DE102009060678A1

DE102009060678A1 - Werkzeugträger mit einer Spannzangenaufnahme und Werkzeugeinsatz zur Verwendung in einem Werkzeugträger

Info

Publication number: DE102009060678A1
Application number: DE102009060678A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Dipl.-Ing. 77746 Jansen; Klaus Dipl.-Ing. Maier (FH), 77656; Sascha Dipl.-Ing. Tschiggfrei (FH), 77723
Original assignee: WTO Werkzeug Einrichtungen GmbH
Current assignee: WTO Werkzeug Einrichtungen GmbH
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: US20110158759A1; RU2010150679A; ITPD20100390A1; CN102133654B; JP5839435B2; IT1403353B1; DE102009060678B4; US10259049B2; JP2011136413A; US20160339527A1; RU2521541C2; KR20110076786A; CN102133654A

Abstract

Es wird ein System bestehend aus einem Werkzeugträger 1, einer Spannzange 15 mit Spannmutter 19 sowie einem Werkzeugeinsatz 27 vorgeschlagen, bei dem die Spannzange 15 und der Werkzeugeinsatz an unterschiedlichen Funktionsflächen in dem Werkzeugträger 1 fixiert und positioniert werden. Die Spannmittel sind jedoch die gleichen, nämlich ein Gewinde des Werkzeugträgers 1.

Description

Mit Hilfe von Spannzangen können rotierende Werkzeuge sehr präzise und kompakt gespannt werden. Da jedoch nicht alle Werkzeuge in einer Spannzange gespannt werden können, besteht die Notwendigkeit, einen Werkzeugträger bereitzustellen, in dem sowohl Spannzangen als auch Werkzeugeinsätze für feststehende oder angetriebene Werkzeuge aufgenommen werden können.
Aus der DE 102 19 600 C5 ist ein Werkzeugträger mit einer Spannzangenaufnahme bekannt in den alternativ zu den Spannzangen auch noch Werkzeugeinsätze eingesetzt werden können. Dabei weisen die Werkzeugeinsätze eine Flanschplatte auf. Über diese Flanschplatte wird der Werkzeugeinsatz an dem Werkzeugträger festgeschraubt. Zentriert wird der Werkzeugeinsatz von der gleichen kegeligen Bohrung wie die Spannzangen.
Aus der Praxis ist bekannt, dass die Spannzangenaufnahme durch mehrfachen Wechsel der Spannzangen verschleißt. Wird der Werkzeugeinsatz, wie z. B. aus DE 102 19 600 C5 bekannt, direkt in der Spannzangenaufnahme aufgenommen, erhöht sich der Verschleiß der Spannzangenaufnahme. Die dadurch entstandenen geometrischen Fehler in der Spannzangenaufnahme führen zu wesentlich erhöhten Positions- und Rundlauffehlern der in die Spannzangenaufnahme eingesetzten Werkzeugeinsätze. Dies hat für die in den Werkzeugeinsätzen aufgenommenen Schneidwerkzeuge einen raschen Verschleiß zur Folge. Bei der Bearbeitung mit den Schneidwerkzeugen entstehen wiederum Fehler in der Geometrie und Oberfläche des Werkstücks und durch auftretende Schwingungen können auch die umliegenden Bauteile der Werkzeugmaschine und der Werkzeugträger Schaden nehmen.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugträger mit einer Spannzangenaufnahme bereitzustellen, der neben den Spannzangen auch noch andere Werkzeugeinsätze aufnehmen kann, wobei der Wechsel von einer Spannzangenaufnahme zu einem Werkzeugeinsatz und umgekehrt möglichst rasch erfolgen soll. Des Weiteren sollen sowohl Spannzangen als auch erfindungsgemäße Werkzeugeinsätze hinsichtlich Rundlauf und Planlauf optimal in dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger aufgenommen werden. Außerdem sollen höchste Drehmomente während der spanenden Bearbeitung vom Werkzeugträger auf die Spannzange beziehungsweise den Werkzeugeinsatz übertragbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System bestehend aus einem Werkzeugträger nach Anspruch 1 und einem Werkzeugeinsatz nach Anspruch 16.
Das erfindungsgemäße System basiert auf einem Werkzeugträger mit einer Spannzangenaufnahme, wobei die Spannzangenaufnahme eine kegelige Bohrung und ein koaxial zu der kegeligen Bohrung angeordnetes Gewinde umfasst, das mit einer Spannmutter zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in axialer Richtung zwischen einem ersten Ende der kegeligen Bohrung und dem Gewinde Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes ausgebildet sind. Dadurch, dass die Zentrierung des Werkzeugeinsatzes unabhängig von der kegeligen Bohrung erfolgt, wird diese nur zum Spannen einer Spannzange eingesetzt, so dass der Verschleiß in der Spannzangenaufnahme keine Auswirkungen auf den Werkzeugeinsatz hat.
Die erfindungsgemäßen separaten Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes können den Anforderungen der in den Werkzeugeinsätzen aufgenommenen Werkzeuge entsprechend ausgelegt werden. Zwischen den in einer Spannzange und den in einem Werkzeugeinsatz gespannten Werkzeugen bestehen erheblich Unterschiede hinsichtlich Drehzahl, Bearbeitungskräften und den bei der Bearbeitung erforderlichen Antriebsdrehmomenten.
Diesen Unterschieden kann bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger Rechnung getragen werden, so dass Präzision, Lebensdauer und Zuverlässigkeit aller Komponenten und damit auch die Qualität der bearbeiteten Werkstücke deutlich verbessert wird.
Zur radialen und axialen Aufnahme des Werkzeugeinsatzes soll die kegelige Bohrung der Spannzangenaufnahme nicht verwendet werden, damit der Verschleiß in der Spannzangenaufnahme keine Auswirkungen auf die Positions- und Rundlaufgenauigkeit des Werkzeugeinsatzes hat. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Entkopplung der Spannzangenaufnahme von der Aufnahme des Werkzeugeinsatzes hat der Verschleiß in der Spannzangenaufnahme keinen Einfluss mehr auf den Werkzeugeinsatz und die oben beschriebenen Folgefehler können nicht mehr auftreten.
Die Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes können bevorzugt als Kurzkegel, als Zylinder und/oder als Polygon ausgebildet sein.
Je nach gewähltem Kegelwinkel des Kurzkegels kann der Kurzkegel über die Zentrierung des Werkzeugeinsatzes hinaus noch den Planlauf des Werkzeugeinsatzes verbessern.
Grundsätzlich gilt, je größer der Kegelwinkel, desto mehr wird auch der Planlauf des Werkzeugeinsatzes von den Mitteln zum Zentrieren des Werkzeugeinsatzes beeinflusst und verbessert. Durch die Wahl des Kegelwinkels kann der Konstrukteur den Randbedingungen jedes Anwendungsfalles in besonderer Weise Rechnung tragen.
Dadurch, dass erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Spannzange und den Werkzeugeinsatz mit Hilfe verschiedener Funktionsflächen in dem Werkzeugträger aufzunehmen, ist es möglich, den Erfordernissen beim Spannen eines Werkzeugs mittels einer Spannzange als auch mittels eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes optimal Rechnung zu tragen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Werkzeugträgers weist der Kurzkegel einen Kegelwinkel zwischen 60° und 140°, bevorzugt zwischen 90° und 120° auf. Dieser Winkelbereich hat sich als geeignet erwiesen, um einerseits eine sehr gute Zentrierung eines in den Werkzeugträger eingesetzten Werkzeugeinsatzes zu erreichen. Gleichzeitig wird aber auch ein sehr exakter Planlauf des Werkzeugträgers erreicht. Durch die Wahl des Kegelwinkels kann die Verteilung der axialen Spannkraft zur Zentrierung und zum Erreichen eines guten Planlaufs eingestellt werden. Bei praktischen Versuchen haben sich Kegelwinkel zwischen 90° und 120° als geeignet herausgestellt. Aber es können im Einzelfall auch kleinere und größere Kegelwinkel zielführend sein.
