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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier Teile sowie ein aus mindestens zwei Teilen bestehendes Werkzeug mit einer entsprechenden Vorrichtung zum Verbinden der mindestens zwei Teile, wobei ein erstes Teil eine Aufnahme mit einer Stützfläche für das zweite Teil und das zweite Teil eine Anlagefläche aufweist, welche im montierten Zustand an der Stützfläche anliegt.
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Im Stand der Technik sind zahlreiche Werkzeuge bekannt, die aus mindestens zwei Teilen bestehen, wobei eines der Teile das andere aufnimmt bzw. trägt und die beiden Teile im montierten Zustand mit entsprechenden Flächen aneinander anliegen. Welches der beiden Teile das andere trägt oder aufnimmt, ergibt sich dabei im Allgemeinen aus der konkreten Ausgestaltung oder der relativen Größe beider Teile, ist aber letztlich nicht von Bedeutung, da die Bezeichnung erstes und zweites Teil unabhängig von Größe und Form austauschbar ist und es nur auf die Art der Verbindung prinzipiell beliebiger Teile ankommt.
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Dabei besteht häufig das Problem, die beiden Teile fest und sicher in genau definierter relativer Position miteinander zu verbinden. Dies gilt insbesondere für rotierende Werkzeuge, bei denen eines der beiden Teile beispielsweise ein um eine Achse drehbarer Grundkörper ist, an dessen Peripherie ein weiteres Teil, wie zum Beispiel eine Kassette, befestigt ist, die ihrerseits Bearbeitungselemente, wie zum Beispiel Schneidplatten, trägt, wobei die Verbindung der beiden Teile (hier Grundkörper und Kassette) im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt ist bzw. sein kann.
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Ein Beispiel für ein solches Werkzeug ist ein scheibenförmiger Kurbelwellenfräser mit mehreren, in Aussparungen entlang des Umfangs eines scheibenförmigen Grundkörpers angeordneten Kassetten, an denen Schneideinsätze bzw. Schneidplatten zum Fräsen befestigt sind. Daneben gibt es selbstverständlich auch andere Werkzeuge, die aus mindestens zwei Teilen oder auch aus mehr Teilen bestehen, die jeweils fest miteinander zu verbinden sind, wobei die miteinander zu verbindenden Teile auch entlang einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sein können. Andere Werkzeuge, wie zum Beispiel Werkzeuge zum Drehen, die ebenfalls aus zwei oder mehr Teilen bestehen können, sind zwar nicht für eine rotierende Bewegung vorgesehen, sind aber im Betrieb unter Umständen ebenfalls hohen Belastungen ausgesetzt, die eine sichere Verbindung der Werkzeugteile erfordern.
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Allgemein bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Verbindungsvorrichtungen für Werkzeuge, die für die Bearbeitung metallischer Werkstücke vorgesehen sind, wie zum Beispiel Bohrer, Fräser, Drehwerkzeuge, aber auch Werkzeuge zum nicht-spanenden Bearbeiten, wie zum Beispiel Schleif- und Polierwerkzeuge für metallische Werkstücke.
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Bei der Montage entsprechender Werkzeugteile aneinander kommt es wesentlich auf eine präzise und reproduzierbare Ausrichtung der aneinander montierten Teile an. Üblicherweise weist hierzu das eine Teil mindestens eine Stütz- oder Anschlagfläche und das andere Teil entsprechende Anlageflächen auf, welche die gewünschte Position der Teile zueinander definieren, wenn die entsprechenden Flächen fest aneinander anliegen. Für das feste Aneinanderdrücken entsprechender Flächen sind im Allgemeinen Spannelemente vorgesehen, wie zum Beispiel Spannschrauben, Klemmkeile und dergleichen.
