-
Die Erfindung betrifft ein drehantreibbares spanabhebendes Werkzeug mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Derartige Werkzeuge sind beispielsweise aus der
WO 2008/141605 A2 oder der
WO 2008/141606 A2 bekannt und weisen einen Schneidteil, an dem eine Vielzahl von Schneiden bzw. Schneidkanten und Spannuten ausgebildet sind, und einen Schaft auf, der auf einer dem Schneidteil abgewandten Seite einen Einspannabschnitt ausbildet. Den in diesen Druckschriften beschriebenen Werkzeugen liegt jeweils die Aufgabe zugrunde, eine hohe Schneidenstandzeit bei einem vereinfachten Werkzeugaufbau zu gewährleisten. Des Weiteren soll ein Kühl-/Schmiermittel sowohl bei der herkömmlichen Nassbearbeitung als auch bei der in jüngerer Zeit zunehmend anzutreffenden Trockenbearbeitung (MMS-Technologie) mit geringem Aufwand, jedoch prozesssicher und in ausreichender Menge an die hoch belasteten Schneiden des Spanabhebendes Werkzeugs herangebracht werden können.
-
Zu diesem Zweck wird in beiden Druckschriften zunächst vorgeschlagen, im Einspannabschnitt des Schafts eine der Anzahl der Spannuten entsprechende Anzahl von Kühl-/Schmiermittelkanälen auszubilden. Darüber hinaus schlägt die
WO 2008/141605 A2 vor, dass die im Schaft ausgebildeten Kühl-/Schmiermittelkanäle jeweils eine axiale Austrittsöffnung haben und entlang des Schafts zu einer zugeordneten Spannut des Schneidteils führen. Im Unterschied dazu schlägt die
WO 2008/141606 A2 vor, die Kühl-/Schmiermittelkanäle im Schaft derart auszubilden, dass das aus stirnseitigen Austrittsöffnungen des Einspannabschnitts austretende Kühl-/Schmiermittel in einem freien Strahl entlang des Schafts in jeweils eine zugeordnete Spannut des Schneidteils einspeisbar ist.
-
Die in den vorgenannten Druckschriften angegebenen Werkzeuge sehen somit vor, dass ein aus einem Kühl-/Schmiermittelkanal im Schaft austretender Kühl-/Schmiermittelstrahl in eine zugeordnete Spannut am Schneidteil eingespeist wird.
-
Obwohl sich die in den vorgenannten Druckschriften angegebene Ausbildung der Kühl-/Schmiermittelkanäle grundsätzlich als vorteilhaft herausgestellt hat, kann die mit den Spannuten fluchtende Anordnung der Kühl-/Schmiermittelkanäle im Schaft gerade bei Werkzeugen mit einem relativ kleinen Nenndurchmesser an ihre Grenzen stoßen. Eine in das Werkzeug integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung bedeutet stets eine Schwächung des Werkzeugs. Der Strömungsquerschnitt der Kühl-/Schmiermittelkanäle lässt sich jedoch nicht proportional mit dem Nenndurchmesser des Werkzeugs beliebig verkleinern. Bei Werkzeugen mit sehr kleinen Nenndurchmessern kann die Ausbildung der Kühl-/Schmiermittelkanäle im Schaft daher zu Lasten der Werkzeugstabilität gehen mit der Folge reduzierter Standzeiten. Zudem erhöht sich bei Werkzeugen mit sehr kleinen Nenndurchmessern der fertigungstechnische Aufwand im Hinblick auf die Ausbildung der Kühl-/Schmiermittelkanäle im Schaft.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein drehantreibbares spanabhebendes Werkzeug der oben beschriebenen Art zu schaffen, das zum Einen die geforderte Standzeit bei einem vereinfachten Werkzeugaufbau auch bei sehr kleinen Werkzeugnenndurchmessern sicherstellt und zum Anderen sowohl für die Nass- als auch Trockenbearbeitung geeignet ist.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann verschiedenste Anwendungsgebiete haben. Es kann beispielsweise als ein Bohrwerkzeug, insbesondere ein Spiralbohrer, als eine Reibahle, als ein Fräswerkzeug oder als ein Gewindeschneidwerkzeug ein- oder mehrschneidig ausgebildet sein.
-
Erfindungsgemäß weist der Schaft des Werkzeugs einen gegenüber dem Schneidteil im Durchmesser vergrößerten Einspannabschnitt auf. Das schneidteilseitige Schaftende, mit dem der Schneidteil verbunden ist, reduziert den Werkzeugdurchmesser vom (maximalen) Durchmesser des Einspannabschnitts des Schafts auf den Durchmesser des Schneidteils an der Schnittstelle zwischen Schaft und Schneidteil.
