet sind, dass sich in dem Gehäuse eine Reinigungsfluidströmung ausbildet,
die den Reinigungsvorgang durch die Ultraschallwellen unterstützt und/oder
die gelösten
Verunreinigungen von der Oberfläche
des Werkzeugkegels weg transportiert. Dazu können die Kanalöffnungen
in den Innenraum des Gehäuses
beispielsweise so geneigt sein, dass das Reinigungsfluid in einer
Ebene, die senkrecht auf die Achse des Werkzeugkegels steht, tangential
an die Oberfläche
des Werkzeugkegels eingelassen wird. Weiter vorteilhaft können die
Einlässe
auch noch gegenüber
der vorstehend beschriebenen Ebene so geneigt sein, dass sich zudem
eine Strömung von
dem Kegelstumpfende des Werkzeugkegels zu der Innenwand des Gehäuses oder
anders herum ausbildet. Ein Reinigungsfluideinlass kann auch so angeordnet
sein, dass der innere Bereich des Werkzeugkegels angeströmt wird.
Der innere Bereich des Werkzeugkegels ist der Bereich, der durch
das Abdichtelement und die Innenumfangsfläche des Werkzeugkegels begrenzt
und zu dem Schwingelement hin offen ist. Dadurch wird verhindert,
dass sich dort ein Bereich ausbildet, in dem das Reinigungsfluid sich
kaum oder gar nicht bewegt und somit die gelösten Verschmutzungen nicht
abtransportiert werden können.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
hat das Gehäuse
zudem einen Druckluftanschluss, durch den Druckluft zum Trocknen
der Werkzeugaufnahme zuführbar
ist.
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Es
können
alternativ dazu aber auch mehrere Druckluftanschlüsse vorgesehen
sein. Wenn nach dem Reinigen eine Trocknung der Werkzeugaufnahme
bzw. des Werkzeugkegels erfolgt, ist die Werkzeugaufnahme schnell
wieder einsetzbar. Mit Druckluft können die an der Oberfläche des
Werkzeugkegels anhaftenden Reinigungsfluidreste abgeblasen werden.
Der Druckluftanschluss kann während
der Reinigung auch als Entlüftungsanschluss
verwendet werden, um in dem Gehäuse
verbliebene Luft entweichen zu lassen. Dies ist insbesondere in
dem Fall vorteilhaft, in dem nur ein kombinierter Ein-/Auslass für Reinigungsfluid
vorgesehen ist.
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Gemäß noch einer
weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung dieser Reinigungsvorrichtung
besteht das Abdichtelement aus einem Dichtungsträger und einem Dichtungsring,
wobei der Dichtungsträger den
Dichtungsring trägt,
der Dichtungsträger
lösbar an
der Halterung befestigt ist, und der Dichtungsring an seiner der
Halterung zugewandten Seite eine ringförmige Nut hat.
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Der
Dichtungsring ist vorzugsweise aus gummielastischem Material gemacht,
wohingegen der Dichtungsträger
vorzugsweise aus demselben Material gemacht ist, aus dem auch das
Gehäuse
gemacht ist. Zum einen ermöglicht
dieser Aufbau, dass das Abdichtelement mit einem gewissen Spiel
gegenüber
dem Gehäuse
montiert werden kann, ohne dass eine Undichtigkeit auftritt. Zum
anderen Vereinfacht die Nachgiebigkeit eines Dichtungsrings das Einführen des
Werkzeugkegels der Werkzeugaufnahme in die Vorrichtung. Die Nut
hat die Aufgabe, die verbliebenen Reste des Reinigungsfluids bei
einem Herausnehmen der Werkzeugaufnahme aus der Vorrichtung mitzunehmen
und zu verhindern, dass bei dem Herausnehmen der Werkzeugaufnahme Reineigungsfluid,
das an der Innenumfangsoberfläche
des Werkzeugkegels verblieben ist, in den Kühlmittelkanal der Werkzeugaufnahme
fließt.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Achse der Werkzeugaufnahme
im Wesentlichen senkrecht angeordnet ist und das Kegelstumpfende
des Werkzeugkegels nach oben (gegen die Schwerkraftrichtung) zeigt.
