DE102007040024B4

DE102007040024B4 - Werkzeug-Aufnahme zum Antrieb eines rotierenden Werkzeuges

Info

Publication number: DE102007040024B4
Application number: DE102007040024A
Authority: DE
Inventors: Reiner Quanz
Original assignee: Reiner Quanz GmbH and Co KG
Current assignee: Reiner Quanz GmbH and Co KG
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2027-08-25
Also published as: DE202006014812U1; DE102007040024A1

Abstract

Werkzeug-Aufnahme (8) zum Rotationsantrieb eines um eine Rotationsachse (2) rotierenden Werkzeugs (1), wie Bohrer, Senker, Entgrater, Fräser oder dergleichen, mit einem Aufnahmeteil (10) mit einer Aufnahmeöffnung (12) für einen solchen Werkzeug-Einspannschaft (6), der auf seinem Außenumfang eine Anzahl n ≥ 2 von Spannflächen (16) und im Bereich jeder Spannfläche (16) einen Schaftradius (r) aufweist, der – in einer vorbestimmten Werkzeug-Rotationsrichtung (18) gesehen – von einem minimalen Schaftradius (rmin) in Umfangsrichtung über einen Anstiegswinkelbereich (α1) hinweg stetig auf einen maximalen Schaftradius (rmax) ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (12) einen lichten Innenquerschnitt mit einem Innenradius (ri) aufweist, der größer/gleich dem maximalen Schaftradius (rmax) des Einspannschaftes (6) ist, wobei innerhalb der Aufnahmeöffnung (12) für jede Spannfläche (16) des Einspannschaftes (6) ein starrer, sich ausgehend von dem Innenradius (ri) radial nach innen erstreckender Mitnehmeransatz (30) angeordnet ist, wobei die Mitnehmeransätze (30) radial nach innen weisende Anlagebereiche (32) aufweisen, die zwischen dem minimalen Schaftradius...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeug-Aufnahme zum Rotationsantrieb eines um eine Rotationsachse rotierenden Werkzeugs, wie Bohrer, Senker, Entgrater, Fräser oder dergleichen, mit einem Aufnahmeteil mit einer Aufnahmeöffnung für einen solchen Werkzeug-Einspannschaft, der auf seinem Außenumfang eine Anzahl n ≥ 2 von Spannflächen und im Bereich jeder Spannfläche einen Schaftradius aufweist, der – in einer vorbestimmten Werkzeug-Rotationsrichtung gesehen – von einem minimalen Schaftradius in Umfangsrichtung über einen Anstiegswinkelbereich hinweg stetig auf einen maximalen Schaftradius ansteigt.
Die EP 1 340 570 B8 beschreibt ein insofern spezielles rotierendes Werkzeug, als dessen Einspannschaft Spannflächen aufweist, die in Umfangsrichtung gesehen jeweils als eine Art von Rampenfläche ausgebildet sind, die in der vorbestimmten Werkzeug-Rotationsrichtung von einem Anfangspunkt bis zu einem Endpunkt radial ansteigt. Ausgehend von einem minimalen Schaftradius am Anfangspunkt steigt der Schaftradius bis zum Endpunkt derart stetig auf einen maximalen Schaftradius an, dass jede Spannfläche im Querschnitt konvex gekrümmt ist.