-
Im Schaft ist des Weiteren zumindest ein Kühl-/Schmiermittelkanal mit einer am schneidteilseitigen Schaftende angeordneten Austrittsöffnung ausgebildet, die, in einer axialen Projektion betrachtet, d. h. bei einer axialen Betrachtung des Werkzeugs von der Schneidteilspitze in Richtung Schaft, radial außerhalb des Außenumfangs des Schneidteils liegt und ausgerichtet ist, dass ein austretender Kühl-/Schmiermittelstrahl in Richtung Schneidkopf spritzt.
-
Die geometrische Form des Querschnitts des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals kann dem konkreten Anwendungsgebiet entsprechend gewählt sein. Im einfachsten Fall hat der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal die Form einer Bohrung mit einem über dessen Länge gleichbleibenden kreiszylindrischen Querschnitt. Die Querschnittsfläche des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals kann sich in Richtung zu der am schneidteilseitigen Schaftende ausgebildeten Austrittsöffnung beispielsweise aber auch verjüngen, um den Austrittsdruck des Kühl-/Schmiermittels den jeweiligen Bedingungen entsprechend bestimmen zu können.
-
Die erfindungsgemäße Werkzeuggestaltung gewährleistet sowohl bei der herkömmlichen Nassbearbeitung, d. h. bei Verwendung von flüssigen Kühl-/Schmiermitteln, als auch bei der Trockenbearbeitung gemäß der MMS-Technologie, bei der das Kühl-/Schmiermittel im Gegensatz zur Nassbearbeitung in extrem geringer Konzentration in einer Druckluftströmung zu der oder den am Schneidteil ausgebildeten Schneiden geführt wird, eine ausreichende Versorgung des Schneidteils mit Kühl-/Schmiermittel. Untersuchungen haben überraschend gezeigt, dass ein aus einer Austrittsöffnung am schneidteilseitigen Schaftende austretender Kühl-/Schmiermittelstrahl selbst dann, wenn er unter Einwirkung der im Werkzeugbetrieb auftretenden Zentrifugalkräfte und Luftreibung eine beträchtliche axiale Länge in Richtung Schneidkopf ohne eine radial außen liegende Begrenzung zurücklegen muss, einen ausreichend großen Kern mit hoher Strömungsgeschwindigkeit besitzt, um eine erforderliche Kühl-/Schmiermittelversorgung des Schneidteils zu gewährleisten. Durch die Drehung des Werkzeugs ergeben sich zudem dynamische Strömungsverhältnisse am Außenumfang des Schneidteils, die bewirken, dass das über die Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals austretende Kühl-/Schmiermittel von dem am und um den Schneidteil herum entstehenden Sog mitgerissen wird und in Richtung Schneidkopf transportiert wird. Weil der in Richtung Schneidkopf spritzende Kühl-/Schmiermittelstrahl um seinen Kern einen mit zunehmendem Abstand von der Austrittsöffnung am schneidteilseitigen Schaftende ausgeprägteren Spritzkegel bildet, ist darüber hinaus sichergestellt, dass insbesondere der Bereich des Schneidkopfs des Schneidteils mit einer ausreichenden Menge an Kühl-/Schmiermittel versorgt werden kann. Über den Arbeitsdruck bzw. die Menge der Kühl-/Schmiermittelzuführung kann daher insgesamt sichergestellt werden, dass der Schneidteil insbesondere im Bereich nahe des Schneidkopfs wirksam gekühlt bzw. geschmiert wird, wodurch es gelingt, die Standzeit des Werkzeugs auf hohem Niveau zu halten.
-
Da das in Richtung des Schneidkopfs gespritzte Kühl-/Schmiermittel im Anschluss an den Schaft, d. h. entlang des Außenumfangs des Schneidteils, ungeführt erfolgt, ergeben sich verglichen mit den eingangs diskutierten Werkzeugen, bei denen des Kühl-/Schmiermittel in den im Schneidteil ausgebildeten Spannuten geführt wird, geringere Strömungswiderstände und damit weniger Strömungsverluste. Damit eignet sich das erfindungsgemäße Konzept nicht nur für die Nassbearbeitung, sondern bei entsprechender Anordnung und Dimensionierung der Kühl-/Schmiermittelströmungswege im Schaft, welche den zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanal mit umfassen, auch für die Trockenbearbeitung gemäß der MMS-Technologie.