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Mittel zum Zentrieren als Polygonverbindung auszubilden. Dadurch wird zusätzlich zu der Zentrierung auch noch die Übertragung von großen Drehmomenten ermöglicht, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn bei der Bearbeitung hohe Zerspankräfte auftreten. Wird das Formelement als konisches Polygon ausgeführt, wird neben der radialen und axialen Aufnahme des Werkzeugträgers zusätzlich ein in Drehrichtung spielfreier Formschluß erreicht.
Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn das Polygon im Gegensatz zu den genormten Polygonverbindungen nicht als prismatische Polygonverbindung, deren Abmessungen in Richtung einer Drehachse des Werkzeugträgers konstant sind, sondern als Polygonverbindung ausgebildet ist, die im Längsschnitt des Werkzeugträgers kegelstumpfförmig ist. Dann nämlich können die erfindungsgemäßen Mittel zur Zentrierung eines Werkzeugeinsatzes drei Funktionen, nämlich die Zentrierung des Werkzeugeinsatzes, die Gewährleistung eines guten Planlaufs des Werkzeugeinsatzes und die Übertragung von Drehmoment zwischen Werkzeugträger und Werkzeugeinsatz erreichen. Dadurch ergibt sich eine sehr kompakte Bauweise. Die Gewichtung dieser drei Funktionen kann durch die Gestaltung des Polygons, sowie die Dimensionierung und die Wahl des Kegelwinkels den Anforderungen des Einzelfalls entsprechend bei der Konstruktion eingestellt werden.
Ergänzend kann auch noch zwischen Gewinde und erstem Ende der kegeligen Bohrung eine Plananlage vorgesehen sein. Dies wird bevorzugt dann der Fall sein, wenn der Kegelwinkel sehr klein gewählt wurde, zum Beispiel kleiner als 30°, oder die Mittel zum Zentrieren des Werkzeugeinsatzes zylindrisch sind, weil dann der Planlauf des Werkzeugeinsatzes ohne zusätzliche Plananlage nicht ausreichend wäre.
In einer erweiterten Ausführung wird das zweite Ende der kegeligen Bohrung in axialer Richtung von einem zylindrischen Abschnitt begrenzt. Dieser zylindrische Abschnitt bewirkt in Verbindung mit den Mitteln zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes, dass sich Rund- und Planlauf des Werkzeugeinsatzes verbessern. Insbesondere wenn die Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes als Zylinder oder Kurzkegel mit kleinem Kegelwinkel ausgebildet sind, ist der erfindungsgemäße zylindrische Abschnitt vorteilhaft.
Die Spannung sowohl der Spannzangen als auch des erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes erfolgt in vorteilhafterweise über das gleiche Gewinde des Werkzeugträgers, so dass eine leichte Bedienbarkeit gegeben ist und auch der Bauraumbedarf des Werkzeugträgers minimiert wird. Wenn nämlich zwei verschiedene Spannmittel eingesetzt werden, um die Spannzange und den Werkzeugeinsatz zu spannen, führt dies naturgemäß zu einer Vergrößerung des Bauraumbedarfs des Werkzeugträgers und die Bedienbarkeit verschlechtert sich.
Ein weiterer Vorteil der gemeinsamen Nutzung des Gewindes an dem Werkzeugträger zum Spannen der Spannzangen aber auch eines Werkzeugeinsatzes ist darin zu sehen, dass die Bedienung einfach ist und Fehlbedienungen nahezu ausgeschlossen sind.
In Abhängigkeit von den fertigungstechnischen und geometrischen Randbedingungen und dem daraus gewählten Kegelwinkel, kann sowohl dem Kurzkegel als auch dem konischen Polygon ein zweites Formelement in Form einer Planfläche zugeordnet werden. Bekannt sind diese Kombinationen und deren Vorteile aus den Normen ISO 12164 (Hohlschaftkegel) und ISO 26623 (Polygonaler Hohlschaftkegel).
Bei Kegelwinkeln kleiner 90° wird man in der Regel eine zusätzliche Planfläche verwenden. Bei Kegelwinkeln größer 90° kann in der Regel auf eine zusätzliche Planfläche verzichtet werden, da die projizierte Planfläche aus der kegeligen Form eine ausreichende axiale Abstützung und Biegemomentsteifigkeit schafft.
Wird das Formelement als reiner Zylinder ausgeführt, übernimmt das erste Formelement ausschließlich eine radiale Aufnahme. Dem ersten Formelement muss ein zweites Formelement eine Planfläche zur Seite gestellt werden, um auch die axiale Aufnahme des Werkzeugeinsatzes im Werkzeugträger sicherzustellen.
Soll über das erste Formelement die radiale Aufnahme und auch die Drehmomentmitnahme erfolgen, dann kann anstelle des Zylinders auch ein Polygon eingesetzt werden. Wie beim Zylinder ist auch die Paarung mit einer Planfläche notwendig, wenn das Polygon prismatisch ausgebildet ist.
Das Gewinde des Werkzeugträgers kann als Innengewinde oder als Außengewinde ausgebildet sein. Entsprechend sind die zugehörigen Spannmuttern mit einem Außengewinde oder einem Innengewinde ausgebildet. Hier kann in vielen Anwendungsfällen auf handelsübliche Spannmuttern zurückgegriffen werden.
Wenn allerdings, wie in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, das Gewinde als Innengewinde ausgebildet ist und zwischen dem Kurzkegel und dem Innengewinde die erfindungsgemäßen Mittel zum Zentrieren und/oder eine Plananlage angeordnet sind, dann hat das Innengewinde einen größeren Durchmesser als bei üblichen Werkzeugträgern für Spannmuttern. Dies führt zu folgenden Vorteilen in der Gesamtkonzeption. Zum Ersten kann durch den größeren radialen Bauraum die Planfläche bzw. die projizierte Planfläche, des Kurzkegels bzw. konischen Polygons, vergrößert werden. Dies führt bei den Werkzeugeinsätzen zu einer wesentlich stabileren Abstützung hinsichtlich Biegemomentaufnahme.
Zum Zweiten kann die Spannmutter hinsichtlich der Stabilität und Belastbarkeit optimiert werden. Infolgedessen können größere Spannkräfte von der Spannmutter auf die Spannzangen ausgeübt werden, was eine höhere Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Werkzeugträger beim Einsatz von Spannzangen mit sich bringt. Das gleiche gilt natürlich auch, wenn der erfindungsgemäße Werkzeugträger mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatz kombiniert wird. Auch hier ist eine erhöhte Spannkraft vorteilhaft, um die Leistungsfähigkeit des Systems bestehend aus Werkzeugträger und Werkzeugeinsatz in Verbindung mit einem Hochleistungswerkzeug, das an dem Werkzeugeinsatz befestigt wird, zu verbessern.