Die Nut muss aber zum Beispiel nicht vorgesehen sein, wenn das Kegelsumpfende
des Werkzeugkegels nach unten zeigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
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1 ist
eine schematische Schnittansicht der Reinigungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel;
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2 ist
eine isometrische Ansicht der Vorrichtung der 1;
und
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3a und 3b sind
schematische Schnittansichten einer vorteilhaften Abwandlung des Ausführungsbeispiels
der 1.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im
Folgenden ist ein erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
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Die
Vorrichtung 1 zum Reinigen eines Werkzeugkegels 7 einer
Werkzeugaufnahme 6 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel
im Grunde aus einem Schwingelement 4, das Ultraschallschwingungen über eine
korbförmige Übertragungseinrichtung 5 mit fingerartigen
Vorsprungselementen 9 an eine in einem Gehäuse 2, 3 befindliches
Reinigungsflüssigkeit überträgt und in
einer Reinigungsflüssigkeit
dadurch Kavitation erzeugt.
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Die
fingerartigen Vorsprungselemente 9, die auch als fingerartige
Schwingungsübertragungselemente
bezeichnet werden können,
bilden das korbförmige Übertragungselement 5,
das mit der Mantelfläche
des Werkzeugkegels 7 einen Spalt bildet, der so bemessen
ist, dass sich eine gute Reinigungswirkung ergibt. Die bei diesem
Ausführungsbeispiel
eingesetzte Reinigungsflüssigkeit
gehört
nicht zu der Erfindung und wird eingesetzt, um die Reinigungswirkung
der Vorrichtung zu verstärken.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird, wie dies oben bereits erwähnt ist,
in der Reinigungsflüssigkeit
Kavitation erzeugt. Die Bemessung des Spalts zwischen korbförmiger Übertragungseinrichtung 5 und
Werkzeugkegel 7 berücksichtigt
die erzeuge Kavitation.
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Wenn
sich der Werkzeugkegel 7 der Werkzeugaufnahme 6 in
der Reinigungsposition befindet, umschließt die korbförmige Übertragungseinrichtung 5 die
Mantelfläche
des Werkzeugkegels 7 (also seine Außenumfangsfläche) zumindest
teilweise. Bei diesem Ausführungsbeispiel
umschließt
die korbförmige Übertragungseinrichtung 5 die
Mantelfläche
des Werkzeugkegels 7 ganz, wobei die korbförmige Übertragungseinrichtung 5 keine
geschlossene Mantelfläche
hat.
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Die
n der Reinigungsflüssigkeit
erzeugte Kavitation bewirkt die Reinigung des Werkzeugkegels 6. Die
Kavitation entsteht folgendermaßen.
Die fingerartigen Vorsprungselemente 9 der korbförmigen Übertragungseinrichtung 5 werden
durch die von dem Schwingelement 4 erzeugten Ultraschallschwingungen
sehr schnell hin und her bewegt. Durch die hohe Bewegungsgeschwindigkeit
der fingerartigen Vorsprungselemente 9 (die auch als Schwingungsübertragungselemente
bezeichnet werden können und
im Folgenden als „Finger” bezeichnet
sind) wird der in der Reinigungsflüssigkeit herrschende Druck lokal
so stark abgesenkt, dass die Reinigungsflüssigkeit an diesen Stellen
verdampft und Gasblasen bildet. Wenn der Druck an diesen Stellen
kurz darauf wieder zunimmt, kondensiert die die Gasblasen bildende
verdampfte Reinigungsflüssigkeit
schlagartig an der Phasengrenze zu der die Gasblasen umgebenden
Reinigungsflüssigkeit,
so dass die Gasblasen schlagartig in sich zusammen fallen. Dabei
werden lokal sehr hohe Druckspitzen und Temperaturspitzen erzeugt,
die die Reinigung des Werkzeugkegels 7 der Werkzeugaufnahme 6 mit
bewirken.
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Der
Aufbau der Vorrichtung 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist im Folgenden im Detail beschrieben.
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Das
Schwingelement 4 ist einstückig mit der Übertragungseinrichtung 5 ausgebildet.