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Viele derartige Spannvorrichtungen haben allerdings den Nachteil, dass sie nur aufwändig und umständlich zu montieren sind, was gegebenenfalls relativ viel Zeit erfordert oder mitunter auch zu einem Festspannen der Teile in einer nicht korrekt ausgerichteten Position führen kann. Insbesondere bei Werkzeugen, deren Bearbeitungselemente, wie zum Beispiel Wendeschneidplatten, einem schnellen Verschleiß unterliegen, ist es daher wünschenswert, die entsprechenden Verschleißelemente oder Werkzeugteile, welche die Verschleißelemente tragen, möglichst schnell austauschen zu können und dabei dennoch eine genau definierte Position der beiden Werkzeugteile relativ zueinander zu gewährleisten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein entsprechendes Werkzeug bzw. eine Vorrichtung zum Verbinden zweiter Teile zu schaffen, welche ein Verbinden und Lösen der beiden Teile, insbesondere zweier Werkzeugteile, in sehr schneller, einfacher und dennoch präziser Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wir dadurch gelöst, dass eines der beiden Teile eine im Abstand zu der Anlage- bzw. Stützfläche angeordnete Aussparung mit einer eine zentrale Achse definierenden Lagerfläche aufweist, wobei die Achse sich in einer Ebene parallel zur der Anlage- bzw. Stützfläche erstreckt, und dass ein Spannelement in der Aussparung um deren Achse drehbar aufnehmbar ist, das eine äußere Gleitfläche aufweist, welche ebenfalls eine Achse definiert, die im betriebsbereiten Zustand der Vorrichtung, in welchem die Gleitfläche auf der Lagerfläche unter Drehung um die Achse gleitend aufliegt, mit der Achse der Aussparung zusammenfällt, wobei das Spannelement seinerseits eine die Achse der Aussparung mindestens teilweise umfassende Innenaussparung aufweist, die eine die Achse mindestens teilweise umschließende und um die Achse spiralförmig gekrümmte Spannfläche aufweist, deren Abstand zu der äußeren Gleitfläche entlang eines Winkelbereiches um die Achse von mindestens 45° kontinuierlich variiert und die einen parallel zur Umfangsrichtung verlaufenden, radialen Schlitz aufweist, während mit dem anderen Teil ein Bolzen in kraftschlüssigen Eingriff bringbar ist, der sich mit einem Bolzenschaft und einem Bolzenkopf aus der Anlage- bzw. Stützfläche des anderen Teiles heraus erstreckt. wobei der Durchmesser des Bolzenkopfes größer als der des Bolzenschaftes ist und die Unterseite des Bolzenkopfes mit der Spannfläche in Eingriff bringbar ist, während der Bolzenschaft sich durch den Schlitz erstreckt, wobei durch Drehen des Spannelementes um die Achse der Lagerfläche der Bolzenkopf auf der Spannfläche gleitet und an diese angepresst wird, und über den Eingriff des Bolzens an dem anderen Teil die Anlagefläche an die Stützfläche gepresst wird.
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Begriffe wie „senkrecht zu” und „parallel zu” beschreiben jeweils die ideale Ausrichtung entsprechender Elemente, wobei aber für die Funktion der Verbindungsvorrichtung Abweichungen um ±5–10° von dieser idealen Ausrichtung durchaus zulässig sind.
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Der „Bolzen” kann eine weitgehend beliebige Ausgestaltung haben, solange er nur einen Schaft hat, der in dem Schlitz aufgenommen werden kann, sowie einen Kopf, der im Betrieb nicht durch den Schlitz hindurchtreten kann, sondern mit seiner Unterseite neben dem Schlitz auf der Spannfläche aufliegt.
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Im Prinzip sind ähnliche Vorrichtungen zum Verbinden von Teilen aus dem Möbelbau bekannt, jedoch erfordert das Verbinden von Teilen im Möbelbau bei Weitem nicht die Präzision und Reproduzierbarkeit im Submillimeterbereich, wie sie bei Werkzeugen für die Bearbeitung von metallischen Werkstücken, insbesondere für spanende Werkzeuge, generell gefordert wird. Auch die Belastungen, denen aneinander befestigte Werkzeuge und deren Teile ausgesetzt sind, sowie die geforderte Präzision sind nicht mit den Belastungen beim Zusammenhalten von Möbelteilen und der für Möbel erforderlichen Präzision vergleichbar.
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Für den Eingriff an dem anderen Teil kann der Bolzen ein Gewinde oder einen zweiten Bolzenkopf aufweisen, der an dem von dem ersterwähnten Bolzenkopf, welcher mit der spiralförmig verlaufenden Spannfläche in Eingriff tritt, entgegengesetzten Ende des Bolzens vorgesehen ist.
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In einer Ausführungsform bestehen die Lagerfläche und die Gleitfläche jeweils aus einem oder mehreren bezüglich der Achse rotationssymmetrischen Flächen bzw. Flächenabschnitten. Insbesondere können Lagerfläche und Gleitfläche, abgesehen von erforderlichen Aussparungen und Schlitzen, Zylinder- oder Kegelmantelflächen sein.
