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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahmespindel mit einem axial profilierten Wellenbund und einem Gewindeabschnitt, wobei das Werkzeug auf den Gewindeabschnitt aufschraubbar und gegen den Wellenbund unter einem Zwischenlegen eines sich an den Wellenbund anschmiegenden Entlastungsringes fixierbar ist.
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Aus der
DE 199 30 919 C2 ist eine derartige Werkzeugaufnahmespindel mit Gewindeabschnitt bekannt. Hier sitzt auf der Werkzeugaufnahmespindel u. a. ein Zwischenring, der auf einer Seite leicht geneigte Flächen aufweist, die mit vergleichbaren leicht geneigten Flächen eines an der Werkzeugaufnahmespindel angeordneten Gegenstückes so zusammenwirken, dass beim Aufschrauben eines Werkzeugs auf die Werkzeugaufnahmespindel die geneigten Flächen wie Teile eines Schiebekeilgetriebes – den Schraubweg verringernd – aneinander entlanggleiten. Um die klemmende Relativbewegung zu ermöglichen, benötigt der Zwischenring eine besonders rauhe Oberfläche gegenüber dem Werkzeug. Bei einer späteren Aufschraubbewegung lösen sich die leicht geneigten Flächen voneinander.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Werkzeugaufnahmespindel zu entwickeln, an der ein aufschraubbares Werkzeug sicher, verschleißfrei und mit geringem Kraftaufwand gelöst werden kann.
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Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu besteht das axiale Wellenbundprofil aus zwei Linksgewinde-Flankenabschnitten eines Rechteckgewindes und aus zwei Nuten, wobei sich die Linksgewinde-Flankenabschnitte und die Nuten abwechseln. Das axiale Entlastungsringprofil besteht aus zwei Linksgewinde-Flankenabschnitten des Rechteckgewindes und aus zwei, die Linksgewinde-Flankenabschnitte überragende Stollen, wobei sich die Linksgewinde-Flankenabschnitte und die Stollen abwechseln. Die Nuten, in die die Stollen hineinragen, sind breiter als die Stollen.
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Auf der Werkzeugaufnahmespindel sitzt der Entlastungsring mit seinem Entlastungsringprofil auf dem Wellenbundprofil des spindelseitigen Wellenbundes. Dabei liegen die beiden Profile in axialer Richtung zu mindestens 70% vollflächig aneinander an. In Umfangsrichtung kontaktiert – in der Standartlage – jeder Stollen mit einer Flanke eine entsprechende Gegenflanke der jeweiligen Nut, in die der einzelne Stollen hineinragt. An der rückseitigen Stirnfläche des Entlastungsrings liegt die Bohrkrone mit ihrem Gewindeflansch an.
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In Ausgestaltung der Erfindung können die beiden einander kontaktierenden Profile auch mehr als zwei Stollen, Nuten und Gewindeflankenabschnitte aufweisen.
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Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die Richtungen der Gewindesteigungen umgekehrt werden. Demnach wäre das Rechteckgewinde ein Rechtsgewinde und der die Bohrkrone tragende Gewindeabschnitt hätte entsprechend ein Linksgewinde.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform.
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1: Kernbohrmaschine mit teilgeschnittener Bohrkrone;
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2: Teillängsschnitt der Werkzeugaufnahmespindel, jedoch um 90 Winkelgrade gegenüber der Darstellung aus 1 geschwenkt;
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3: Werkzeugaufnahmespindel, perspektivische Ansicht;
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4: Frontansicht zu 3;
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5: Entlastungsring, perspektivische Ansicht;
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6: Frontansicht zu 5;
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7: Seitenansicht zu 5;
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8: Seitenansicht zu 5, um 90 Winkelgrade geschwenkt;
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9: Werkzeugaufnahmespindel mit unvollständig aufgesetztem Entlastungsring;
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10: Werkzeugaufnahmespindel mit eng anliegendem Entlastungsring;
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11: Werkzeugaufnahmespindel mit zurückgeschwenktem Entlastungsring.
