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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Rundlaufwerkzeug, insbesondere Reibwerkzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verstellelement für ein derartiges Rundwerkzeug.
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Aus der
DE 10 2007 028 167 A1 sowie aus der
DE 1 962 181 ist jeweils eine Reibahle als Rundlaufwerkzeug zu entnehmen. Bei derartigen Reibwerkzeugen ist eine hohe Genauigkeit bei der Einstellung der exakten radialen Schneidenposition erforderlich, da diese Reibahlen zur Feinbearbeitung beispielsweise von Bohrlöchern eingesetzt werden. Die bekannten Reibahlen weisen zum Nachjustieren der radialen Schneidenposition bei Verschleiß stirnseitig im Werkzeugkopf eine Aufnahme auf, in die ein Verstellelement eingesetzt ist. Die Verstellung erfolgt mittels eines konischen Elements, welches in Axialrichtung versetzt wird und dadurch die komplementär konische Aufnahme radial aufweitet. Bei der
DE 10 2007 028 167 ist hierzu eine konische Hülse vorgesehen, die von einer Schraube in Längsrichtung durchsetzt wird. Bei einer Verstellung der Schraube wird die Hülse in Längsrichtung gleitend verschoben.
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Bei der
DE 1 962 181 ist die gesamte Reibahle aus einer Vielzahl von Einzelteilen zusammengesetzt. Zur radialen Einstellung der Schneiden wird eine Schraube mit konischem Schraubenkopf verwendet. Beide bekannte Ausführungsvarianten eignen sich nur bedingt für die Verwendung bei kleinen Durchmessern von beispielsweise bis maximal 14 mm, da bei diesen geringen Durchmessern der mehrteilige Aufbau in der Regel aus mechanischen Stabilitätsgründen nicht mehr möglich ist.
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Auch besteht bei derartig geringen Durchmessern das Problem, dass die radiale Feineinstellung nicht oder nur bedingt im Rahmen der geforderten Toleranzen möglich ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Rundlaufwerkzeug, insbesondere eine Reibahle anzugeben, bei der eine hochgenaue radiale Feinjustierung auch bei kleineren Durchmessern ermöglicht ist.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Rundlaufwerkzeug, insbesondere Reibwerkzeug wie eine Reibahle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Rundlaufwerkzeug umfasst einen sich entlang einer Mittenlängsachse erstreckenden Schneidabschnitt oder Werkzeugkopf, der umfangsseitig zumindest eine Schneide aufweist, wobei zur Einstellung der radialen Position der zumindest einen Schneide in eine stirnseitige Aufnahme des Werkzeugkopfes ein Verstellelement mit einem Konus eingesetzt ist, welches zur radialen Aufweitung des Schneidabschnitts in Axialrichtung versetzbar ist. Um eine hochgenaue Verstellung zu ermöglichen, sind der Konus und/oder die Aufnahme mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen. Unter reibungsmindernde Beschichtung wird hierbei verstanden, dass eine Beschichtung aufgebracht ist, so dass der Reibungskoeffizient gegenüber dem Grundmaterial des Verstellelements bzw. der Aufnahme reduziert ist.
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Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass bei der Verstellbewegung aufgrund der erhöhten Haftreibung zu Beginn der Verstellbewegung im Vergleich zu der sich anschließenden Gleitereibung regelmäßig zu Beginn ein höheres Drehmoment für die Verstellbewegung erforderlich ist, was zu Ruckbewegungen und schließlich zu Toleranzabweichungen führt. Insbesondere bei kleinen Durchmessern würde dies bei herkömmlichen Rundlaufwerkzeugen zu Toleranzabweichungen führen, die über die zulässige Toleranz hinausgeht. Die Toleranzgenauigkeit der radialen Aufweitung (Durchmesser) liegt hierbei zweckdienlicherweise bei +–1µm. Durch die reibungsmindernde Beschichtung wird diese Ruckbewegung vermieden, zumindest deutlich reduziert, so dass sich eine hochgenaue Feineinstellmöglichkeit innerhalb enger Toleranzgrenzen von +–1µm erzielen lässt.
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Zweckdienlicherweise rotiert bei der Verstellbewegung der Konus bzgl. der Aufnahme um die Mittenlängsachse. Insbesondere ist der Konus dabei durch den Schraubenkopf einer das Verstellelement bildenden Schraube ausgebildet. Dadurch ist durch ein einfaches einstückiges Verstellelement, nämlich die Schraube, eine effektive Feinjustierung ermöglicht. Es ist kein mehrteiliger Aufbau erforderlich. Die Verstellbewegung wird direkt vom Verstellelement auf die Aufnahme übertragen. Es ist keine aufwendige, mehrteilige Entkopplung zwischen Verstellschraube und Konus erforderlich, welche einen zu großen Bauraum erfordern würde.