Das Schwingelement 4 ist im Wesentlichen zylindrisch und
die kreisförmige
Grundfläche 14 der Übertragungseinrichtung 5 ist
einstückig
mit einer Stirnfläche
des Schwingelements 4 ausgebildet. Die Übertragungseinrichtung 5 hat
zudem die zahlreichen Finger 9, die von der kreisförmigen Grundfläche 14 im
Wesentlichen orthogonal vorstehen. Die Finger 9 sind zudem entlang
des äußeren Randes
der Grundfläche 14 der Übertragungseinrichtung 5 angeordnet,
so dass die Grundfläche 14 und
die Finger 9 einen im Wesentlichen zylindrischen Raum definieren,
der zu einer Seite hin offen ist. In diesen Raum (das Innere des Korbs)
kann der Werkzeugkegel 7 der Werkzeugaufnahme 6 so
eingeführt
werden, dass zwischen den Fingern 9 und der Außenumfangsfläche des
Werkzeugkegels 7 Spalte gebildet werden und sich die Finger 9 im
Wesentlichen parallel zu der Außenumfangsfläche des
Werkzeugkegels 7 erstrecken.
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Die Übertragungseinrichtung 4 hat
zudem einen Befestigungsabschnitt 15, der von der Grundfläche 14 der Übertragungseinrichtung 4 in
die zu den Fingern 9 entgegen gesetzte Richtung vorsteht.
Der Befestigungsabschnitt 15 umgibt daher einen Teil des
Schwingelements 4. An dem von der Grundfläche 14 entfernten
Rand des Befestigungsabschnitts 15 der Übertragungseinrichtung 5 ist
ein ringförmiger Befestigungsflansch 16 angebracht.
Der Befestigungsflansch 16 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an
den Befestigungsabschnitt 15 geschweißt. Der Befestigungsflansch 16 ist
mit Durchgangsbohrungen versehen, durch die Schrauben hindurchgeführt werden,
um ihn an dem Gehäuse 2, 3 der
Vorrichtung 1 zu befestigen.
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Das
Gehäuse 2, 3 hat
im Wesentlichen die Form eines Würfels
und besteht aus zwei Gehäuseteilen 2 und 3,
die mittels Gehäuseschrauben 19 aneinander
befestigt sind. Die Gehäuseteile 2, 3 haben jeweils
eine Kontaktfläche,
an der sie aneinander anliegen. Die Kontaktflächen erstrecken sich bei diesem
Ausführungsbeispiel
horizontal.
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Das
erste Gehäuseteil,
das bei diesem Ausführungsbeispiel
das obere Gehäuseteil 2 ist,
trägt die Übertragungseinrichtung 5 und
das damit einstückig
ausgebildete Schwingelement 4.
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Genauer
gesagt ist das obere Gehäuseteil 2 an
der Seite, die zu der Kontaktfläche
mit dem anderen Gehäuseteil 3 entgegen
gesetzt ist, mit einer Öffnung 17 versehen.
Die Übertragungseinrichtung 5 ist zusammen
mit dem Schwingelement 4 in die Öffnung 17 des oberen
Gehäuseteils 2 eingeführt. Wie
dies in der 1 zu sehen ist, ist die Übertragungseinrichtung 5 so
weit in die Öffnung 17 des
oberen Gehäuseteils 2 eingeführt, dass
der Befestigungsflansch 16 der Übertragungseinrichtung 5 an
der Außenfläche des
oberen Gehäuseteils 2 anliegt.
Der Befestigungsflansch 16 ist an dem oberen Gehäuseteil 2 mit sechs
Schrauben befestigt.
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Das
Gehäuseteil 3 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel
das untere Gehäuseteil.
Das untere Gehäuseteil 3 hat
an der Seite, die zu der Kontaktfläche mit dem oberen Gehäuseteil 2 entgegen
gesetzt ist, eine kreisförmige
Gehäuseöffnung 20,
in die der Werkzeugkegel 7 der Werkzeugaufnahme 6 eingeführt werden
kann. An der Gehäuseöffnung 20 ist
ein Dichtring 10 vorgesehen. Der Dichtring 10 ist
in eine Vertiefung eingesetzt, die an dem unteren Gehäuseteil 3 um
die Gehäuseöffnung 20 herum
ausgebildet ist. An dem unteren Gehäuseteil 3 ist im Bereich
der Gehäuseöffnung 20 zudem
ein Halteflansch 22 ausgebildet, der in die Gehäuseöffnung 20 hinein
vorsteht. Der Halteflansch 20 dient dazu, den Dichtring 10 zu
stützen.
Der Dichtring 10 ist zudem durch einen Montageflansch 21 fixiert.
