DE102013206143A1

DE102013206143A1 - Werkzeughalter

Info

Publication number: DE102013206143A1
Application number: DE102013206143.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Gauggel
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter (1) mit einem Schaft (10), einem Spannteil (8) mit einer Spannöffnung zum Aufnehmen und Spannen eines drehantreibbaren abtragenden Werkzeugs (3) und einem integrierten Fluidleitungssystem, das von einer schaftseitig vorgesehenen Fluideinspeisestelle (41) zu einer spannteilseitigen Fluidübergabestelle (42) führt. Erfindungsgemäß ist eine in Richtung eines im Spannteil (8) eingespannten Werkzeugs (3) abstrahlende Düsenanordnung (46; 50), die mit dem Fluidleitungssystem fluidtechnisch verbunden ist, in einer axialen Draufsicht auf den Werkzeughalter (1) betrachtet um die Spannöffnung des Spannteils (8) herum am Spannteil (8) und/oder Schaft (10) so vorgesehen, dass ein abgestrahltes Druckfluid einen zusammenhängenden Fluidschleier um ein im Spannteil (8) eingespanntes Werkzeug (3) herum bildet.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein einen Werkzeughalter und insbesondere einen Werkzeughalter zum Halten eines drehantreibbaren abttragenden Werkzeugs, im Besonderen Zerspanungwerkzeugs, für die abtragende Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen (FKV), z. B. glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) und kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK).
Die Fertigung von FKV-Werkstoffen verläuft in der Regel deutlich anders als bei herkömmlichen, insbesondere metallischen Werkstoffen. Beispielsweise werden komplexe Formen aus FKV werkstoffen durch Wickeln, Legen oder – insbesondere in der Serienfertigung – durch ein In-Mold-Verfahren hergestellt. Um jedoch hochgenaue Bauteile herzustellen, werden bei FKV-Werkstoffen ähnlich wie bei Metallwerkstoffen mehr und mehr spanende bzw. abtragende Verfahren insbesondere für die Endbearbeitung eingesetzt. Bei der mechanischen Bearbeitung von FKV-Werkstoffen durch z. B. Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen werden ähnlich wie bei Metallen Faserteile oder Späne in Form von Fasern freigesetzt. Darüber hinaus setzt die mechanische Bearbeitung von FKV-Werkstoffen auch Stäube frei. In den Technischen Regeln für Gefahrstoffe sind allgemeine Staubgrenzwerte für alveolengängige, d. h. bis in die Lungenbläschen gelangende Partikelstäube, das ist A-Staub mit Partikelgrößen unter 10 μm, und für einatembare Partikelstäube, das ist E-Staub mit Partikelgrößen über 10 μm, festgelegt. Damit soll diesen stofflich unspezifischen Wirkungen auf die Atmungsorgane, die alle unlöslichen Stäube zeigen können, vorgebeugt werden. Durch technischen Arbeitsschutz, z. B. durch Absaugung der Stäube am Entstehungsort, ist sicherzustellen, dass der allgemeine Staubgrenzwert von 3 mg/m³ für alveolengängige Stäube (A-Stäube) nicht überschritten wird. Für einatembare Stäube (E-Stäube) ist ein Grenzwert von 10 mg/m³ einzuhalten. Eine Belastung durch Partikelstäube ist grundsätzlich von der Belastung durch Faserstäube zu unterscheiden. Dabei ist vor allem die Größe und räumliche Gestalt der freigesetzten Fasern zu beachten. Nach den Kriterien der Weltgesundheitsorganisation sind insbesondere Fasern mit Längen über 10 μm, Durchmessern kleiner 3 μm und Länge-Durchmesser-Verhältnissen größer als 3:1 (WHO-Fasern) aufgrund ihrer mechanischen Einwirkungen auf das Lungengewebe als kritisch zu bewerten.
Der Staubbelastung bei der Bearbeitung von FKV-Werkstoffen wird im Stand der Technik auf folgende Weisen begegnet:
Die herkömmliche wohl am meisten verwendete Maßnahme ist die Absaugung trockener Stäube. Hierfür zu verwendende Absauganlagen müssen jedoch eine möglichst dichte Hülle um das Werkstück bilden, was die Sicht auf das Werkstück während der Bearbeitung erschwert und die Kosten der Werkzeugmaschinen erhöht.