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Die 1 zeigt den vorderen Teil einer z. B. dreigängigen Kernbohrmaschine (10). Aus dem Gehäuse (11) ragt vorn eine Werkzeugaufnahmespindel (20) heraus, auf der als Werkzeug eine Bohrkrone (1) aufgeschraubt ist. Zwischen der Bohrkrone (1) und der Werkzeugaufnahmespindel (20) ist ein Entlastungsring (50) angeordnet.
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Die Bohrkrone (1) besteht aus einem Bohrkronentopf (2), an dessen vorderem Rand eine Vielzahl von Diamantsegmenten (7) befestigt ist. An seinem hinteren Ende hat sie einen Boden (3), der zentral einen Innengewindeflansch (4) mit einem Innengewinde (5) trägt. Die Außenwandung des Innengewindeflansches ist als Außensechskant (6) ausgeformt.
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Die Werkzeugaufnahmespindel (20), vgl. auch 3, ist eine z. B. Kühlmittel führende Hohlwelle. Die Hohlwelle hat dazu eine vorn endende zentrale Sacklochbohrung (21), in die eine Kühlmittel zuführende Querbohrung (22) mündet. Das vordere Ende der Werkzeugaufnahmespindel (20) bildet ein Gewindeabschnitt (25). Er trägt z. B. ein 1¼'' UNC-Gewinde (26), dessen Steigung 3,629 Millimetern entspricht. An den Gewindeabschnitt (25), der ggf. auch ein mehrgängiges Gewinde haben kann, schließt sich ein Zylinderabschnitt (27) an, dessen Durchmesser dem Nenndurchmesser des Gewindes (26) entspricht. Ggf. ist er auch geringfügig größer.
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Der Zylinderabschnitt (27) weist zwei umlaufende Nuten (28, 29) auf. Die hintere, tiefere Nut ist eine Dichtnut (29), in der ein Dichtring (55) u. a. zur losen Fixierung und elastischen Zentrierung des Entlastungsrings (50) abdichtend sitzt, vgl. auch 2. Die vordere Nut, eine Haltenut (28) lagert einen O-Ring (56), der vor der Bohrung (51) des Entlastungs rings (50) eingeklemmt ist.
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Der Zylinderabschnitt (27) endet in einem profilierten Wellenbund (31). Im Bereich dieses Wellenbundes (31) vergrößert sich der Außendurchmesser der Werkzeugaufnahmespindel (20) um ca. 10 Millimeter, vgl. 3. Das Wellenbundprofil (33) setzt sich im Ausführungsbeispiel aus zwei gleichen Linksgewinde-Flankenabschnitten (35, 36) eines Rechteckgewindes (34) und aus zwei gleichen Nuten (37, 38) zusammen. Die Linksgewinde-Flankenabschnitte (35, 36) sind Flächen, deren gedachte Schnittlinie mit der Wellenbundaußenwandung (32) Abschnitte einer Schraubenlinie einer Linksschraube darstellen. Die Schraubenlinie hat eine Steigung von 6 Millimetern.
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Alle zur Schraubenlinie führenden, gedachten Radialstrahlen, die die gekrümmten Flankenflächen erzeugen, stehen senkrecht auf der Mittellinie (49) der Werkzeugaufnahmespindel (20). Ggf können die Radialstrahlen – sie liegen in Ebenen, die auf der Mittellinie (49) liegen – gegenüber der Mittellinie (49) auch Winkel außerhalb von 90 Winkelgraden einnehmen. Dadurch kann sich das Entlastungsringprofil (63) am Wellenbundprofile (33) zentrieren.
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Jeder Linksgewinde-Flankenabschnitt (35, 36) überdeckt im Mittel einen wirksamen Winkelbereich von 128 Winkelgraden. Die restlichen zwei mal 52 Winkelgrade entfallen auf die Nuten (37, 38) und die Ausrundungsradien an den Übergängen zu den Nuten (37, 38).
