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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Insbesondere eignet sich die Erfindung
für Bohrwerkzeuge zum Tieflochbohren. Tieflochbohrungen
weisen in der Regel eine Bohrungstiefe auf, welche größer
oder gleich dem 10-fachen des Bohrungsdurchmessers ist. Auch eignet
sich die Erfindung für das Bohren von schrägen
Bohrungen.
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Aus
der
WO 02/05995 A1 ist
eine Vorrichtung zum erzeugen von Tieflochbohrungen in Werkstücken
mit konvexer Oberfläche bekannt. Hierfür weist
die Vorrichtung einen handelsüblichen Bohrer als Zerspanungswerkzeug
auf. Zusätzlich zum Zerspanungswerkzeug ist an der Werkzeugmaschine neben
dem Spannfutter für das Zerspanungswerkzeug, nämlich
den Bohrer, noch eine Bohrbuchse vorgesehen. Es handelt sich also
um eine spezielle Werkzeugmaschine, die zusätzlich zum
eigentlichen Zerspanungswerkzeug noch als Fertigungshilfe die vorerwähnte
Bohrbuchse aufweist.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Zerspanungswerkzeug anzugeben, mit welchem Tieflochbohrungen
sowohl Bohrungen in Werkstücke mit konvexer Oberfläche
in Werkstücke eingebracht werden können.
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Lösung der Aufgabe
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Diese
Aufgabe löst das Zerspanungswerkzeug mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 in erfinderischer Weise. Die rückbezogenen
Ansprüche betreffen teilweise vorteilhafte und teilweise
für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
Die Erfindung beruht auf der Grundüberlegung, die Führungshülse
zum Führen des vorzugsweise als Bohrers ausgestalteten
Zerspanungswerkzeugs nicht an der Werkzeugmaschine, sondern am Zerspanungswerkzeug
selbst zu fixieren. Das Zerspanungswerkzeug weist hierfür
einen zylinderförmigen Schaft mit mindestens einer Schneide
an seinem einen Stirnende auf sowie die am Schaft längsbeweglich
gelagerte Führungshülse.
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Die
an der Stirnseite des Schaftendes ausgebildete Schneide bildet in
der Regel die Hauptschneide des Werkzeugs. Es können auch
zwei oder mehr Hauptschneiden ausgebildet sein. Diese Hauptschneide
wird in der Regel noch durch Nebenschneiden ergänzt. Diese
Nebenschneiden sind üblicherweise am Außenmantel
des Werkzeugschafts angeordnet. In den Werkzeugschaft sind üblicherweise
Spannuten eingeformt. Die Nutkanten dieser Nuten sind teilweise
als Nebenschneiden und teilweise als Freiflächen und/oder
Führungsflächen ausgebildet. Für die
Erfindung können die üblichen Zerspanungswerkzeuge,
beispielsweise Bohrer oder Fräser oder Reibahlen oder ähnliches
verwendet werden. Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht darin,
dass die erfindungsmäßig vorgesehene Führungshülse
ohne Probleme auf einem vorbekannten, sogar handelsüblichen
Werkzeug fixiert werden kann. Mit der Erfindung ist es deshalb möglich,
Tieflochbohrungen und Bohrungen in Werkstücke mit konvexer
Oberfläche spanend zu bearbeiten, ohne eine spezielle Werkzeugmaschine
erwerben zu müssen.
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Die
Erfindung geht davon aus, dass in der Regel eine Zentrierbohrung
der eigentlichen Bohrung gleichsam vorgeschaltet ist. Sobald diese
Zentrierbohrung denselben Durchmesser aufweist wie die endgültige
Bohrung, kann die Führungshülse mit dem Zerspanungswerkzeug
in Vorschubrichtung in die Bohrung des Werkstücks eingeführt
werden und zentriert sich dort in der Regel am Bohrungsrand.
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Infolge
der Selbstzentrierung der Führungshülse am Bohrungsrand
führt die Führungshülse das Zerspanungswerkzeug
im Bereich des Bohrungsrandes. Infolge der Führung des
Zerspanungswerkzeugs am Bohrungsrand ist auch verhindert, dass das
Werkzeug mit seinen Nebenschneiden bzw. mit seinem Schaft mit dem
Bohrungsrand in unerwünschter Weise in Eingriff gerät
und dadurch beschädigt wird. Auf diese Weise ist vor allem
bei der spanenden Bearbeitung von Tieflochbohren das sonst zu befürchtende
Verlaufen des Werkzeugs aus der Bohrungsmittellängsachse
heraus wirksam verhindert.