Speziell für FKV-Werkstoffe werden daneben auch andere Lösungsansätze verfolgt. So gibt es die Idee, FKV-Werkstoffe im Wasserbad zu bearbeiten. Das Wasser bindet die Stäube und sorgt für ausreichende Kühlung während der Fertigung. Darüber hinaus wird durch die Verwirbelung des Wassers durch drehende Teile wie Bohrer und Fräsen eine akzeptable Verteilung der Späne erreicht. Die Frässtelle ist daher zu jedem Zeitpunkt sauber und zusätzlich gut gekühlt, was eine erheblich höhere Lebensdauer für die Fräser bedeutet. Auch die Schnittkanten profitieren von der Kühlung.
Dennoch ist der Aufbau eines Wasserbads für ein zu bearbeitendes Teil in einer Werkzeugmaschine aufwändig. Im Extremfall müsste das Wasserbad sehr große Teile, beispielsweise Teile von Flugzeugrümpfen, aufnehmen. Zusätzlich erschwert auch bei einer derartigen Lösung die Trübung des Wassers durch die aufgewirbelten Teilchen den Blick auf die bearbeitete Stelle. Zudem muss das verschmutzte Wasser entsorgt werden, was bei großen Mengen erhebliche Kosten verursachen kann. Schließlich besteht die Gefahr, dass Teile der Werkzeugmaschine mit (Spritz-)Wasser in Berührung kommen können, die dafür nicht ausgelegt sind, beispielsweise im Fall von tiefen Bohrungen. Daher ist eine aufwändige Abdichtung derartiger Teile nötig.
Die DE 199 15 619 A1 offenbart ein Verfahren zum Abführen von Zerspanungsprodukten eines spanenden Bearbeitungsverfahrens. Nach dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, feste CO₂-Teilchen einem Gasstrom zuzuführen. Der Gasstrom mit den festen Teilchen wird dann einem Bearbeitungsraum zugeführt und von einer Seite auf einen Bereich gerichtet, in dem ein Werkstück spanend bearbeitet wird. Dadurch werden Späne zur gegenüberliegenden Seite weggeblasen und das Werkzeug und Werkstück zusätzlich durch das sublimierende CO₂ gekühlt.
Die EP 1 389 504 A1 lehrt eine Vorrichtung, um eine Verteilung von Spänen und Schneidflüssigkeit in der Werkzeugmaschine zu verhindern. Zu diesem Zweck sind Spindel und Arbeitsschlitten der Maschine eingehaust und um die Spindel wird eine Ringleitung angeordnet, durch die Fluid an mehrere Düsen geführt wird. Aus den Düsen wird das Fluid als Ringvorhang auf das Werkzeug gesprüht und durch dessen Drehung vernebelt. Der Fluidvorhang schwemmt die entstehenden Späne weg.
Die DE 43 09 719 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Entsorgen von Stäuben, allerdings speziell bei Funkenerosion aus nichtmetallischen Werkstoffen wie Graphit. Nach dieser Lehre wird der vorstehend erörterte Flüssigkeitsvorhang als zu komplex abgelehnt und stattdessen wird ein das Fräswerkzeug umfassender Zylinder vorgeschlagen, der mit der Aufspannplatte und einem elastischen Dichtkörper, der den Zylinder mit der Spindel verbindet, dicht verbunden ist. Aus dem dadurch umfassten Raum kann dann der Graphitstaub periodisch oder kontinuierlich abgegeben und entsorgt werden.
Die EP 2 298 494 B1 offenbart eine als Werkzeughalter bezeichnete Vorrichtung mit Absaugsystem für automatisierte Bearbeitungssysteme. Dieser sogenannte Werkzeughalter nebst Absaugsystem wird federnd längsbeweglich an der Werkzeugmaschine fest verschraubt und hält einen Absaugtrichter mit zugehöriger Mimik, die eine gewisse Bewegung des Trichters zulässt. Die drehende Spindel, die das eigentliche Fräs- oder Bohrwerkzeug hält, wird dagegen nicht speziell in diesem sogenannten Werkzeughalter gelagert, sondern lediglich durchgeführt.
Der vorstehend diskutierte Stand der Technik versucht also entweder, entstehende Abfälle in einem definierten Raum (beispielsweise im Wasser) zu binden, aus dem definierten Raum abzusaugen oder sie aus dem definierten Raum auszublasen.
Als Nachteil aller bekannter Vorrichtungen ist anzusehen, dass relativ aufwändige Vorkehrungen auf Seiten der Werkzeugmaschine vorzusehen sind, um die Staubbelastung zu verringern, d. h. die Stäube zu binden oder abzuführen. Entweder muss ein Großteil der Maschine eingehaust werden oder es werden – wie bei der EP 1 389 504 A1 und der EP 0 121 195 A1 – stehende, an der Werkzeugmaschine befestigte Vorrichtungen um die Spindel angeordnet, um Fluidvorhänge zu erzeugen, die dann Staube und Späne binden können.
