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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, insbesondere Drehräumwerkzeug oder Fräswerkzeug, zur spanabhebenden Bearbeitung von Wellen, wie insbesondere Lagerstellen von Kurbel- oder Nockenwellen, umfassend mindestens einen scheibenförmigen, zweiteilig ausgebildeten Werkzeugkörper, der aus einem inneren Zentralkörper und einem damit spielfrei verbundenen, die Schneideinsätze tragenden Außenring besteht, wobei der Werkzeugkörper über seinem Außenumfang mit in Sitzen befestigten Schneideinsätzen, insbesondere Hartmetall-Wendeschneidplatten, bestückt ist, wobei die eine Trennebene definierenden Kontaktflächen von Zentralkörper und Außenring mit einer sich beim Aufstecken des Außenrings auf den Zentralkörper sowohl axial als auch radial ineinander ziehenden, diese Bauteile fixierenden und zentrierenden Formgebung ausgebildet sind
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Die zur spanabhebenden Bearbeitung von Kurbelwellen oder dergleichen eingesetzten Drehwerkzeuge sind in der Regel Einscheiben-Werkzeugsysteme oder mit zwei parallel nebeneinander vorgesehenen scheibenförmigen Werkzeugkörpern Zweischeiben-Werkzeugsysteme, die zur Kurbel- oder Nockenwellen-Außenbearbeitung einen Durchmesser bis 760 mm und in der üblichen Vollkörper-Bauweise ein Gewicht bis 120 kg haben können. Diese hohen Gewichte bringen es mit sich, dass sich ein Wechseln der Werkzeuge von Hand, insbesondere auch unter Berücksichtigung der arbeitsrechtlichen Bestimmungen in Bezug auf maximale Traglasten, nicht durchführen lässt, vielmehr müssen in der Werkshalle vorhandene Kräne verwendet werden. Der Werkzeugwechsel bindet damit nicht nur Produktionsmittel, sondern nimmt auch viel Zeit, etwa 30 min., in Anspruch, was mit einer entsprechenden Verringerung der Produktivität einhergeht.
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Durch die
DE 10 2007 013 153 A1 und die
DE 10 2009 006 010 A1 sind abweichend von den Einscheiben-Werkzeugsystemen zweiteilige Werkzeuge bekannt geworden, bei denen ein innerer ringförmiger Zentralkörper spielfrei mit einem Außenring verbunden ist. Dabei ist entweder der Außenring mit Schneideinsätzen versehen oder diese sind an der Innenperipherie des Zentralkörpers vorgesehen. Damit vergleichbare Lösungen sind aus der
US 7.544.020 B 2 und der
JP 2004154926 A bekannt.
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Ein Fräswerkzeug, das mehrere mit planparallelen Stirnflächen aneinandergesetzt und miteinander verbundene, scheibenartige Fräsersegmente aufweist, ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 029 053 A1 bekannt. Die Hartmetall-Wendeschneidplatten sind im Abstand voneinander abwechselnd rechts und links in seitlichen Sitzen der Fräsersegmente hochkant, d.h. tangential angeordnet und in ihren Sitzen mit Schrauben befestigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, das bei deutlich verringerten Wechselzeiten einen Werkzeug-Wechsel von Hand ermöglicht und dabei insbesondere die erforderlichen Betriebseigenschaften gewährleistet.
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Diese Aufgabe nach einer ersten Ausführung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zentralkörper als Kontaktfläche einen Außenkranz mit einer Evolventen-Schrägverzahnung und der Außenring einen Innenzahnkranz mit einer Evolventen-Schrägverzahnung aufweist. Die Evolventen-Formgebung unterstützt durch ihre leichte Wölbung die Zentrierung des Außenrings auf dem Zentralkörper und auch dessen Positionierung einseitig an der Lastflanke der ineinandergreifenden Zähne. Durch einen großen Eingriffswinkel, vorzugsweise mindestens 30°, wie so auch für den Schrägungswinkel, lassen sich dabei höhere Zahnfuss- und Flankentragfähigkeiten erreichen.