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Im Sinne einer möglichst kompakten Ausgestaltung ist das Werkzeug insgesamt nach Art eines Monoblock-Werkzeugs ausgebildet, welches also einen einstückigen, einheitlichen Werkzeuggrundkörper mit Schaftabschnitt und Schneidabschnitt aufweist. Lediglich das insbesondere als Schraube ausgebildete Verstellelement ist als zusätzliches Element ausgebildet. Die Schneiden sind wie üblich als separate Schneidelemente aus einem speziellen gegenüber dem Material des Trägers härteren Werkstoff ausgebildet. Bei den Schneiden handelt es sich dabei wahlweise um eingelötete Schneiden oder auch um austauschbar befestigte Schneidkörper.
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In zweckdienlicher Weiterbildung ist neben dem Konus des Schraubenkopfes vorzugsweise auch das Schraubengewinde, welches insbesondere als Feingewinde ausgebildet ist, mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen.
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Als Beschichtung wird zweckdienlicherweise eine DLC-Beschichtung (Diamont Like Carbon) eingesetzt. Eine derartige Beschichtung wird vorzugsweise als Fein- oder Dünnbeschichtung mit einer Schichtstärke beispielsweise im Bereich von 2 bis 4 µm aufgebracht. Als Auftragsverfahren werden üblicherweise ein CVD (Chemical Vapor Deposition) oder ein PVD (Physical Vapor Deposition) – Verfahren herangezogen.
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Ein derartiges Rundlaufwerkzeug eignet sich aufgrund der Kompaktheit, die insbesondere aufgrund der Verwendung eines Monoblock-Trägers und der Verwendung der Schraube als einteiliges Verstellelement erzielt wird, für geringe Durchmesser. Der Nenndurchmesser liegt dabei vorzugsweise bei maximal 14 mm und typischerweise in einem Bereich von 6 bis 14 mm.
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In zweckdienlicher Weiterbildung weist das Verstellelement eine Anschlagsfläche auf die, insbesondere gebildet ist durch die Kopfunterseite des konischen Schraubenkopfes. Der Anschlagsfläche ist an der Aufnahme eine korrespondierende Gegenanschlagsfläche zugeordnet. Diese beiden Anschlagsflächen sind dabei unter Berücksichtigung der Konizität der Aufnahme sowie des Schraubenkopfs dabei derart angeordnet, dass die Verstellbeweglichkeit in Axialrichtung derart begrenzt ist, dass eine radiale Dehngrenze der Aufnahme nicht überschritten ist. Dadurch ist also gewährleistet, dass die radiale Aufweitung immer innerhalb der elastischen Dehngrenze der Aufnahme liegt und die Aufnahme nicht überdehnt wird.
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Als Dehngrenze wird dabei zweckdienlicherweise der dreifache Wert des Toleranzgrades IT6 gemäß der Norm EN ISO 286-1 gewählt. Die Dehngrenze liegt danach je nach Nenndurchmesser des Werkzeugs im Bereich etwa von 25 bis 35 µm. Gemäß IT6 liegt der Toleranzwert für Nenndurchmesser bis 6 mm bei 8 µm, für Nenndurchmesser bis 10 mm bei 9 µm und für Nenndurchmesser bis 18 mm bei 11 µm.
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Das Verstellelement dient üblicherweise ausschließlich zur Fein-Nachjustierung beispielsweise bei einem Verschleiß der am Umfang angeordneten Reibschneiden. Üblicherweise besteht daher nur eine Verstellrichtungs-Möglichkeit, nämlich hin zu einem radialen Aufweiten. Bei einem Überdrehen der Schraube und einem zu weiten radialen Aufweiten besteht bei herkömmlichen Verstellmechanismen oftmals das Problem, dass eine Rückführung auf einen engeren Radius nicht oder zumindest nicht mit der erforderlichen Genauigkeit möglich ist. Bei der hier beschriebenen Verstellschraube ist dies jedoch grundsätzlich möglich. Um im Falle eines Überdrehens auch eine leichte Korrektur ohne Weiteres und bei hoher Genauigkeit zu ermöglichen, weist der Konus, also der Schraubenkopf, im Bereich des größten Durchmessers eine umlaufende, äußere Fase auf. Durch diese ist ein Verkeilen des Schraubenkopfs beim Zurückdrehen vermieden, was wiederum zu einem Ruckeln bzw. kurzfristig erhöhtem Drehmoment führen würde. Ein solches Verkeilen könnte wiederum in abrupten Lageänderungen resultieren, so dass die angestrebte hohe Genauigkeit der Feinjustage der radialen Position nicht zuverlässig gewährleistet wäre.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verstellelement an seinen gegenüberliegenden Stirnenden jeweils Führungsaufnahmen mit einer Zentrierfase auf. Zweckdienlicherweise ist die schaftseitige Führungsaufnahme Teil eines das Verstellmittel zumindest teilweise durchsetzenden zentralen Kühlmittelkanals.