Ausgehend von der EP 0 121 195 A1 ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung zu schaffen, die weitgehend maschinenunabhängig die bei der zerspanenden Bearbeitung von FKV-Werkstoffen entstehenden Stäube bindet und somit die Staubbelastung der Umgebung der Bearbeitungsstelle verringert.
Diese Aufgabe wird durch einen Werkzeughalter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer Werkzeughalter weist einen Schaft, einen Spannteil mit einer Spannöffnung zum Aufnehmen und Spannen eines drehantreibbaren abtragenden Werkzeugs, im Besonderen eines Zerspanungswerkzeugs, z. B. eines Bohrers, Fräsers oder dergleichen, und einem integrierten Fluidleitungssystem auf, das von einer schaftseitig vorgesehenen Fluideinspeisestelle zu einer spannteilseitigen Fluidübergabestelle führt. Der Schaft ist in an sich bekannter Weise an eine Werkzeugmaschinenspindel ankuppelbar. Der Spannteil kann ein Werkzeug in einer geeigneten Weise z. B. über einen Hydrodehnspannmechanismus oder durch Schrumpfung spannen. Erfindungsgemäß weist der Werkzeughalter eine in Richtung eines im Spannteil eingespannten Werkzeugs abstrahlende Düsenanordnung auf, die mit dem Fluidleitungssystem fluidtechnisch verbunden ist und in einer axialen Draufsicht auf den Werkzeughalter betrachtet um die Spannöffnung herum am Spannteil und/oder am Schaft so vorgesehen ist, dass ein über die Düsenanordnung abgestrahltes Druckfluid einen zusammenhängenden Fluidschleier um das im Spannteil eingespannte Werkzeug herum bildet.
Der Fluidschleier bindet neben den Fasern und Werkstoffteilchen die bei der Bearbeitung z. B. eines FKV-Werkstücks entstehenden Stäube direkt an der Bearbeitungsstelle, so dass die Staubbelastung der Umgebung gering bleibt. Die gebundenen Stäube können nach der Bearbeitung beispielsweise durch Abwischen des Werkstücks beseitigt werden. Dabei kann auf zusätzliche Bauteile wie an der Spindel angeordnete Ringdüsen verzichtet werden.
Bei dem im Werkzeughalter integrierten Fluidleitungssystem kann es sich um eine an sich bekannte Mimik für Minimalmengenschmierung (MMS) handeln, bei der eine Fluidleitung zu einem im Werkzeughalter eingespanntes Werkzeug über eine einen Axialanschlag bildende Stellschraube führt. Eine derartige Mimik ist beispielsweise in der DE 10 2009 003 05 A1 gezeigt und beschrieben. In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Werkzeughalters kann das Fluidleitungssystem daher für die Zuführung von MMS-Kühlschmiermittel von der schaftseitigen Fluideinspeisestelle zur spannteilseitigen Fluidübergabestelle ausgelegt sein. In diesem wird ein Teil des in Richtung eines im Spannteil eingespannten Werkzeugs geleiteten MMS-Kühlschmiermittels der Düsenanordnung zugeleitet und über die Düsenanordnung in Form eines Fluidschleiers abgestrahlt. Das Fluidleitungssystem kann dabei über eine in den Werkzeughalter eingeschraubte Stellschraube führen, die einen verstellbaren Axialanschlag für ein im Spannteil eingespanntes Werkzeug bildet. Weil bei dieser Weiterbildung bislang für die Zuführung von MMS-Kühlschmiermitteln genutzte Leitungen herangezogen werden, ergibt sich der Vorteil, dass lediglich der Werkzeughalter, nicht aber die Werkzeugmaschine besonders gestaltet werden muss. Der Werkzeughalter kann beim Werkzeugwechsel ausgewechselt werden, so dass dieselbe Maschine ohne Umbauten sowohl für die FKV-Bearbeitung als auch für herkömmliche Bearbeitung verwendbar ist. Darüber hinaus wird der Fluidschleier sehr viel näher an der Bearbeitungsstelle als im Stand der Technik abgegeben, was einen kleineren Raum ergibt, in dem sich die Faserstäube ausbreiten können. Dies führt zu einer geringeren Verschmutzung des Werkzeugs, des Werkstücks und der Maschine.