Ein im Durchmesser gegenüber herkömmlichen Innengewinden vergrößertes Innengewinde hat auch den Vorteil, dass die Angriffsfläche für einen Schlüssel mit dem die Spannmutter betätigt wird vergrößert wird und daher auch das Aufbringen der Spannkraft durch ein Werkzeug vereinfacht und sicherer gemacht wird. Die Angriffsfläche für ein solches Werkzeug ist oft auf der Stirnseite der Spannmutter angeordnet, so dass eine breitere kreisringförmige Stirnfläche der Spannmutter mehr Bauraum zur Verfügung stellt, um eine leistungsfähige und sichere Drehmomentübertragung zwischen Schlüssel und Spannzange zu ermöglichen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Länge der kegeligen Bohrung so bemessen ist, dass sie die Verwendung von metallisch dichtenden Spannzangen erlaubt. Diese metallisch dichtenden Spannzangen sind am Markt erhältlich und sind dadurch charakterisiert, dass die wechselseitigen Schlitze in den Spannzangen gegenüber herkömmlichen Spannzangen eine etwas reduzierte Tiefe haben. Dadurch bleibt zwischen dem Ende eines Schlitzes und der Stirnseite der Spannzange ein ausreichend breiter Steg stehen, der eine zuverlässige Abdichtung der kegeligen Bohrung durch die Spannzange ermöglicht. Dadurch ist es möglich, ohne weitere Dichtelemente bei einer inneren Kühlmittelzufuhr das Kühlmittel direkt durch den Werkzeugträger und die Spannzange in das in der Spannzange gespannte Werkzeug zu befördern. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass kein Kühlmittel in die Umgebung des Werkzeugträgers beziehungsweise des darin gespannten Werkzeugs unkontrolliert hinaus spritzt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem zweiten Ende der kegeligen Bohrung ein zylindrischer Abschnitt und/oder ein Mitnehmerabschnitt ausgebildet wird.
Ob der zylindrische Abschnitt direkt am zweiten Ende der kegeligen Bohrung angeordnet ist und daran anschließend der Mitnehmerabschnitt oder umgekehrt ist für die Gesamtfunktion nicht von wesentlicher Bedeutung. Die Reihenfolge dieser Abschnitte hängt wesentlich von der geometrischen Gestaltung des Mitnehmerabschnitts ab und der zur Verfügung stehenden Fertigungstechnik ab. Sicherlich ist die Reihenfolge Mitnehmerabschnitt und dann zylindrischer Abschnitt aufgrund der etwas vergrößerten Stützwirkung vorteilhaft, der Unterschied zur umgekehrten Ausführung aber sehr gering.
Durch den zylindrischen Abschnitt ist eine weitere Verbesserung von der Aufnahme eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes hinsichtlich Rundlauf und Planlauf gewährleistet. Der zylindrische Abschnitt dient nämlich dazu, einen Zapfen eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes aufzunehmen. Dadurch wird das ”hintere” Ende des Werkzeugeinsatzes in dem zylindrischen Abschnitt radial fixiert, was sich auf die Biegesteifigkeit der Verbindung Werkzeugeinsatz und Werkzeugträger und als Ergebnis auf den Rundlauf als auch den Planlauf eines in den Werkzeugträger eingesetzten erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes positiv auswirkt.
Zusätzlich zu dem Reibschluss zwischen dem Werkzeugeinsatz und dem Kurzkegel oder dem Zylinder des erfindungsgemäßen Werkzeugträgers kann über den Mitnehmerabschnitt auch noch eine formschlüssige Drehmomentübertragung erfolgen, so dass auch bei höchsten Zerspanleistungen ein ”Rutschen” des Werkzeugeinsatzes im erfindungsgemäßen Werkzeugträger sicher verhindert wird.
In einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Mitnehmerabschnitts weist dieser mindestens zwei, bevorzugt jedoch drei oder mehr Axialnuten auf. Diese Axialnuten sind gewissermaßen ein erster Teil einer Keilwellenverbindung, während der andere Teil der Keilwellenverbindung durch entsprechende Nasen an dem Werkzeugeinsatz gebildet wird. In dieser Ausführung werden die Kontaktflächen parallel zur Einsteckrichtung des Werkzeugeinsatzes ausgeführt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Kontaktflächen so gestaltet, dass diese nicht mehr parallel zur Einsteckrichtung des Werkzeugeinsatzes verlaufen sondern über eine Art Keilwirkung ein Einzugseffekt erzielt wird. In Verbindung mit entsprechend angeordneten Kontaktflächen der Nasen am Werkzeugeinsatz wird drehmomentabhängig eine verbesserte axiale Spannung des Werkzeugeinsatzes erreicht. Dies führt dazu, dass eventuell auftretende Schwingungen zwischen Werkzeugträger und Werkzeugeinsatz wirkungsvoll gedämpft oder sogar vollständig unterdrückt werden.
Auch dadurch wird die Leistungsfähigkeit eines in dem erfindungsgemäßen System aus Werkzeugträger und Werkzeugeinsatz gespannten Werkzeuges nochmals erhöht.
Gleichzeitig verbessert sich die Oberflächengüte der bearbeiteten Werkstücke und der Werkzeugverschleiß geht zurück.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Mitnehmerabschnitt als Polygonprofil ausgebildet ist. Dann kann eine herkömmliche Polygonverbindung zwischen Werkzeugeinsatz und Werkzeugträger zur Drehmomentübertragung mit allen Vorteilen dieser an sich bekannten Verbindung erreicht werden. Durch gezielte Gestaltung der Kontaktflächen am Polygon kann die bereits beschriebene Verstärkung der axialen Spannung auch hier erreicht werden. Die Feingestaltung der Kontaktfläche kann dabei eher keilförmig oder auch als Schraubgewinde ausgeführt werden. Beide Feingestaltungen erzielen letztlich das Ergebnis, dass der Werkzeugeinsatz durch auftretende Drehmomente in den Werkzeugträger eingezogen wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einem Werkzeugeinsatz zur Aufnahme in einen Werkzeugträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gelöst, dass der Werkzeugeinsatz eine mit den am Werkzeugträger ausgebildeten Mitteln zum Zentrieren eines Werkzeugseinsatzes zusammenwirkende Gegenfläche aufweist.
Diese Gegenfläche kann als Zapfen oder als Außenkegel mit kreisrundem Querschnitt oder mit einem Querschnitt in Form eines Polygons ausgebildet sein.
Bei Bedarf kann auch noch eine mit der Plananlage des Werkzeugträgers zusammenwirkende Planfläche vorgesehen sein. Durch diesen erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatz werden sowohl die Zentrierung des Werkzeugeinsatzes in dem Werkzeugträger als auch ein guter Planlauf des Werkzeugeinsatzes erreicht. Gleichzeitig ist die Übertragung des zur spanenden Bearbeitung erforderlichen Drehmoments zwischen Werkzeugträger und Werkzeugeinsatz unabhängig von der kegeligen Bohrung gewährleistet. Infolgedessen können die genannten Funktionselemente, nämlich Zapfen und/oder gegebenenfalls Mitnehmer, optimal den Anforderungen entsprechend konstruiert und ausgelegt werden, so dass sich auch beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes in dem Werkzeugträger große Zerspanleistungen mit guten Oberflächen an den bearbeiteten Werkstücken realisieren lassen.