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Diese Führungsaufnahmen sind für die Herstellung mit der erforderlichen hohen Rundheit-Genauigkeit von besonderer Bedeutung. Die Führungsaufnahmen sind koaxial zur Mittenlängsachse angeordnet und dienen zum exakt konzentrischen Einspannen des Verstellelements in eine Bearbeitungsmaschine, mit deren Hilfe beispielsweise durch Schleifen die gewünschte Kegelkopf-Geometrie des Schraubenkopfes erzeugt wird.
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Beschreibung der Figuren
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:
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1 ein als Reibahle ausgebildetes Reibwerkzeug in Seitenansicht,
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2 die Reibahle gemäß 1 in einer Schnittansicht und in Explosionsdarstellung,
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3 eine Seitenansicht des Verstellelements,
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4 eine Schnittansicht des Verstellelements gemäß 3,
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5 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs B in 4,
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6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs C in 4 sowie
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7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs D in 4.
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In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Das in den 1 und 2 dargestellte Rundlaufwerkzeug ist als eine Reibahle 2 ausgebildet, welche sich entlang einer Rotations- und Mittenlängsachse 3 und von einem hinteren Schaftabschnitt 4 bis zu einem vorderen Schneidabschnitt 6 erstreckt. An den Schneidabschnitt 6 schließt sich ein Zwischenschaft 8 an, welcher gegenüber dem rückwärtigen Schaftabschnitt 4 verjüngt ist. Mit dem rückwärtigen Schaftabschnitt 4 wird die Reibahle 2 üblicherweise in eine Werkzeugaufnahme eines Spannfutters einer Werkzeugmaschine eingespannt. Im Betrieb rotiert die Reibahle 2 um ihre Mittenlängsachse 3. Im Schneideabschnitt 6 sind um den Umfang herum mehrere Schneiden 10 ausgebildet, wobei jeder Schneide 10 eine eigene Spannut 12 zugeordnet ist, welche im Ausführungsbeispiel sich entlang der durch die Mittenlängsachse 3 definierten Längsrichtung erstrecken.
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Die drei Abschnitte, nämlich der Schneidabschnitt 6, der Schaftabschnitt 4 sowie der Zwischenschaft 8 sind – wie insbesondere aus der 2 hervorgeht – als Monoblock einteilig ausgebildet.
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Die Reibahle 2, insbesondere dieser Monoblock wird mittig von einem sich in Längsrichtung erstreckenden zentralen Kühlmittelkanal 14 durchsetzt. Im Bereich des Schneidabschnitts 6 weist dieser einen Aufnahmebereich auf, welcher gebildet ist aus einer konischen Aufnahme 16 sowie ein sich daran anschließender Gewindeabschnitt 18 mit einem hier nicht näher dargestellten Innengewinde.
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Dieser Aufnahmebereich dient zur Aufnahme eines als Verstellschraube 20 ausgebildeten Verstellelements. Die Verstellschraube 20 umfasst einen Schraubenkopf 22, welcher korrespondierend zur konischen Aufnahme 16 ebenfalls in Längsrichtung konisch verjüngend ausgebildet ist. An den Schraubenkopf 22 schließt sich eine Ringnut 24 an, so dass an der Kopfunterseite 22 eine Anschlagsfläche 26 ausgebildet ist, die quer zur Mittenlängsachse sich erstreckt. An die Ringnut 24 schließt sich dann ein Schaftbereich mit Außengewinde 28 an, welches als Feingewinde ausgebildet ist. Der Anschlagsfläche 26 ist eine Gegenanschlagsfläche 30 als bodenseitige Ringfläche der konischen Aufnahme 16 festgelegt.
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Der Konuswinkel, also der Winkel unter dem die Umfangsfläche des Schraubenkopfes gegenüber der Mittenlängsachse 3 geneigt ist, liegt vorzugsweise im Bereich von lediglich wenigen Grad, beispielsweise im Bereich von 2 bis maximal 10° und vorzugsweise unter 5°.
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Der Kühlmittelkanal 14 wird in der Verstellschraube 20 fortgesetzt und mündet stirnseitig in eine zentrale Werkzeugaufnahme 32. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass Teilkanäle nach Art von schrägen Stichbohrungen von dem zentralen Kühlmittelkanal 14 in Richtung zu den Schneiden 10 geführt sind und in den jeweiligen Spannuten 12 auslaufen.