In der Regel werden solche rotierenden Werkzeuge in Spannfutter eingesetzt, die radial bewegliche, fest gegen den Einspannschaft spannbare Spannbacken aufweisen. Bei Verwendung des beschriebenen speziellen Werkzeuges laufen die antreibenden Spannbacken des Spannfutters bei Rotation gegen die rampenartig ansteigenden Spannflächen, so dass auch bei einem relativ losen Spannen stets eine sichere Mitnahme des Werkzeugs erreicht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, für solche speziellen Werkzeuge eine konstruktiv einfache und besonders kostengünstige Aufnahme zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Aufnahmeöffnung einen lichten Innenquerschnitt mit einem Innenradius aufweist, der größer/gleich dem maximalen Schaftradius des Einspannschaftes ist, wobei innerhalb der Aufnahmeöffnung für jede Spannfläche des Einspannschaftes ein starrer, sich ausgehend von dem Innenradius radial nach innen erstreckender Mitnehmeransatz angeordnet ist, wobei die Mitnehmeransätze radial nach innen weisende Anlagebereiche aufweisen, die zwischen dem minimalen Schaftradius und dem maximalen Schaftradius liegen. Erfindungsgemäß wird somit auf bewegliche Spannbacken verzichtet, wodurch sich die erfindungsgemäße Werkzeug-Aufnahme im Vergleich zu einem aus vielen beweglichen Einzelteilen bestehenden Spannfutter ganz wesentlich vereinfacht. Das Aufnahmeteil kann einstückig beispielsweise spanend hergestellt werden, wobei die Innenquerschnittskontur der Aufnahmeöffnung mit den starren Mitnehmeransätzen insbesondere mit einem Räumwerkzeug, einer sogenannten Räumnadel, schnell, einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Durch die an den Querschnitt des zugehörigen Einspannschaftes angepasste Innenquerschnittskontur bildet das erfindungsgemäße Aufnahmeteil eine einfache Einsteckaufnahme; der Einspannschaft kann in einer bestimmten Umfangsausrichtung einfach und schell axial eingesetzt und dann durch Relativverdrehung gespannt werden, indem die rampenartige Spannflächen gegen die Mitnehmeransätze bewegt werden. Hierbei wird eine automatische Selbstspannung bewirkt, indem in den Anlagebereichen der Mitnehmeransätze aufgrund der radial ansteigenden Spannflächen eine Erhöhung des Kraftschlusses bis hin zum Kraftformschluss oder gar Formschluss erfolgt. Bei geeigneter Auslegung der Spannflächen kann die Spannverbindung sogar – nach dem Prinzip einer selbsthemmenden Konusverbindung – in die Selbsthemmung laufen. Dadurch ist eine sichere, spielfreie, rutsch- und schlupffreie Drehmomentübertragung gewährleistet.
Im Falle einer selbsthemmenden Spannverbindung ist es vorteilhaft, an der erfindungsgemäßen Werkzeug-Aufnahme und/oder an dem jeweiligen rotierenden Werkzeug einen geeigneten Drehmoment-Angriff für ein Lösewerkzeug zum Einleiten eines Drehmomentes in der der vorbestimmten Rotationsrichtung entgegengesetzten Richtung vorzusehen. Dies ermöglicht ein leichteres Lösen des Werkzeugs aus der Aufnahme.
Durch die sehr einfache, einstückige Ausgestaltung ohne bewegliche Bestandteile ist die erfindungsgemäße Werkzeug Aufnahme vorteilhafterweise auch sehr robust und störungsunanfällig.
In vorteilhafter Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Werkzeug-Aufnahme direkt mit einer Antriebsmaschine verbunden werden oder aber einen Antriebsschaft aufweisen. Zur Bildung einer Verlängerung kann der Antriebsschaft mit Vorteil dem speziellen Werkzeug-Einspannschaft entsprechen. Dadurch können auch mehrere Werkzeug-Aufnahmen zusammengesteckt werden, um Verlängerungen mit verschiedenen Längen zu bilden. Für eine Ausgestaltung als Adapter kann der Antriebsschaft auch mit einer beliebigen anderen Querschnittsform ausgebildet sein, z. B. als Sechskant, wie er auch bei sogenannten BIT-Einsätzen (z. B. Schrauberbits) Verwendung findet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung enthalten.
Anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeug-Aufnahme und eines zugehörigen Werkzeugs,
2 einen stark vergrößerten Querschnitt im eingesetzten Zustand von Aufnahme und Werkzeug entsprechend den Schnittlinien II-II in 1 und
3a–d jeweils eine Ausschnittvergrößerung des Bereichs III in 2 in unterschiedlichen Ausführungsvarianten.
In 1 ist beispielhaft und vereinfacht ein Werkzeug 1 veranschaulicht, welches aus einem um eine Rotationsachse 2 rotierend anzutreibenden Arbeitsteil 4 und einem sich in axialer Richtung anschließenden Einspannschaft 6 beseht. Der Arbeitsteil 4 ist insbesondere für eine spanende Bearbeitung ausgelegt, beispielsweise als Bohrer, Fräser, Senker, Entgrater oder dergleichen. In 1 ist rein beispielhaft und schematisch eine im Wesentlichen konische Ausführung als sogenannter Schälaufbohrer veranschaulicht, es kann sich aber beispielsweise auch um einen Stufenbohrer oder eine beliebige andere Werkzeugart handeln, insbesondere auch um einen sogenannten Forstnerbohrer zur Herstellung von Senklöchern in Holzbauteilen, z. B. in der Möbelindustrie.