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Eine zweite Ausführung zur Lösung der Aufgabe sieht vor, dass der Zentralkörper als Kontaktfläche mit einer äußeren archimedischen Spirale und der Außenring als Kontaktfläche mit einer inneren archimedischen Spirale ausgebildet ist. Diese können nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit axial gegenläufigen Windungen versehen sein. Die die Form einer archimedischen Spirale beschreibenden Kontaktflächen ermöglichen ein Ansetzen und Aufstecken des Außenrings mit leichtem Drehanteil bis in die von Anschlägen begrenzte Endlage.
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Die Formgebung der sich beim Aufstecken zunehmend übereinander schiebenden Kontaktflächen sorgt in der Einbau-Endlage für eine spielfreie Anbindung des Außenrings an den Zentralkörper mit einer solchen radialen sowie axialen Fixierung und auch bei großen Werkzeugdurchmessern hohen Steifheit, dass die auftretenden hohen Schneid- bzw. Drehkräfte ohne weiteres aufgenommen und die großen Drehmomente übertragen werden können.
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Bei dem zweiteiligen Werkzeugkörper braucht nicht mehr das gesamte, schwere Werkzeug gewechselt zu werden, sondern lediglich noch der nur ein Gewicht von etwa 12 bis 15 kg besitzende Außenring. Dieser kann vom Bediener in einfacher Weise, z.B. unter Verwendung eines manuell anzusetzenden Hebegeschirrs, abgezogen werden, während der demgegenüber sehr viel schwerere Zentralkörper auf der Maschinenspindel verbleibt. Es braucht darauf dann nur ein mit neuen Schneideinsätzen bestückter Außenring aufgesteckt zu werden. Ein beispielsweise schürzen- bzw. ringartiger Anschlag des Außenrings kann dabei den axialen Aufsteckweg begrenzen und die beiden Bauteile axial stabilisieren.
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Wenn erfindungsgemäß die einander zugewandten Oberflächen der archimedischen Spiralen mit Riffelungen, die kein Gewinde darstellen, versehen sind, lässt sich durch die ineinandergreifenden, nur sehr diskreten, in Umfangsrichtung parallel nebeneinander verlaufenden Rillen unterstützen, dass der Außenring definiert und axial unverrückbar auf dem Zentralkörper sitzt. Zudem wird durch die Riffelung trotz der diskreten Ausbildung die Kontaktfläche zwischen Zentralkörper und Außenring erhöht, was dazu beiträgt, die auftretenden axialen Kräfte leichter aufnehmen zu können.
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Nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Zentralkörper mit Nutensteinen ausgebildet, die in der Einbaulage in gegenüberliegende Nutausnehmungen des Außenrings eingreifen. Die Nutensteine können fest im Zentralkörper integriert sein und dienen dann beim Aufstecken der Werkzeugteile im Zusammenwirken mit den Nutausnehmungen des Außenrings als Radialanschläge.
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Wenn nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die Nutensteine mechanisch radial ein- und ausrückbar sind, lassen sie sich zum Aufstecken des Außenrings ausrücken, um dann in der Montage-Endlage in die Nuten des Außenrings eingerückt werden zu können, wobei die einrückenden, vorzugsweise trapezförmigen Nutensteine die beiden aufeinandergesteckten Bauteile relativ gegeneinander verdrehen und mit Eliminierung eines Spiels in die radiale Endlage bringen bzw. drücken.