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Gegenüber
dem Stand der Technik ist lediglich die Führungshülse
am Werkzeug zusätzlich vorzusehen. Im Übrigen
können Zerspanungswerkzeug und Werkzeugmaschine unverändert
weiterbenutzt werden, was die Nutzung der Erfindung besonders kostengünstig
und einfach macht. Die Werkzeuge sind weiterhin aus den üblichen
Werkstoffen, insbesondere Hartstoffen. Auch die Führungshülse
kann aus bekannten Stoffen für Zerspanungswerkzeuge bestehen,
insbesondere aus Hartstoffen wie Hartmetall oder auch Keramik. Der
Einsatz von Keramik hat in der Regel den Vorteil einer hohen Gewichtsersparnis.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung bildet die Führungshülse
im Zerspanungswerkzeug eine Spielpassung aus. Auf diese Weise ist
wirksam verhindert, dass sich der Werkzeugschaft in der Führungshülse beim
Zerspanungsvorgang verkantet. Zugleich ist gewährleistet,
dass die Führungshülse das Zerspanungswerkzeug
sicher führt, um so das unerwünschte Verlaufen
des Werkzeugs und des Zerspanungsvorgangs zu verhindern.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist das die eine oder mehrere Hauptschneiden
aufweisende Schaftende als Schneidkopf ausgestaltet. Dieser die Hauptschneiden
des Zerspanungswerkzeugs tragende Schneidkopf hat vorzugsweise einen
größeren Durchmesser als der Außenmantel
des Schafts. Der Schneidkopf erfüllt so eine Doppelfunktion,
nämlich seine Primärfunktion als Schneidkopf und
die Sekundärfunktion einer Verliersicherung für
die Führungshülse am Schaft des Zerspanungswerkzeugs.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die Führungshülse
ihrerseits wiederum mit einem Außendurchmesser versehen,
der geringfügig kleiner oder gleich dem Außendurchmesser
des Schneidkopfs ist. Insbesondere ein dem Außendurchmesser des
Schneidkopfs entsprechender Außendurchmesser der Führungshülse
begünstigt den festen Sitz der Führungshülse
nach Art einer Übergangspassung an den Innenwänden
der Bohrung im Werkstück.
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In
vorteilhafter Ausgestaltung ist das dem Schneidkopf zugewandte Freiende
der Führungshülse mit Leiteinrichtungen, vorzugsweise
Leitschrägen versehen, welche die Späne in die
Spankammern am Umfang des Schafts des Zerspanungswerkzeugs lenken.
Auf diese Weise wird ein Spänestau im Bereich des Freiendes
der Führungshülse wirksam verhindert.
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Zur
besseren Lagerung der Führungshülse am Zerspanungswerkzeug
und zur besseren Zentrierung der Führungshülse
in der Bohrung am Werkstück dient ein die Führungshülse
druckbeaufschlagendes Federelement. Bei der zerspanenden Bearbeitung
wird der Schaft des Zerspanungswerkzeugs gegen den Federdruck dieses
Federelements durch die Führungshülse hindurch
geführt.
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Weiterhin
vorteilhaft ist ein an dem dem Schneidkopf abgewandten Flanschende
der Führungshülse ein Auflagebund angeformt. Dieser
flanschartige Auflagebund überlappt die Ränder
der Bohrung am Werkstück und zentriert so die Führungshülse
an der Bohrungsöffnung sicher und zuverlässig.
Vor allem ist durch diese Zentrierung der Führungshülse
am Bohrungseintritt gewährleistet, dass die Mantelfläche
des Schafts nicht mit dem Bohrungsrand kollidieren kann. Dies würde
zu unerwünschten und irreversiblen Beschädigungen
am Zerspanungswerkzeug einerseits und zu einem unerwünschten
Ausfasern des Bohrungsrandes andererseits führen.
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Beschreibung der Figuren
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Anhand
des nachfolgenden Ausführungsbeispiels ist die Erfindung
mit weiteren Einzelheiten beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Werkstück mit vorzentriertem Bohrloch und mit einem Zerspanungswerkzeug
vor dem Eingriff in das Werkstück,
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2 das
in 1 gezeigte Werkstück mit dem in 1 gezeigten
Zerspanungswerkzeug während des Zerspanungsvorgangs und
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3 das
Durchbohren der in 2 gezeigten Sacklochbohrung
zu einer Durchgangsbohrung in dem in 1 und 2 gezeigten
Werkstück mit dem in 1 und 2 gezeigten
Zerspanungswerkzeug.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein schematisch dargestelltes Werkstück 1 mit
einer als Vorzentrierung dienenden Bohrung 2. In Längsrichtung 3 oberhalb
der Bohrung 2 ist das Zerspanungswerkzeug 4 gezeigt.
Das Zerspanungswerkzeug 4 weist einen zweigeteilten Schaft 5 auf.
Der Schaft 5 besteht zum Einen aus einem Spannbereich 6 und
einem sich in Längsrichtung 3 an den Spannbereich 6 anschließenden Schneidbereich 7.