Alternativ dazu kann das Fluidleitungssystem im Werkzeughalter speziell für die Zufuhr eines geeigneten Bindemittels zur Düsenanordnung ausgelegt sein.
Unabhängig von der konkreten Gestaltung des Fluidleitungssystems kann die Düsenanordnung zur Erzeugung des Fluidschleiers von einer oder einer Vielzahl von um die Drehachse des Werkzeughalters, vorzugsweise äquidstant, herum verteilten Düsen gebildet sein. Die Düsenanordnung kann dabei über eine (gemeinsame) Ringleitung mit dem Fluidleitungssystem verbunden sein.
Die Düsenanordnung kann über eine Ringleitung mit dem Fluidleitungssystem fluidtechnisch verbunden sein. Eine Ringleitung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Düsenanordnung aus einer oder einer Vielzahl diskreter Lochdüsen gebildet ist. Obwohl bereits mit einer einzigen Lochdüse infolge der Drehung des Werkzeughalters mit regelmäßig einer hohen Drehzahl ein Schleier rund um das Werkzeug gebildet werden kann, ermöglicht eine Vielzahl von Lochdüsen die Ausbildung eines vergleichsweise dichteren Fluidschleiers über den gesamten Umfang des Werkzeugs bzw. der Bearbeitungsstelle am Werkstück.
Alternativ zu der vorstehend angegebenen Gestaltung kann die Düsenanordnung von einer Ringdüse gebildet sein. Im Unterschied zu einer Vielzahl von um die Drehachse herum verteilten Lochdüsen ist die Ringdüse in Umfangsrichtung zusammenhängend und hat eine kreisringförmige Mündungsöffnung. Eine Ringdüse erhöht ebenfalls die Dichte des ausgestoßenen Fluidschleiers.
Mit jeder der oben diskutierten Düsenanordnungen kann ein zylindrischer oder ein kegelförmiger Fluidschleier erzeugt werden. Der vom Fluidschleier eingeschlossene Raum um das Werkzeug bzw. die Bearbeitungsstelle am Werkstück herum ist dadurch einigermaßen klar definiert und begrenzt. Ein zylindrischer Schleier hat eine höhere Dichte als ein kegelförmiger Schleier. Daher kann er eine zuverlässigere Benetzung und Bindung der Fasern und Stäube gewährleisten. Um eine allzu starke zentrifugale Aufweitung des Fluidschleiers zu verhindern oder um einen zylindrischen Fluidschleier zu erhalten, kann Düsenanordnung so eingerichtet sein, dass sie in Richtung der Drehachse des Werkzeughalters hin abstrahlt. Die Düsenanordnung kann aber auch so eingerichtet sein, dass sie einen kegelförmigen Fluidschleier bildet, der sich vom Werkzeughalter weg kegelförmig aufweitet. Sind beispielsweise eine Vielzahl von Lochdüsen so eingerichtet, dass sie ein Bindemittel parallel zur Werkzeugachse abstrahlen, wird sich wie vorstehend erörtert dank der Zentrifugalkraft ein kegelförmiger Fluidschleier bilden. Ein derartiger kegelförmiger Fluidschleier umfasst einen größeren Bereich auf dem Werkstück als ein zylindrischer Fluidschleier.
Ist die Düsenanordnung am Spannteil vorgesehen, kann der Durchmesser des Fluidschleiers kleiner gehalten werden, als wenn die Düsenanordnung am Schaft vorgesehen ist. Ein kleinerer Fluidschleierdurchmesser kann vorteilhaft sein, um die auf den Fluidschleier wirkenden Zentrifugalkräfte kleiner zu halten, weil der Fluidschleier näher an der Drehachse ist und somit bei gleicher Drehzahl eine goringere Umfangsgeschwindigkeit aufweist.
Das Fluidleitungssystem kann eine von einer schaftseitigen Fluideinspeisestelle zur spannteilseitigen Fluidübergabestelle führende zentrische Fluidleitung aufweisen, und die Düsenanordnung kann über eine oder mehrere von der zentrischen Fluidleitung abzweigende Verbindungsleitungen mit der zentrischen Fluidleitung fluidtechnisch verbunden sein. Diese Weiterbildung bietet sich unabhängig davon an, ob eine an sich bereits bekannte MMS-Mimik genutzt wird oder nicht, um die am Spannteil und/oder Schaft vorgesehene Düsenanordnung mit einem geeigneten Fluid als Bindemittel zu versorgen.