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Hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Nutensteine mit eine Einrück- und eine Ausrückrastposition aufweisenden Kipphebeln verbunden sind. Diese von der Bedienerseite her ungehindert zugänglichen, am Ort des Geschehens als fester Bestandteil des Werkzeugs vorgesehenen Kipphebel machen ein gesondertes Stellmittel entbehrlich und lassen gleichzeitig einerseits durch ihre Stellung sofort erkennen, ob der Nutenstein bereits eingerückt ist. Andererseits erlauben sie durch einfaches, leichtes Niederdrücken bzw. Hochstellen den Nutenstein in die gewünscht Funktionslage zu bringen. Die festen oder ein- und ausrückbaren Nutensteine tragen auf jeden Fall zur stabilen Befestigung des Außenrings auf dem Zentralkörper bei.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen anhand eines Dreh- bzw. Drehräumwerkzeuges dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:
- 1 von einem Werkzeug als Einzelheit einen aus zwei ineinandergesteckten Bauteilen bestehenden scheibenförmigen Werkzeugkörper, in einer perspektivischen Gesamtansicht von der Vorder- bzw. Bedienerseite her gesehen;
- 2 als Einzelheit der 1 in einer vereinfachten Darstellung den scheibenförmigen, inneren Zentralkörper;
- 3 als Einzelheit der 1 den mit den Schneideinsätzen bestückten Außenring;
- 4 einen Ausschnitt der 1 mit in die Verriegelungsposition eingerückten Nutensteinen;
- 5 den Gegenstand der 4 im entriegelten Zustand mit ausgerückten Nutensteinen;
- 6 ein wie in 1 dargestelltes Werkzeug in hier anderer Ausführung der Nutenstein-Verriegelung;
- 7 ein wie in 1 dargestelltes Werkzeug, demgegenüber in einer anderen Ausführung der Steckverbindung, nämlich mit archimedischen Spiralen der beiden Bauteile;
- 8 als Einzelheit der 7 den inneren Zentralkörper;
- 9 als Einzelheit der 7 den Außenring;
- 10 als Einzelheit einen Nutenstein im Schnitt entlang der Linie X-X von 7; und
- 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI von 8.
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Ein in 1 dargestellter scheibenförmiger Werkzeugkörper 1 eines Drehwerkzeugs, das über einen Kurzkegel 2 (vgl. 2) mit einer angetriebenen Spindel einer nicht gezeigten Werkzeugmaschine verbunden wird und in einer beispielsweise zwei-gängigen Ausführung (Zweischeiben-Werkzeugsystem) zwei solcher Werkzeugkörper 1 in paralleler Anordnung aufweist, besteht aus einem inneren Zentralkörper 3 und einem mit Schneideinsätzen bzw. Hartmetall-Wendeschneidplatten 4 bestückten Außenring 5. In der 2 ist als Einzelheit der Zentralkörper 3 und in 3 der Außenring 5 dargestellt.
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Zum Wechseln aller Schneideinsätze 4 wird bei auf der Maschinenspindel verbleibendem Zentralkörper 3 der Außenring 5 in der Zeichnungsebene der 1 nach vorne abgezogen und durch axiales Aufstecken eines neu bestückten Außenringes ausgetauscht. Das Wechseln - Abziehen und Aufstecken - des Außenrings 5 geschieht manuell durch ein wie in 7 für das dortige Werkzeug gezeigtes Hebegeschirr 6a, das mit einem Stützmittel 6b in Handhabungsausnehmungen 6 des Zentralkörpers 3 angesetzt werden kann und den Außenring 5 haltend untergreift.
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Zum Zusammensetzen des scheibenförmigen Werkzeugkörpers 1 wird der Außenring 5 von der Bedienerseite her auf den Zentralkörper 3 aufgesteckt, wobei in der Ausführung nach den 1 bzw. 2 und 3 die eine Trennebene definierenden Kontaktflächen 7a des Zentralkörpers und 7b des Außenrings 5 mit einer diese Bauteile sowohl axial als auch radial ineinander ziehenden, fixierenden und zentrierenden Formgebung als Evolventen-Schrägverzahnungen 8a, 8b ausgebildet sind. Das axiale Aufstecken wird durch einen umlaufenden, schürzen- bzw. ringartigen Anschlag 9 begrenzt, der zudem die Evolventen-Schrägverzahnungen 8a, 8b und damit die Schnittstelle des zweiteiligen Werkzeugkörpers nach außen gegen Umgebungseinflüsse schützt und somit Verschmutzungen verhindert.
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Zur weiteren Anbindung des aufgeschobenen Außenrings 5 am Zentralkörper 3 sind in diesem strahlenförmig verteilt mehrere vorzugsweise trapezförmige Nutensteine 11 vorgesehen, die über Gelenkverbindungen 12 mittels eines Kipphebels 13 radial in gegenüberliegende Nutausnehmungen 14 des Außenrings 5 ein- und ausrückbar sind, wie in 4 (eingerückt) und 5 (ausgerückt) dargestellt. Die Kipphebel 13 sind mit einer Einrückrastposition I (vgl. 4) und einer Ausrückrastposition II (vgl. 5) ausgebildet.
