DE102010018254B4

DE102010018254B4 - Kühlmittelverteiler

Info

Publication number: DE102010018254B4
Application number: DE102010018254.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Schuffenhauer; Ramona Beck
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2030-04-24
Also published as: JP2011230281A; CN102233525A; BRPI1101980A2; DE102010018254A1; US20110262234A1; FR2959149A1; KR20110118575A; US8845242B2

Abstract

Kühlmittelverteiler (1) für einen rotierenden Schneidkopf (2) einer Werkzeugmaschine mit mindestens• einem dem Schneidkopf (2) im Montageendzustand zugewandten Zuführkanal (14),• einem Umlenkelement (15) an dem dem Schneidkopf (2) abgewandten Ende des Zuführkanals (14) und• einem schräg in Richtung auf den Schneidkopf (2) verlaufenden und mit dem Zuführkanal (14) verbundenen Ausströmkanal (17), wobei der mindestens eine Zuführkanal (14) endseitig von einem kugelförmigen Umlenkelement (15) verschlossen ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kühlmittelverteiler für einen rotierenden Schneidkopf einer Werkzeugmaschine. Schneidköpfe sind während des Zerspanungsvorgangs hohen thermischen Belastungen ausgesetzt und werden deshalb mit einem kombinierten Kühl- und Schmiermittel beaufschlagt, beispielsweise mit einem Kühlschmierstoff. Hierbei nimmt der Kühlschmierstoff einerseits thermische Energie in Form von Wärme auf und reduziert andererseits durch Bildung eines Schmierfilms die durch Reibung entstehende Wärme.
Eine gleichmäßige Verteilung des Kühl- und Schmierstoffs sowohl an den Schneiden des Schneidkopfs als auch an der Bohrungswand und ein gleichmäßiges und kontinuierliches Nachbenetzen sind für eine effektive Kühlung, Schmierung und Spanabfuhr wesentlich.
Aus der US 2 867 140 A ist ein Bohrwerkzeug zu entnehmen, bei dem an dem vorderen Stirnende ein Kühlmittelverteiler eingeschraubt ist. Dieser weist eine zentrale Bohrung auf, von der mehrere radial nach außen abgehende Ausströmkanäle ausgehen.
Weiterhin ist es üblich, austauschbare Schneidköpfe mittels stirnseitig angebrachten Befestigungsschrauben an einen Grundkörper zu befestigen. Die Befestigungsschrauben wirken dabei teilweise im Zusammenspiel mit dem Schneidkopf als Kühlmittelverteiler. Gemäß der WO 92/06 817 A2 , der DE 102 27 687 A1 oder der US 2009/0226268 A1 sind dabei innerhalb der Schrauben Kanäle zur Kühlmittelverteilung ausgebildet. Gemäß der DE 10 2005 031 683 A1 sind Kanäle zwischen der Schraube und dem Schneidkopf ausgebildet.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Zuführung des Kühlschmierstoffs technisch so zu gestalten, dass die kühlende und schmierende Wirkung des Kühlschmierstoffs besser ausgenutzt werden.
Lösung der Aufgabe
Durch die Entwicklung eines Kühlmittelverteilers mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 wurde diese Aufgabe in erfinderischer Weise gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.
Die Erfindung beruht auf der Grundüberlegung, dass bei der Nachbearbeitung einer Sacklochbohrung beispielsweise mit einer Reibahle der auf den Bohrungsboden auftreffende Kühl-Schmiermittel-Strahl in Richtung auf den Schneidkopf reflektiert wird. Auf diese Weise wird der Schneidkopf gleichmäßig mit dem Kühl-Schmiermittel benetzt. Im Gegensatz zum Kühl-Schmiermittel-Fluß bei der Nachbearbeitung einer Durchgangsbohrung, bei welcher das Kühl-Schmiermittel gleichsam am Schneidkopf vorbeifließt, gelangt bei der Reflexion des Kühl-Schmiermittelstroms bei der Nachbearbeitung einer Sacklochbohrung eine vergleichsweise größere Kühl-Schmiermittelmenge in den Bereich der Schneiden und begünstigt somit die Kühl- und Schmiereigenschaften einerseits und den Spänetransport andererseits. Mit der Erfindung ist es möglich, diese Reflexion des Kühl-Schmiermittelflusses bei der Nachbearbeitung einer Sacklochbohrung auf den Nachbearbeitungsprozess einer Durchgangsbohrung gleichsam zu übertragen. Der erfindungsmäßige Kühlmittelverteiler simuliert gleichsam die Reflexionswirkung des Bohrungsbodens bei der Sacklochbohrung. Außerdem kann mit der Erfindung derselbe Schneidkopf für die