Zum Rotationsantrieb des Werkzeugs 1 ist eine erfindungsgemäße Werkzeug-Aufnahme 8 vorgesehen, die ein Aufnahmeteil 10 mit einer Aufnahmeöffnung 12 zum Einsetzen des Einspannschaftes 6 in Richtung der Rotationsachse 2 aufweist (siehe in 1 den Pfeil 14).
Bei dem Einspannschaft 6 handelt es sich um eine besondere Ausführung, wie sie Gegenstand der eingangs erwähnten Veröffentlichung EP 1 340 570 B8 ist, auf die deshalb in vollem Umfange Bezug genommen wird. Dieser Einspannschaft 6 weist auf seinem Außenumfang eine Anzahl n ≥ 2 von Spannflächen 16 auf. Hierzu wird insbesondere auf 2 verwiesen, wonach bevorzugt drei Spannflächen 16 vorhanden sind. Der Einspannschaft 6 weist im Bereich jeder Spannfäche 16 einen Schaftradius r auf, der – in einer vorbestimmten Werkzeug-Rotationsrichtung (Pfeile 18) gesehen – von einem minimalen Schaftradius r_min in Umfangsrichtung über einen Anstiegswinkelbereich α1 hinweg stetig auf einen maximalen Schaftradius r_max ansteigt. Dadurch ergibt sich für jede Spannfläche 16 ein Anfangspunkt 20 mit dem minimalen Radius r_min und ein Endpunkt 22 mit dem maximalen Radius r_max. Zwischen diesen Punkten 20, 22 steigt der Schaftradius r vorzugsweise derart stetig an, dass jede Spannfläche 16 im Querschnitt konvex gekrümmt ist. Die auf dem maximalen Radius r_max. liegenden Endpunkte 22 definieren einen gestrichelt in 2 eingezeichneten Umkreis 24. Die Spannflächen 16 verlaufen jeweils vom Anfangspunkt 20 über den Anstiegswinkelbereich α1 hinweg stetig bis zu dem Umkreis 24 im Endpunkt 16, so dass sich zwischen den Spannflächen 16 und dem gedachten, imaginären Umkreis 24 ”Spalte” 26 ergeben, die sich in Rotationsrichtung 18 sichelförmig verjüngen. Zwischen dem Endpunkt 22 jeder Spannfläche 16 und dem Anfangspunkt 20 der in Rotationsrichtung 18 benachbarten Spannfläche 16 ist jeweils eine radial entsprechend abfallende Übergangsfläche 28 gebildet. Diese Übergangsflächen 28 erstrecken sich jeweils über einen Abfallwinkelbereich α2. Im Bereich jeder Übergangsfläche 28 fällt der Schaftradius r derart stetig ab, dass die Übergangsfläche 28 im Querschnitt konkav gekrümmt ist, wobei ein Wendepunkt zwischen der konkav gekrümmten Übergangsfläche 28 und der sich stetig anschließenden konvex gekrümmten Spannfläche 16 etwa mit deren Anfangspunkt 20 zusammenfällt.
In Abhängigkeit von der Anzahl n der Spannflächen 16 ergibt sich ein Teilungswinkel α = 360°/n. Bei der dargestellten, bevorzugten Ausführung ist der Einspannschaft 6 mit drei Spannflächen 16 ausgebildet, so dass der Teilungswinkel α = 360°/3 = 120° beträgt.
Bezüglich des speziellen Einspannschaftes 6 ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Anstiegswinkelbereich α1 jeder Spannfläche 16 etwa 85% bis 95% insbesondere etwa 90% des Teilungswinkels α beträgt. Folglich liegt der Abfallwinkelbereich α2 jeder Übergangsfläche 28 etwa in der Größenordnung von 5% bis 15%, insbesondere bei etwa 10%, des Teilungswinkels α. Daraus resultiert ein Verhältnis α2:α1 von etwa 1:7 bis 1:11, insbesondere etwa 1:10.
Weiterhin ist es vorteilhaft wenn die Differenz r_max – r_min des maximalen und minimalen Schaftradius etwa 1% bis 2% des Durchmessers d = 2·r_max des Umkreises 24 beträgt.