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Bei dem in 6 dargestellten scheibenförmigen Werkzeugkörper 1 sind - wie so auch bei dem Werkzeugkörper 10 der 7 - die in die Nuten 14 bzw. 114 des Außenrings 5 bzw. 105 ein- und ausrückbaren Nutensteine 111 in einer anderen Ausführung vorgesehen. Die über Haltemittel 15 im Zentralkörper 3 bzw. 103 verstellbar angeordneten Nutensteine 111 besitzen eine verkröpfte Kontur und nehmen, wie näher aus 10 zu erkennen ist, in einer Gewindebohrung eine mit einem rechts und links Gewinde versehene Schraubspindel bzw. Differentialschraube 16 auf. Diese ist zu ihrer Betätigung, z. B. mittels Inbusschlüssel, für den Bediener über eine Zugangsöffnung 17 von der Vorderseite des Zentralkörpers 3 bzw. 103 her frei zu erreichen. Die Wirkung der Nutensteine 111 ist dieselbe wie zuvor für die über die Kipphebel 13 betätigten Nutensteine 11 beschrieben.
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Der in den 7 bzw. 8 und 9 dargestellte scheibenförmige Werkzeugkörper 10 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführung im wesentlichen dadurch, dass die Kontaktflächen 107a, 107b des Zentralkörpers 103 und des Außenringes 105 als äußere archimedische Spirale 108a und innere archimedische Spirale 108b ausgebildet sind. Beim Zusammenbau zu dem einsatzbereiten scheibenförmigen Werkzeugkörper 10 (vgl. 7) durch axiales Aufstecken des Außenrings 105 auf den Zentralkörper 103 ergibt sich dadurch ein Ansetzen des Außenrings 105 mit einem leichten Drehanteil.
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Die gemäß 7 in die Nutausnehmungen 114 des Außenrings 105 eingreifenden Nutensteine 111 sind weiter vorne schon beschrieben worden, wie auch der Einsatz des Hebegeschirrs 6a, für dessen Stützmittel 6b sich der 8 die Handhabungsausnehmung 106 im Zentralkörper 103 entnehmen läßt.
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Eine Besonderheit der Steckverbindung mit den archimedischen Spiralen 108a, 108b ist in der mit deutlich vergrößertem Maßstab gezeichneten 11 dargestellt. Denn die Kontaktflächen sind zur Abstützung der axialen Schnittkräfte mit in Umfangsrichtung verlaufenden Riffelungen 18 in Form von sehr diskreten, in den 8 und 9 daher auch nur als Schwärzungen wiederzugebenden, parallel nebeneinander vorgesehenen Rillen 19 ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 10
- scheibenförmiger Werkzeugkörper
- 2
- Kurzkegel
- 3, 103
- Zentralkörper
- 4
- Schneideinsatz/Hartmetall-Wendeschneidplatte
- 5, 105
- Außenring
- 6, 106
- Handhabungsausnehmung
- 6a
- Hebegeschirr
- 6b
- Stützmittel
- 7a, 107a
- Kontaktfläche (des Zentralkörpers)
- 7b, 107b
- Kontaktfläche (des Außenrings)
- 8a
- Evolventen-Schrägverzahnung/Außenzahnkranz
- 8b
- Evolventen-Schrägverzahnung/Innenzahnkranz
- 9
- Anschlag
- 11, 111
- Nutenstein
- 12
- Gelenkverbindung
- 13
- Kipphebel
- 14, 114
- Nutausnehmung
- 15
- Haltemittel
- 16
- Schraubspindel / Differentialschraube
- 17
- Zugangsöffnung
- 18
- Riffelung
- 19
- Rille
- 108a
- äußere archimedische Spirale
- 108b
- innere archimedische Spirale
- I
- Einrückrastposition
- II
- Ausrückrastposition