Genauer gesagt ist der Dichtring so ausgebildet, das er ein wenig
dicker als die Höhe
der Vertiefung ist, in die er eingesetzt ist. Der Montageflansch 22 ist
mit Hilfe von Schrauben an dem unteren Gehäuseteil 3 befestigt.
Bei der Montage des Montageflansches 22 wird der Dichtring 10 zwischen
dem unteren Gehäuseteil 3 und
dem Montageflansch 21 eingeklemmt und ist dadurch fixiert. Der
Dichtring 10 ist zudem so gestaltet, dass er mit seinem
inneren Rand an einem Ringflansch 23 anliegen kann, der
an der Werkzeugaufnahme 6 ausgebildet ist. Genauer gesagt
ist der Ringflansch 23 anschließend an den Werkzeugkegel 7 an
der Werkzeugaufnahme 6 ausgebildet. Der Dichtring 10 dichtet
im Zusammenspiel mit der Werkzeugaufnahme 5 die Gehäuseöffnung 20 des
unteren Gehäuseteils 3 fluiddicht
ab.
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Im
Folgenden ist der Aufbau der Finger 9 im Detail beschrieben.
Die Finger 9 sind als flache längliche Vorsprungselemente
ausgebildet, die einen rechtwinkligen Querschnitt haben. Sie erstrecken sich
im Wesentlichen parallel zu der Außenumfangsfläche des
Werkzeugkegels 7. Zudem befinden sich die Finger über annähernd ihre
gesamte Länge
in unmittelbarer Nähe
zu der Außenumfangsfläche des Werkzeugkegels 7.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind
die Finger 9 weder an ihren distalen Enden umgebogen noch
entlang ihrer Längsrichtung
verdreht.
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Gas
Gehäuse 2, 3 verfügt zudem über zwei Einlässe 11 und
einen Auslass 12 für
Kühlflüssigkeit, die
bei diesem Ausführungsbeispiel
als Reinigungsfluid verwendet wird. Die Einlässe sind an dem unteren Rand
des Innenraums des Gehäuses 2, 3,
in seitlichen Randbereichen einer Seitenwand des Gehäuses 2, 3 vorgesehen.
Genauer gesagt sind die Einlässe
an dem unteren Gehäuseteil 3 vorgesehen.
Der Auslass 12 befindet sich in etwa mittig zwischen den beiden
Einlässen 11. Über dem
Auslass 12 befindet sich an dem oberen Gehäuseteil 2 am
oberen Rand des Innenraums des Gehäuses 2, 3 ein
Druckluftanschluss 13. Dieser Druckluftanschluss 13 dient
bei diesem Ausführungsbeispiel
auch als Ent- und Belüftungsanschluss
während
des B3efüllens
und Entleerens des Gehäuses
mit Kühlflüssigkeit.
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Der
Ablauf des Reinigungsvorgangs gestaltet sich wie nachfolgend beschrieben.
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Die
Werkzeugaufnahme 6, die bei diesem Ausführungsbeispiel keinen axialen
Durchgang aufweist, wird in die Gehäuseöffnung 20 eingeführt. Der Dichtring 21 kommt
mit dem an der Werkzeugaufnahme 6 ausgebildeten Ringflansch 23 in
Anlage, so dass das Gehäuse
fluiddicht abgedichtet ist. Der Dichtring ist dabei durch den Halteflansch 22 und
den Montageflansch 21 gehalten, so dass er beim Einführen der
Werkzeugaufnahme 6 nicht gelöst oder heraus gezogen wird.
Der Werkzeugkegel 7 befindet sich quasi im Inneren des
von der Übertragungseinrichtung 5 gebildeten
Korbs.
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Der
Auslass 12 wird geschlossen, sofern er offen war, und der
Druckluftanschluss 13 wird als Entlüftungsanschluss verwendet und
geöffnet.
Kühlflüssigkeit
als Reinigungsfluid wird durch die Einlässe 11 in den Innenraum
des Gehäuses 2, 3 eingeführt. Dabei
entweicht in dem Gehäuse
befindliche Luft durch den Druckluftanschluss 13. Wenn
das Gehäuse vollständig mit
Kühlflüssigkeit
befüllt
ist, werden die Einlässe 11 und
der Druckluftanschluss 13 geschlossen.
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Das
Schwingelement 4 beginnt damit, Ultraschallschwingungen
zu erzeugen. Diese Schwingungen gibt das Schwingelement 4 an
die Übertragungseinrichtung 5 ab.