-
Durch die erfindungsgemäße Werkzeuggestaltung, gemäß der der Kühl-/Schmiermittelstrahl entlang des Außenumfangs des Schneidteils in Richtung Schneidkopf erstreckt, ergibt sich der weitere Vorteil, dass der Kühl-/Schmiermittelstrahl, insbesondere bei der Bearbeitung von Durchgangslöchern, besonders wirksam zum Abtransport der am Schneidkopf entstehenden Späne herangezogen werden kann.
-
Dank der erfindungsgemäßen Werkzeuggestaltung kann darüber hinaus bei Werkzeugen mit sehr kleinen Nenndurchmessern, z. B. Spiralbohrern, die in den Schaft integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung vollständig aus dem achsnahen, zentralen Bereich der Querschnittsfläche des Schafts nach außen in den Bereich verlegt werden, der in der axialen Projektion radial außerhalb des Außenumfangs des Schneidteils liegt. Der achsnahe, zentrale Bereich des Schafts kann daher ungeschwächt gehalten werden, wodurch sich auch im Falle sehr kleiner Nenndurchmesser Werkzeuge mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung und hohen Standzeiten ohne größeren fertigungstechnischen Aufwand herstellen lassen.
-
Der Schaft kann als ein Zylinderschaft ausgebildet sein. In diesem Fall entspricht der maximale Durchmesser des Einspannabschnitts dem Zylinderdurchmesser. Der Schaft kann aber auch beispielsweise als ein Morsekegel ausgebildet sein. In diesem Fall entspricht der maximale Durchmesser des Einspannabschnitts dem maximalen Kegeldurchmesser. Der Schneidteil kann, wie z. B. bei einem Spiralbohrer, genau einen Längenabschnitt mit einem definierten Nenndurchmesser oder, wie z. B. bei einer Stufenreibahle, mehrere Längenabschnitte mit verschiedenen Nenndurchmessern aufweisen. In jedem Fall ist der minimale Durchmesser des schneidteilseitigen Schaftendes vorzugsweise größer-gleich einem maximalen Durchmesser des Schneidteils, so dass das erfindungsgemäße Werkzeug zwischen dem Schaft und dem Schneidteil keinen Längenabschnitt mit einem gegenüber dem Schneidteil verringerten Durchmesser aufweist. Diese Gestaltung trägt zu einer hohen Standzeit des Werkzeugs bei.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
-
Das zwischen dem Schneidteil und dem Einspannabschnitt des Schafts befindliche Schaftende kann als ein Konus oder als eine radiale Stufte ausgebildet sein. In ersterem Fall liegt die Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals in einer Konusfläche, während in letzterem Fall die Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals, in einer axialen Projektion betrachtet, in der Stirnfläche der radialen Stufe liegt.
-
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann neben dem zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanal, der in einer Austrittsöffnung mündet, die, in einer axialen Projektion betrachtet, radial außerhalb des Außenumfangs des Schneidteils liegt, einen oder mehrere weitere Kühl-/Schmiermittelkanäle aufweisen, der bzw. die wie bei den eingangs diskutierten Werkzeugen gemäß der
WO 2008/141606 A2 oder der
WO 2008/141605 A2 zumindest teilweise radial innerhalb des Außenumfangs des Schneidteils austreten können. Beispielsweise kann der oder können die weiteren Kühl-/Schmiermittelkanäle jeweils in eine zugeordnete Spannut münden und/oder am Schneidkopf, beispielsweise einer stirnseitigen Freifläche oder vor einer stirnseitigen Schneidkante, austreten.
-
Wenn der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal geradlinig ausgebildet ist, verringert sich der fertigungstechnische Aufwand erheblich. Der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal lässt sich dann beispielsweise als eine Bohrung herstellen. Des Weiteren gewährleistet eine geradlinige Ausbildung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals eine möglichst widerstandsfreie Führung des Kühl-/Schmiermittels durch den Schaft.
-
Im einfachsten Fall verläuft der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal parallel zur Werkzeugachse. Die Ausbildung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals parallel zur Werkzeugachse bereitet keinerlei größere fertigungstechnische Schwierigkeiten.