Um sicherzustellen, dass der Werkzeugeinsatz ausschließlich über die Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes, die Plananlage, den Zapfen und/oder den Mitnehmer mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger verbunden und dort fixiert beziehungsweise ausgerichtet wird, ist vorgesehen, den Bereich des Werkzeugeinsatzes zwischen dem Außenkegel und dem Zapfen und/oder dem Mitnehmer so zu gestalten, dass der Werkzeugeinsatz in eingebautem Zustand die kegelige Bohrung des Werkzeugträgers nicht berührt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Werkzeugeinsatz in diesem Bereich zwar auch eine kegelige Kontur aufweist, allerdings in eingebautem Zustand ein Spiel von mindesten 1/10 mm zwischen der kegeligen Bohrung und dem Werkzeugeinsatz besteht. Dieses Spiel kann einfach durch das Aufbringen von Touchierfarbe nachgewiesen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, einen deutlich größeren Abstand zwischen kegeliger Bohrung dem Werkzeugeinsatz in eingebautem Zustand zu realisieren. Beispielsweise könnte der Werkzeugeinsatz in dem Bereich zwischen dem erfindungsgemäßen Zapfen und dem erfindungsgemäßen Außenkegel zylindrisch gestaltet sein. In diesem Fall würde der Werkzeugeinsatz erheblich leichter, was bei höchsten Drehzahlen und höchsten Zerspanleistungen vorteilhaft sein kann.
Bei Werkzeugaufnahmen für leicht zerspanende Bearbeitungen kann auch auf die zusätzliche Stützwirkung des zylindrischen Abschnitts verzichtet werden.
Um den erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatz in einem erfindungsgemäßen Werkzeugträger befestigen zu können, sind Mittel zur Befestigung des Werkzeugeinsatzes vorgesehen, wobei die Mittel bevorzugt als Spannmutter mit einem Außengewinde oder einem Innengewinde ausgebildet sind, und wobei die Spannmutter drehbar an dem Werkzeug eingelagert ist. Dabei ist darauf zu achten, dass die Lagerung der Spannmutter an dem Werkzeugeinsatz die zum Befestigen des Werkzeugeinsatzes in dem Werkzeugträger erforderlichen Axialkräfte übertragen kann. Diese Lagerung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Spannmutter eine zentrale Innenbohrung aufweist, die mit einem entsprechend dimensionierten zylindrischen Abschnitt des Werkzeugeinsatzes eine Lagerung der Spannmutter an dem Werkzeugeinsatz bewirkt.
Die Axialkräfte zwischen Spannmutter und Werkzeugeinsatz können dann mit Hilfe eines Rings, der beispielsweise als Drahtring oder als Ring mit rechteckigem Querschnitt (Seeger-Ring oder ähnliches) ausgebildet ist, übertragen werden.
Zu diesem Zweck wird bevorzugt in der zylindrischen Lagerfläche des Werkzeugeinsatz eine Nut eingestochen, welche den Ring teilweise aufnimmt. In der Innenbohrung der Spannmutter wird ein entsprechender Absatz ausgespart, welcher den radial nach außen über den Werkzeugeinsatz ragenden Teil des Rings aufnimmt. Dadurch können Axialkräfte, die beim Anziehen der Spannmutter entstehen auf den Werkzeugeinsatz übertragen werden und infolgedessen wird der Werkzeugeinsatz über seine Gegenfläche in den Mitteln zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes in dem Werkzeugträger aufgenommen und positioniert, so dass der erfindungsgemäße Werkzeugeinsatz einen sehr guten Rundlauf und Planlauf aufweist.
Zusätzlich wird auch eine reibschlüssige und/oder formschlüssige Drehmomentübertragung zwischen Werkzeugeinsatz und Werkzeugträger ermöglicht. Auf Grund des konstruktiv bedingten relativ großen Durchmessers der Gegenfläche können auch große Drehmomente ohne Verrutschen des Werkzeugeinsatzes in dem Werkzeugträger sicher übertragen werden.
In erfindungsgemäßer Ausgestaltung des Werkzeugeinsatzes weist der Mitnehmer mindestens zwei Nasen auf, die mit dem Mitnehmerabschnitt des Werkzeugträgers gemäß den Ansprüchen 11 bis 15 eine formschlüssige und drehfeste Verbindung bilden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weisen die Nasen des Mitnehmers Kontaktflächen auf, die unter einem Winkel > 5° zu einer Längsachse des Werkzeugeinsatzes verlaufen. Dadurch ist es möglich, dass gleichzeitig zu der formschlüssigen Übertragung von Drehmomenten zwischen Werkzeugträger und Werkzeugeinsatz auch noch eine Axialkraftkomponente auf die Nasen des Mitnehmers wirkt, so dass der Werkzeugeinsatz insbesondere bei großen zu übertragenden Drehmomenten zusätzlich zu der Spannkraft der Spannmutter noch mit einer von seitens des Mitnehmers in die Mittel zur Zentrierung hineingezogen wird. Auch bewirken die schräg verlaufenden Kontaktflächen, dass eventuell vorhandene Relativbewegungen zwischen dem Mitnehmer und im Bereich des Mitnehmers beziehungsweise des Mitnehmerabschnitts gedämpft werden. Dadurch wird die maximale Zerspanleistung weiter erhöht und die Oberflächengüte des bearbeiteten Werkstücks wird weiter verbessert.
Alternativ ist es auch möglich, dass der Mitnehmer einen polygonalen Querschnitt aufweist und der Mitnehmer mit dem Mitnehmerabschnitt des Werkzeugträgers gemäß Anspruch 14 eine formschlüssige und drehfeste Polygonverbindung bildet. Damit können die aus verschiedenen anderen Anwendungen bekannten Vorteile einer Polygonverbindung zur Drehmomentübertragung auch bei dem erfindungsgemäßen System aus Werkzeugträger und Werkzeugeinsatz zum Tragen gebracht werden. Auch die Kontaktflächen des Polygons können bei angepasster Gestaltung die zusätzlichen Längskräfte erzeugen. Die Gestaltung kann dabei eine Keilwirkung oder Schraubwirkung zur Erzeugung der Längskräfte nutzen.
Um auch Werkzeuge mit innerer Kühlmittelzufuhr einsetzen zu können, ist der Werkzeugeinsatz in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung hohlgebohrt. Diese Bohrung dient vor allem der Kühlmittelzufuhr vom Werkzeugträger zum Werkzeug.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung
Es zeigen:
1 bis 12 verschiedene Ansichten und Darstellungen von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Werkzeugeinsätze und Werkzeugträger.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1a ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugträgers 1 im Längsschnitt dargestellt. Der Werkzeugträger 1 ist drehbar gelagert, wobei die Lagerung des Werkzeugträgers 1 in einer Werkzeugmaschine in 1 nicht dargestellt ist.
Der Werkzeugträger 1 dient dazu, je nach Bedarf eine Spannzange oder einen erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatz aufzunehmen. Dabei muss gewährleistet sein, dass sowohl das in einer Spannzange gespannte Werkzeug als auch das in einem Werkzeugeinsatz gespannte Werkzeug hinsichtlich Rundlauf und Planlauf sehr präzise ausgerichtet wird. Außerdem muss selbstverständlich das zur Zerspanung erforderliche Drehmoment von dem Werkzeugträger auf dem nicht dargestellten Werkzeugeinsatz oder eine ebenfalls in 1a nicht dargestellte Spannzange sicher übertragen werden.
Zu diesem Zweck sind in dem Werkzeugträger 1 ein Innengewinde 3, ein Kurzkegel 5, ein Bund 7, eine kegelige Bohrung 9, ein zylindrischer Abschnitt 11, und ein Mitnehmerabschnitt 13 ausgebildet.
Das Innengewinde 3 dient dazu, eine nicht dargestellte Spannmutter aufzunehmen. Die kegelige Bohrung 9 dient dazu, eine nicht dargestellte Spannzange aufzunehmen und in an sich bekannter Weise das in der Spannzange aufgenommene Werkzeug zu spannen und zu führen.
