DE102011051374A1

DE102011051374A1 - Wechselplatten-Bohrwerkzeug

Info

Publication number: DE102011051374A1
Application number: DE102011051374A
Authority: DE
Inventors: Gilbert Kleiner
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: DE102011051374B4

Abstract

Beschrieben wird ganz allgemein eine Kraftübertragungskupplung zwischen einem mit einem Schlitz ausgestatteten Träger und einer im Schlitz vorzugsweise zentriert und formschlüssig aufgenommenen Platte, wie sie beispielsweise bei einem Bohrwerkzeug, insbesondere einem Wechselplatten-Bohrwerkzeug, Verwendung finden kann. Ein solches Bohrwerkzeug hat einen sich in Richtung einer Längsachse erstreckenden Halter, der einen Schaftabschnitt und einen Kopfabschnitt aufweist, in dem eine orthogonal und diametral zur Längsachse verlaufende Passungsnut zur formschlüssigen und zentrierten Aufnahme eines im Wesentlichen plattenförmigen Schneideinsatzes ausgebildet ist. Der Schneideinsatz ist mittels einer Klemm- und Halteeinrichtung in der Nut derart fixierbar, dass er sich in axialer Richtung mit einer Auflagefläche an einer diametral durchgehenden Nut-Grundfläche und in Umfangsrichtung über im Wesentlichen axiale Stützflächen an punktsymmetrisch zur Werkzeugachse ausgebildeten Nut-Wangenflächen abstützen kann, die auf Fügepassung mit den entsprechenden, die Schnittkräfte aufnehmenden Stützflächen des Schneideinsatzes gefertigt sind. Die Besonderheit der Anordnung besteht darin, dass die Nut-Wangenflächen jeweils eine Kante aufweisen, an der sich die Passungsnut derart erweitert, dass der Schneideinsatz unter axialer Abstützung mit seitlichem Spiel und ohne Berührung der Nut-Wangenflächen in den Halter gefügt und unter Einwirkung von Spann- und/oder äußeren Kräften unter Abstützung an der Kante in zunehmende Fluchtung mit den Nut-Wangenflächen verschwenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrwerkzeug, insbesondere ein Wechselplatten-Bohrwerkzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Werkzeuge, wie sie unter der Bezeichnung HT 800 WP von der Anmelderin vertrieben werden, werden zur Fertigung von Bohrungen im größeren Durchmesserbereich, wie z. B. im Durchmesserbereich von über 11 mm bis zu etwa 25 mm und für Bohrtiefen bis zu 10xD eingesetzt. Während der Halter in fein abgestuften, aber hinsichtlich der Geometrie (Nutenverlauf, Nutenquerschnitt und Nutensteigung) weitgehend vorbestimmten Formen bereitgestellt wird und beispielsweise aus verschleißfestem Werkzeugstahl besteht, sind die Wechselplatten hinsichtlich Schneidstoff, Geometrie (Anschliff) und Oberfläche (Art der Beschichtung) jeweils optimal auf ihr jeweiliges Einsatzgebiet abgestimmt. Über die Aufnahme des Schneideinsatzes in einer diametral und orthogonal zur Längsachse des Werkzeugs verlaufenden, und im Kopfabschnitt des Halters ausgebildeten Passungsnut wird der im Wesentlichen plattenförmige Schneideinsatz in axialer Richtung zur Aufnahme der beim Bohren auftretenden Vorschubkraft und in Umfangsrichtung zur Aufnahme der Haupt-Schnittkräfte abgestützt. Die Klemm- und Halteeinrichtung weist in der Regel eine diametral verlaufende Klemmschraube auf, die die beiden, von der Passungsnut voneinander getrennten Halter-Klemmbacken, gegen den Schneideinsatz spannt. Hierzu kann im Halter ein diametral und zwischen den Halter-Klemmbacken verlaufender Axialschlitz vorgesehen sein, damit die Nachgiebigkeit der Klemmbacken größer wird.
Zur zentrierten Fixierung des Schneideinsatzes am Halter sind bei gattungsgemäßen Bohrwerkzeugen verschiedenste Systeme bekannt geworden. So kommen bei dem Bohrwerkzeug gemäß DE 42 39 311 C2 zwei punktsymmetrisch zur Werkzeugachse und in einer zur Werkzeugachse senkrechten Ebene liegende und Spann- und Anschlagelemente zum Einsatz, die mit korrespondierend in den Schneideinsatz eingeformten Vertiefungen derart zusammenwirken, dass die von den Spann- und Anschlagelementen auf den Schneideinsatz übertragenen Kräfte ein Moment erzeugen, welches der Schnittrichtung des Bohrwerkzeugs entgegenwirkt. Gemäß DE 197 36 598 C2 wird dieses Spannprinzip mit einer diametral ausgerichteten Klemmschraube kombiniert, die den Schneideinsatz nicht durchdringt und im Bereich eines axial verlaufenden Schlitzes des Halters angeordnet ist. Gemäß DE 26 46 528 B2 verläuft der Klemmschlitz nicht diametral, sondern Z-förmig.
In den Dokumenten EP 0625 395 A1 , EP 0 460 237 B1 , DE 3204210 C2 und EP 1 100 642 B1 sind am Schneideinsatz zusätzliche Flächen vorgesehen, mit denen die Zentrierung des Schneideinsatzes verbessert werden soll. Während bei dem System gemäß EP 0 460 237 B1 zwei Spannschrauben verwendet werden, wird mit den Spannmechanismen gemäß DE 32 04 210 C2 und EP 1 100 642 B1 der Weg eingeschlagen, das Spannen und zentrierte Positionieren mittels einer einzigen Spannschraube zu realisieren.
Mit dem Spannsystem gemäß EP 0118 806 B1 wird versucht, die Konstruktion dadurch zu vereinfachen, dass der Schneidplatte eine Form gegeben wird, die eine formschlüssige Axialsicherung im Halter erlaubt. Zu diesem Zweck wird der Schneideinsatz mit zwei im Zapfenumfang hinterschnittenen Anlageflächen ausgestattet, mit denen bei der Montage ein Verspannen des Schneideinsatzes mit dem Halter erreicht wird. Der Schneideinsatz kann bei dieser Gestaltung allerdings nur durch eine Drehung gegen den Bohrdrehsinn aus einer Vormontageposition in eine Befestigungsposition in der Halterausnehmung eingesetzt werden, was allerdings gleichzeitig zu einer Schwächung des Schneideinsatzes und zu einer drastischen Verkleinerung der axialen Stützfläche für den Schneideinsatz führt.
Schließlich hat man auch versucht, die Verspannung des Schneideinsatzes im Halter durch die Abstimmung der Passungsnut auf die Abmessungen des Schneideinsatzes zu verbessern. So wird gemäß WO 96/11079 A1 der elastische Druck der Nutflanken für einen Steck-Klemmsitz genutzt, wobei gemäß einer Weiterbildung die Nutflanken abgewinkelt verlaufen. Dieser Ansatz erschwert allerdings die Montage ebenso wir die Herstellung des Schneideinsatzes.