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Die einzelnen Nuten (37, 38) haben – in der Seitenansicht gesehen – eine L-Form, vgl. 9. Gegenüber einer Stützflanke (41) hat sie eine halbzylindrische Ausnehmung (39), in die ein Hartgummizapfen (80) eingelegt oder eingeklemmt ist. Die jeweilige Stützflanke (41) der einzelnen Nut (37, 38) bildet den Teil einer Tangentialebene (42), die einen theoretischen Schmiegezylinder (43) tangiert.
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Das Wellenbundprofil (33) kann auch Teil eines separaten Ringes sein, der an einem planen Wellenbund der Werkzeugaufnahmespindel (20) aufliegt und dort verdrehgesichert fixiert ist.
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Die Wellenbundaußenwandung (32) weist hinter dem Wellenbundprofil (33) zwei Abflachungen (47) auf. Letztere bilden die Anlageflächen für einen 36-iger-Maulschlüssel zum Festhalten der Werkzeugaufnahmespindel (20) beim Befestigen und/oder Lösen der Bohrkrone (1).
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Am Wellenbundprofil (33) liegt der Entlastungsring (50) mit seinem Entlastungsringprofil (63) großflächig an. Der Entlastungsring (50) ist zumindest annähernd ein kurzes Rohretück mit zylindrischer Bohrung (51) und einer einfach gestuften Außenwandung (52). Er hat an der dem Entlastungsringprofil (63) gegenüber liegenden Stirnseite eine plane Werkzeuganlagefläche (62). Letztere hat einen Außendurchmesser von ca. 44 Millimeter, während der hintere Teil des Entlastungsrings (50) einen Außendurchmesser von ca. 42 Millimeter aufweist. Zwischen den beiden Durchmesserbereichen liegt ein planer Wellenbund (53).
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Das axiale Entlastungsringprofil (63) setzt sich aus zwei Linksgewinde-Flankenabschnitten (65, 66) des schon beim Wellenbundprofil (33) verwendeten Rechteckgewindes (34) und aus zwei, die Linksgewinde-Flankenabschnitte (65, 66) überragende Stollen (67, 68) zusammen, wobei sich die Linksgewinde-Flankenabschnitte (65, 66) und die Stollen (67, 68) abwechseln. Die Linksgewinde-Flankenabschnitte (65, 66) überdecken jeweils einen mittleren Winkelbereich von 142 Winkelgraden.
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Die Stollen (67, 68) erheben sich über die mittlere Profilhöhe der Linksgewinde-Flankenabschnitte (65, 66) um ca. 6,9 Millimeter. Die Stollenbreite – in Umfangsrichtung gemessen – entspricht ca. 6 Millimeter. Die Stollen (67, 68) sind mit 3-Millimeter-Radien ausgerundet. Jeder Stollen (67, 68) hat eine kurze Anlageflanke (71) und eine lange Rückflanke (75). An jede kurze Anlageflanke (71) schließt, sich ein abfallender Linksgewindeabschnitt (65) an, vgl. u. a. 9. Die Flanken eines jeden Stollens (67, 68) liegen in parallelen Ebenen. Je eine Anlageflanke (71) und je eine Rückflanke (75) des jeweils anderen Stollens (67, 68) liegen ebenfalls in einer dieser Ebenen, die zugleich auch die Tangentialebenen (42) des Schmiegezylinders (43) sind, vgl. 6.
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Der Entlastungsring (50) ist aus dem Vergütungsstahl 42CrMo4 gefertigt. Seine Oberfläche ist nitiert.
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Die 9 zeigt die Werkzeugaufnahmespindel (20) beim Aufschieben des Entlastungsringes (50). Der Stollen (67) liegt unmittelbar vor der Nut (37). In der Ausnehmung (39) der Nut (37) sitzt der Hartgummizapfen (80). Nach 10 befindet sich der Entlastungsring (50) in seiner Standardposition. Der Stollen (67) liegt mit seiner kurzen Anlageflanke (71) an der Stützflanke (41) der Nut (37) eng an. Er wird mittels des Hartgummizapfens (80) in dieser Position elastisch gehalten. Anstelle des Hartgummizapfens (80) kann in einer entsprechenden Nutausnehmung eine in Umfangsrichtung orientierte Schraubenfeder angeordnet sein.