Wenn alternativ zu der Spannzange ein erfindungsgemäßer Werkzeugeinsatz (nicht dargestellt) in dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger aufgenommen werden soll, dann erfolgt dies bei diesem Ausführungsbeispiel über einen Kurzkegel 5, der zwischen einem ersten Ende der kegeligen Bohrung 9 und dem Innengewinde 3 ausgebildet ist.
Der Kurzkegel 5 zentriert den Werkzeugeinsatz (nicht dargestellt) und sorgt so für einen guten Rundlauf desselben. Der Kurzkegel 5 ist ein erstes Ausführungsbeispiel erfindungsgemäßer Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes.
Durch eine geeignete Wahl des Kegelwinkels des Kurzkegels 5 bewirkt der Kurzkegel 5 auch einen guten Planlauf des Werkzeugeinsatzes.
An einem zweiten Ende der kegeligen Bohrung 9 kann ein zylindrischer Abschnitt 11 ausgebildet sein, der mit einem komplementären Zapfen eines Werkzeugeinsatzes zusammenwirkt und eine weitere Zentrierung des Werkzeugeinsatzes bewirkt. Wegen des Abstandes L zwischen dem Kurzkegel 5 und dem zylindrischen Abschnitt 11 wird durch die Zentrierung des nicht dargestellten Werkzeugeinsatzes 11 an dem zylindrischen Abschnitt 11 gleichzeitig auch der Planlauf des Werkzeugeinsatzes im Bereich des Kurzkegels 5 verbessert.
An den zylindrischen Abschnitt 11 anschließend ist optional ein Mitnehmerabschnitt 13 angeordnet, der eine formschlüssige Drehmomentübertragung zwischen dem Werkzeugträger 1 und einem nicht dargestellten erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatz ermöglicht. Dabei kann der Mitnehmerabschnitt 13 beispielsweise ein Polygonquerschnitt aufweisen, der mit einem entsprechend geformten polygonförmigen Mitnehmer des Werkzeugeinsatzes (nicht dargestellt) formschlüssig zur Drehmomentübertragung beiträgt. Alternative Ausgestaltungen des Mitnehmerabschnitts 13 werden weiter unten noch detailliert erläutert.
Dort wo das Innengewinde 3 angeordnet ist, weist der Werkzeugträger 1 einen Bund 7 auf, der, wie aus 1c ersichtlich, mehrere Aussparungen aufweist. Die Aussparungen erlauben das Ansetzen eines Hakenschlüssels (nicht dargestellt), um den Werkzeugträger 1 in Drehrichtung zu arretieren.
Es ist alternativ auch möglich, anstelle des Innengewindes 3 ein Außengewinde an einem Außendurchmesser des Werkzeugträgers 1 auszubilden. In diesem Fall würden dann Spannmuttern mit Innengewinde zum Einsatz kommen. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Spannmuttern mit einem Außengewinde versehen.
In 1b sind eine herkömmliche Spannzange 15, die ein Werkzeug 17 mit zylindrischem Schaft aufnimmt und eine Spannmutter 19 mit Außengewinde 21 in einer Isometrie dargestellt.
In den 1c und 1d ist der Werkzeugträger 1 gemäß 1a mit eingesetzter Spannzange 15, Werkzeug 17 und Spannmutter 19 dargestellt. 1c zeigt eine Ansicht von vorne, während die 1d einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 1c zeigt.
Wie sich aus 1d ergibt, erfolgt die Spannung der Spannzange 15 in dem Werkzeugträger 1 ausschließlich im Bereich der kegeligen Bohrung. Der Kurzkegel 5, der zylindrische Abschnitt 11 und der Mitnehmerabschnitt 13 haben keinen Kontakt zu der Spannzange 15. Aus der Darstellung gemäß 1d wird auch deutlich, dass die Spannmutter 19 mit Außengewinde die wie eine aus dem Stand der Technik bekannte handelsübliche Spannmutter aufgebaut ist. Entsprechendes gilt auch für die Spannzange 15. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Werkzeugträgers, da handelsübliche Spannzangen und Spannmuttern 19 eingesetzt werden können. Daher bietet es sich bevorzugt auch an, die kegelige Bohrung 19 entsprechend den einschlägigen Normen zu gestalten.
In vielen Fällen kann es vorteilhaft sein, beim Durchmesser des Innengewindes 3 in dem Werkzeugträger 1 von den üblichen Industriestandards abzuweichen und den Durchmesser des Innengewindes 3 zu vergrößern. Dadurch kann die maximale Spannkraft erhöht werden und es steht an der Stirnseite der Spannmutter 19 mehr Platz für das Ansetzen eines Spannschlüssels (nicht dargestellt) zur Verfügung. In Folge dessen sinkt die Unfallgefahr durch Abrutschen des Spannschlüssels. Außerdem können größere Drehmomente auf die Spannmutter ausgeübt werden, was sich in größeren axialen Spannkräften positiv niederschlägt.
Wie aus der Ansicht gemäß 1b ersichtlich ist, gehen die Schlitze 23.1 und 23.2 in der Spannzange 15 bis zum Ende der Spannzange, sondern enden vorher. Dadurch bleiben Stege 25.1 und 25.2 stehen, die dafür sorgen, dass die Spannmutter 15 nicht in Einzelteile zerfällt und auch noch eine metallische Abdichtung zusammen mit der kegeligen Bohrung 9 bewirken. Die Breite der Stege 25.1 und 25.2 sind in 1b mit L_S bezeichnet und sollen ein gewisses Mindestmaß nicht unterschreiten, da andernfalls die metallische Abdichtung nicht mehr gewährleistet ist.
Da Spannzangen 15 üblicherweise einen Spannbereich von einem Millimeter haben, führt dies auch dazu, das in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Werkzeugschafts die Spannzange 15 mehr oder weniger tief in die kegelige Bohrung 9 des Werkzeugträgers gedrückt wird, wenn die Spannmutter 19 angezogen wird.
In 2 sind verschiedene Einbausituationen von Spannzangen 15 dargestellt. In der 2a ist eine herkömmliche Spannzange 15 dargestellt, bei denen der Schaftdurchmesser des Werkzeugs 17 minimal ist. Infolgedessen wird die Spannzange 15 beim Anziehen der Spannmutter 19 sehr tief in die kegelige Bohrung 9 gedrückt. Weil bei der Spannzange gemäß 2a die Schlitze 23.2 sehr lang sind, ragen diese Schlitze 23.2 in den zylindrischen Abschnitt 11 des Werkzeugträgers 1.
Infolgedessen ist eine metallische Abdichtung zwischen kegeliger Bohrung 9 und Spannzange 15 nicht mehr gegeben.
In den Darstellungen gemäß den 2b und 2c sind sogenannte metallisch dichtende Spannzangen 15 dargestellt. Der wesentliche Unterschied gegenüber herkömmlichen Spannzangen besteht in der Breite der Stege 25.1 und 25.2.
Die Verwendung metallisch dichtender Spannzangen 15, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist auch bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger 1 möglich. Dabei ist darauf zu achten, dass die Länge L der kegeligen Bohrung 9, die an einem Ende von dem Kurzkegel 5 und am anderen Ende vom zylindrischen Abschnitt 11 begrenzt wird, so bemessen wird, dass innerhalb des Spannbereichs der Spannzange 15 eine ausreichende Überdeckung zwischen den Stegen 25.1 und 25.2 und der kegeligen Bohrung 9 gegeben ist.
In der 2b ist eine metallisch dichtende Spannzange 15 mit einem Werkzeug mit minimalem Schaftdurchmesser gespannt dargestellt. Dadurch ist die Überdeckung B1 zwischen dem Steg 25.1 und der kegeligen Bohrung 9 minimal und die Überdeckung A1 zwischen der kegeligen Bohrung 9 und den Stegen 25.1 ist in der 2b maximal.