Die Erfindung geht davon aus, dass der Schneideinsatz in der Regel aus einem Hartstoff, wie z. B. aus Vollhartmetall (VHM) oder Cermet-Werkstoff, gefertigt wird. Deshalb soll die Form bzw. Geometrie des Schneideinsatzes recht einfach gehalten, wie z. B. auf eine reine Plattenform mit planparallelen Stützflächen beschränkt sein, so dass auch die Passungsnut im Halter eine einfache Geometrie erhält und eine Vielzahl von bekannten, eingangs angesprochenen Spannmechanismen anwendbar sind. Allerdings tritt dabei das Problem auf, dass bei der Fertigung sehr enge Toleranzen eingehalten werden müssen, die in der Regel die Toleranzqualität IT 7 nicht unterschreiten dürfen. Bei einer Passungsnut der Breite von etwa 6 mm entspricht dies einem Toleranzfeld von nur 0,02 mm. Deshalb sind die Funktionsflächen auf Seiten der Passungsnut aber auch seitens der Schneidplatte nur durch eine aufwändige Schleifbearbeitung herzustellen. Bedingt durch die engen Toleranzfelder kommt es darüber hinaus leichter zu Fügeproblemen. Schließlich tritt das weitere Problem auf, dass der Schneideinsatz zuweilen aufgrund nicht erklärlicher Überbeanspruchung frühzeitig bricht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Bohrwerkzeug der eingangs beschriebenen Art in der Weise weiterzubilden, dass die Herstellungs- und Montagekosten ebenso wie die Bruchgefahr des Werkzeugs verringert werden. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine neue Zentriertechnik für einen Schneideinsatz eines Wechselplatten-Bohrwerkzeugs bereit zu stellen, die sich u. a. im besonderen Maße – aber nicht ausschließlich – für die Anwendung mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug eignet.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 12 gelöst.
Erfindungsgemäß weisen die Nut-Wangenflächen jeweils eine Kante auf, an der sich die Passungsnut derart erweitert, dass der Schneideinsatz bzw. die Schneidplatte unter axialer Abstützung mit seitlichem Spiel und ohne Berührung der Nut-Wangenflächen in den Halter gefügt und unter Einwirkung von Spann- und/oder äußeren Kräften unter Abstützung an der Kante in zunehmende Fluchtung mit den Nut-Wangenflächen verschwenkbar ist. Der Schneideinsatz wird also ausgehend von einer Fügeposition unter zentrierter Ausrichtung immer mehr in seine Arbeitsposition gezwängt, wobei die Abstützung in der Passungsnut an der Kante der Nut-Wangenflächen beginnt. Dadurch sind erfindungsgemäß die Funktionen „Fügen der Schneidplatte” und „Übertragen des Bohrmoments” mechanisch entkoppelt. Die Schneidplatte bzw. der Schneideinsatz kann erfindungsgemäß mit Spiel in den Halter eingesetzt werden, wobei der Schneideinsatz die zur Übertragung des Bohrmoments vorgesehenen Funktionsflächen der Passungsnut noch nicht berührt. Der Abstand der zur Übertragung des Bohrmoments dienenden Stützflächen am Schneideinsatz zueinander ist erfindungsgemäß derart auf den Funktionsspalt zuwischen den Nut-Wangenflächen bzw. Funktionsflächen der Passungsnut abgestimmt ist, dass er in jedem Fall nicht kleiner als der Funktionsspalt wird. Die Fügetoleranzen können somit erfindungsgemäß um einen Faktor bis zu 5 und darüber hinaus ausgeweitet werden. Gleichzeitig können die Toleranzen der den Schneideinsatz abstützenden Passungsnut, d. h. der die Schneidplatte beim Bohren abstützenden Passungsflächen erweitert werden. Schließlich gelingt es durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen, das erlaubte Toleranzfeld für die Herstellung der Stützflächen am Schneideinsatz, d. h. bei der Verwendung beispielsweise einer quaderförmigen Platte das Toleranzfeld der Dicke des Schneideinsatzes erheblich zu erweitern. Während bei herkömmlichen Schneidpaltten die Dicken-Toleranzqualität bei IT 7 lag, kann diese durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen auf IT 12 ausgeweitet werden, was bei einer Plattendicke im Bereich zwischen 6 und 8 mm einem Toleranzfeld von 0,15 mm entspricht. Diese vergrößerten Toleranzfelder führen zu erheblichen Einsparungen, da kostenintensive Schleifarbeiten entfallen können. Gerade im Bereich des Schneideinsatzes führt dies zu besonders großen Kostenersparnissen, da diese Bauteile häufig aus schwerer zu bearbeitenden Hartstoff-Materialen bestehen. Es hat sich gezeigt, dass die erfindungsgemäß zulässigen weiteren Toleranzfelder für die Fertigung des Schneideinsatzes sogar dann eingehalten werden können, wenn der Schneideinsatz vor dem Sintern auf ein bestimmtes Dicken-Sintermaß bearbeitet und nach dem Sintern im Bereich der Auflagerflächen keiner weiteren Bearbeitung mehr unterzogen wird.
Dabei ergibt sich erfindungsgemäß der weitere Vorteil, dass die Krafteinleitung vom Schneideinsatz auf den Bohrwerkzeug-Halter günstiger wird, indem sie an die Kante der Nut-Wangenflächen und damit zur Mitte des Halterquerschnitts verschoben wird. Auf diese Weise wird nicht nur die Momentenübertragung beim Bohren wesentlich verbessert. Der Verlauf und die Form der punktsymmetrisch zur Werkzeugachse liegenden Kanten kann dabei variiert werden, um der jeweils vorliegenden Schneidenbelastung in besonderem Maße Rechnung zu tragen. Es zeigt sich darüber hinaus, dass die mechanische Beanspruchung des Halters beim Bohren besser begrenzt wird, wodurch der Bruchgefahr des Werkzeugs wirksam entgegen gewirkt werden kann. Neben den technischen und wirtschaftlichen Vorteilen zeichnet sich das erfindungsgemäße Bohrwerkzeug schließlich dadurch aus, dass Gefahr von Reklamationen erheblich gesenkt ist. Dabei kann die Erfindung bei allen gängigen Ausgestaltungen des Schneideinsatzes und üblichen Klemm- und Halteeinrichtungen angewendet werden, wie sie in den eingangs angesprochenen Dokumenten beschrieben sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mit der Weiterbildung nach Anspruch 2 ergibt sich eine besonders einfache Herstellung der Passungsnut, die auf diese Weise eine Unterteilung in eine geringfügig breitere Füge-Passungsnut und eine Funktions-Passungsnut erfährt. Aufgrund der einfachen Herstellung gelingt es, die Kanten mit großer Lagegenauigkeit auszubilden, wodurch sich symmetrische Beanspruchungen der Werkzeugkomponenten erzielen lassen. Der Zentriwinkel, um den die Passungsnuten zueinander verdreht verlaufen, kann dabei in einem Bereich liegen, der bei einem Bruchteil eines Winkelgrads beginnt.
Es zeigt sich dass es schon mit der geringfügigen Umgestaltung des Werkzeugs gemäß Anspruch 3 gelingt, die Toleranzfelder für die Funktionsflächen des Schneideinsatzes und des Halters bis auf das Zehnfache auszuweiten.
Grundsätzlich ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, die Nut-Wangenflächen und/oder die Stützflächen des Schneideinsatzes parallel zur Werkzeugachse verlaufen. Mit der Weiterbildung des Anspruchs 3 wird jedoch die Herstellung des Werkzeugs weiter vereinfacht.