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Für das feste Verbinden der beiden Teile ist der Bolzenschaft in der Stütz- oder Anlagefläche eines der Teile fixiert und der Bolzenkopf wird in der Innenaussparung des Spannelementes angeordnet, sodass die Unterseite des Bolzenkopfes an der Spannfläche anliegt bzw. dieser gegenüberliegt, während die Gleitfläche an der Lagerfläche anliegt und jegliche von dem Bolzenkopf auf die Spannfläche ausgeübte Kraft über die Spannfläche, die Gleitfläche und die Lagerfläche auf die Anlagefläche übertragen wird, die dadurch ihrerseits an die Stützfläche angedrückt bzw. angepresst wird. Dabei gleitet durch Drehung des Spannelementes um die Achse der Aussparung der Bolzenkopf mit seiner Unterseite auf der Spannfläche entlang, deren Abstand zur Gleitfläche und damit auch zur Lagerfläche sich mit fortgesetzter Drehung des Spannelementes vergrößert, wodurch die zwischen den beteiligten Flächen ausgeübte Anpresskraft verstärkt wird und dadurch die Anlagefläche letztlich fest an die Stützfläche angepresst wird. Dabei können das Profil der Bolzenunterseite und das Profil der Spannfläche aneinander angepasst sein und auf diese Weise die betreffenden Teile in einer Richtung relativ zueinander zentrieren. Außerdem kann auch die Stützfläche bzw. können mehrere zueinander abgewinkelte Abschnitte von Stützfläche oder Anschlagfläche so ausgestaltet sein, dass durch die von der Bolzenunterseite auf das Spannelement und das betreffende Teil ausgeübte Kraft die beiden Teile relativ zueinander präzise ausgerichtet werden.
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Zur Vereinfachung der Montage kann weiterhin vorgesehen sein, dass in dem Spannelement ein weiterer, sich axial erstreckender Schlitz vorgesehen ist, der den in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz mit einer Außenseite des Spannelementes verbindet, wobei der Bolzenschaft beim Einsetzen des Spannelementes in die Aussparung durch den axialen Schlitz hindurch in den in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz einführbar ist. Auch das die Aussparung aufweisende Teil kann noch eine zusätzliche Bohrung oder auch einen Schlitz aufweisen, welche(r) die Aussparung mit der Anlagefläche verbindet. Zur Montage wird dann der Bolzen mit seinem Schaft in einem der beiden Teile so fixiert, dass er sich aus der Stützfläche bzw. aus der Anlagefläche heraus erstreckt und durch die Bohrung oder den Schlitz des anderen Teils in die in diesem Teil vorgesehene Aussparung erstreckt. Der Bolzenkopf liegt dann frei in der betreffenden Aussparung. Anschließend wird das Spannelement in die Aussparung eingesetzt, wobei der Bolzenschaft durch den axial verlaufenden Schlitz bzw. eine entsprechende Aussparung des Spannelementes hindurchtritt, bis der Bolzenkopf in der Innenaussparung liegt und der Bolzenschaft mit dem in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz des Spannelementes ausgerichtet ist. Danach wird das Spannelement um seine Achse bzw. die Achse der Lagerfläche 3 gedreht, wobei die Unterseite des Bolzenkopfes auf die Spannfläche aufgleitet. Durch fortgesetztes Drehen des Spannelementes werden dann die beiden Teile an- und miteinander verspannt, wie dies bereits beschrieben wurde. Anstelle eines axialen Schlitzes kann in dem Spannelement (ebenso wie analog in dem das Spannelement aufnehmenden, zu spannenden Werkzeugteil) eine radiale Öffnung vorgesehen sein, durch die der Bolzenkopf hindurchtreten kann und die an einem Ende des radialen Schlitzes mit diesem in Verbindung steht.
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Zweckmäßigerweise erstrecken sich die rotationssymmetrischen (bzw. die Achse definierenden) Abschnitte von Lagerfläche und äußerer Gleitfläche jeweils über mindestens 180°, vorzugsweise über jeweils mindestens 270°. Ein entsprechend großer Winkelbereich ermöglicht es, dass der Spannweg, der das in der gesamten Verbindungsvorrichtung vorhandene Spiel, welches durch einen entsprechenden Spannweg überbrückt werden muss, auf einen relativ großen Drehwinkel des Spannelementes zu verteilen, was zu einer entsprechenden Übersetzung der für das Drehen des Spannelementes aufgewandten Kraft in eine entsprechend große Spannkraft führt.
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Dabei nimmt der Abstand der Spannfläche von der äußeren Gleitfläche, ausgehend von der Verbindung des axialen Schlitzes zu dem in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz in einer Drehrichtung kontinuierlich zu. Bevorzugt ist dabei eine kontinuierliche Zunahme des Abstandes zwischen Spannfläche und Gleitfläche von mindestens 0,2 mm pro 180° und höchstens 3 mm pro 180°. Noch bevorzugter ist es, wenn die kontinuierliche Zunahme des Abstandes zwischen Spannfläche und Gleitfläche höchstens 1 mm pro 180° und vorzugsweise höchstens 0,5 mm pro 180° beträgt. Bei aus Werkzeugstahl oder anderen Werkzeugmetallen bestehenden Werkzeugen ist es möglich, die Teile mit einer entsprechenden Präzision herzustellen, so dass ein Spannweg von 0,5 mm ohne Weiteres ausreicht, um einerseits die Spannelemente (vornehmlich den Bolzenkopf und die Spannfläche) miteinander in Eingriff zu bringen und andererseits auch das gegebenenfalls vorhandene Spiel zwischen den beteiligten Elementen durch den maximalen Spannweg von 0,5 mm vollständig zu beseitigen und eine feste Klemmung sicherzustellen.