-
Alternativ dazu kann die Mittelachse des zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanals unter einem vorgegebenen Winkel zur Werkzeugachse angeordnet sein. Durch eine zweckmäßige Bemessung des vorgegebenen Winkels kann erreicht werden, dass ein über die zugeordnete Austrittsöffnung austretender Kühl-/Schmiermittelstrahl bzw. dessen Kern an einer definierten axialen Stelle nach dem Austritt aus der zugeordneten Austrittsöffnung auf den Außenumfang des Schneidteils trifft. Anders ausgedrückt gestattet die Ausbildung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals unter einem definierten Winkel zur Werkzeugachse, dass der Schnittpunkt zwischen einer fiktiven Mittelachse des ausgetretenen Kühl-/Schmiermittelkanals und der Werkzeugachse an einer definierten axialen Stelle des Schneidteils liegt. Bei dieser definierten axialen Stelle kann es sich um die Schneidteilspitze handeln. Die definierte axiale Stelle kann allgemein aber in einem beliebigen Abstand (X ≥ 0) von der Austrittsöffnung liegen. Dieser definierte Abstand kann in Abhängigkeit von der Geometrie und der konkreten Anwendung des Werkzeugs, beispielsweise in Abhängigkeit von Werkzeuglänge und der Bohrtiefe eines Spiralbohrers, festgelegt sein. Durch eine die konkrete Anwendung des Werkzeugs berücksichtigende Festlegung dieses definierten Abstands kann sichergestellt werden, dass vorrangig der Bereich des Schneidteils mit Kühl-/ bzw. Schmiermittel versorgt wird, in dem erwartungsgemäß die größte Zerspanungsarbeit geleistet wird.
-
Bei der vorstehend erwähnten Gestaltung definieren die Mittelachse des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals und die Werkzeugachse eine Ebene. Alternativ dazu kann der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal so ausgebildet sein, dass er windschief zur Werkzeugachse verläuft. Beispielsweise kann der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal so ausgebildet sein, dass die Mittelachse des über die zugeordnete Austrittsöffnung austretenden Kühl-/Schmiermittelstrahls in einem definierten Abstand von der Austrittsöffnung, in einer axialen Projektion betrachtet, in Schnittrichtung einer zugeordneten Haupt- oder Nebenschneidkante voreilt.
-
Wenn der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal wendelförmig um die Werkzeugachse verläuft, kann dem über die zugeordnete Austrittsöffnung am schneidteilseitigen Schaftende austretenden Kühl-/Schmiermittelstrahl ein Drall verliehen werden. Ähnlich wie bei der vorstehend erwähnten windschiefen Anordnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals ermöglicht der Drall, dass die Mittelachse des über die zugeordnete Austrittsöffnung austretenden Kühl-/Schmiermittelstrahls in einem definierten Abstand von der Austrittsöffnung, in einer axialen Projektion betrachtet, in Schnittrichtung einer zugeordneten Haupt- oder Nebenschneidekante voreilt.
-
Handelt es sich bei dem Werkzeug um einen Spiralbohrer entspricht die Steigung der Wendelform des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals zweckmäßig der Steigung der im Schneidteil ausgebildeten Spannut oder Spannuten. Die Steigung der Wendelform des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals kann aber auch von der Steigung der im Schneidteil ausgebildeten Spannut oder Spannuten verschieden sein.
-
Unabhängig davon, ob der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal geradlinig und/oder achsparallel, unter einem Winkel zur Werkzeugachse oder gewendelt verläuft, ist die Lage der Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals am schneidteilseitigen Schaftende in Umfangsrichtung um die Werkzeugachse wie auch deren radialer Abstand zur Werkzeugachse vorteilhaft im Hinblick auf die Werkzeuganforderungen abgestimmt. Beispielsweise kann der radiale Abstand der Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals so festgelegt sein, dass die Austrittsöffnung, in einer axialen Projektion betrachtet, an den Außenumfang des Schneidteils herangeführt ist bzw. an diesen angrenzt. Durch die Verlegung der Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals in die Nähe des Außenumfangs des Schneidteils wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen dem Kern des jeweils austretenden Kühl-/Schmiermittelkanals und dem Außenumfang des Schneidteils klein gehalten wird. Dadurch kann eine ausreichende Versorgung des Schneidteils mit Kühl-/Schmiermittel unabhängig vom der Werkzeuglänge bzw. dem Spritzweg des Kühl-/Schmiermittels sichergestellt werden.
-
Der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal kann bereits in einem Sinterrohling des Werkzeugs, sofern dieses monolithisch hergestellt wird, oder in einem Sinterrohling des Schafts, sofern Schaft und Schneidteil zunächst getrennt hergestellt werden, weitestgehend mit Endmaß im Urformprozess hergestellt werden. Eine Bearbeitung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals im Schaft ist dann nicht mehr erforderlich.