Wenn die Spannzange 15 mit einem Werkzeug 17 mit maximalem Schaftdurchmesser in dem Werkzeugträger 1 gespannt wird, kehrt sich die Situation um. In diesem Fall hat die Überdeckung zwischen dem Steg 25.2 und der kegeligen Bohrung ein Maximum (siehe B2 in 2c), während die Überdeckung zwischen dem Steg 25.1 und der kegeligen Bohrung 9 ein Minimum (siehe A2 in 2c) erreicht.
Die Maße B1 und A2 werden durch die Länge L der kegeligen Bohrung 9 beeinflusst. Durch die Abstimmung der Länge der Schlitze 23 in der Spannzange 15 und die Länge L der kegeligen Bohrung in dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger 1 kann jedoch gewährleistet werden, dass die Spannzange 15 bei allen Schaftdurchmessern eines Werkzeugs 17, die innerhalb des Spannbereichs der Spannzange 15 liegen, metallisch dichtend in der kegeligen Bohrung 9 sitzen.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den 2a bis c nicht alle Bauteile mit den Bezugszeichen versehen. Es gilt jedoch das bezüglich der 1 gesagte entsprechend.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes 27 und einer zugehörigen Spannmutter 19 gewissermaßen in Explosionsdarstellung dargestellt. Der Werkzeugeinsatz 27 weist einen Zapfen 29 auf an dem zum Beispiel ein Walzenfräser oder ein Stirnfräser (nicht dargestellt) montiert werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art der Werkzeugaufnahme beschränkt. An dem in 3 linken Ende des Werkzeugeinsatzes 27 ist jede Art der Werkzeugbefestigung für rotierende, aber auch feststehende Werkzeuge möglich.
Der in 3 dargestellte Werkzeugeinsatz 27 umfasst einen Flansch 31, eine zylindrische Lagerfläche 33, einen Sicherungsring 35, einen Außenkegel 37, einen Zapfen 39 und einen Mitnehmer 41.
Die in 3 unterhalb des Werkzeugeinsatzes 27 dargestellte Spannmutter 43 hat ein Außengewinde 45 und eine koaxial dazu angeordnete Bohrung 47. An dem in 3 rechten Ende der Bohrung 47 ist eine Ausnehmung 49 ausgedreht, die den radial nach außen über die zylindrische Lagerfläche 33 des Werkzeugeinsatzes 27 hinausragenden Teil des geschlitzten Rings 35 Teil aufnimmt, wenn die Spannmutter 43 mit der Bohrung 47 auf die zylindrische Lagerfläche 33 des Werkzeugeinsatzes 27 aufgeschoben wird.
An dem in 3 linken Ende der Spannmutter 43 sind am Umfang Nuten (ohne Bezugszeichen) ausgebildet, die zum Ansetzen eines Hakenschlüssels (nicht dargestellt) dienen.
Die Spannmutter 43 wird an dem Werkzeugeinsatz 27 montiert, indem der Sicherungsring 35 entfernt und die Spannmutter 43 auf die zylindrische Lagerfläche 33 aufgeschoben wird. Zusammen mit der Bohrung 47 der Spannmutter 43 bildet die zylindrische Lagerfläche 33 eine Drehlagerung für die Spannmutter 43. Anschließend wird der geschlitzte Ring 35 wieder in eine Nut (siehe das Bezugszeichen 59 in 7) des Werkzeugeinsatzes eingeführt und der dann noch radial nach außen über die zylindrische Lagerfläche 33 ragende Teil des Rings 35 passt in die Ausnehmung 49. Dadurch ist es möglich, Axialkräfte von der Spannmutter 43 auf den Werkzeugeinsatz 27 zu übertragen, und gleichzeitig das Drehen der Spannmutter 43 relativ zum Werkzeugeinsatz 27 beim Spannendes Werkzeugeinsatzes zu ermöglichen.
Der Zapfen 39 ist so bemessen, dass er mit dem zylindrischen Abschnitt 11 des Werkzeugträgers 1 eine enge Spielpassung bildet und dadurch den Werkzeugeinsatz 27 radial fixiert. Wegen des axialen Abstands zwischen dem Zapfen und dem Außenkegel 37 wird dadurch gleichzeitig auch der Planlauf des Flansches 31 bzw. am Zapfen 29 des Werkzeugeinsatzes verbessert.
An dem in 3 rechten Ende des Werkzeugeinsatzes 27 ist noch ein polygonförmiger Mitnehmer ausgebildet, der zusammen mit dem Mitnehmerabschnitt 13 des Werkzeugträgers eine formschlüssige Verbindung und Drehmomentübertragung zwischen Werkzeugträger 1 und Werkzeugeinsatz 27 ermöglicht.
In 4 ist ein Werkzeugträger 1 mit eingesetztem Werkzeugeinsatz 27 in gespanntem Zustand dargestellt. Aus diesen verschiedenen Ansichten wird auch die Lagerung der Spannmutter 43 an der zylindrischen Lagerfläche 33 des Werkzeugeinsatzes und die Montage des geschlitzten Rings 35 einerseits in einer Umfangsnut des Werkzeugeinsatzes 37 und andererseits in der Ausnehmung 49 der Spannmutter deutlich. Die Ausnehmung gewährleistet, dass der geschlitzte Ring 35 auch bei größten Axialkräften nicht radial aus der Nut im Werkzeugeinsatz 27 herausgedrückt werden kann.
Aus 4 ist auch gut zu erkennen, dass sich der Kontakt zwischen Werkzeugeinsatz 27 und Werkzeugträger 1 auf den Kurzkegel 5 bzw. den Außenkegel 37, den zylindrischen Abschnitt 11 und den Zapfen 39, sowie den Mitnehmerabschnitt 13 und den Mitnehmer 41 beschränkt. Im Bereich der kegeligen Bohrung 9 ist kein Kontakt zwischen dem Werkzeugeinsatz 27 und dem Werkzeugträger 1 vorhanden.
Um den Werkzeugeinsatz 27 aus dem Werkzeugträger 1 abzudrücken wird die Spannmutter 43 gegen den Uhrzeigersinn gedreht. In Folge dessen wird die Spannmutter 43 gegen den Flansch 31 des Werkzeugeinsatzes 27 gedrückt. Wegen des großen Kegelwinkels von etwa 90–120° am Kurzkegel 5 und der Spielpassung entsteht bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem zylindrischen Abschnitt 11 des Werkzeugträgers 1 und dem Zapfen 29 keine Klemmung des Werkzeugeinsatzes 27 in dem Werkzeugträger 1.
Die Bohrungen 51 (siehe 4) dienen zur Aufnahme von Mitnehmerstiften, die wiederum den Fräser bei der Drehbewegung mitnehmen.
Aus dem Schnitt entlang der Linie A-A wird deutlich, dass der zylindrische Abschnitt 11 etwas größer im Durchmesser ist als der Mitnehmerabschnitt 13, so dass die Montierbarkeit des Werkzeugeinsatzes 27 gegeben ist.
In den 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugträgers 1 sowie eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes 27 dargestellt, bei dem am Werkzeugträger 1 ein Außengewinde 53 angeordnet ist und infolgedessen die Spannmutter bzw. die Spannmutter 43 des Werkzeugeinsatzes 27 ein Innengewinde 55 aufweist.
Die kegelige Bohrung 9, der zylindrische Abschnitt 11 und der Mitnehmerabschnitt 13 des Werkzeugträgers 1 sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel gleich wie bei dem ersten anhand der 1–4 erläuterten Ausführungsbeispiel.