Eine Anpassung eines herkömmlichen Werkzeughalters zu einem erfindungsgemäßen Werkzeughalter gelingt besonders einfach dadurch, dass die Düsenanordnung in einen an den Spannteil oder Schaft angefügten Ringkörper integriert ist. Die Integration bzw. Anfügung des Ringkörpers in bzw. an den Spannteil oder Schaft kann durch Kraft-, Stoff- und/oder Formschluss erfolgen. Der Ringkörper kann z. B. durch Verschraubung, Aufpressen, Klemmen, etc. am Spannteil oder Schaft befestigt werden. Der Ringkörper bietet dabei verschiedene Möglichkeiten zur Gestaltung der Düsenanordnung. So kann der Ringkörper im Zusammenwirken mit dem Spannteil oder Schaft eine Ringdüse begrenzen. Alternativ dazu kann der Ringkörper, ohne dass er mit dem Spannteil oder Schaft zusammenwirkt, eine aus einer Vielzahl diskreter Düsen gebildete Düsenanordnung bilden.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze, die die allgemeine Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters im Einsatz veranschaulicht;
2 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
3 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters nach zweiten bevorzugten Ausführungsform; und
4 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters nach einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
Allgemeine Funktionsweise
1 veranschaulicht die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters 1 bei der Bearbeitung eines Werkstücks 2, vorzugsweise eines FKV-Werkstücks. Wie gut zu erkennen ist, hält der Werkzeughalter 1 ein Werkzeug 3, hier einen Fräser, der das Werkstück 2 bearbeitet. In 1 bewegt sich das Werkstück relativ zum Werkzeug in der Figur nach links (oder das Werkzeug bewegt sich relativ zum Werkstück nach rechts), so dass das Werkzeug 3 eine Oberfläche des Werkstücks 2 abträgt. In der 1 wurde die Oberfläche bis zur Bearbeitungsstelle abgetragen, die durch eine Kante rechts vom Werkzeug angezeigt ist.
Der Werkzeughalter 1 weist in struktureller Hinsicht einen in 1 nur schematisch angegebenen Schaft und Spannteil auf. Im Spannteil ist ein drehangetriebenes Werkzeug 3 eingespannt. Der Werkzeughalter 1 weist des Weiteren ein in 1 nicht zu erkennendes integriertes Fluidleitungssystem auf, das von einer schaftseitig vorgesehenen Fluideinspeisestelle zu einer spannteilseitigen Fluidübergabestelle führt, und eine schaftseitig vorgesehene Düsenanordnung mit einem geeigneten Fluid als Bindemittel zur Bindung der bei der Bearbeitung des Werkstücks 2 entstehenden Späne, Fasern, Teilchen und Stäuben 4 versorgt.
Wie 1 erkennen lässt, strahlt die Düsenanordnung ein Druckfluid ab, das einen zusammenhängenden Fluidschleier 5 rings um das Werkzeug 3 und um die Bearbeitungsstelle am Werkstück 2 bildet. 1 lässt weiter erkennent, dass der Fluidschleier 5 beispielsweise durch die auf das abgestrahlte MMS-Kühlschmiermittel wirkende Zentrifugalkraft kegelförmig aufgeweitet ist, wodurch er auf dem Werkstück 2 einen größeren Raum abdeckt als am Austrittsort am Werkzeughalter 1, und zum andern auch in sich aufgeweitet ist, d. h. in der Nähe des Werkstücks 2 breiter ist als am Austrittsort am Werkzeughalter 1. Durch diese Form des Fluidschleiers werden leichtere, Stäube, die normalerweise weiter hochgewirbelt werden, vom dichteren Fluidschleier erfasst, während schwerere Staubpartikel mit den Spänen, Fasern und sonstigen Teilchen durch den aufgeweiteten Fluidscheier dicht über dem Werkstück 2 benetzt und gebunden werden. Dadurch werden sowohl feinere als auch gröbere Stäube sicher gebunden. Die gebundenen Späne, Fasern, abgesplitterten Teilchen und Stäuben sind in 1 gemeinsam mit dem Bezugszeichen 4 angegeben.
Anhand der 2 bis 4 werden nun verschiedene Ausführungsformen des in 1 nur schematisch angegebenen Werkzeughalters 1 beschrieben.