-
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann in Abhängigkeit von der Zahl der Werkzeugschneiden am Schneidkopf einen oder mehrere in den Schaft integrierte Kühl-/Schmiermittelkanäle haben. Im Fall einer Vielzahl von in den Schaft integrierten Kühl-/Schmiermittelkanälen sind diese vorteilhaft in Umfangsrichtung um die Werkzeugachse äquidistant angeordnet und münden jeweils in eine zugeordnete Austrittsöffnung.
-
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann einen ein- oder mehrschneidigen Schneidteil mit einer oder mehreren geradlinig (achsparallel, schief oder windschief) oder wendelförmig verlaufenden Spannuten haben. Vorzugsweise entspricht die Zahl der in den Schaft integrierten Kühl-/Schmiermittelkanälen der Zahl der Schneidkanten. Die Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals kann dabei so angeordnet sein, dass die Mittelachse des austretenden Kühl-/Schmiermittelstrahl in einem definierten axialen Abstand von der Austrittsöffnung, in einer axialen Projektion betrachtet, in Schnittrichtung einer zugeordneten Haupt- oder Nebenschneidkante voreilt.
-
Durch eine geeignete Anordnung der Austrittsöffnung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals an dem schneidteilseitigen Schaftende in Umfangsrichtung um die Werkzeug gelingt es daher, die Mittelachse des Kühl-/Schmiermittelstrahls an einer definierten axialen Stelle, beispielsweise in einem Bereich, in dem größere Zerspanungskräfte auftreten, in radialer Richtung in den Bereich einer die zugeordnete Haupt- oder Nebenschneidkante definierenden Spannut zu legen.
-
Unabhängig davon, ob der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal achsparallel, schief oder windschief zur Werkzeugachse oder gewendelt um die Werkzeugachse verläuft, kann der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal den Schaft über dessen gesamte Länge, d. h. von dem schneidteilfernen Schaftende bis zu dem schneidteilseitigen Schaftende, durchdringen. Alternativ dazu kann der Schaft einen über das schneidteilferne Schaftende zugänglichen Kühl-/Schmiermittelhauptkanal haben und der zumindest eine Kühl-/Schmiermittelkanal an seinem schneidteilfernen Ende in den zentralen Kühl-/Schmiermittelhauptkanal münden. Der Querschnitt und die Form der Geometrie des Kühl-/Schmiermittelhauptkanals können derart angepasst sein, dass die in den Schaft eingespeiste Kühl-/Schmiermittelmenge mehr oder weniger ohne Rückstauungen oder allzu starke Umlenkungen in den zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanal strömt. Beispielsweise kann sich der Strömungsquerschnitt dieses Kühl-/Schmiermittelhauptkanals in Richtung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals zunehmend verringern, wodurch der Strömungsdruck in Richtung des zumindest einen Kühl-/Schmiermittelkanals zunehmend erhöht wird. Auf diese Weise lassen sich bei einer Trockenbearbeitung nach der MMS-Technologie Entmischungsvorgänge im Kühl-/Schmiermittel rduzieren.
-
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann einstückig, d. h. monolithisch, aufgebaut sein. Der Schaft und der Schneidteil können zunächst aber auch separat ausgebildet und dann einstückig zusammengefügt werden. In letzterem Fall kann der Schaft in der Art einer Hülse mit einer zentrischen Aufnahmebohrung ausgebildet sein, in der ein zylindrischer Endabschnitt des Schneidteils dreh- und axialfest aufgenommen, beispielsweise eingelötet, ist. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass sich über die Hülse ein beliebiges Werkzeug, z. B. ein Spiralbohrer, mit Zylinderschaft ohne eine integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung problemlos und wirtschaftlich zu einem Werkzeug mit Kühl-/Schmiermittelversorgung umgestalten lässt. Der hülsenartige Schaft kann aus einem vom Werkzeugmaterial verschiedenen Material ausgebildet sein. So lässt sich beispielsweise ein Werkzeug aus einem vergleichsweise teurer und schwer zu bearbeitenden Hartmetall mit einem hülsenartigen Schaft aus einem kostengünstigeren und leichter zu bearbeitenden Stahlmaterial kombinieren.
-
Die oben beschriebenen, in den Ansprüchen angegebenen und in der nachfolgenden Beschreibung diskutierten Merkmale sind in den Grenzen des technisch Machbaren kumulativ oder beliebig miteinander kombinierbar, so dass sich neben den anhand der Zeichnungen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen weitere, im Einzelnen nicht ausdrücklich angegebene aber erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele ergeben können.