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Die Werkzeugaufnahme 32 ist dabei beispielsweise als ein Innenmehrkant ausgebildet. Im Sinne einer möglichst einfachen Feineinstellung sind zweckdienlicherweise stirnseitig an dem Schraubenkopf 22 sowie ergänzend an dem stirnseitigen Bereich des umlaufenden Ringsteges der Aufnahme 16 hier nicht näher dargestellte Markierungen eingezeichnet, wobei der Abstand zwischen zwei Markierungen beispielsweise einer radialen Aufweitung um einen definierten Betrag entspricht.
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Zur Feinanstellung und Nachjustierung der radialen Schneidenposition der Schneiden 10 wird die Verstellschraube 20 mit ihrem Außengewinde 28 in den korrespondierenden Gewindeabschnitt 18 eingedreht. Durch das Zusammenwirken der beiden konischen, kegelmantelförmigen Flächen der Aufnahme 16 und des Schraubenkopfes 22 wird eine radiale Aufweitung des Schneidabschnitts 6 innerhalb der gewünschten Toleranzen erzielt.
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Das Außengewinde 28, insbesondere Feingewinde in Kombination mit dem Konuswinkel ist dabei insbesondere derart gewählt, dass etwa pro 30° Verdrehung der Verstellschraube 20 eine radiale Aufweitung von etwa 2 µm des Nenndurchmesser erzielt wird. Die maximale radiale Aufweitung (Durchmesser) liegt vorzugsweise beim etwa dreifachen der Toleranzklasse IT6 und damit etwa im Bereich von 30 µm. Für die gesamte radiale Aufweitung sind daher vorzugsweise etwa 1 bis 1,5 Vollumdrehungen der Verstellschraube 20 erforderlich bzw. ausreichend.
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Um eine möglichst leichtgängige, ruckfreie Verstellung zu ermöglichen, ist der Schraubenkopf 22 umfangsseitig mit einer reibungsmindernden Beschichtung 34 versehen, die lediglich eine Schichtstärke von etwa 2 bis 4 µm aufweist. Als Beschichtung ist hierbei insbesondere eine sogenannte DLC-Beschichtung vorgesehen. Als Beschichtungsmaterialien werden grundsätzlich Materialien mit einem geringen Reibungskoeffizienten verwendet, wie sie beispielsweise auch für die Beschichtung von Schneidkörpern als Gleitschicht eingesetzt werden.
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Ergänzend zur Beschichtung 34 am Schraubenkopf 22 kann auch das Außengewinde 28 beschichtet sein. Grundsätzlich ist auch die Beschichtung der korrespondierenden Teile der Aufnahme 16 möglich, jedoch ist hierzu der fertigungstechnische Aufwand größer.
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Wie aus 4 insbesondere in Kombination mit den 5 und 6 hervorgeht, weist die Verstellschraube 20 an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten zentrische Führungsaufnahmen 36A, B mit Zentrierfasen 38A, B auf. Die Führungsaufnahmen 36A, B sind dabei gebildet durch den Anfangsbereich des Kühlmittelkanals 14 bzw. durch den Anfangsbereich der Werkzeugaufnahme 32. Diese Führungsaufnahmen 36A, B dienen zur Aufnahme eines Zentrier- und Haltelements bei der Herstellung der Verstellschraube 20. Durch dieses wird die Verstellschraube 2 exakt zentrisch zur Mittenlängsachse 3 gehalten und kann dadurch bei einem Rundschleifverfahren auf die gewünschte exakte Rundheit innerhalb der vorgegebenen Toleranzen geschliffen werden. Bei dem hier beschriebenen Verstellkonzept ist dies von wesentlicher Bedeutung für die hochgenaue Feinjustierung, da eine zu hohe Toleranz bei der Rundheit bei der Verstellbewegung sofort zu einer zu hohen Toleranz der radialen Ausdehnung führen würde. Die Führungsaufnahmen 36A, B mit den Zentrierphasen 38A, B kennzeichnen daher die Verstellschraube als ein hochgenaues Qualitätsteil.
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Weiterhin ist – wie in 7 dargestellt – ergänzend am äußeren Rand des Schraubenkopfes 22 eine umlaufende äußere Fase 40 ausgebildet, die ein gleichmäßiges und hochgenaues Zurückdrehen der Verstellschraube 20 erlaubt, ohne dass eine Schwergängigkeit beispielsweise durch ein Verkanten auftritt.
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Der Winkel der Zentrierfasen 38A, B, den diese zur Mittenlängsachse 3 einnehmen, liegt zweckdienlicherweise im Bereich von 20° bis 60° und insbesondere im Bereich von 30° bis 40°. Die Fase 40 wiederum weist einen demgegenüber deutlich kleineren Fasenwinkel bezogen auf die Orientierung der Mittenlängsachse 3 im Bereich von lediglich etwa 5° bis 20° und vorzugsweise von etwa 10° auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007028167 A1 [0002]
- DE 1962181 [0002, 0003]
- DE 102007028167 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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