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Die Spannfläche sollte sich dabei über einen Umfangswinkel von mindestens 60°, vorzugsweise über einen Umfangswinkel von mehr als 180° und insbesondere über einen Umfangswinkel von mindestens 270° erstrecken.
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Wie bereits erwähnt, ermöglich dies eine maximale Kraftübersetzung bei gegebenem Spannweg.
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Zweckmäßigerweise ist das Profil der Spannfläche dem Profil des Bolzenkopfes bzw. dem Profil der Unterseite des Bolzenkopfes angepasst. Insbesondere kann ein solches Profil im Wesentlichen trapezförmig sein. Die Trapezform erlaubt eine entsprechend großflächige Anlage der Spannfläche an der Unterseite des Bolzenkopfes. Es versteht sich, dass die Unterseite des Bolzenkopfes ebenso gut auch sphärisch sein könnte, wobei Bolzenunterseite und Spannfläche vorzugsweise Formen und Ausgestaltungen haben, die mindestens einen linienförmigen Kontakt, oder allgemeiner gesprochen eine gute Gleitfähigkeit und eine gute Kraftübertragung ohne nennenswerte Verformung oder Verschleiß gewährleisten.
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Weiterhin ist an dem Spannelement zweckmäßigerweise ein Betätigungselement zum Drehen des Spannelementes um seine Achse bzw. um die Achse der Gleitfläche vorgesehen. Das Spannelement kann beispielsweise die Form eines flachen Zylinders haben, wobei die Innenaussparung zu einer Stirnseite des Zylinders hin mindestens teilweise offen ist, was insbesondere dann erforderlich ist, wenn der Bolzen nicht vom Zentrum der Innenaussparung her eingeführt werden kann oder soll, sondern seitlich durch entsprechende Öffnungen bzw. einen entsprechenden Schlitz in das Spannelement eingeführt werden soll.
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Die Innenaussparung kann und sollte aber zu einer Stirnseite des Zylinders hin auch teilweise bzw. weitgehend oder vollständig geschlossen sein, was die Stabilität des Spannelementes verbessert. Die zu einer Seite hin offene Innenaussparung kann beispielsweise auch durch einzelne Stege überbrückt sein, um dem gesamten Spannelement mehr Stabilität zu verleihen.
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Statt zur Stirnseite oder quer zur der durch den spiralförmigen Verlauf der Spannfläche definierten Ebene kann die Innenaussparung, vorzugsweise in der Nähe des Anfangsabschnitts der Spannfläche (7), eine radiale Durchgangsöffnung zur Lagerfläche (5) für das Hindurchführen des Bolzenkopfes (13) aufweisen.
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Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der beim Zusammensetzen der Teile der Bolzenkopf problemlos radial zugeführt werden kann oder wenn der Bolzen zunächst noch nicht an einem der Teile fixiert ist, sondern durch miteinander fluchtende Bohurngen Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt eines scheibenförmigen Grundkörpers eines Fräsers mit einseitigen Aussparungen für Kassetten in einer Seitenansicht,
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2 den vorgenannten Ausschnitt eines scheibenförmigen Fräsers mit eingesetzten Kassetten in einer Seitenansicht,
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3 eine Ausschnittvergrößerung aus 1 mit einem am Ende einer Innenaussparung aufgenommenen Bolzenkopf,
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4 eine weitere Ausschnittvergrößerung des zweiten Teiles bzw. der Kassette 10 mit dem eingesetzten Spannelement aus 3,
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5 eine Schnittansicht durch das zweite Teil 10 und das Spannelement 4 entlang der Schnittlinie V-V in 4,
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6 eine weitere Ausführungsform, bei welcher mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Schneideinsatz in seinem Sitz befestigt wird, und
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7a, b eine weitere Ausführungsform zur Befestigung eines Schneideinsatzes mit einem Doppelkopfbolzen
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Man erkennt in den 1 und 2 jeweils in einer Seitenansicht einen Ausschnitt aus einem Scheibenförmigen Grundkörpers 20, an dessen Peripherie eine oder mehrere Aussparungen zur Aufnahme von Kassetten 10 vorgesehen sind, die hier zur Unterscheidungen von Aussparungen 2 in Kassetten 10 als Aufnahmen 21 bezeichnet werden. Die Aufnahme 21 sind begrenzt durch eine Seitenfläche 24 sowie die untere Stützfläche 22 und die stirnseitigen Anschlagflächen 23. Man erkennt in den 1 und 2 auch einen in der unteren Randfläche der Aufnahme 21 fixierten und aus dieser hervorstehenden Bolzen mit einem Kopf 13 und einem Schaft 11.