Nachbearbeitung von Durchgangsbohrungen und von Sacklochbohrungen verwendet werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Kühlmittelverteiler handelt es sich um eine Vorrichtung zur Verteilung eines Kühl- und/oder Schmierstoffs, bestehend aus mindestens einem dem Schneidkopf im Montageendzustand zugewandten Zuführkanal, mindestens einem Umlenkelement an dem dem Schneidkopf abgewandten Ende des Zuführkanals und mindestens einem schräg in Richtung auf den Schneidkopf verlaufenden und mit dem Zuführkanal verbundenen Ausstömkanal. Dabei leitet ein jeder Zuführkanal den beispielsweise über Zuleitungen in einem Schneidkopf zufließenden Kühlschmierstoff in den Kühlmittelverteiler. Durch das jeweilige Umlenkelement gelangt der Kühlschmierstoff in den jeweiligen Ausströmkanal und wird von dort mit Hilfe des im Betriebszustand wirkenden Kühlschmierstoffdrucks und der Zentrifugalkraft auf die Schneiden des Schneidkopfs geleitet. So gelangt das Kühl-Schmiermittel auf die Berührungsfläche von Schneidkopf und Bohrungswand. Prinzipiell bewirkt bereits ein Ausstömkanal zusammen mit der Rotationsbewegung des Kühlmittelverteilers eine Benetzung von Schneidkopf und Bohrungswand. Bevorzugt wird allerdings eine Ausführung des Kühlmittelverteilers mit mehreren insbesondere nach Art einer Gleichteilung angeordneten Ausströmkanälen, da hier die Benetzung gleichmäßiger ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich an der dem Schneidkopf zugewandten Stirnseite des Kühlmittelverteilers eine umlaufende ringförmige Sammelnut, in die die Zuführkanäle mit ihren den Umlenkelementen abgewandten Einlauföffnungen münden. Somit verbindet die Sammelnut sämtliche Zuführkanäle miteinander und sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des Kühlschmierstoffs auf die Zufuhrkanäle. Gleichzeitig dient diese Sammelnut als Reservoir, in dem sich der eingesetzte Kühlschmierstoff sammelt, bis er dann unter Druck in den Zuführkanal geleitet wird.
Im Falle einer Fertigung des Kühlmittelverteilers als Bauteil eines mehrteiligen Schneidkopfes wird eine Ausführungsform des Kühlmittelverteilerbauteils mit in Richtung auf den schneidkörpertragenden Hauptkopf hinausstehendem Spannbolzen als besonders vorteilhaft angesehen. Dieser Spannbolzen kann beispielsweise ein Gewinde an dem der Hauptspindel der Werkzeugmaschine zugewandten Ende tragen und so die Montage des Schneidkopfes vereinfachen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Zuführkanäle als Durchgangsbohrungen ausgestaltet und endseitig von kugelförmigen Umlenkkörpern verschlossen. Auf diese Weise ist die Fertigung technisch besonders einfach. Es sind aber auch abknickende oder mit Windungen versehene Zuführkanäle und abweichend geformte Umlenkkörper denkbar.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die jeweiligen Anströmkanäle jeweils in einem Winkel kleiner 90°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 30° und 60°, auf die jeweiligen Zuführkanäle treffen. Dadurch werden die sich an den Ausströmkanalöffnungen bildenden Spritzkegel des Kühlschmierstoffs optimal ausgerichtet.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform verbindet eine umlaufende Verteilernut die in Richtung auf die Schneiden in den Bohrungsraum mündenden Öffnungen der Ausströmkanäle miteinander. Hierdurch wird die Verteilung des Kühl- und Schmierstoffs im Bohrlochraum zusätzlich verbessert.
In einer besonderen Ausführungsform ist es vorgesehen, den Kühlmittelverteiler nach Art eines Aufsatzes in Vorschubrichtung vorauseilend an einem Schneidkopf beispielsweise mittels eines Spannbolzens zu befestigen. Somit kann der Kühlmittelverteiler nach dem Baukastenprinzip mit verschiedenen Schneidköpfen modular kombiniert werden. An dieser Stelle wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass, unabhängig davon ob der Kühlmittelverteiler als Aufsatz, als Bauteil eines mehrteiligen Schneidkopfes oder als vollständig in einen einteiligen Schneidkopf integrierte Version vorliegt, vorzugsweise mindestens eine Ausströmkanalöffnung in Vorschubrichtung den Schneidelementen des Schneidkopfes vorrauseilend angebracht ist. So wird die Bohrungswandung unmittelbar vor dem Kontakt mit der Hauptschneide mit einem Kühlschmierstofffilm überzogen.