Was nun die erfindungsgemäße Werkzeug-Aufnahme 8 betrifft, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aufnahmeöffnung 12 einen lichten Innenquerschnitt mit einem in 2 und 3 jeweils eingezeichneten Innenradius r_i aufweist, der größer/gleich dem maximalen Schaftradius r_max des Einspannschaftes 6 ist. Um den Einspannschaft 6 jedenfalls leicht in die Aufnahmeöffnung 12 einsetzen zu können, sollte der Innenradius r_i zumindest geringfügig größer als der maximale Schaftradius r_max sein. Weiterhin ist erfindungsgemäß innerhalb der Aufnahmeöffnung 12 für jede Spannfläche 16 des Einspannschaftes 6 ein starrer, sich ausgehend von dem Innenradius r_i radial nach innen erstreckender Mitnehmeransatz 30 angeordnet. In Anpassung an den jeweiligen Einspannschaft 6 sind somit mindestens zwei Mitnehmeransätze 30, im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Mitnehmeransätze 30 vorgesehen. Die Mitnehmeransätze 30 bilden radial nach innen weisende Anlagebereiche 32, die zur Anlage an den Spannflächen 16 in einem inneren Radius-Bereich r_in zwischen dem minimalen Schaftradius r_min und dem maximalen Schaftradius r_max liegen. Somit gilt: r_max > r_in > r_min, wobei r_in auch gegen einen der Grenzwerte r_max oder r_min gehen kann.
Bevorzugt sind alle Mitnehmeransätze 30 – abgesehen von ihrer Winkelorientierung – gleich ausgebildet und in radialsymmetrischer Umfangsverteilung angeordnet. Zudem sind die Mitnehmeransätze 30 bevorzugt einstückig mit dem Aufnahmeteil 10 ausgebildet.
In 2 und 3 sind unterschiedliche Varianten zur Ausgestaltung der Mitnehmeransätze 30 und deren Anlagebereiche 32 veranschaulicht. So können die Anlagebereiche 32 von ebenen oder in Anpassung an die Spannflächen 16 leicht konkav gekrümmten Anlageflächen gebildet sein. in der Alternative gemäß 3d sind die Anlagebereiche 32 als konvex gekrümmte Flächen ausgebildet. Die ebenen Flächen kommen zur tangentialen, in axialer Richtung linienförmigen Anlage an den Spannflächen 16. Entsprechendes gilt auch für die konvexen Anlageflächen gemäß 3d. Im Falle der Ausführung nach 3a kommen die an den Einspannschaft 6 angepassten konkaven Anlageflächen zu einer entsprechend großflächigen Anlage an der jeweiligen Spannfläche 16.
In Umfangsrichtung gesehen können die Mitnehmeransätze 30 vordere und hintere Flankenflächen 33 aufweisen, die im Grunde beliebig geformt sein können, beispielsweise eben, konvex oder konkav.
Gemäß 1 kann das Aufnahmeteil 10 mit Vorteil auf seiner der Aufnahmeöffnung 12 axial gegenüberliegenden Seite in einen Antriebsschaft 34 übergehen, der zum Rotationsantrieb unmittelbar oder mittelbar mit einer Antriebsmaschine zu verbinden ist. Dabei kann der Antriebsschaft 34 bezüglich seines Querschnittes dem Einspannschaft 6 des Werkzeugs 1 entsprechen. Hierdurch bildet die Werkzeug-Aufnahme 8 eine Verlängerung für den Einspannschaft 6 des Werkzeugs 1. Alternativ kann der Antriebsschaft 34 auch einen beliebigen anderen Querschnitt aufweisen, beispielsweise einen regelmäßigen Sechskant, wie er auch für sogenannte BIT-Werkzeuge, wie Schrauberbits, Verwendung findet. Dadurch bildet die Werkzeug-Aufnahme 8 einen Adapter.
Insbesondere zur Verwendung für Werkzeuge 1 zur Holzbearbeitung kann es vorteilhaft sein, das Aufnahmeteil 10 im Bereich der Aufnahmeöffnung 12 derart magnetisch auszubilden, dass eine Vorfixierung des eingesetzten Einspannschaftes 6 erreicht wird, bis dieser durch kraftschüssige Anlage der Spannflächen 16 an den Mitnehmeransätzen 30 gehalten wird.