Genauer gesagt überträgt das Schwingelement 4 die
Schwingungen zunächst
an die Grundfläche 14 der Übertragungseinrichtung 5. Von
dort werden die Ultraschallschwingungen weiter an die Finger 9 geleitet.
An der Oberfläche
der Finger 9 (nicht nur dort, aber vor allem dort) wird
Kavitation erzeugt. Gasblasen bilden sich und fallen in sich zusammen,
so dass starke Druckschwankungen um den Werkzeugkegel 7 herum
erzeugt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass sich
die Finger 9 in unmittelbarer Nähe zu dem Werkzeugkegel 7 befinden.
Die an dem Werkzeugkegel 7 anheftenden Verschmutzungen
wie beispielsweise Staubpartikel oder metallischer Abrieb werden
durch die Druckschwankungen gelöst
und schwimmen in der Kühlflüssigkeit. Abhängig von
ihrer Größe und ihrem
Gewicht, sinken die Verschmutzungen auch nach unten.
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Wenn
die Reinigung beendet ist, endet die Erzeugung von Ultraschallwellen
durch das Schwingelement 4. Der Druckluftanschluss 13 und
der Auslass 12 werden geöffnet und die Kühlflüssigkeit
wird durch den Auslass 12 abgelassen. Hierbei kann die Kühlflüssigkeit
mit Hilfe der Schwerkraft aus dem Gehäuse 2, 3 fließen. Bei
diesem Ausführungsbeispiel wird
das Ausfließen
der Kühlflüssigkeit
durch eine nicht gezeigt Pumpe unterstützt. Der Druckluftanschluss 13 dient
dabei als Belüftungsanschluss,
so dass in dem Gehäuse
kein Unterdruck entsteht, der ein Abfließen der Kühlflüssigkeit behindert oder verhindert.
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Anschließend wird
durch den Druckluftanschluss 13 Druckluft in das Gehäuse 2, 3,
geblasen, um an der Oberfläche
der Werkzeugaufnahme 6 anhaftende Reste der Kühlflüssigkeit
abzublasen. Diese können
durch den noch geöffneten
Auslass abfließen.
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Zuletzt
wird die Werkzeugaufnahme 6 aus dem Gehäuse 2, 3,
herausgeführt.
Die Vorrichtung ist somit bereit zur Reinigung einer weiteren Werkzeugaufnahme.
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ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Im
Folgenden ist ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 3a und 3b beschrieben.
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Die
Werkzeugaufnahme 6, die bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel
in die Gehäuseöffnung 20 eingeführt wird,
kann eine axiale Durchgangsbohrung bzw. einen Durchgang 8 haben, durch
die bzw. den bei Verwendung des in der Werkzeugaufnahme 6 befestigten
Werkzeugs Kühlmittel zu
dem Arbeitsbereich des Werkzeugs zugeführt werden kann. In diesem
Fall hat die Vorrichtung zudem ein Abdichtelement 24, das
in diesen Durchgang 8 einführbar ist, wobei die Außenumfangsfläche des Abdichtelements 24 fluiddicht
an der Innenumfangsfläche
des Werkzeugkegels 7 anliegt. Der Begriff „einführbar” bedeutet,
dass bei dem Einführvorgang der
Werkzeugaufnahme 6 in die Vorrichtung 1 und genauer
gesagt in die Gehäuseöffnung 20 der
Vorrichtung 1, der Werkzeugkegel 7 in den ringförmigen Spalt
zwischen dem inneren Rand des an der Gehäuseöffnung 20 vorgesehenen
Dichtrings 10 und dem äußeren Rand
des Abdichtelements 24 eingeführt werden kann.
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Das
Abdichtelement 24 ist über
eine Halterung 25 lösbar
und austauschbar an dem Gehäuse 2, 3 montiert.
Die Halterung 25 des Abdichtelements 24 ist bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
in dem Bereich der Kontaktfläche
der zwei Gehäuseteile 2, 3 mit
Schrauben lösbar
an dem unteren Gehäuseteil 3 befestigt.