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Der Kopf des Stollens (67) berührt nicht den Grund der Nut (37). Dafür liegt der Längsgewindeflankenabschnitt (65) des Entlastungsringes (50) vollflächig auf dem Längsgewindeflankenabschnitt (35) des Wellenbundes (31) auf. Auch die Übergangsradien schmiegen sich ineinander.
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Diese Standardposition entspricht also der Situation, wenn die Bohrkrone (1) in Umfangsrichtung (8) z. B. mit einem Anzugsmoment von 250 Nm festgeschraubt wird. Das Anzugsmoment wird über beide Stollen (67, 68) und über beide Längsgewindeflankenabschnitte (65, 66) auf die Werkzeugaufnahmespindel (20) übertragen.
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Die 11 zeigt die Werkzeugaufnahmespindel (20) nach der ersten Lösebewegung. Dazu wird die Werkzeugaufnahmespindel (20) mittels des Maulschlüssels fixiert und die Bohrkrone (1) über den Außensechskant (6) nach links geschwenkt. Hierbei dreht sich die Bohrkrone (1) und der Entlastungsring (50) um ca. 4 Winkelgrade nach links, vgl. Umfangsrichtung (9), bis die Rückflanke (75) des Stollens (7) die Rückflanke (45) der Nut (37) unter starker Komprimierung des Hartgummizapfens (80) verdichtet. Bei dieser Schwenkbewegung ergibt sich, bei einem Vernachlässigen der Dehnung der Welle (20) und der Stauchung des Entlastungsrings (50) sowie des Innengewindeflansches (4), ein Entlastungshub von ca. 110 Mikrometer. Er reduziert das Lösemoment auf z. B. 70 Nm.
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Auf dem Entlastungsring (50) ist ein rohrförmiger Abdeckring (90) aufgepresst, vgl. 2. Der Abdeckring (90) liegt dabei am Wellenbund (53) des Entlastungsrings (50) an und steht über den Entlastungsring (50) ca. drei bis vier Millimeter über. Im überstehenden Bereich befindet sich eine Innennut (91), in der ein Dichtring (92) sitzt. Der Dichtring (92) liegt an der Außenwandung (32) dichtend an. Der Abdeckring (90) fixiert zudem den Hartgummizapfen (80) in der Ausnehmung (39).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bohrkrone, Werkzeug
- 2
- Bohrkronentopf
- 3
- Boden
- 4
- Innengewindeflansch
- 5
- Innengewinde
- 6
- Außensechskant
- 7
- Diamantsegmente
- 8
- Umfangsrichtung beim Festschrauben
- 9
- Umfangsrichtung beim Lösen
- 10
- Kernbohrmaschine, 3-gängig
- 11
- Gehäuse
- 20
- Werkzeugaufnahmespindel
- 21
- Sacklochbohrung
- 22
- Querbohrung
- 25
- Gewindeabschnitt
- 26
- Gewinde
- 27
- Zylinderabschnitt
- 28
- Dichtnut
- 29
- Haltenut
- 31
- Wellenbund
- 32
- Wellenbundaußenwandung
- 33
- Wellenbundprofil
- 34
- Rechteckgewinde, Schraubenlinie
- 35, 36
- Linksgewinde-Flankenabschnitte
- 37, 38
- Nuten
- 39
- Ausnehmung
- 41
- Stützflanke
- 42
- Tangentialebene
- 43
- Schmiegezylinder
- 45
- Rückflanke
- 46
- Übergänge
- 47
- Abflachungen
- 49
- Mittellinie
- 50
- Entlastungsring
- 51
- Bohrung
- 52
- Außenwandung
- 53
- Wellenbund
- 55
- O-Ring für (29)
- 56
- Dichtring für (28)
- 62
- Werkzeuganlagefläche
- 63
- Entlastungsringprofil
- 65, 66
- Linksgewinde-Flankenabschnitte
- 67, 68
- Stollen
- 71
- Anlageflanke
- 75
- Rückflanke
- 76
- Übergänge
- 80
- Hartgummizapfen
- 90
- Abdeckring
- 91
- Innennut
- 92
- Dichtring, O-Ring