Je nachdem, ob eine Durchgangsbohrung oder eine Blindbohrung mit einem Set aus montierbarem Kühlmittelverteiler und modularem Schneidkopf bearbeitet werden soll, ist der Schneidkopf entweder gerade oder schräg genutet.
Figurenliste
Anhand des Ausführungsbeispiels wird die Erfindung weiter beschrieben. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Kühlmittelverteiler in einer Ausführung als Aufsatz zusammen mit einem modularen Schneidkopf vor der Montage,
2 einen erfindungsgemäßen Kühlmittelverteiler in einer Ausführung als Aufsatz zusammen mit einem modularen Schneidkopf nach der Montage,
3 den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kühlmittelverteilers in einer Ausführung als Aufsatz montiert auf einem modularen Schneidkopf.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine aufsatzartige zylinderförmige Version eines erfindungsgemäßen Kühlmittelverteilers 1 ist in 1 zusammen mit einem modularen Schneidkopf 2 dargestellt. An diesem Kühlmittelverteiler 1 ist ein Spannbolzen 3 befestigt, der zur Verbindung des Kühlmittelverteilers 1 mit dem Schneidkopf 2 in eine Montageöffnung 4 gesteckt und dann mit Hilfe eines Montagegewindes 5 mit dem Schneidkopf 2 verschraubt wird. In 2 ist der entsprechende Montageendzustand von Schneidkopf 2 und Kühlmittelverteiler 1 und damit die gegenüber dem Schneidkopf 2 in Vorschubrichtung 6 vorauseilende Positionierung des Kühlmittelverteilers 1 zu sehen.
Einen Querschnitt des auf dem Schneidkopf 2 montierten Kühlmittelverteilers 1 zeigt 3. Hier ist erkennbar, dass der Spannbolzen 3 auf der dem Kühlmittelverteiler 1 abgewandten Seite einen Werkzeugangriff 7 aufweist. Ähnliche Aussparungen 8 zum Angriff eines Werkzeugs befinden sich auch an einer Verbindungsschraube 9, die den Schneidkopf 2 mit einem nicht abgebildeten Werkzeugschaft verbindet. Der Werkzeugangriff 7 und die Aussparungen 8 dienen zum Angriff eines Demontagewerkzeugs, beispielsweise eines Schraubenschlüssels. Der Werkzeugangriff 7 und die Aussparungen 8 können beispielsweise als Innensechskant ausgestaltet sein, in welchen ein entsprechender Sechskantschlüssel eingreift. Es ist vorgesehen bei der Demontage zunächst den Schneidkopf 2 samt Kühlmittelverteiler 1 vom Werkzeugschaft zu lösen, dann die Verbindungsschraube 9 zu entfernen und abschließend vom Schneidkopf 2 den Kühlmittelverteiler 1 abzuschrauben. Die Montage des Werkzeuges erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.
Am Schneidkopf 2 befinden sich Einfüllöffnungen 10, die das Kühl-Schmiermittel aufnehmen. Dieses Kühl-Schmiermittel wird durch den Schneidkopfkörper geleitet und ergießt sich durch mehrere Zuführöffnungen 11 in eine umlaufende hohlzylinderförmige Sammelnutvorkammer 12. An die Sammelnutvorkammer 12 schließt sich in Vorschubrichtung 6 eine zum Kühlmittelverteiler 1 gehörende, ringförmige Sammelnutnut 13 flüssigkeitsdicht an.
In der Sammelnut 13 sammelt sich das Kühl-Schmiermittel, bis es schließlich unter Druck in mehrere nach Art einer Gleichteilung angeordnete Zuführkanäle 14 fließt. Die Zuführkanäle 14 sind im Ausführungsbeispiel als Durchgangsbohrungen ausgestaltet, die an ihrem dem Schneidkopf 2 in Vorschubrichtung 6 abgewandten Enden jeweils von einem kugelförmigen Umlenkelement 15 verschlossen werden.
Beim Bearbeiten der Bohrung rotiert der Schneidkopf 2 mitsamt dem Kühlmittelverteiler 1 um seine Rotationsachse 16, wodurch der Kühlschmierstoff in die Ausströmkanäle 17 gepresst wird. Dabei ist jeweils ein Ausströmkanal 17 mit jeweils genau einem Zuführkanal 14 derart verbunden, dass deren Verlauf jeweils einem Winkel von etwa 60° ausbildet. Die bezogen auf den zylinderförmigen Kühlmittelverteiler 1 äußeren Öffnungen der Auströmkanäle 17 münden in eine umlaufende ringförmige Verteilernut 18. Aus der Verteilernut 18 wird der Kühlschmierstoff durch die Zentrifugalkraft auf die Schneidelemente 19 des Schneidkopfes 2 geleitet.