In 6 ist auf das zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugträgers 1 ein Werkzeugeinsatz 27 mit einer Spannmutter 43, die ein Innengewinde 55 aufweist, ebenfalls im Längsschnitt dargestellt. Dabei ist zwischen der Bohrung 47 und dem Innengewinde 55 nicht nur die Ausnehmung 49 für den geschlitzten Ring 35 vorhanden, sondern es ist noch eine kreisringsförmige Tasche 57 vorhanden, welche die Montierbarkeit des Rings 35 gewährleistet. In dieser Tasche 57 ist der Drahtring 35 angeordnet, wenn die Spannmutter 43 auf die zylindrische Lagerfläche 33 aufgeschoben wird.
In den 7 bis 10 wird ein Ausführungsbeispiel eines Mitnehmerabschnitts 13 und eines Mitnehmers 41 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu den anderen Ausführungsbeispielen ist in der Gestaltung des Mitnehmerabschnitts 13 bzw. des Mitnehmers 41 zu sehen. In der 7a ist ein erfindungsgemäßer Werkzeugeinsatz 27 dargestellt. In dieser Ansicht ist eine in die zylindrische Lagerfläche 33 eingestochene Umfangsnut 59, die der Aufnahme des geschlitzten Rings 35 dient, sehr gut zu erkennen.
An dem Mitnehmerabschnitt 13 sind insgesamt drei Nasen 61 ausgebildet. Der an dem zylindrischen Abschnitt 11 zugewandten oberen Seite der Nasen 61 sind zwei Kontaktflächen 63 ausgebildet, die etwa einen Winkel von 5–45° mit einer Längsachse (ohne Bezugszeichen) des Werkzeugeinsatzes 27 anschließen. In der 7b ist eine Isometrie des Werkzeugeinsatzes 27 gemäß 7a dargestellt.
In 8 ist ein dazu kompatibler Mitnehmerabschnitt 13 des Werkzeugträgers 1 dargestellt. Der Mitnehmerabschnitt 13 des Werkzeugträgers 1 weist eine Einschnürung 65 auf. In axialer Richtung unterhalb der Einschnürung 65 sind eine Fase 67 und eine Durchmessererweiterung 69 ausgebildet.
Inder Einschnürung 65 und der Fase 67 sind mehrere Axialnuten 71, von denen in 8 nur eine sichtbar ist, vorhanden. Die Axialnuten 71 korrespondieren hinsichtlich ihrer Anzahl, aber auch in ihren Abmessungen mit den Nasen 61 des Werkzeugeinsatzes 27 gemäß 7, so dass der Werkzeugeinsatz 27 von oben in den Werkzeugträger 1 eingeführt werden kann und dabei die Nasen 61 durch die Axialnuten 71 hindurch in die Durchmessererweiterungen 69 eingeführt werden.
In 9 ist das Ausführungsbeispiel gemäß 8 mit eingesetztem Werkzeugeinsatz 27 gemäß 7 im Schnitt dargestellt. Daraus wird deutlich, dass sich die Nasen 61 des Werkzeugeinsatzes 27 in den Axialnuten 71 und sich die Kontaktflächen 63 Nasen etwa auf Höhe der Fase 67 befinden. Ein Schnitt entlang der Linie B-B gemäß 9a macht deutlich, dass zwischen den Axialnuten 71 und den Nasen 61 in Drehrichtung Spiel vorhanden ist. Es ist also möglich, dass sich der Werkzeugeinsatz 37 relativ zum Werkzeugträger 1 etwas verdreht, bevor es zu einem Formschluss kommt. Dann liegen die Kontaktflächen 63 an der Fase 67 des Werkzeugträgers 1 an und sorgen für eine formschlüssige Drehmomentübertragung zwischen Werkzeugträger 1 und Werkzeugeinsatz 27.
Diese Situation ist in 10 dargestellt. In der 10a ist eine Draufsicht auf den Werkzeugträger 1 mit eingesetztem Werkzeugeinsatz 27 dargestellt und in dieser Draufsicht ist die Schnittebene gemäß 10b bzw. 9a eingetragen.
Gegenüber der 9a ist der Werkzeugeinsatz 27 um einen Winkel β gegenüber dem Werkzeugträger 9 verdreht. In diesem Fall liegt die linke Kontaktfläche 63 der Nase 61 an der Fase 67 des Werkzeugträgers 1 an und unterstützt die Drehmomentübertragung durch den Formschluss zwischen Werkzeugträger 1 und Werkzeugeinsatz 27.
Da die Kontaktfläche 63 nicht parallel zur Längsachse bzw. zur Drehachse des Werkzeugträgers 1 angeordnet ist, sondern hier zur Verdeutlichung einen Winkel von etwa 5–45° mit der Drehachse des Werkzeugträgers 1 anschließt, hat die auf die Kontaktfläche 63 wirkende Normalkraft F_N eine Komponente in Umfangsrichtung, die der Drehmomentübertragung dient und eine Komponente in Axialrichtung F_N,a, welche den Werkzeugeinsatz 27 in axialer Richtung gegen den Kurzkegel 5 des Werkzeugträgers 1 zieht. Dadurch wird die Fixierung des Werkzeugeinsatzes 27 verbessert und außerdem werden eventuell auftretende Vibrationen oder Schwingungen zwischen dem Werkzeugträger 1 und dem Werkzeugeinsatz 27 wirkungsvoll gedämpft. Da die Nasen 61 an beiden Seiten schräge Kontaktflächen 63 aufweisen, wird dieser Effekt unabhängig von der Drehrichtung des Werkzeugträgers 1 erzielt.
Dadurch ist es auch möglich, den erfindungsgemäßen Werkzeugträger 1 mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatz 27 sowohl im Rechtslauf als auch im Linkslauf voll zu belasten, da nicht zu befürchten ist, dass sich die Spannmutter 43 beim Linkslauf löst und infolgedessen der Werkzeugeinsatz 27 nicht mehr im Werkzeugträger 1 gehalten wird.
Bei dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Spannmutter 43 von der „Werkzeugseite” auf den Werkzeugeinsatz 27 aufgeschoben. Aus dem Längsschnitt in 11 geht hervor, dass die Spannmutter 43 links des Bundes 7 angeordnet ist. In Folge dessen ist auch der geschlitzte Ring 35 in 11 links der Spannmutter 43 angeordnet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Spannkraft direkt von der Spannmutter 43 in den Flansch 31 des Werkzeugeinsatzes 3 eingeleitet wird.
Die Mittel zum Zentrieren des Werkzeugeinsatzes 27 sind bei dem in 11 dargestellten Werkzeugträger 1 als kegeliges Polygon ausgebildet. Der zugehörige Kegelwinkel α ist bei diesem Ausführungsbeispiel relativ klein und beträgt etwa 15°, so dass das kegelige Polygon 73 vor allem der Zentrierung des Werkzeugeinsatzes 27 und der Drehmomentübertragung dient. Der Kegelwinkel α (siehe 11b) kann in einem Bereich zwischen 0° (= prismatisches Polygon) und etwa 90° liegen.
Deshalb ist zwischen dem kegeligen Polygon 73 und der kegeligen Bohrung 9 eine Plananlage 75 ausgebildet, die mit einer entsprechenden Planfläche 77 des Werkzeugträgers 1 zusammenwirkt. Damit wird der erforderliche Planlauf des Werkzeugeinsatzes 27 gewährleistet.
Die 11a) zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in 11b aus dem die Plananlage 75 und das kegelige Polygon 73 gut zu erkennen sind.