-
In den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen drehantreibbaren spanabhebenden Werkzeugs;
-
2 das Werkzeug aus 1 mit einem teilweise längs geschnittenen Schaft;
-
3 eine Draufsicht auf den Schneidkopf des Werkzeugs gemäß 1 und 2;
-
4 eine Draufsicht auf das schneidteilferne Schaftende des Werkzeugs gemäß 1 und 2; und zeigen
-
5 bis 17 verschiedene Beispiele für eine Abwandlung des Werkzeugs aus 1 und 2.
-
Anhand der 1 bis 4 wird zunächst ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs dargestellt. Anhand der 5 bis 17 werden dann verschiedene Beispiele für eine Abwandlung des in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
-
In 1 bis 17 ist das erfindungsgemäße Werkzeug am Beispiel eines Spiralbohrers gezeigt. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann alternativ dazu aber auch als eine Reibahle, als ein Fräswerkzeug oder als ein Gewindeschneidwerkzeug ein- oder mehrschneidig ausgebildet sein.
-
Das 1 dargestellte Werkzeug 10, das eine gesamte Länge L1 hat, lässt sich funktional unterteilen in einen Schaft 12 der Länge L3 und einen mit dem Schaft 12 verbundenen Schneidteil 20 der Länge L2. Der Schaft 12 hat einen gegenüber dem Schneidteil 20 im Durchmesser vergrößerten Einspannabschnitt 14 und ein durchmesserreduzierendes Schaftende 16, an das der Schneidteil 20 anschließt. Das Schaftende 16 ist als eine radiale Stufe ausgebildet, an die der Schneidteil 20 anschließt. Der Schneidteil 20 hat einen maximalen Durchmesser (Nenndurchmesser) D1 (D1 < D2).
-
In dem in 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 10 monolithisch aus einem geeigneten Werkstoff, insbesondere einem Sinterwerkstoff, wie z. B. Vollhartmetall oder einem Cermet-Werkstoff, d. h. einem Sinterwerkstoff, der als wesentlichen Härteträger die Carbide und Nitride des Titans (TiC, TiN) besitzt und bei dem als Bindephase überwiegend Nickel zum Einsatz kommt, hergestellt.
-
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Schaft 20 zwei geradlinig und parallel zur Werkzeugachse 11 verlaufende Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 mit jeweils einer am schneidteilfernen Schaftende 16b angeordneten Eintrittsöffnung 18b und einer am schneidteilseitigen Schaftende 16 angeordneten Austrittsöffnung 18a ausgebildet. In einer axialen Projektion betrachtet (vgl. 3), liegen die Ein- und Austrittsöffnungen 18a, 18b jeweils radial außerhalb des Außenumfangs des Schneidteils 20. Die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 sind damit in achsparalleler Anordnung über die gesamte Länge L3 des Schafts 12 durch diesen hindurch ausgebildet. Die Austrittsöffnungen 18a sind im Besonderen so ausgerichtet sind, dass ein jeweils austretender Kühl-/Schmiermittelstrahl, dessen Mittelachse in den Figuren durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, in Richtung Schneidkopf 22 spritzt. Die Mittelachsen der beiden Kühl-/Schmiermittelnuten 18 liegen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel auf einem Kreis um die Werkzeugachse 11, der einen Durchmesser D3 hat, wobei D2 > D3 > D1 gilt.
-
Die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 haben die Form einer Bohrung mit einem über deren gesamte Länge gleichbleibenden kreiszylindrischen Querschnitt. Alternativ dazu kann sich die Querschnittsfläche der Kühl-/Schmiermittelkanäle in Richtung zu der jeweiligen am schneidteilseitigen Schaftende 16a ausgebildeten Austrittsöffnung 18a verjüngen.
-
Das schneidteilferne Schaftende 16b ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Radialfläche gebildet, die zum Außenumfang des Einspannabschnitts 14 hin in eine Fase übergeht. Das schneidteilseitige Schaftende 16a ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Radialfläche gebildet, die den Außenumfang eines an den Schaft 12 angrenzenden Nutenauslaufabschnitts 21 des Schneidteils 20 ringartig umgibt. Das schneidteilseitige Schaftende 16a bildet damit eine radiale Stufe, in deren Stirnfläche die beiden Austrittsöffnungen 18a liegen.