Erste Ausführungsform
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Werkzeughalter nach einer ersten Ausführungsform. Der Werkzeughalter 1 weist einen Schaft 10, einen Spannteil 8 mit einer Spannöffnung 8a zum Aufnehmen und Spannen eines drehantreibbaren abtragenden Werkzeugs 3 und ein integriertes und damit mit dem Werkzeughalter 1 bewegtes und drehendes Fluidleitungssystem auf. Das Fluidleitungssystem ist in der gezeigten Ausführungsform für die Zuführung von MMS-Kühlschmiermittel von einer schaftseitigen Fluideinspeisestelle 41 zu einer spannteilseitigen Fluidübergabestelle 42 ausgelegt. Es weist eine von der schaftseitigen Fluideinspeisestelle zur spannteilseitigen Fluidübergabestelle führende zentrische Fluidleitung auf. Die zentrische Fluidleitung führt über eine in den Werkzeughalter 1 eingeschraubte Stellschraube 48, die einen verstellbaren Axialanschlag für das im Spannteil 8 eingespannte Werkzeug 3 bildet, zu der spannteilseitigen Fluidübergabestelle 42, an der das MMS-Kühlschmiermittel an das Werkzeug 3 übergeben wird. Der soweit beschriebene Werkzeughalter 1 entspricht im Wesentlichen dem in der DE 10 2009 003 805 A1 gezeigten und beschriebenen Werkzeughalter. Bezüglich konstruktiver Einzelheiten betreffend die MMS-Kühlschmiermittelübergabe an das Werkzeug 3 sei daher auf die Angaben in der DE 10 2009 003 805 A1 verwiesen.
Gegenüber dem in der DE 10 2009 003 805 A1 gezeigten und beschriebenen Werkzeughalter hat der in 2 gezeigte erfindungsgemäße Werkzeughalter 1 zusätzlich eine am Schaft 10 angeordnete Düsenanordnung, der ein Teil des durch die Stellschraube 48 strömenden MMS-Kühlschmiermittels zugeleitet wird und die nach dem in 1 gezeigten Prinzip einen das Werkzeug 3 umgebenden Fluidschleier erzeugt. Das MMS-Kühlschmiermittel wird daher in der ersten Ausführungsform zugleich als Bindemittel zur Bindung der bei der Werkstückbearbeitung entstehenden Späne, Fasern, Teilchen und Stäube verwendet.
Die Düsenanordnung ist in der ersten Ausführungsform in einen an den Schaft 10 aufgepressten Ringkörper 50 integriert. Alternativ dazu kann der Ringkörper auch auf andere Weise am Werkzeughalter 1 befestigt sein, beispielsweise geklebt, gelötet, geschraubt, aufgeschrumpft oder geklemmt sein. Die Klemmung und Abdichtung hin zum Werkzeughalter kann auch über eine hier angedeutete Dichtung 51 erfolgen. In axialer Richtung ist der Ringkörper 50 an einem Mitnehmerbund am Werkzeughalter 1 abgestützt. Wie es in 2 gezeigt ist, begrenzt der Ringkörper im Zusammenwirken mit dem Schaft 10 eine in Umfangsrichtung durchgängige Ringdüse 46, über die zugeleitetes MMS-Kühlschmiermittel ringförmig in Richtung Werkzeug 3 abgestrahlt wird. Die Innenumfangsfläche des Ringkörpers 50 erweitert sich, wie es in 2 gezeigt ist, zum Werkzeug 3 hin im Durchmesser stufenartig. Der im Innendurchmesser vergrößerte Ringkörperabschnitt bildet im Zusammenwirken mit der Außenumfangsfläche des Werkzeughalters 1 die vorgenannte Ringdüse 46. Diese Ringdüse 46 ist fluidtechnisch mit dem in den Werkzeughalter 1 integrierten und über die Stellschraube 48 führenden Fluidleitungssystem verbunden, und zwar über eine den Werkzeughalter 1 durchdringende Querbohrung 45 und eine werkzeughalterseitig vorgesehene Ringleitung 40. Diese werkzeughalterseitige Ringleitung 40 ist durch eine innenumfangsseitig offene Ringnut realisiert, in welche die Querbohrung 45 mündet und die sich um die im Werkzeughalter 1 angeordnete Stellschraube 48 erstreckt. Der Innenraum der Stellschraube 48 ist mit dieser Ringleitung 40 durch eine die Stellschraube 48 durchdringende Querbohrung 7 verbunden. Damit ist die Einspeisung von MMS-Kühlschmiermittel aus dem zentralen Fluidleitungssystem in die durch den Ringkörper 50 realisierte Ringdüse (Düsenanordnung) 46 sichergestellt. Wie in 2 dargestellt ist das Schaftwerkzeug 3 mit seinem konischen Schaftende 23 an der Stellschraube 48 abgestützt. Über die Stellschraube 48 kann die Einspannlänge bzw. die axiale Lage des Werkzeugs 3 relativ zum Werkzeughalter 1 individuell angepasst werden. Die werkzeughalterseitig vorgesehene Ringleitung 40 erstreckt sich daher über eine ausreichende Länge, die sicherstellt, dass die zur Ringdüse 46 führende Querbohrung 45 durch den Werkzeughalter 1 unabhängig von der axialen Lage der Stellschraube 48 und damit unabhängig von der axialen Lage und der Drehlage der Querbohrung 7 in der Stellschraube stets mit dem durch die Stellschraube 48 führende Fluidleitungssystem 41, 42 verbunden ist. Die in der Stellschraube 48 ausgebildete Querbohrung 7 mündet somit in jeder Position der Stellschraube in die werkzeughalterseitige Ringleitung 40.