Da die Spannfächen 16 des Einspannschaftes 6 bevorzugt in axialer Richtung parallel zur Rotationsachse 2 verlaufen, gilt dies entsprechend auch für die Anlagebereiche 32 der Mitnehmeransätze 30.
Durch die beschriebene Ausgestaltung kann zwischen den Spannfächen 16 und den Mitnehmeransätzen 30 durch Selbsthemmung eine sehr feste Kraftschlussverbindung erreicht werden. Deshalb ist es vorteilhaft, die erfindungsgemäße Werkzeug-Aufnahme 8 und/oder das Werkzeug 1 mit einem geeigneten Drehmoment-Angriff für ein Lösewerkzeug zum Einleiten eines Drehmomentes in der der vorbestimmten Rotationsrichtung 18 entgegengesetzten Löserichtung auszustatten. Bei dem Drehmoment-Angriff kann es sich beispielsweise um eine einfache radiale Lochöffnung für ein stiftförmiges Lösewerkzeug handeln. Ferner sind auch Abschnitte für Schlüsselwerkzeuge (z. B. Maulschlüssel) beispielsweise in Form von im Querschnitt polygonalen Abschnitten oder gegenüberliegenden Schlüsselflächen möglich.

Claims

Werkzeug-Aufnahme (8) zum Rotationsantrieb eines um eine Rotationsachse (2) rotierenden Werkzeugs (1), wie Bohrer, Senker, Entgrater, Fräser oder dergleichen, mit einem Aufnahmeteil (10) mit einer Aufnahmeöffnung (12) für einen solchen Werkzeug-Einspannschaft (6), der auf seinem Außenumfang eine Anzahl n ≥ 2 von Spannflächen (16) und im Bereich jeder Spannfläche (16) einen Schaftradius (r) aufweist, der – in einer vorbestimmten Werkzeug-Rotationsrichtung (18) gesehen – von einem minimalen Schaftradius (r_min) in Umfangsrichtung über einen Anstiegswinkelbereich (α1) hinweg stetig auf einen maximalen Schaftradius (r_max) ansteigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (12) einen lichten Innenquerschnitt mit einem Innenradius (r_i) aufweist, der größer/gleich dem maximalen Schaftradius (r_max) des Einspannschaftes (6) ist, wobei innerhalb der Aufnahmeöffnung (12) für jede Spannfläche (16) des Einspannschaftes (6) ein starrer, sich ausgehend von dem Innenradius (r_i) radial nach innen erstreckender Mitnehmeransatz (30) angeordnet ist, wobei die Mitnehmeransätze (30) radial nach innen weisende Anlagebereiche (32) aufweisen, die zwischen dem minimalen Schaftradius (r_min) und dem maximalen Schaftradius (r_max) liegen.
Werkzeug Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmeransätze (30) gleich ausgebildet und in radialsymmetrischer Umfangsverteilung angeordnet sind.
Werkzeug-Aufnahme nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmeransätze (30) einstückig mit dem Aufnahmeteil (10) ausgebildet sind.
Werkzeug-Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagebereiche (32) der Mitnehmeransätze (30) von ebenen oder in Anpassung an die Spannflächen (16) konkav gekrümmten Anlageflächen gebildet sind.
Werkzeug-Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagebereiche (32) der Mitnehmeransätze (30) von konvex gekrümmten Anlageflächen gebildet sind.
Werkzeug-Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (10) auf seiner der Aufnahmeöffnung (12) axial gegenüberliegenden Seite in einen Antriebsschaft (34) übergeht, wobei der Antriebsschaft (34) vorzugsweise in seiner Ausgestaltung dem Einspannschaft (6) des Werkzeugs (1) entspricht.
Werkzeug-Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmeteil (10) im Bereich der Aufnahmeöffnung (12) zur Fixierung des eingesetzten Einspannschaftes (6) magnetisch ausgebildet ist.
Werkzeug-Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Aufnahmeöffnung (12) drei Mitnehmeransätze (30) mit einem Umfangs-Mittenabstand (α) von 120° angeordnet sind.
Werkzeug-Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagebereiche (32) der Mitnehmeransätze (30) axial parallel zur Rotationsachse (2) verlaufen.
Werkzeug-Aufnahme nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Drehmoment-Angriff für ein Lösewerkzeug zum Einleiten eines Drehmomentes in der der vorbestimmten Rotationsrichtung entgegengesetzten Richtung.