Wie oben beschrieben, wird die Schneidplatte bzw. der Schneideinsatz durch die die beiden Halterbacken zusammenspannenden Klemmkräfte und/oder äußeren Schnittkräfte in die Funktions-Passungsnut gezwängt, wobei sich der Schneideinsatz zunächst an den Kanten der Wangenflächen und dann von dort ausgehend zunehmend an immer größeren Bereichen der Funktions-Passungsnut abstützt. Die dabei auftretenden Verformungen erfolgen im Sinne eines elastischen Systems. Mit der Weiterbildung nach Anspruch 5 kann auf den zeitlichen, qualitativen und quantitativen Verlauf der elastischen Verformungen auf Seiten des Halters und/oder auf Seiten des Schneideinsatzes positiv Einfluss genommen werden.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Bohrwerkzeugs genügt es, eine besonders einfache Klemm- und Halteeinrichtung gemäß Anspruch 6 bis 9 zu verwenden.
Wie oben bereits angesprochen, treten erfindungsgemäß Verformungen des Halters und des Schneideinsatzes im Sinne eines reversibel elastischen Systems auf. Das heißt, wenn die auf das Werkzeug einwirkenden äußeren Kräfte, wie z. B. die Schnittkräfte, entfallen, kann sich zwischen dem Schneideinsatz und den Nut-Wangenflächen ein Spalt ausbilden. Mit der Weiterbildung nach Anspruch 9 kann wirksam verhindert werden, dass in diesen Spalt Fremdkörper, wie etwa Späne oder dgl. Eindringen. Eine Alternative bestünde z. B. darin, dass eine Schurdichtung eingebaut wird.
Die eine kleine Verschwenkbewegung des Schneideinsatzes zulassende Zentrierung des Schneideinsatzes am Halter lässt sich besonders einfach mit der Weiterbildung nach Anspruch 11 erzielen. Vorteilhafte Ausgestaltungen einer solchen Zentrierung sind Gegenstand der Ansprüche 12 bis 17, wobei jedoch hervorzuheben ist, dass diese Zentrierungen als eine selbständige Erfindung betrachtet wird, für die unabhängig vom Werkzeug, insbesondere vom Gegenstand der Ansprüche 1 bis 11, Schutz beansprucht wird.
Es hat sich gezeigt, dass die kostengünstig herstellbare Weiterbildung nach Anspruch 12 ohne Weiteres in der Lage ist, den Schneideinsatz innerhalb der geforderten Toleranzen auch dann zu zentrieren, wenn dem Schneideinsatz eine gewisse begrenzte Drehbeweglichkeit gegeben wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der elastischen Vorspannung zwischen Zentriernut und Zentrierkörper sind Gegenstand der Ansprüche 12 bis 17.
Mit der Weiterbildung des Anspruchs 16 ergibt sich eine vorteilhafte 4-Linien-Berührung zwischen radialelastischer Zentrierhülse und Zentriernut, wodurch die Zentriergenauigkeit verbessert wird.
Mittels des in der Zentrierhülse spielfrei aufgenommenen Gummikörpers wird eine kostengünstige, die Funktion stabilisierende Dämpfung bereit gestellt.
Vorzugsweise besteht der Schneideinsatz aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie z. B. aus HSS oder HSSE, einem Material, das sich für das Metallpulver-Spritzgießverfahren (MIM-Technologie) eignet, oder einem Hartstoff, insbesondere aus einem sinterfähigen Werkstoff, so dass ein auf ein bestimmtes Rohmaß bearbeiteter und anschließend gesinterter Schneideinsatz ohne zusätzliche Bearbeitung der Stützflächen verwendet werden kann. Der Hartstoff kann von allen im Werkzeugbau üblicherweise eingesetzten Werkstoffen gebildet sein, wie z. B. von einem Metall-Carbid-Werkstoff, wie Vollhartmetall (VHM), einem Metall-Nitrid-Hartstoff, wie z. B. Titannitrid, einem nichtmetallischen Hartstoff, wie z. B. kubisches Bornitrid, Borkarbid, Siliciumcarbid, Silciumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Sialon, sowie von Mischformen dieser Hartstoffe einschließlich der Cermet-Werkstoffe, wie z. B. einem TiC-Cermet-Werkstoff.
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematische Seitenansicht eines gattungsgemäßen Bohrwerkzeugs;
1A die Seitenansicht des Werkzeugs;
2 in vergrößerter Darstellung die perspektivische Ansicht des Halters eines gattungsgemäßen Werkzeugs nach dem Stand der Technik;
3 eine der 2 entsprechende Ansicht des Halters eines erfindungsgemäßen Werkzeugs;
4 maßstabsgetreu im Maßstab 2:1 eine vergrößerte Seitensicht des Kopfabschnitts eines Halters des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs;
5 im Maßstab 5:1 die Schnittansicht gemäß V-V in 4;
6 in nochmals vergrößerter schematischer Ansicht die Ansicht des Zentrums der Passungsnut für den Schneideinsatz;
7 eine Seitenansicht des Schneideinsatzes für das erfindungsgemäß ausgebildete Bohrwerkzeug nach 4 und 5;
8 die Ansicht gemäß VIII in 7;
9 und 10 schematische Stirnansichten des erfindungsgemäß ausgebildeten Bohrwerkzeug in unterschiedlichen Montagezuständen;
11 in einer der 3 ähnlichen Darstellung die Spannungsverteilung am Halter im Bohrbetrieb des Bohrwerkzeugs mit gewöhnlicher Gestaltung;
12 in einer der 4 ähnlichen Darstellung die Spannungsverteilung am Halter im Bohrbetrieb des erfindungsgemäßen Bohrwerkzeugs;
13 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Breitenverhältnis B1/B0 der Füge-Passungsnut und der Funktions-Passungsnut in Abhängigkeit vom Winkel, den die beiden Nuten miteinander einschließen, für verschiedene Verhältniswerte des Abstands h des Nuten-Knickpunktes vom Nutenzentrum zur Breite B0 der Funktions-Passungsnut;
14 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Breitenverhältnis B1/B0 der Füge-Passungsnut und der Funktions-Passungsnut in Abhängigkeit vom Winkel, den die beiden Nuten miteinander einschließen, für zwei verschiedene kleine Verhältniswerte Y des Abstands h des Nuten-Knickpunktes vom Nutenzentrum zur Breite B0 der Funktions-Passungsnut;
15 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Breitenverhältnis B1/B0 der Füge-Passungsnut und der Funktions-Passungsnut in Abhängigkeit vom Verhältniswert Y des Abstands h des Nuten-Knickpunktes vom Nutenzentrum zur Breite B0 der Funktions-Passungsnut für einen Winkel von 1°, den die beiden Nuten miteinander einschließen;
16 die Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Bohrwerkzeugs;
16A in vergrößerter Darstellung die Ansicht XVIA in 16;
16B den Schnitt XVIB-XVIB in 16A;
16C die Seitenansicht des Schneideinsatzes bei einer Blickrichtung entlang der in der Auflagerfläche ausgebildeten Zentriernut;
16D die Ansicht des Schneideinsatzes von unten;
17A die Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform des Bohrwerkzeugs;
17B den Schnitt XVIIB-XVIIB in 17A;
17C die Seitenansicht des Schneideinsatzes bei einer Blickrichtung entlang der in der Auflagerfläche ausgebildeten Zentriernut;
17D die Ansicht des Schneideinsatzes von unten;
18A in vergrößerter Darstellung die Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform des Bohrwerkzeugs;
18B den Schnitt XVIIIB-XVIIIB in 18A;
18C eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Halters des Bohrwerkzeugs nach 18A, B bei einer Blickrichtung entlang der Passungsnut;
18D die Seitenansicht des Schneideinsatzes bei einer Blickrichtung entlang der in der Auflagerfläche ausgebildeten Zentriernut; und
18E die Ansicht des Schneideinsatzes von unten.