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Wie man in 3 sieht, sind die Aufnahmen 21 der Form von Kassetten 10 angepasst und weisen in dieser Seitenansicht leicht keilförmig bzw. trapezförmig aufeinander zulaufende Stirnseiten 23 auf, zwischen denen gemäß 2 eine Kassette 10 mit geringfügigem Übermaß angeordnet ist, sodass ein radiales Hineinziehen der Kassette 10 in die Aufnahme 21 zu einer festen Anlage der stirnseitigen Flächen 23 der Kassette an den entsprechenden Flächen der Aufnahme führt und damit die Position der Kassette in Umfangsrichtung exakt definiert ist. Die entsprechenden Anlageflächen der Aufnahme 21 und die Randflächen entlang des Außenumfangs der Kassette 10 können auch im Querschnitt ein dachförmiges Profil haben, um eine präzise Ausrichtung auch in axialer Richtung zu gewährleisten. Die für das Hineinziehen der Kassette 10 in die Aufnahme 21 erforderliche Spannkraft, um die Anlagefläche 12 zur festen Anlage an die Stützfläche 22 zu bringen, wird durch die Spannvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht. Anstelle der beiden trapezförmigen Stirnseiten kann auch nur eine dieser Seiten 23 für einen Kontakt vorgesehen sein, während die Aussparung am anderen Ende offen ist oder die Kassette jedenfalls nicht in Kontakt mit der zweiten Seite 23 kommt. Durch eine entsprechende Positionierung des Bolzens 11 relativ zu einem Schlitz 19 (siehe 5) in der Kassette und relativ zu dem der Stützfläche 22 nächsten Punkt der Lagerfläche erreicht man dann, dass beim Spannen des Spannelementes 4 die Kassette nicht nur gegen die Stützfläche, sondern auch in Anlage an eine Stirnfläche 23 gezogen bzw. gedrückt wird.
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3 und der weiter vergrößerte Ausschnitt gemäß 4 zeigen einen Bolzenkopf 13, der in einem Anfangsabschnitt der Innenaussparung 6 eines Spannelementes 4 angeordnet ist, welches seinerseits in einer Aussparung 2 der Kassette 10 aufgenommen ist. Mindestens der in der Darstellung der 2 untere Abschnitt der Lagerfläche 3 definiert eine zentrale Achse 15 bzw. ist rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse 15 senkrecht zur Papierebene, deren Lage durch ein Kreuz markiert ist. Dieser einen Teil einer rotationsymmetrischen Fläche bildende Abschnitt, und vorzugsweise die insgesamt rotationsymmetrische Innenfläche der Aussparung 2 definiert die Achse 15 und die eine Achse definierende Lagerfläche 3. Analog bildet auch ein vergleichbar großer Abschnitt der Gleitfläche 5, beginnend im Bereich des axialen Schlitzes 17, mindestens einen Teil einer rotationssymmetrischen Fläche bezüglich derselben Achse 15, d. h. die entsprechenden Abschnitte der Lagerfläche 3 und der Gleitfläche 5 haben im Wesentlichen denselben Radius und dieselbe Achse 15 und sie liegen in Gleitpassung aneinander an, auch wenn ein Spiel zwischen diesen beiden Flächen in den Figuren zur Verdeutlichung der getrennten Teile erheblich übertrieben dargestellt ist. Vorzugsweise sind die Flächen 3, 5 vollständig umlaufende rotationsymmetrische Flächen, insbesondere Zylinderflächen, abgesehen von Aussparungen für den Hindurchtritt des Bolzenschaftes 11. Sie könnten jedoch auch auf einen Winkelabschnitt zwischen beispielsweise 90° und 270° beschränkt sein, solange eine ausreichende Drehung des Spannelementes 4 in der Aussparung 2 um die Achse 15 möglich bleibt.
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In einer Ausführungsform können die Gleitfläche 5 und die Lagerfläche 3 auch konische Flächen (Kegelmantelflächen) sein, wodurch beim Festspannen eine zusätzliche axiale Kraft auf die Kassette ausgeübt wird, durch welche (bei entsprechender Ausrichtung der Konusfläche) die Kassette zusätzlich an die Seitenwand 24 angedrückt wird.