Claims

Kühlmittelverteiler (1) für einen rotierenden Schneidkopf (2) einer Werkzeugmaschine mit mindestens • einem dem Schneidkopf (2) im Montageendzustand zugewandten Zuführkanal (14), • einem Umlenkelement (15) an dem dem Schneidkopf (2) abgewandten Ende des Zuführkanals (14) und • einem schräg in Richtung auf den Schneidkopf (2) verlaufenden und mit dem Zuführkanal (14) verbundenen Ausströmkanal (17), wobei der mindestens eine Zuführkanal (14) endseitig von einem kugelförmigen Umlenkelement (15) verschlossen ist.
Kühlmittelverteiler (1) nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch • eine umlaufende ringförmige Sammelnut (13) für das Kühlmittel in der dem Schneidkopf (2) zugewandten Stirnseite und • mehrere mit ihren den Umlenkelementen (15) abgewandten Einlauföffnungen in die Sammelnut (13) mündende Zuführkanäle (14).
Kühlmittelverteiler (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen in Richtung auf den Schneidkopf (2) hinausstehenden Spannbolzen (3), welcher vorzugsweise an seinem dem Schneidkopf (2) zugewandten Ende ein Montagegewinde (5) trägt.
Kühlmittelverteiler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanäle (14) als Durchgangsbohrungen ausgestaltet und endseitig jeweils von einem jeweiligen kugelförmigen Umlenkelementen (15) verschlossen sind.
Kühlmittelverteiler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausströmkanal (17) in einem Winkel kleiner als 90°, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 30° und 60°, zum Zuführkanal (14) verläuft.
Kühlmittelverteiler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine umlaufende Verteilernut (18) am Außenmantel, in welche die Ausströmkanäle (17) münden.
Kühlmittelverteiler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welcher in Vorschubrichtung (6) vorauseilend an einem Schneidkopf (2) montiert ist.
Kühlmittelverteiler (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen gerade genuteten Reibahlenkopf als Schneidkopf (2).
Kühlmittelverteiler (1) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen schräg genuteten Reibahlenkopf als Schneidkopf (2).