1 zeigt schematisch den Aufbau eines mit dem Bezugszeichen 20 versehenen gattungsgemäßen Bohrwerkzeugs, wie es als Bestandteil eines sogenannten modularen Wechselplatten-Bohrsystems zum Bohren größerer Durchmesser in unterschiedlichste Materialien wie Stahl, rostfreier Stahl, Guss oder Aluminium, beispielsweise im Durchmesserbereich über 11 mm häufig verwendet wird. Mit dem Bezugszeichen 22 ist ein sich in Richtung einer Längsachse 24 erstreckenden Halter bezeichnet, der einen Schaftabschnitt 26 und einen Kopfabschnitt 28 aufweist, in dem eine orthogonal zur Längsachse 24 und diametral zum Kopfabschnitt 28 verlaufende Passungsnut 30 zur formschlüssigen und zentrierten Aufnahme eines im Wesentlichen plattenförmigen Schneideinsatzes 32 ausgebildet ist. Der Schneideinsatz 32 hat beispielsweise im Wesentlichen die Form eines mit einem Spitzenanschliff versehenen Quaders, wobei der Spitzenanschliff ebenso wie die Schneidbrust des Schneideinsatzes so gestaltet sind, dass sich die Form quasi stufenlos im Halter 22 fortsetzt. Solche Schneideinsätze sind hinlänglich bekannt, so dass sie hier nicht näher beschrieben werden sollen. Wie gezeigt, kann der Halter unterschiedlich abgestufte Arbeitsbereiche mit Arbeitsdurchmessern d1, d2 und d3 aufweisen, wobei der an der Bohrerspitze befindliche Schneideinsatz 32 den Arbeitsdurchmesser d1 festlegt und weitere Schneidplatten 34, 36 die Arbeitsdurchmesser d2 und d3.
Der mit dem Spitzenanschliff ausgestattete Schneideinsatz 32 ist mittels einer Klemm- und Halteeinrichtung in der Passungsnut 30 derart fixiert, dass sich der Schneideinsatz 32 in axialer Richtung mit einer Auflagefläche 38 (1A) an einer diametral durchgehenden Nut-Grundfläche 40 und in Umfangsrichtung über im Wesentlichen axial ausgerichtete Stützflächen 42 an punktsymmetrisch zur Werkzeugachse 24 ausgebildeten Nut-Wangenflächen 44 abstützen kann. Die Nut-Wangenflächen 44 sind auf Fügepassung mit den entsprechenden, die Schnittkräfte aufnehmenden Stützflächen 42 des Schneideinsatzes 32 gefertigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Klemm- und Halteeinrichtung von einer sich quer zur Passungsnut 30 erstreckenden und die beiden durch die Passungsnut 30 voneinander getrennten Halterbacken 46, 48 gegeneinander spannenden Klemmschraube 50 gebildet, deren Gewindebohrung 52 in 1A erkennbar ist. Im Nutgrund kann ein Axialschlitz 54 ausgebildet sein.
In 2 sind in vergrößerter perspektivischer Darstellung Einzelheiten der Passungsnut in einem Halter eines herkömmlich gestalteten Wechselplatten-Bohrwerkzeugs gezeigt, das mit Ausnahme der axialen Lage des Schneideinsatzes 34 und des nicht mehr vorhandenen Axialschlitzes 54 demjenigen der 1 ähnlich ist. Man erkennt die diametral und senkrecht zur Werkzeugachse ausgerichtete Passungsnut 30 zwischen den beiden Halterbacken 46, 48, die mittels der Klemmschraube 50 bei eingesetztem Schneideinsatz 32 gegeneinander spannbar sind. Die Nut-Grundfläche 40 erstreckt sich über den gesamten Halterquerschnitt und ist lediglich im Zentrum durch eine Zentrierausnehmung 54 unterbrochen, in die ein entsprechend geformter bodenseitiger Zentrierfortsatz des Schneideinsatzes mit Passung eingreifen kann.
Man erkennt, dass die Passungsnut 30 so gestaltet ist, dass zwei zueinander im Parallelabstand liegende durchgehende Nut-Wangenflächen 44 entstehen, zwischen denen der plattenförmige Schneideinsatz formschlüssig aufgenommen ist. Damit der Schneideinsatz problemlos montiert werden kann und im eingesetzten Zustand die Schnittkräfte mit guter Standzeit in den Halter ableiten kann, müssen bei der Fertigung der Passungsnut 30 und der seitlichen Stützflächen 42 des Schneideinsatzes 32 sehr enge Toleranzen eingehalten werden, wobei die Toleranzqualität nicht unter IT7 liegen darf. Dies bedeutet, dass bei einer lichten Weite der Passungsnut 30 von etwa 6 mm für die Plattendicke ein Toleranzfeld von –0,005/–0,02 mm, das heißt von nur 0,015 mm gegeben ist.
In 3 ist die Gestaltung der Passungsnut 30 entsprechend der erfindungsgemäßen Ausbildung des Bohrwerkzeugs dargestellt. Man erkennt, dass die erfindungsgemäß ausgebildeten Nut-Wangenflächen verkürzt sind und jeweils eine Kante 56 aufweisen, an der sich die Passungsnut 30 erweitert. Im Einzelnen werden die Kanten 56, die im Übrigen punktsymmetrisch zur Werkzeugachse liegen, von den Verschneidungslinien zweier Passungsnuten, nämlich einer Funktions-Passungsnut 30 und einer mit 60 bezeichneten, weitere Nut-Wangenflächen 64 ausbildenden Füge-Passungsnut gebildet, wobei die beiden Passungsnuten 30 und 60 um einen kleinen Zentriwinkel α zueinander verdreht verlaufen. Dies wird nachfolgend genauer anhand der 4 bis 6, 9 und 10 erläutert.
5 zeigt die Seitenansicht der Bohrwerkzeugspitze bei einer Blickrichtung entlang der den Halter stirnseitig in die Halterbacken 46 und 48 unterteilenden Funktions-Passungsnut 30, welche die Nut-Wangenflächen 44 und die Nut-Grundfläche 40 ausbildet, an der sich die in die Passungsnut 30 eingesetzte Schneidplatte axial flächig abstützen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Nut-Grundfläche 40 durchgehend senkrecht zur Werkzeugachse 24 angeordnet. Es soll jedoch hervor gehoben werden, dass diese Ausgestaltung nicht zwingend erforderlich ist. Ferner ist zwischen den Flächen 40 und 44 ein kleiner Übergangsradius RÜ in der Größenordnung eines Bruchteils eines mm vorgesehen. Die Nut-Wangenflächen 44 der Funktions-Passungsnut 30 haben einen Abstand B0 voneinander, der bei einem Werkzeug für die Bearbeitung eines Nenndurchmessers von 25 mm bei etwa 6 mm liegen kann.
In der Funktions-Passungsnut 30 wird der näher in den 7 und 8 gezeigte Schneideinsatz 32 in Form einer Schneidplatte mit planparallelen Stützflächen 42 und einer Auflagerfläche 38 zentriert und formschlüssig aufgenommen. Bodenseitig trägt der Schneideinsatz im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Zentriervorsprung 62, der mit Fügepassung in eine Zentrierausnehmung 54 des Halters eingreifen kann. Der Schneideinsatz 32 ist zur Ausbildung der Schneiden mit einem Spitzenanschliff ausgestattet. Die Anordnung ist so getroffen, dass die auf die jeweilige Hauptschneide 66 einwirkende Schnittkraft KS über die in Umfangsrichtung dahinter liegende Stützfläche 42 und die zugehörige Nut-Wangenfläche 44 in den Halter 22 eingeleitet werden.