Im Schneidbereich 7 ist in die Mantelfläche des
zylinderförmigen Schafts 5 eine Spannut 8 eingebracht.
Die Spannut 8 ist wendelförmig. Beim Ausführungsbeispiel
ist in die der Spannut 8 abgewandte Fläche des
Schafts 5, die in 1 nicht
sichtbar ist, eine weitere Spannut 8 eingebracht. Des Weiteren
sichtbar ist eine Freifläche 9 des Zerspanungswerkzeugs 4.
Schließlich sichtbar ist der am Schaftende 10 ausgebildete
Schneidkopf 11 des Zerspanungswerkzeugs 4.
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Die
Längsrichtung 3 entspricht der Vorschubrichtung
des Zerspanungswerkzeugs 4. In der rechtwinklig zur Längsrichtung 3 verlaufenden
Querrichtung 12 ist der Durchmesser des Spannbereichs 6 des
Zerspanungswerkzeugs 4 größer als der
in Querrichtung 12 gemessene Durchmesser des Schneidbereichs 7.
Der Schneidkopf 11 hat wiederum in Querrichtung 12 gemessen
einen größeren Durchmesser als der übrige
Schneidbereich 7.
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Zwischen
dem Schneidkopf 11 und dem Spannbereich 6 des
Zerspanungswerkzeugs 4 ist schließlich die Führungshülse 13 angeordnet.
Die Führungshülse 13 weist an ihrem dem
Schneidkopf 11 abgewandten Flanschende 14 einen über
ihren in Querrichtung 12 gemessenen Außendurchmesser hinausstehenden
flanschartigen Auflagebund 15 auf. Wird das in 1 dargestellte
Zerspanungswerkzeug 4 in der der Längsrichtung 3 entsprechenden Vorschubrichtung
in die Bohrung 2 des Werkstücks 1 eingebracht,
liegt der Auflagebund 15 bündig auf dem Bohrungsrand 16 der
Bohrung 2 auf. In den 2 und 3 ist
die Bohrung 2 mit leichtem Übermaß ausgezeichnet,
um die Verhältnisse an der Wirkstelle optisch besser zu
zeigen. In der Realität biegt der Auflagebund 15 vollständig
und satt auf dem Bohrungsrand 16 auf. Der in Längsrichtung 3 unterhalb
des Auflagebundes 15 positionierte Außenmantel
der Führungshülse 13 liegt auch bündig
an der Bohrungsinnenwand 17 der Bohrung 2 an.
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Aus
der Darstellung der 1 und 2 ist – wie
erwähnt – erkennbar, dass der in Querrichtung 12 gemessene
Außendurchmesser des Schneidkopfs 11 größer
ist als der entsprechende in Querrichtung 12 gemessene
Außendurchmesser des Außenmantels des Schafts 5 im
Schneidbereich 7. Auf diese Weise ist der Schneidkopf 11 zugleich
als Verliersicherung in Längsrichtung 3 für
die Führungshülse 13 wirksam. Die Führungshülse 13 kann
wegen des Überstands in Querrichtung 12 des Schneidkopfs 11 nicht
vom Schaft 5 des Zerspanungswerkzeugs 4 in Längsrichtung 3 herunterrutschen
oder in Längsrichtung 3 abgestreift werden.
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Die
Wirkungsweise des Zerspanungswerkzeugs 4 ist Folgende:
Nach
dem Eindringen des Zerspanungswerkzeugs 4 mit Schneidkopf 11 in
der in Längsrichtung 3 verlaufenden Vorschubrichtung
in die Bohrung 2 liegt die Führungshülse 13 mit
ihrem Außenmantel an der Bohrungsinnenwand 17 und
mit ihrem Auflagebund 15 am Bohrungsrand 16 an.
Der Schneidkopf 11 schneidet weiter in der in Längsrichtung 3 verlaufenden
Vorschubrichtung durch das Werkstück 1 hindurch,
so dass die in den 1 und 2 als Sackloch
ausgebildete Boh rung schließlich zur in 3 dargestellten
Durchgangsbohrung wird, wenn nämlich der Schneidkopf 11 die
Unterkante des Werkstücks 1 durchschneidet.
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In
einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform
kann zwischen dem Werkstück 1 abgewandten Oberseite
des Auflagebunds 15 der Führungshülse 13 und
der den Spannbereich 6 vom Schneidbereich 7 des
Schafts 5 abgrenzenden Fase 18 ein Federelement
angeordnet sein. Beim Verfahren des Zerspanungswerkzeugs 4 in
Längsrichtung 3 wird dieses Federelement komprimiert.
Das Federelement sorgt dafür, dass die Führungshülse 13 bei außerhalb
der Bohrung 2 bzw. des Werkstücks 1 befindlichem
Zerspanungswerkzeug 4 in ihrer in 1 dargestellten
Stellung am Schneidkopf 11 gehalten wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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