In dem Kontaktbereich des unteren Gehäuseteils 3 sind an
dem Rand zu dem Innenraum des Gehäuses 2, 3 zwei
Vertiefungen ausgebildet, die sich in Bezug auf den Innenraum des
Gehäuses 2, 3 diametral
gegenüber
stehen. In die Vertiefungen werden die beiden Enden der Halterung 25 eingesetzt. Zudem
ist in jedem der beiden Enden der Halterung 25 ein vertikales
Durchgangsloch ausgebildet. In dem unteren Gehäuseteil 3 sind in
dem Bereich der zwei Vertiefungen zwei vertikale Sackbohrungen ausgebildet,
die mit einem Innengewindeabschnitt versehen sind. Die Halterung 25 wird
mit zwei Schrauben an dem unteren Gehäuseteil 3 befestigt, indem
je eine Schraube durch je ein vertikales Durchgangsloch in jedem
Ende der Halterung 25 durchgeführt wird und mit dem Innengewindeabschnitt
der Sackbohrung verschraubt wird. Die Durchgangsbohrungen in der
Halterung 25 sind an der Oberseite der Halterung 25 so
gestaltet, dass die Köpfe
der Schrauben im festgezogenen Zustand in der Halterung 25 versenkt
sind, so dass sich bei montierter Halterung 25 wieder eine
ebene Kontaktfläche
des unteren Gehäuseteils 3 ergibt.
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Das
Abdichtelement 24 dieses Ausführungsbeispiels besteht aus
einem Dichtungsträger 26 und einem
Dichtungsring 27. Der Dichtungsträger 26 ist wie das
Gehäuse 2, 3 aus
Metall wie zum Beispiel Aluminium oder Stahl hergestellt und der
Dichtungsring 27 ist aus gummielastischem Material gemacht. Die
jeweiligen Bauteile können
aber auch aus anderem geeigneten Material hergestellt sein. Der
Dichtungsträger 26 trägt den Dichtungsring 27 und
ist lösbar
an der Halterung 25 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
hat der Dichtungsträger 26 einen zylindrischen
Fortsatz an seiner oberen Endfläche. Dieser
Fortsatz hat an dem körperfernen
Endabschnitt seiner Außenumfangsfläche einen
Außengewindeabschnitt.
Der zylindrische Fortsatz wird durch eine Durchgangsbohrung hindurchgeführt, die in
der Mitte der Halterung 25 ausgebildet ist, und wird mit
einer Mutter an der Halterung 25 befestigt. Der Dichtungsring 27 hat
an seiner der Halterung 25 zugewandten Seite, die bei diesem
Ausführungsbeispiel
auch dem Schwingelement 4 zugewandt ist, eine ringförmige Nut.
Das heißt,
die Nut ist bei diesem Ausführungsbeispiel
an seiner oberen Fläche ausgebildet.
Damit der Dichtungsring 27 durch den Dichtungsträger 26 sicher
gehalten ist, liegt er an seiner Innenseite an der zylindrischen
Außenfläche des Dichtungsträgers 26 an.
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Zudem
hat der zylindrische Dichtungsträger 26 an
seinem unteren Ende eine tellerartige Endfläche, auf der der Dichtungsring 27 sitzt.
Eine ähnliche Fläche ist
an dem oberen Rand der Berührungsfläche von
Dichtungsring 27 und Dichtungsträger 26 ausgebildet,
wobei der Durchmesser dieser Fläche kleiner
ist, so dass die Nut, die an der oberen Fläche des Dichtungsrings 27 ausgebildet
ist, nicht durch diese Fläche
abgedeckt ist.
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Das
Abdichtelement 24 verschließt den in der Werkzeugaufnahme
ausgebildeten Durchgang 8, wenn der Werkzeugkegel 7 in
die Gehäuseöffnung 20 eingeführt ist.
Der Reinigungsvorgang unterscheidet sich nicht von dem des ersten
Ausführungsbeispiels.
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Beim
Herausnehmen der Werkzeugaufnahme 6 aus der Reinigungsvorrichtung
streift der Dichtungsring 26 die an der Innenumfangsfläche des Werkzeugkegels
verbliebene Kühlflüssigkeit
ab. Damit diese nicht in den Durchgang laufen kann, wird sie in
der Nut gesammelt, die in dem Dichtungsring 27 ausgebildet
ist.
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Die
Ausführungsbeispiele
sind bloß exemplarischer
Natur und sind keinesfalls dazu gedacht, den in den Ansprüchen definierten
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Alle
aufgezeigten sowie weitere bekannte Alternativen und Abwandlungen
können
einzeln oder in Kombination auf die vorliegende Erfindung angewendet
werden.