Mit dem Bezugszeichen 68 ist ein Durchbruch bezeichnet, durch den sich im montierten Zustand des Schneideinsatzes mit Passung die Klemmschraube 50 erstrecken kann. Die Spannschraube 50 berührt dabei vorzugsweise linienartig den über eine kleine Strecke parallel zur Auflagerfläche 38 abgeflachten Durchbruchabschnitt 68*, wie in 7 dargestellt.
Damit der Schneideinsatz 32 zuverlässig und ohne Beschädigungen montiert werden kann ist das Maß B0 bezüglich seiner Fertigungstoleranz derart auf das Dickenmaß D32 des Schneideinsatzes 32 abgestimmt, dass es in jedem Fall etwas größer als das Maß D32 ist. Um andererseits eine gute Drehmomentübertragung vom Schneideinsatz 32 in den Halter sicherzustellen, ist dafür zu sorgen, dass das Spiel des Schneideinsatzes 32 in der Funktions-Passungsnut 30 möglichst klein wird. Diese einander zuwiderlaufenden Vorgaben führen dazu, dass bislang die Toleranzfelder für diese beiden Maße B0 und D32 nicht unterhalb der Toleranzqualität IT7 liegen durften, um einen guten Kompromiss zwischen vertretbaren Herstellungs- und Montagekosten und guter Standzeit des Werkzeugs einzugehen.
Mit der erfindungsgemäßen Gestaltung gelingt es, die Herstellungs- und Montagekosten ebenso wie die Bruchgefahr des Werkzeugs spürbar zu verringern. Denn erfindungsgemäß weisen die Nut-Wangenflächen 44 der Funktions-Passungsnut 30 jeweils die Kante 56 auf, an der sich die Funktions-Passungsnut 30 derart erweitert, dass der Schneideinsatz bzw. die Schneidplatte unter axialer Abstützung an der Nut-Grundfläche 40 mit seitlichem Spiel und ohne Berührung der Nut-Wangenflächen in den Halter gefügt und unter Einwirkung von Spann- und/oder äußeren Kräften unter Abstützung an den Kanten 56 in zunehmende Fluchtung mit den Nut-Wangenflächen 44 der Funktions-Passungsnut 30 verschwenkbar ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist also eine Unterteilung der den Schneideinsatz aufnehmenden Passungsnut in eine engere Funktions-Passungsnut 30 mit dem Breitenmaß B0 und eine Füge-Passungsnut 60 vorgenommen, deren Breite B1 um einen kleinen Faktor X größer ist als das Maß B0, wobei die beiden Passungsnuten 30 und 60 um einen kleinen Zentriwinkel α, der vorzugsweise im Bereich bis zu 5°, besonders bevorzugt bei bis zu 1,5° liegt, zueinander verdreht verlaufen. Dies ist aus der Darstellung gemäß 5 ersichtlich, in der zusätzlich die Ausgestaltung und Orientierung der in den Halterbacken 46 und 48 ausgebildeten Bohrungen 72, 74 für die Klemmschraube 50 gezeigt ist, deren Achse 76 vorzugsweise so verläuft, dass sie möglichst zentral die Halterbacken 46 und 48 durchdingt und für eine ausreichend großen Spannkraftkomponente senkrecht zur Passungsnut 30, 60 sorgen kann. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Passungsnut entstehen die Kanten 56 als Verschneidungslinien der beiden um den kleinen Zentriwinkel α verdrehten und unterschiedlich breiten Passungsnuten 30 und 60.
Anhand der vergrößerten Darstellung der 6 sind die Einzelheiten der Gestaltung, Dimensionierung und Orientierung der beiden Passungsnuten 30, 60 besser entnehmbar. Die Füge-Passungsnut 60 mit der Breite B1 verläuft ebenso wir die Funktions-Passungsnut 30 exakt diametral, so dass die Verschneidungskanten punktsymmetrisch zur Werkzeugachse 24 liegen, und zwar um das Maß h von der auf den Nut-Wangenflächen 44 senkrecht stehenden Axialebene 78 versetzt. Durch RK ist ein optional vorgesehener Verrundungsradius der Kanten 56 angedeutet.
Es gelten folgende geometrischen Beziehungen: X(Y, α) = 1 + ((2tanα)/cosα)·Y (1) wobei gilt: X = B1/B0 (2) und Y = h/B0 (3)
Diese Gestaltung erlaubt es, den Schneideinsatz, beispielsweise gemäß 7 und 8, zunächst mit Spiel in die Füge-Passungsnut 60 einzusetzen und mittels der Klemmschraube 50 unter Anlage an der Nut-Grundfläche 40 zu fixieren, indem die Klemmschraube 50 den Abschnitt 68* des Durchbruchs 68 entlang einer Linie berührt. Dieser Zustand ist in 9 für einen übertrieben groß gewählten Zentriwinkel α dargestellt. Die Fertigungstoleranz für das Maß D32 wird so eingestellt, dass das Maß D32 größer oder gleich dem Wert für B0 und kleiner als der Wert für B1 ist.
Wenn jetzt die Klemmschraube 50 angezogen wird und wenn das Bohrwerkzeug in Eingriff mit dem Werkstück gelangt, verschwenkt der Schneideinsatz 32 entgegen der Schnittrichtung des Werkzeugs unter Beibehaltung seiner zur Bohrerachse 24 zentrierten Lage in Richtung des Pfeils Z (9). Dabei schlägt der Schneideinsatz 32 zunächst an den – gegebenenfalls verrundeten – Kanten 56 an und wird unter dem Einfluss der auf den Schneideinsatz einwirkenden Klemm- und/oder Schnittkräfte in zunehmende Fluchtung mit den Nut-Wangenflächen 44 der Funktions-Passungsnut 30 gezwängt. Diese Endposition ist in 10 dargestellt, in der ein beim Fügen des Schneideinsatzes vorhandene Keilspalt 80 hinter der Hauptschneide 66 unter elastischer Verformung des Systems Halter/Schneideinsatz beseitigt ist und sich ein Spalt 82 mit einem entsprechend der Elastizitätseinflüsse veränderten Öffnungswinkel α* zwischen Schneideinsatz und den Wangenflächen 64 der Füge-Passungsnut 60 bildet. Der Durchbruch 68 im Schneideinsatz 32 ist so ausgebildet, dass er dieser Schwenkbewegung keinen Widerstand entgegensetzt, wobei der Linienkontakt mit der Klemmschraube 50 aufrecht erhalten wird.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Passungsnut 30, 60 mit der dadurch bedingten mechanischen Entkopplung von deren Hauptfunktionen des Fügens des Schneideinsatzes und der Drehmomentübertragung erlaubt eine erhebliche Ausweitung der Fügetoleranzen, nämlich auf ein Toleranzfeld, das zwischen B0 und B1 liegt. Gleichzeitig erlaubt die erfindungsgemäße Gestaltung des Bohrwerkzeugs eine Erweiterung der Toleranzen für die Weite der Funktions-Passungsnut 30. Schließlich kann auch das Toleranzfeld für das Maß D32, d. h. die Dicke des Schneideinsatzes 32 erheblich ausgeweitet werden, wobei sich gezeigt hat, dass es dadurch sogar gelingt, ein gesinterte, beispielsweise aus VHM gefertigte Schneidplatte, beispielsweise mit einer Dicke D32 von etwa 6 mm, mit dem Roh-Sintermaß, d. h. ohne weitergehende Bearbeitung nach dem Sintern, in die Passungsnut 30, 60 einzusetzen, ohne irgendwelche Abstriche hinsichtlich der Standzeit des Bohrwerkzeugs in Kauf nehmen zu müssen. Im Gegenteil, die Kraftübertragung vom Schneideinsatz in den Halter ist sogar wesentlich verbessert, was anhand der 11 und 12 näher erläutert wird.