-
Der Schneidteil 20 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit zwei Hauptschneiden 24, zwei Nebenschneiden 25 und zwei Spannuten 26 zweischneidig ausgebildet, wie 3 erkennen lässt. Wie 2 und 3 weiter zeigen, ist der Durchmesser D3 des Schafts 12 in Abhängigkeit vom Durchmesser D1 des Schneidteils 20 so gewählt, dass die beiden Austrittsöffnungen 18a am schneidteilseitigen Schaftende 16a, in einer axialen Projektion betrachtet, an den Außenumfang des Schneidteils 20 herangeführt sind bzw. an den Außenumfang des Schneidteils 20 angrenzen.
-
3 und 4 zeigen des Weiteren, dass die Ein- und Austrittsöffnungen 18a, 18b der beiden im Schaft 12 ausgebildeten Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 bezüglich der Werkzeugachse 11 diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Die Austrittsöffnungen 18a sind im Besonderen so angeordnet, dass deren Mittelachsen, in einer axialen Projektion betrachtet, jeweils in Schnittrichtung etwas hinter der zugeordneten Haupt- und Nebenschneide 24, 25 des Schneidkopfs 22 austritt.
-
Anhand der 5 bis 17 werden im Folgenden verschiedene Beispiele für eine Abwandlung des in 1 bis 4 gezeigten Werkzeugs erläutert. Die Merkmale der Beispiele gemäß 5 bis 17 sind in den Grenzen des technisch Machbaren kumulativ oder beliebig mit denen des Ausführungsbeispiels gemäß 1 kombinierbar.
-
In der Abwandlung gemäß 5 und 6 sind die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18, deren Mittelachsen nach wie vor auf einem Kreis mit Durchmesser D3 liegen, gegenüber dem in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel in Schnittrichtung soweit nach vorne gelegt, dass ein jeweils austretender Kühl-/Schmiermittelstrahl in einem definierten Abstand X1 (vgl. 5) von der zugeordneten Austrittsöffnung 18a einer zugeordneten Haupt- und Nebenschneide 24, 25 voreilt bzw. radial im Bereich einer zugeordneten Spannut 26 liegt.
-
Nach dem Vorbild der
7 bis
10 kann das Werkzeug
10 zusätzlich zu den beiden Kühl-/Schmiermittelkanälen
18, die jeweils in eine Austrittsöffnung
18a münden, die, in einer axialen Projektion betrachtet, radial außerhalb des Außenumfangs des Schneidteils
20 liegt, einen oder mehrere weitere Kühl-/Schmiermittelkanäle aufweisen, der bzw. die wie bei den eingangs diskutierten Werkzeugen gemäß der
WO 2008/141606 A2 oder der
WO 2008/141605 A2 zumindest teilweise radial innerhalb des Außenumfangs des Schneidteils austreten können. Beispielsweise kann der oder können die weiteren Kühl-/Schmiermittelkanäle, wie in
7 und
8 gezeigt, jeweils in eine zugeordnete Spannut
26 münden, und/oder, wie in
9 und
10 gezeigt, am Schneidkopf
22, beispielsweise einer stirnseitigen Freifläche
27 oder (nicht gezeigt) vor einer stirnseitigen Hauptschneidkante
24, austreten. Im Beispiel der
7 und
8 liegen die Austrittsöffnungen
31 der beiden weiteren Kühl-/Schmiermittelkanäle
30 auf einem Kreis um die Werkzeugachse
11 mit Durchmesser D4, wobei gilt D4 (< D1) < D3. Im Beispiel der
9 und
10 liegen die Austrittsöffnungen
34 der beiden weiteren Kühl-/Schmiermittelkanäle
33 auf einem Kreis um die Werkzeugachse
11 mit Durchmesser D5, wobei gilt D5 (< D1) < D3.
-
Die auf den Schaft 12 beschränkten Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 und die weiteren Kühl-/Schmiermittelkanälen 30 bzw. 33 sind, bei axialer Projektion betrachtet, in Umfangsrichtung um die Werkzeugachse 11 zweckmäßig abwechselnd angeordnet.
-
Abweichend von den Gestaltungen gemäß 1 bis 10 können die im Schaft 12 ausgebildeten Kühl-/Schmiermittelkanäle 18, wie es in den 11a und 12 bzw. 11b gezeigt ist, an ihrem schneidteilfernen Ende in einen gemeinsamen, vom schneidteilfernen Schaftende 16b aus zugänglichen Kühl-/Schmiermittelhauptkanal 40 bzw. 42 münden. Während in dem Beispiel gemäß 11a, 12 ein zentraler Kühl-/Schmiermittelhauptkanal 40 als eine Bohrung mit zumindest bis zum schneidteilfernen Ende der beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 gleichbleibendem Strömungsquerschnitt ausgebildet ist, nimmt in dem Beispiel gemäß 11b der Strömungsquerschnitt des Kühl-/Schmiermittelhauptkanals 42 bis zum dem schneidteilfernen Ende der beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 zunehmend ab.