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Die Innenaussparung 6 hat, beginnend im Bereich des axialen Schlitzes 17, einen in etwa spiralförmigen Verlauf, d. h. der Abstand der Spannfläche 7 von der Gleitfläche 5 nimmt in Umfangsrichtung und ausgehend von dem Beginn der Spannfläche 7 bei dem Schlitz 17 kontinuierlich zu. Analog dazu nimmt der Abstand bzw. Radius der Spannfläche 7 von der Achse 15 kontinuierlich ab Soweit die Spannfläche 7 relativ zur Achse 15 geneigt ist, wie man dies insbesondere im Schnittbild gemäß 5 erkennt, gilt dies jeweils für eine Line auf der Spannfläche, welche in einer Ebene senkrecht zur Achse 15 verläuft.
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Allerdings gilt dies nicht mehr, wenn man durch den Eingriff zwischen Bolzenkopf 13 und Spannfläche 7 zusätzlich eine Spannkraft in axialer Richtung erzeugen möchte, um die Kassette 10 auch an die Rückwand der Aufnahme 21 anzudrücken. In diesem Fall müsste nämlich die Spannfläche 7 zusätzlich auch in axialer Richtung variieren, ähnlich dem Verlauf eines Gewindegangs. Die in Umfangsrichtung spiralförmig zur Achse 15 hin ansteigende Linie auf der Spannfläche 7 ist dann allgemeiner jeweils durch denselben Kontaktpunkt mit einem beliebigen, festen Punkt an der Unterseite des Bolzenkopfes 13 zu definieren. Eine Alternative oder Ergänzung zu letzterer Ausgestaltung bietet die bereits beschriebene Variante mit konischen Lager- und Gleitflächen 3 bzw. 5.
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Im Zentrum des Spannelementes, welches insgesamt die Kontur eines flachen Zylinders hat, ist in der freiliegenden Stirnseite ein Innensechskant 18 zum Ansetzen eines Werkzeuges vorgesehen, mit dessen Hilfe das Spannelement um die Achse 15 gedreht werden kann, wobei die Unterseite 14 des Bolzenkopfes 13 auf der Spannfläche 7 entlanggleitet. Da sich die Gleitfläche 5 auf der Lagerfläche 3 abstützt und die Lagerfläche 3 wiederum Teil der Kassette 10 ist, deren Anlagefläche 12 der Stützfläche 22 gegenüberliegt und sich ebenfalls auf dieser abstützt, wird der auf der Spannfläche 7 gleitende Bolzenkopf 13 bei einer entsprechenden Drehung des Spannelementes 4 bezüglich der Anlagefläche 12 nach oben gezogen, sodass entsprechend die Stützfläche 22 an die Anlagefläche 12 herangezogen oder auch umgekehrt die Kassette 10 mit ihrer Anlagefläche 12 an die Stützfläche 22 heran- und in die Kassettenaufnahme 21 hineingezogen wird.
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Der maximale Spannweg, d. h. das durch den Spannvorgang maximal überwindbare Spiel zwischen den einzelnen Elementen der Spannvorrichtung wird dabei durch die Variation des Abstandes der Spannfläche 7 von der Gleitfläche 5 bzw. zur Achse 15 hin definiert. Es versteht sich, dass dann, wenn die Spannfläche 7 ein nicht-ebenes, zur Gleitfläche 5 nicht paralleles Profil hat, der entsprechende Spannweg durch die Variation des Abstandes einer entsprechenden durch denselben Kontaktpunkt mit dem Bolzenkopf definierten Linie auf der Spannfläche 7 zu der Gleitfläche 5 bestimmt wird.
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Anhand des Schnittbildes gemäß 5 lassen sich nochmals die Geometrie und auch die Montage und Funktionsweise der erfindungsgemäßen Spann- und Verbindungsvorrichtung nachvollziehen. Die Schnittansicht der 5 entspricht im Wesentlichen dem Verlauf der Linie V-V in 4. Man erkennt unter anderem einen Teil eines scheibenförmigen Fräsergrundkörpers 20, an dessen Peripherie eine hier im Schnitt rechteckige Aufnahme 21 zur Aufnahme einer Kassette 10 ausgebildet ist. Die Kassette 10 weist in ihrem Querschnitt sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung ein gewisses Übermaß gegenüber der Aufnahme 21 auf. An der Peripherie der Kassette können wiederum hier nicht dargestellte Schneidplatten oder dergleichen angeordnet sein.