Die 11 und 12 zeigen jeweils in einer der 2 bzw. 3 entsprechenden Darstellung als Löungsplot eines computergestützt ablaufenden FEM-Programms, wie sich die Druckspannungen im Halter bei im Bohreinsatz befindlichem Schneideinsatz verteilen, wobei in 11 eine herkömmliche Konstruktion (gemäß 2) und in 12 die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bohrwerkzeugs (gemäß 3) zugrunde gelegt ist.
Man erkennt, dass bei herkömmlicher Technik extrem hohe Spannungen im schraffierten, radial äußeren Bereich 84 der Nut-Wangenflächen 44 auftreten, und dass die radiale Erstreckung TR des den Schneideinsatz 32 abstützenden Bereichs verhältnismäßig klein ist, so dass eine eher linienartige Bohrmomentübertragung vom Schneideinsatz auf den Halter vorliegt.
Demgegenüber zeigt die 12 eine wesentlich gleichmäßigere Spannungsverteilung, die sich in radialer Richtung über eine größere Länge TR* erstreckt, wobei die maximale Spannung nur bei etwa 60% der maximalen Spannung beim bekannten System liegt. Typisch ist erfindungsgemäß weiterhin, dass die maximale Druckbeanspruchung näher an die Mitte des Halterquerschnitts rückt, weil die Krafteinleitung vom Schneideinsatz 32 an der Verschneidungskante 56 zwischen der Funktions-Passungsnut 30 und der Füge-Passungsnut 60 beginnt, was sich in 12 an der mit BG gekennzeichneten Linie zeigt, die den Übergang zu einem druckspannungsfreien Bereich an der Nut-Wangenfläche 64 markiert. Auch im Bereich der Linie BG liegen die Spannungswerte weit unter dem Maximalwert. Alles in allem ergibt sich eine wesentlich verbesserte Momentenübertragung beim Bohren.
Durch Wahl und Abstimmung der oben bereits angesprochenen Werte für X, Y und h kann auf das Füge- und Drehmomentübertragungsverhalten in weiten Grenzen Einfluss genommen werden, was im Folgenden anhand der 13 bis 15 näher erläutert wird.
Wie sich aus den oben angegebenen Gleichungen (1) bis (3) ergibt, lässt sich bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Passungsnut 30, 60 für jedes Verhältnis Y (d. h. das Verhältnis von h zu B0) eine lineare Beziehung zwischen dem Breitenverhältnis X (d. h. dem Verhältnis von B1 zu B0) und dem Knick- oder Zentriwinkel α darstellen. 13 zeigt diese Beziehung für die Werte Y = 1 bis Y = 5.
In 14 ist diese Beziehung für die Y-Werte von 0,7 und 1 in einem etwas anderen Maßstab dargestellt. 14 zeigt, dass sich z. B. dann, wenn der Wert für Y (= h/B0) bei etwa 0,7 liegt und der Wert für den Knickwinkel α zu 1° festgesetzt wird, ein Nuten-Breitenverhältnis Y von 1,025 ergibt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Schneideinsatz-Fixierung ein Toleranzfeld für die Schneideinsatz-Plattendicke D32 oder für die Breite der Funktions-Passungsnut 30 von 0,025 × D23 bzw. 0,025 × B0 zugelassen werden kann. Bei einer Plattenstärke von 6 mm entspricht dieses Toleranzfeld 0,15 mm, was einer Verdreifachung des herkömmlichen Toleranzfeldes gleichkommt. Bereits bei dieser Erweiterung des Toleranzfeldes können Schneideinsatz-Platten aus Sintermaterial verwendet werden, die mit Roh-Sintermaß verwendet werden können.
Wenn das Verhältnis Y zu 1 gewählt wird, ergibt sich mit dem Wert X = 1,035 (siehe 14) sogar ein zulässiges Toleranzfeld von 0,035 × 6 mm = 0,21 mm, was einer Verzehnfachung des herkömmlichen Toleranzfeldes gleichkommt. Das Toleranzfeld wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Formgebung und der Stabilität des Schneideinsatzes und des Halters, sowie in Abhängigkeit von der Orientierung des Schneideinsatzes und/oder der Klemmschraube 50 gewählt.
Es hat sich gezeigt, dass – je nach Material, Größe und Formgebung der zusammenspielenden Komponenten – sinnvolle Werte für das das Verhältnis X der jeweiligen Weiten B1 und B0 der Passungsnuten zueinander im Bereich zwischen 1,005 und 1,1, vorzugsweise zwischen 1,01 und 1,05 liegen können.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des Bohrwerkzeugs verlaufen die Nut-Wangenflächen 44, 64 jeweils parallel zur Werkzeugachse 24, so dass eine gerade und axial ausgerichtete Verschneidungskante 56 entsteht. Die Nut-Wangenflächen 44 und/oder 64 können jedoch auch zur Bohrerachse 24 geneigt sein und/oder einer gekrümmten Linie folgen.
Wie vorstehend beschrieben, durchdringt beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Klemmschraube 50 die Halterbacken 46, 48 im Bereich der Füge-Passungsnut 60, d. h. der Passungsnut mit der größeren lichten Weite B1. Es soll jedoch hervorgehoben werden, dass auch andere Positionierungen und Orientierungen der Klemmschraube 50 möglich sind.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel des Bohrwerkzeugs hat die Klemmschraube 50 eine Achse 76 hat, die zur Passungsnut 30, 60 unter einem von 90° verschiedenen Winkel geneigt ist. Der Neigungswinkel kann jedoch auch 90° betragen.
Wie oben beschrieben, schließt sich beim Einspannen des Schneideinsatzes 32 und im Bohrbetrieb der Keilspalt 80. Entsprechend findet bei einer Entlastung der Schneidplatte 32 eine Rück-Schwenkbewegung im Sinne eines elastischen Systems statt. Um zu verhindern, dass sich im Keilspalt 80 und/oder im Keilspalt 82 (siehe 10) unerwünschte Fremdkörper, wie etwa Späne oder dergleichen, ansammeln, kann es von Vorteil sein, wenn in die Nut-Wangenflächen 44 und/oder 64 jeweils zumindest eine Spülbohrung mündet, die von einem dem Werkzeug zugeordneten Kühl-/Schmiermittel-Versorgungssystem gespeist wird. Anstelle einer Spülung der Keilspalte 80, 82 kann auch eine elastisch nachgiebige Schnurdichtung zur Abdichtung der Keilspalte 80 und/oder 82 verwendet werden.