In der ersten Ausführungsform erfolgt die Versorgung der am Werkzeughalter angeordneten Düsenanordnung mit MMS-Kühlschmiermittel über die Stellschraube 48. Diese hat in der ersten Ausführungsform eine die Stellschraube durchdringende Querbohrung 7, die in die werkzeughalterseitige Ringleitung mündet. Statt einer die Stellschraube durchdringenden Querbohrung kann eine Fluidverbindung zwischen der Ringleitung und der Ringdüse grundsätzlich auch über nur eine oder eine beliebige Vielzahl von, beispielsweise radial verlaufenden, Verbindungsbohrungen hergestellt sein, die in die zentrale Fluidleitung der Stellschraube münden, die Stellschraube jedoch nicht vollständig durchdringen. Diese Verbindungsbohrungen können zudem in einer Querschnittsebene liegen oder axial zueinander versetzt sein. Ferner müssen die Verbindungsbohrungen nicht wie gezeigt senkrecht zur Mittelachse 11 des Werkzeughalters 1 verlaufen, sondern können beispielsweise schräg zur Mittelachse 11 verlaufen. Entscheidend ist lediglich, dass die Verbindungsbohrungen eine Fluidverbindung zwischen dem zentralen Fluidleitungssystem und der Düsenanordnung schaffen.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters. In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform ist die Düsenanordnung wiederum in einen am Werkzeughalter 1 gehaltenen Ringkörper 50a integriert. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist die Düsenanordnung aber nicht von einer Ringdüse, sondern von einer Vielzahl von um die Drehachse herum diskret verteilten Lochdüsen 46a gebildet ist, die über eine ringkörperseitige Ringleitung 46b mit Fluid gespeist werden.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters. Im Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsformen ist die Düsenanordnung hier in einen an der Stirnseite des Spannteils gehaltenen Ringkörper 50b integriert. Die Düsenanordnung ist in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform von einer Vielzahl von um die Drehachse herum diskret verteilten Lochdüsen 46a gebildet, die über eine ringkörperseitige Ringleitung 46b mit Fluid gespeist werden. Diese ringkörperseitige Ringleitung 46b ist durch eine axial in Richtung Werkzeughalter offene Ringnut realisiert, in die die Vielzahl von Lochdüsen 46a münden. Die ringkörperseitige Ringleitung ist des Weiteren wie in 4 gezeigt über eine stirnseitig in den Werkzeughalter eingebrachte Axialbohrung 43 mit einer in die werkzeughalterseitige Ringleitung 40 mündende Querbohrung 45 verbunden. Die Querbohrung ist durch einen Stopfen 27 radial außerhalb der Schnittstelle mit der Axialbohrung 43 verschlossen. Der Stopfen 27 kann beispielsweise durch Klebung oder auf andere Art dicht in der Querbohrung 45 angeordnet sein.
Der Ringkörper 50b kann durch Verschraubung oder auf andere geeignete Weise am Werkzeughalter 1 befestigt sein.