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Die Kassette 10 weist ihrerseits eine Aussparung 2 auf, die im Querschnitt der 2 rechteckig erscheint und in der Draufsicht von links kreisförmig ist, d. h. die Aussparung 2 hat die Form eines flachen zylindrischen Hohlraums, wobei die Aussparung 2 über eine weitere schlitzförmige Öffnung 19 auch zur gegenüberliegenden Seite der Kassette hin offen ist, und wobei diese Aussparung oder schlitzförmige Öffnung 19 dazu dient, beim Einschieben der Kassette 10 in die Aufnahme 21 den aus der Fläche 22 hervorstehenden Abschnitt des Bolzens, d. h. einen Teil des Bolzenschaftes 11 und den Bolzenkopf 13 aufzunehmen, sodass der Bolzen nach dem vollständigen Einsetzen der Kassette 10 in die Aufnahme 21 in etwa die in den 4 und 5 dargestellte Position einnimmt. Dabei liegt der Bolzenkopf 13 zunächst in der Aussparung 2 frei, bevor anschließend auch das Spannelement 4 in die Aussparung 2 eingesetzt wird. Das Spannelement 4 hat entsprechend der Aussparung 2 im Wesentlichen die Kontur eines flachen Zylinders, mit einem sich von der Zylindermantelfläche her radial nach innen erstreckenden Schlitz 8, der sich in Umfangsrichtung beispielsweise über etwa 270° erstrecken kann. Im Inneren des Spannelementes 4 ist der Schlitz 8 zur Ausbildung der bereits erwähnten Innenaussparung 6 aufgeweitet, wobei die Innenaussparung im Querschnitt dachförmige bzw. eine Trapezform definierende Anlageflächen 7 aufweist. Die Aussparung 6 hat demnach in etwa die Form eines Rechteckes mit darin angesetzten Schrägflächen, welche die Spannflächen 7 bilden. Der Bolzenkopf 13 hat eine Unterseite 16, deren Neigung im Profil genau der Neigung der Spannfläche 7 entspricht. Auch das Spannelement 4 weist auf der in der 5 rechten unteren Seite noch einen zur rechten Außenseite hin, d. h. axial verlaufenden, Schlitz 17 auf, der dazu dient, den Bolzenkopf 13 aufzunehmen bzw. hindurchzulassen, wenn das Spannelement in die Aussparung 2 eingesetzt wird. Dies entspricht der in 3 dargestellten Position des Bolzens am Ende der Innenaussparung 6 und in Flucht mit dem Schlitz 17 und gleichzeitig auch in Flucht mit dem Schlitz 19.
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Es versteht sich, dass bei und nach dem Verdrehen des Spannelementes 4 die Schlitze bzw. Öffnungen 17 und 19 nicht mehr miteinander fluchten.
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Wie schon erwähnt, könnten anstelle der radialen Schlitze 17 und 19 auch radiale Öffnungen im Spannelement 4 bzw. der Kassette 10 für den Durchtritt des Bolzenkopfes 13 vorgesehen sein, der dann durch Drehen des Spannelementes auf der und über die Spannfläche hinweg bewegt wird.
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Um die Innenaussparung 6 einfacher herstellen zu können, kann es zweckmäßig sein, wenn die Innenaussparung entlang ihrer gesamten Umfangserstreckung auch in axialer Richtung zu einer Seite hin offen ist, dabei kann die Innenaussparung aber an einigen Zwischenpositionen auch durch verbleibende Wandabschnitte überbrückt sein, die auch nachträglich angebracht werden können. Da das Spannelement mit seiner Gleitfläche 5 in der Lagerfläche 3 passend geführt ist, hat auch der Abschnitt der Spannfläche 7, welcher auf der offenen Seite einer solchen Aussparung 6 liegt, eine ausreichende Stabilität und hat überdies mit dem übrigen Teil des Spannelementes eine feste Verbindung über denjenigen Abschnitt, der nicht von der spiralförmigen Innenaussparung 6 erfasst ist.
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Nachdem die Kassette 10 und das Spannelement 4 in die in 3 und 4 dargestellte Position gebracht worden sind, kann das Spannelement 4 mit Hilfe eines Sechskantschlüssels, der in die Sechskantaussparung 18 eingesetzt wird, um die Achse 15 gedreht werden, wobei die Unterseite 16 des Bolzenkopfes auf der Spannfläche 7 gleitet und aufgrund des Anstieges der Gleitfläche 7 relativ zu der Fläche 22 der Aufnahme 21 eine nach unten gerichtete Spannkraft auf die Spannfläche 7 und über das Spannelement 4 und die Gleitfläche 5 auch auf die Lagerfläche 3 und von dort über die Kassette 10 auf die Stützfläche 22 ausüben, sodass Anlagefläche 12 der Kassette und Stützfläche 22 fest aneinander gepresst werden. Bei größeren und aufwendigen Werkzeugen, könnte die Unterseite des Bolzenkopfes auch mit Kugeln oder Walzen ausgestattet sein, die auf der Spannfläche abrollen. Der Begriff „Gleiten” in Bezug auf die Bewegung des Bolzenkopfes relativ zur Spannfläche ist daher weit auszulegen, so dass auch Abroll- oder Wälzbewegungen davon umfasst sind.