Vorstehend wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem der Schneideinsatz 32 zur zentrierten Fixierung am Halter 22 einen von der Auflagerfläche 38 vorstehenden Zentrierfortsatz 62 hat, der in einer Zentrierausnehmung 54 des Halters 22 aufgenommen ist. Nachfolgend werden anhand der 16 bis 18 weitere Ausführungsformen zur zentrierten Fixierung eines plattenförmigen Körpers, wie z. B. eines Schneideinsatzes 32 am Halter 22, beschrieben, die sich in besonderer Weise für den Einsatz mit dem erfindungsgemäßen Bohrwerkzeug eignen, weil sie die Zentrierwirkung im gesamten Verschwenkbereich des Schneideinsatzes um den Zentriwinkel α aufrecht erhalten. Es soll jedoch hervorgehoben werden, dass die nachfolgend beschriebenen Zentriermechanismen unabhängig vom beschriebenen Bohrwerkzeug als eigene Erfindung betrachtet werden, für die selbständig Schutz begehrt wird und die – falls erforderlich – zum Gegenstand einer selbständigen Anmeldung gemacht werden können.
Diesen Zentriervorrichtungen ist gemeinsam, dass das zu zentrierende Element, d. h. im Ausführungsbeispiel der in einer diametral verlaufenden Nut eines Schneidenträgers 122 formschlüssig aufgenommene plattenförmige Schneideinsatz 132 in seiner der Spitze abgewandten axialen Auflagefläche 138 eine quer zur Plattenebene verlaufende Zentriernut 190 aufweist, in die mit elastischer Vorspannung ein im Schneidenträger 122 zentrisch verankerter Zentrierkörper 192 eingreift. Der Schneideinsatz 132 ist ansonsten ähnlich dem vorstehend unter Bezug auf die 7 und 8 beschriebenen Schneideinsatz 32 ausgebildet, wobei auch das Spannprinzip unverändert ist. Nach wie vor durchdringt der Schaft einer Klemmschraube 150 einen Durchbruch 168 so, dass ein Linienkontakt entsteht, der eine begrenzte Verschwenkbewegung zwischen Klemmschraube 50 und Schneideinsatz 132 zulässt.
Die Zentriernut 190 hat bei dem Ausführungsbeispiel nach 16 einen gleichschenkligen Trapezquerschnitt. Der Zentrierkörper ist von einem Zentrierstift gebildet, der mittels einer axial arbeitenden Feder 194 gegen die zueinander angestellten Flanken 196, 198 der Zentriernut 190 gespannt ist. Der Zentrierstift 192 hat eine kegelstumpfförmige Spitze 193, mit der er an den Flanken 196, 198 der Zentriernut ständig anliegt. Der Zentrierstift 192 ist abgedichtet, formschlüssig und vorzugsweise verliersicher in einer entsprechenden Ausnehmung des Halters 122 geführt.
Die Ausführungsform nach den 17 und 18 unterscheiden sich vom Ausführungsbeispiel nach 16 dadurch, dass eine andere Form der Zentriernut und ein anderer Zentrierkörper Verwendung finden. In den 17 und 18 sind für Bauteile und Elemente, die den Komponenten der 16 entsprechen, ähnliche Bezugszeichen verwendet, denen jedoch eine „2” bzw. „3” vorangestellt ist.
Die mit 290 bezeichnete Zentriernut hat im Wesentlichen planparallele Flanken 296, 298, gegen die eine im Halter 222 fixierte radialelastische Zentrierhülse 292 drückt, deren Durchmesser etwas größer ist als die Weite der Zentriernut 290. Die Zentrierhülse 292 weist einen diametral durchgehenden Schlitz 295 auf, der parallel zur Zentriernut 290 verläuft und die radialelastische Nachgiebigkeit der Zentrierhülse verbessert. Im Inneren der Zentrierhülse 292 kann vorzugsweise spielfrei ein Gummikörper 291 aufgenommen sein, der eine gewisse Dämpfung bereitstellt. Beim Einsetzen des Schneideinsatzes in die Passungsnut 230, 260 des Halters 222 gibt die Zentrierhülse 292 beim Eintauchen in die Zentriernut 290 radialelastisch nach und verformt sich ellipsenartig, so dass sie für eine andauernde Zentrierung des Schneideinsatzes auch dann sorgt, wenn dieser eine kleine Verschwenkbewegung ausführt.
Die Ausführungsform der 18 unterscheidet sich von derjenigen nach 17 im Wesentlichen durch die Ausbildung der Zentrierhülse 392, die erneut mit einem Durchmesser ausgestattet ist, der größer als die lichte Weite der Zentriernut 390 ist. Die Zentrierhülse 392 weist ebenfalls einen diametral durchgehenden Schlitz 395 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel allerdings senkrecht zur Zentriernut 390 ausgerichtet ist. Auf diese Weise ergibt sich beim Eintauchen der Zentrierhülse 392 in die Zentriernut 390 eine radialelastische Nachgiebigkeit unter Bereitstellung einer 4-Linien-Berührung. Es kann auch ein Gummikörper im Inneren der Zentrierhülse 392 aufgenommen sein.
Der Schneideinsatz 32, 132, 232, 332 wird vorzugsweise aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie z. B. aus HSS oder HSSE, einem Material, das sich für das Metallpulver-Spritzgießverfahren (MIM-Technologie) eignet oder einem Hartstoff gefertigt, insbesondere aus einem sinterfähigen Werkstoff, wie z. B. einem Metall-Carbid-Werkstoff, wie Vollhartmetall (VHM), einem Metall-Nitrid-Hartstoff, wie z. B. Titannitrid, einem nichtmetallischen Hartstoff, wie z. B. kubisches Bornitrid, Borkarbid, Siliciumcarbid, Silziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Sialon, sowie Mischformen dieser Hartstoffe einschließlich der Cermet-Werkstoffe, wie z. B. einem TiC-Cermet-Werkstoff.
Selbstverständlich sind Abwandlungen der Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann für die Erweiterung der Funktions-Passungsnut 30 auch eine andere Maßnahme anstelle einer Füge-Passungsnut 60 vorgesehen sein, beispielsweise eine Freifräsung der Funktions-Passungsnut 30.
Auch die Nut-Grundfläche 40 muss nicht von einer ebenen Fläche gebildet sein, die auf der Werkzeugachse senkrecht steht. Es können geneigte oder kegelförmige axiale Stützflächen für den Schneideinsatz vorgesehen sein.
Die zentrierte Spannung des Schneideinsatzes im Werkzeughalter kann in weiten Grenzen variiert werden und insbesondere auf eine Art und Weise erfolgen, wie sie im eingangs zitierten Stand der Technik beschrieben wird.
Selbstverständlich kann das Werkzeug und/oder der Schneideinsatz mit einer Beschichtung versehen sein, insbesondere einer Beschichtung, wie sie von der Patentanmelderin unter der Bezeichnung S-Schicht, C-Schicht, Fire-Schicht, A-Schicht, Super A-Schicht, ICE-Schicht, Diamant-Schicht oder MolyGlide-Schicht vertrieben werden.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist auch nicht auf ein Bohrwerkzeug beschränkt. Vielmehr wird darauf hingewiesen, dass selbständiger Schutz auch auf alle Systeme gerichtet werden soll, bei denen es darum geht, eine vorzugsweise zentrierte Kraftübertragungskupplung zwischen Schlitz und plattenförmigem Zapfen (Nut- und Feder) mit guter Montagetechnik und gutem Tragverhalten der Verbindung bereit zu stellen.