-
13 zeigt ein Beispiel, in dem der Schaft 12 in der Art einer Zylinderhülse mit einer zentrischen Aufnahmebohrung 50 ausgebildet ist, in der ein zylindrischer Endabschnitt 52 des Schneidteils 20 dreh- und axialfest aufgenommen, beispielsweise eingelötet, ist. Der Schneidteil 20 entspricht in diesem Beispiel einem herkömmlichen Werkzeug. Der hülsenartige Schaft 12 wird auf den zylindrischen Endabschnitt 52 aufgeschoben und angelötet. Der Schneidteil 20 und der Schaft 12 können in diesem Fall aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein.
-
In dem in 14, 15 gezeigten Beispiel münden die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 an ihrem schneidteilfernen Ende 18b in einen am schneidteilfernen Schaftende 16b ausgebildeten, diametral verlaufenden Schlitz 60. Die Kühl-/Schmiermittelströmung in die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 erfolgt also in an sich bekannter Weise über den diametralen Schlitz 60.
-
Das in 16 gezeigte Werkzeug unterscheidet sich von dem in 1 bis 4 gezeigten Werkzeug lediglich darin, dass die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 unter einem Winkel α und β zur Werkzeugachse 11 geneigt sind. Die Winkel α und β können gleich groß sein. Durch die Winkellage der beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 bezüglich der Werkzeugachse 11 wird erreicht, dass der über die jeweils zugeordnete Austrittsöffnung 18a austretende Kühl-/Schmiermittelstrahl an einer definierten axialen Stelle nach dem Austritt aus der zugeordneten Austrittsöffnung 18a auf den Außenumfang des Schneidteils 20 trifft. Über eine entsprechende Bemessung der Winkel α bzw. β lässt sich der Abstand X2 zwischen der jeweiligen Austrittsöffnung 18a und dem Berührungspunkt der Mittelachse des jeweiligen Kühl-/Schmiermittelstrahls mit dem Außenumfang des Schneidteils 20 beliebig festlegen. Durch eine unterschiedliche Winkelbemessung lässt sich der Abstand X2 des einen Kühl-/Schmiermittelstrahls unabhängig vom Abstand des anderen Kühl-/Schmiermittelstrahls festlegen.
-
Alternativ zum Gestaltungsbeispiel gemäß 16, in dem Mittelachsen der beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 und die Werkzeugachse 11 eine Ebene definieren, können die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 so ausgebildet sein, dass sie windschief zur Werkzeugachse 11 verlaufen. Beispielsweise können die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle so ausgebildet sein, dass die Mittelachse des über die zugeordnete Austrittsöffnung 18 austretenden Kühl-/Schmiermittelstrahls in einem definierten Abstand X2 von der Austrittsöffnung 18a, in einer axialen Projektion betrachtet, in Schnittrichtung einer zugeordneten Haupt- oder Nebenschneidkante voreilt.
-
17 zeigt schließlich ein Beispiel, in dem das schneidteilseitige Schaftende 16a als ein Konus ausgebildet ist, der den Durchmesser vom Einspannabschnitt 14 des Schafts 12 nach und nach auf den maximalen Nenndurchmesser des Schneidteils 20 reduziert. Die beiden Austrittsöffnungen 18a liegen in diesem Beispiel in der Konustfläche.
-
In den anhand der 1 bis 17 diskutierten Werkzeuggestaltungen beträgt die Zahl der im Schaft 12 ausgebildeten Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 zwei. Darüber hinaus sind die beiden Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 in Bezug auf die Werkzeugachse 11 entsprechend den beiden Spannuten 26 diametral gegenüberliegend angeordnet. Wenngleich die Zahl Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 vorzugsweise der Zahl der Schneidkanten 24, 26 entspricht, ist sie ebenso wie auch die relative Anordnung der Kühl-/Schmiermittelkanäle 18 zueinander (im Falle mehrerer Kühl-/Schmiermittelkanäle) in keine Weise auf die oben diskutierten oder in den 1 bis 17 gezeigten Beispiele beschränkt.
-
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
-
- WO 2008/141605 A2 [0002, 0003, 0018, 0050]
- WO 2008/141606 A2 [0002, 0003, 0018, 0050]