Die 11d) zeigt eine Ansicht von links des Werkzeugträgers 1 ohne Werkzeugeinsatz 27 aus der die Plananlage 75 und das kegelige Polygon 73 ebenfalls gut zu erkennen sind.
Die 11c) zeigt eine Ansicht von links des Werkzeugträgers 1 mit Werkzeugeinsatz 27 und die 11e) zeigt eine Isometrie des Werkzeugeinsatzes 27 zur Verdeutlichung des Aufbaus dieses Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeugeinsatzes 27. In dieser Isometrie ist die Gegenfläche 79 zu dem kegeligen Polygon 73 des Werkzeugträgers sehr gut zu erkennen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist am zweiten Ende der kegeligen Bohrung 9 nur ein zylindrischer Abschnitt 11 ausgebildet. Ein Mitnehmerabschnitt ist nicht erforderlich, weil das kegelige Polygon 73 die Drehmomentübertragung übernimmt.
Die 11f) zeigt einen Längsschnitt durch den Werkzeugträger 1 mit Spannzange 15 aus dem deutlich wird, dass die Spannzange 15 und der Werkzeugeinsatz 27 das gleiche Innengewinde 3 nutzen und die Spannzange 15 ausschließlich über die kegelige Bohrung 9 positioniert wird.
Das in 12 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel weitgehend, so dass nur die Unterschiede nachfolgend erläutert werden.
Die Spannmutter 43 wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel von der Maschinenseite her auf den Werkzeugeinsatz 27 aufgeschoben.
Der Kegelwinkel α ist bei diesem Ausführungsbeispiel relativ groß und beträgt etwa 100°, so dass das kegelige Polygon 73 zusätzlich zur Zentrierung des Werkzeugeinsatzes 27 und der Drehmomentübertragung auch noch den Planlauf der Werkzeugeinsatzes 27 gewährleistet. In Folge dessen sind eine Plananlage am Werkzeugträger 1 und eine Planfläche an dem Werkzeugeinsatz 27 nicht erforderlich.
Sehr gut ist in 12b) auch zu sehen, dass der Werkzeugeinsetz 27 keinen Kontakt mit der kegeligen Bohrung 9 hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10219600 C5 [0002, 0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 12164 [0021]
ISO 26623 [0021]

Claims

Werkzeugträger mit einer Spannzangenaufnahme, wobei die Spannzangenaufnahme eine kegelige Bohrung (9) und ein koaxial zu der kegeligen Bohrung (9) angeordnetes Gewinde (3, 53) umfasst, und wobei das Gewinde (3, 53) beim Spannen einer Spannzange (15) mit einer Spannmutter (19) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung zwischen einem ersten Ende der kegeligen Bohrung (9) und dem Gewinde (3, 53) Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes (27) ausgebildet sind.
Werkzeugträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes () als Kurzkegel (5), als Zylinder und/oder als Polygon (73) ausgebildet sind.
Werkzeugträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung zwischen dem ersten Ende der kegeligen Bohrung (9) und dem Gewinde (3, 53) eine Plananlage (75) ausgebildet ist.
Werkzeugträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelige Bohrung (9) in axialer Richtung an einem zweiten Ende von einem zylindrischen Abschnitt (11) und/oder einem Mitnehmerabschnitt (13) begrenzt wird.
Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes (27), insbesondere der Kurzkegel (5) und das Polygon (73) einen Kegelwinkel (α) zwischen 0° und 140°, bevorzugt zwischen 30° und 120°, aufweist.
Werkzeugträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde als Außengewinde (53) ausgebildet ist.
Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde als Innengewinde (3) ausgebildet ist.
Werkzeugträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge (L) der kegeligen Bohrung (9) so bemessen ist, dass sie die Verwendung von metallisch dichtenden Spannzangen (15) erlaubt.
Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Ende der kegeligen Bohrung (9) der zylindrischen Abschnitt (11) und daran anschließend der Mitnehmerabschnitt (13) angeordnet ist.
Werkzeugträger nach einem Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Ende der kegeligen Bohrung (9) der Mitnehmerabschnitt (13) und daran anschließend der zylindrischen Abschnitt (11) angeordnet ist.
Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerabschnitt (13) mindestens eine Berührfläche (67) aufweist.
Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerabschnitt (13) eine Einschnürung (65), eine Durchmessererweiterung (69) und eine als Fase (67) ausgebildete Berührfläche umfasst, wobei die Fase (67) in axialer Richtung zwischen der Einschnürung (65) und der Durchmessererweiterung (69) angeordnet ist.
Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerabschnitt (13) mindestens zwei Axialnuten (71) umfasst.
Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Mitnehmerabschnitts (13) einem Polygonprofil entspricht.
Werkzeugträger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührflächen (73) des Mitnehmerabschnitts (13) mit polygonalem Querschnitt wendelförmig beziehungsweise schraubenförmig ausgebildet sind.
Werkzeugeinsatz (45) zur Aufnahme in einem Werkzeugträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz (25) eine mit den Mitteln zum Zentrieren eines Werkzeugeinsatzes (27) zusammenwirkende Gegenfläche aufweist.
Werkzeugeinsatz nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenfläche des Werkzeugeinsatzes (1) als Außenkegel (53), als Zylinder und/oder als Polygon (79) ausgebildet ist.
Werkzeugeinsatz nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz (27) einen mit dem zylindrischen Abschnitt (11) des Werkzeugträgers (1) zusammenwirkenden Zapfen (39) und/oder einem mit dem Mitnehmerabschnitt (13) des Werkzeugträgers (1) zusammenwirkenden Mitnehmer (41) umfasst.
Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz (27) in eingebautem Zustand die kegelige Bohrung (9) des Werkzeugträgers (1) nicht berührt.
Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz (27) Mittel zur Befestigung des Werkzeugeinsatzes (27) in einem Werkzeugträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.
Werkzeugeinsatz nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel als Spannmutter (19) mit einem Außengewinde (21) oder einem Innengewinde (55) ausgebildet sind, dass die Spannmutter (43) drehbar an dem Werkzeugeinsatz (27) gelagert ist, und dass die zum Befestigen des Werkzeugeinsatzes (27) in dem Werkzeugträger (1) erforderlichen Axialkräfte von der Lagerung (33, 47) übertragen werden.
Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (41) mindestens zwei Nasen (61) aufweist, und dass die Nasen (61) mit dem Mitnehmerabschnitt (13) des Werkzeugträgers (1) gemäß den Ansprüchen 12 und/oder 13 eine formschlüssige und drehfeste Verbindung bilden.
Werkzeugeinsatz nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nasen (61) des Mitnehmers (43) mindestens eine Kontaktfläche (63) aufweisen.
Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (43) einen polygonalen Querschnitt aufweist, und dass der Mitnehmer (43) mit dem Mitnehmerabschnitt (13) des Werkzeugträgers (1) gemäß Anspruch 14 eine formschlüssige und drehfeste Verbindung bildet.
Werkzeugeinsatz nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche des Mitnehmers (43) einen wendelförmig beziehungsweise schraubenförmig ausgebildet und komplementär zu der mindestens einen Berührfläche eines Werkzeugträgers nach Anspruch 15 gestaltet ist.
Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kontaktfläche (63) des Mitnehmers (43) mit einer Längsachse des Werkzeugeinsatzes (27) einen Kontaktwinkel (γ) einschließt, und dass der Kontaktwinkel (γ) in einem Bereich zwischen 0° und 60°, bevorzugt in einem Bereich zwischen 0° und 30°, liegt.
Werkzeugeinsatz nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugeinsatz (27) hohlgebohrt ist.