Die Erfindung schafft somit ganz allgemein eine Kraftübertragungskupplung zwischen einem mit einem Schlitz ausgestatteten Träger und einer im Schlitz vorzugsweise zentriert und formschlüssig aufgenommenen Platte, wie sie beispielsweise bei einem Bohrwerkzeug, insbesondere einem Wechselplatten-Bohrwerkzeug, Verwendung finden kann. Ein solches Bohrwerkzeug hat einen sich in Richtung einer Längsachse erstreckenden Halter, der einen Schaftabschnitt und einen Kopfabschnitt aufweist, in dem eine orthogonal und diametral zur Längsachse verlaufende Passungsnut zur formschlüssigen und zentrierten Aufnahme eines im Wesentlichen plattenförmigen Schneideinsatzes ausgebildet ist. Der Schneideinsatz ist mittels einer Klemm- und Halteeinrichtung in der Nut derart fixierbar, dass er sich in axialer Richtung mit einer Auflagefläche an einer diametral durchgehenden Nut-Grundfläche und in Umfangsrichtung über im Wesentlichen axiale Stützflächen an punktsymmetrisch zur Werkzeugachse ausgebildeten Nut-Wangenflächen abstützen kann, die auf Fügepassung mit den entsprechenden, die Schnittkräfte aufnehmenden Stützflächen des Schneideinsatzes gefertigt sind. Die Besonderheit der Anordnung besteht darin, dass die Nut-Wangenflächen jeweils eine Kante aufweisen, an der sich die Passungsnut derart erweitert, dass der Schneideinsatz unter axialer Abstützung mit seitlichem Spiel und ohne Berührung der Nut-Wangenflächen in den Halter gefügt und unter Einwirkung von Spann- und/oder äußeren Kräften unter Abstützung an der Kante in zunehmende Fluchtung mit den Nut-Wangenflächen verschwenkbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 423931102 [0003]
DE 19736598 [0003]
DE 2646528 B2 [0003]
EP 0625395 A1 [0004]
EP 0460237 B1 [0004, 0004]
DE 3204210 C2 [0004, 0004]
EP 1100642 B1 [0004, 0004]
EP 0118806 B1 [0005]
WO 96/11079 A1 [0006]

Claims

Bohrwerkzeug (20), insbesondere Wechselplatten-Bohrwerkzeug, mit einem sich in Richtung einer Längsachse (24) erstreckenden Halter (22), der einen Schaftabschnitt (26) und einen Kopfabschnitt (28) aufweist, in dem eine orthogonal und diametral zur Längsachse (24) verlaufende Passungsnut (30, 60) zur formschlüssigen und zentrierten Aufnahme eines im Wesentlichen plattenförmigen Schneideinsatzes (32) ausgebildet ist, der mittels einer Klemm- und Halteeinrichtung (50) in der Nut (30, 60) derart fixierbar ist, dass sich der Schneideinsatz (32) in axialer Richtung mit einer Auflagefläche (38) an einer diametral durchgehenden Nut-Grundfläche (40) und in Umfangsrichtung über im Wesentlichen axiale Stützflächen (42) an punktsymmetrisch zur Werkzeugachse (24) ausgebildeten Nut-Wangenflächen (44) abstützen kann, die auf Fügepassung mit den entsprechenden, die Schnittkräfte aufnehmenden Stützflächen (42) des Schneideinsatzes (32) gefertigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Wangenflächen (44) jeweils eine Kante (56) aufweisen, an der sich die Passungsnut (30) derart erweitert, dass der Schneideinsatz (32) unter axialer Abstützung mit seitlichem Spiel und ohne Berührung der Nut-Wangenflächen (44) in den Halter (22) gefügt und unter Einwirkung von Spann- und/oder äußeren Kräften unter Abstützung an der Kante (56) in zunehmende Fluchtung mit den Nut-Wangenflächen (44) verschwenkbar ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (56) von den Verschneidungslinien zweier Passungsnuten (30, 60) gebildet sind, die um einen kleinen Zentriwinkel (α), der vorzugsweise im Bereich bis zu 5° liegt, zueinander verdreht verlaufen.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis (X) der jeweiligen lichten Weiten (B1, B0) der Passungsnuten (30, 60) zueinander im Bereich zwischen 1,005 und 1,1, vorzugsweise zwischen 1,01 und 1,05 liegt.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Wangenflächen (44) parallel zur Werkzeugachse () verlaufen.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (56) verrundet sind.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemm- und Halteeinrichtung eine im Wesentlichen senkrecht zur Werkzeugachse (24) verlaufende Klemmschraube (50) aufweist, mit der die von der Passungsnut (30, 60) voneinander getrennten Halterbacken (46, 48) des Kopfabschnitts (28) gegeneinander spannbar sind.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschraube (50) einen Durchbruch (68) im Schneideinsatz (32) mit Passung derart durchragt, dass der Schneideinsatz (32) bei eingesetzter Klemmschraube (50) axial positioniert um einen begrenzten Winkelbereich (α) verschwenkbar ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschraube (50) die Halterbacken (46, 48) im Bereich der Passungsnut (60) mit der größeren lichten Weite (B1) durchdringt.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschraube (50) eine Achse (76) hat, die zur Passungsnut (30) unter einem von 90° verschiedenen Winkel geneigt ist.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Nut-Wangenflächen (44 und/oder 64) jeweils eine Spülbohrung mündet.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz (32) einen von der Auflagerfläche (38) vorstehenden Zentrierfortsatz (62) hat, der in einer Zentrierausnehmung (54) des Halters (22) aufgenommen ist.
Bohrwerkzeug, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einer axialen Auflagefläche (138; 238; 338) eines in einer diametral verlaufenden Nut (130; 230; 330) eines Schneidenträgers formschlüssig aufgenommenen plattenförmigen Schneideinsatzes (132; 232; 332) eine quer zur Plattenebene verlaufende Zentriernut (190; 290; 390) ausgebildet ist, in die mit elastischer Vorspannung ein im Schneidenträger zentrisch verankerter Zentrierkörper (192; 292; 392) eingreift.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriernut (190) einen gleichschenkligen Trapezquerschnitt hat, und dass ein Zentrierstift (192) mittels einer axial arbeitenden Feder (194) gegen die zueinander angestellten Flanken (196, 198) der Zentriernut (190) gespannt ist.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierstift (192) eine kegelstumpfförmige Spitze (193) hat, mit der er an den Flanken (196, 198) der Zentriernut anliegt.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriernut (290; 390) im Wesentlichen planparallele Flanken (296, 298; 396, 398) hat, gegen die eine im Halter (222; 322) fixierte radialelastische Zentrierhülse (292; 392) drückt.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (392) einen diametral durchgehenden Schlitz (395) hat, der senkrecht zur Zentriernut (390) verläuft.
Bohrwerkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (292; 392) spielfrei einen Gummikörper (291) aufnimmt.
Bohrwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneideinsatz aus einem verschleißfesten Werkstoff, wie z. B. aus HSS oder HSSE, einem Material, das sich für das Metallpulver-Spritzgießverfahren (MIM-Technologie) eignet, oder einem Hartstoff besteht, insbesondere aus einem sinterfähigen Werkstoff, wie z. B. einem Metall-Carbid-Werkstoff, wie Vollhartmetall (VHM), einem Metall-Nitrid-Hartstoff, wie z. B. Titannitrid, einem nichtmetallischen Hartstoff, wie z. B. kubisches Bornitrid, Borkarbid, Siliciumcarbid, Silziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Sialon, sowie Mischformen dieser Hartstoffe einschließlich der Cermet-Werkstoffe, wie z. B. einem TiC-Cermet-Werkstoff.