Weitere Ausführungsformen und Modifikationen
Obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Werkzeughalter ein internes MMS-Kühlschmiermittelversorgungssystem aufweist, wie es in der DE 10 2009 003 05 A1 gezeigt und beschrieben ist, ist ein derartiges Kühlschmiermittelversorgungssystem zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters nicht zwingend notwendig. Wesentlich ist lediglich ein zentrales Fluidleitungssystem, über das die am Werkzeughalter gehaltenen Düsenanordnung mit einem als Bindemittel geeigneten Fluid gespeist werden kann. Abweichend von der in der DE 10 2009 003 05 A1 gezeigten und beschriebenen Gestaltung ist daher auch die Stellschraube für einen erfindungsgemäßen Werkzeughalter nicht zwingend notwendig, sofern die am Werkzeughalter vorgesehene Düsenanordnung über ein zentrales Fluidleitungssystem im Werkzeughalter mit einem als Bindemittel geeigneten Fluid gespeist werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeughalter
2: Werkstück
3: Werkzeug (insbesondere Zerspanungswerkzeug)
4: Stäube (Fasern und sonstige Schwebeteilchen)
5: Fluidschleier (Bindemittelschleier)
6: Gebundene Stäube
7: Querbohrung
8: Spannteil
8a: Spannöffnung
10: Schaft
11: Mittelachse des Werkzeughalters
23: konisches Schaftende (des Schafts 21)
27: Stopfen
40: Ringleitung
41: Fluideinspeisestelle
42: Fluidübergabestelle
43: Axialbohrung
45: Querbohrung
46: Ringdüse (Düsenanordnung)
46a: Lochdüsen
46b: Ringleitung
48: Stellschraube
50, 50a, 50b: Ringkörper
51: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19915619 A1 [0006]
EP 1389504 A1 [0007, 0011]
DE 4309719 A1 [0008]
EP 2298494 B1 [0009]
EP 0121195 A1 [0011, 0012]
DE 10200900305 A1 [0016, 0041, 0041]
DE 102009003805 A1 [0034, 0034, 0035]

Claims

Werkzeughalter (1) mit einem Schaft (10), einem Spannteil (8) mit einer Spannöffnung zum Aufnehmen und Spannen eines drehantreibbaren abtragenden Werkzeugs (3) und einem integrierten Fluidleitungssystem, das von einer schaftseitig vorgesehenen Fluideinspeisestelle (41) zu einer spannteilseitigen Fluidübergabestelle (42) führt, gekennzeichnet durch eine in Richtung eines im Spannteil (8) eingespannten Werkzeugs (3) abstrahlende Düsenanordnung (46; 46a), die mit dem Fluidleitungssystem fluidtechnisch verbunden und in einer axialen Draufsicht auf den Werkzeughalter (1) betrachtet um die Spannöffnung des Spannteils (8) herum am Spannteil (8) und/oder Schaft (10) so vorgesehen ist, dass ein abgestrahltes Druckfluid einen zusammenhängenden Fluidschleier (5) um ein im Spannteil (8) eingespanntes Werkzeug (3) herum bildet.
Werkzeughalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung von einer oder einer Vielzahl von um die Drehachse (11) des Werkzeughalters (1), vorzugsweise äquidistant, herum verteilten Düsen (46, 46a) gebildet ist.
Werkzeughalter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (46; 46a) über eine Ringleitung (46b) mit dem Fluidleitungssystem fluidtechnisch verbunden ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung von einer oder einer Vielzahl diskreter Lochdüsen (46a) gebildet ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (46) von einer Ringdüse (46) gebildet ist.
Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (46) so eingerichtet ist, dass sie einen zylindrischen Fluidschleier (5) bildet.
Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (46; 46a) so eingerichtet ist, dass sie einen kegelförmigen Fluidschleier (5) bildet.
Werkzeughalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (46; 46a) so eingerichtet ist, dass sich der gebildete Fluidschleier (5) vom Werkzeughalter (1) weg kegelförmig aufweitet.
Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungssystem eine von der Fluideinspeisestelle (41) zur Fluidübergabestelle (42) führende zentrische Fluidleitung aufweist, und die Düsenanordnung über eine oder mehrere von der zentrischen Fluidleitung abzweigende Verbindungsleitungen (7, 40, 45) mit der zentrischen Fluidleitung fluidtechnisch verbunden ist.
Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (46) in einen an den Spannteil (8) oder Schaft (10) angefügten Ringkörper (50) integriert ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper im Zusammenwirken mit dem Spannteil (8) oder Schaft (10) eine Ringdüse (46) begrenzt.
Werkzeughalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper eine aus einer Vielzahl diskreter Düsen (46a) gebildete Düsenanordnung bildet.
Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungssystem für die Zuführung von MMS-Kühlschmiermittel von der schaftseitigen Fluideinspeisestelle zur spannteilseitigen Fluidübergabestelle ausgelegt ist.
Werkzeughalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitungssystem über eine in den Werkzeughalter eingeschraubte Stellschraube (48) führt, die einen verstellbaren Axialanschlag für ein im Spannteil (8) eingespanntes Werkzeug (3) bildet.