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Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. deren Verwendung ist in 6 dargestellt. In 6 ist mit der Bezugszahl 40 ein beliebiges Schneidwerkzeug, wie zum Beispiel ein Drehstahl oder auch ein Bohrer- oder Fräserkörper abstrakt dargestellt, welcher einen Sitz 48 für einen Schneideinsatz 60 aufweist. Auch hier ist in dem Werkzeugkörper 40 wieder eine Aussparung 42 vorgesehen, in welcher völlig analog zu der vorangehenden Ausführungsform ein Spannelement 44 angeordnet ist. Die Aussparung 42 und das Spannelement 44 können im Wesentlichen die gleiche Form und Ausgestaltung mit einer Lagerfläche 43 und einer darauf unter Drehung des Spannelementes 44 gleitenden Gleitfläche 45 haben wie in den vorangehenden Ausführungsformen. In diesem Fall ist jedoch der Bolzen 49 nicht in dem zweiten Werkzeugteil fixiert, welches im vorliegenden Fall durch einen Schneideinsatz 60 gebildet wird, sondern erstreckt sich lediglich durch eine Bohrung 41 zwischen der Aussparung 42 und dem Werkzeugsitz 48 und weiter durch eine zentrale Bohrung 61 des Schneideinsatzes 60 hindurch. Es versteht sich, dass der Bolzenkopf in der Draufsicht nicht kreisrund sondern eher elliptisch ist mit dem kleineren Durchmesser senkrecht zur Papierebene, um im verkippten Zustand durch die Bohrung 61 hindurch zu passen.
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Wenn der Bolzen 49 im gelösten Zustand genügend axiales Spiel hat um eine Verkippung des Schneideinsatzes 60 bis zu einer Ausrichtung der Achse der Bohrung 61 parallel zur Achse der Bohrung 41 zu ermöglichen, kann auch der Durchmesser der Bohrung 41 an den Durchmesser des Bolzens 49 angepasst sein, d. h. der Schaft des Bolzens in der Bohrung benötigt dann keinerlei radiales Spiel mehr, soweit auch der Bolzenkopf 53 durch die Bohrung 41 hindurchpasst., Der Bolzen 49 weist neben dem Schaft 51 und dem Kopf 53 auch noch an seinem anderen Ende einen abgewinkelten Kopf 52 auf, der gerade so bemessen und ausgestaltet ist, dass er in der in 6 dargestellten Ausrichtung des Bolzens 49 nicht durch die Öffnung 61 hindurchpasst, sondern fest in einer konischen Erweiterung der Bohrung 61 anliegt, die an der Oberfläche des Schneideinsatzes 60 mündet. Aufgrund der Abwinkelung des Bolzenkopfes 52 bezüglich der Bolzenachse bzw. bezüglich einer Senkrechten zur Bolzenachse kann aber dennoch das senkrecht zu der Achse des Bolzens gemessene Durchmessermaß d1 des Bolzenkopfes 52 kleiner sein als der Durchmesser d2 der Bohrung 61.
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Nach dem Lösen des Spannelementes 44, notfalls auch erst nach Austritt oder teilweisem Austritt des Bolzenkopfes 53 aus der entsprechenden radialen Öffnung des Spannelementes, kann daher die Achse der Bohrung 61 mit der Achse des Bolzens 49 ausgerichtet werden und der Bolzenkopf 52 am anderen Ende des Bolzens 49 kann dann durch die Bohrung 61 hindurchgeführt werden, weil in dieser Ausrichtung das Quermaß bzw. Durchmessermaß d1 des Bolzenkopfes 52 kleiner ist als der Durchmesser d2 der Bohrung 61. Dies ermöglicht es, den Schneideinsatz 60 zu wechseln, ohne den Bolzen 49 mit seinem Bolzenkopf 53 vollständig aus dem Spannelement 44 herauszuziehen. Der Bolzenkopf 53 kann hierzu auch in dem Spannelement 44 so gesichert werden, dass er unverlierbar ist. Das für die Axialbewegung des Bolzens 49 durch das Spannelement 44 insgesamt vorgegebene Spiel muss nur ausreichen, um die Bohrung 61 mit der Achse des Bolzens 49 mehr oder weniger parallel ausrichten zu können, um den Bolzenkopf 52 durch die Bohrung 61 hindurchführen zu können.
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Die 7a und 7b zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei wiederum ein Schneideinsatz 60 an einem Schneideinsatzhalter 40' befestigt und mit Hilfe der erfindungsgemäßen Spannvorrichtung positioniert und fixiert wird. Auch in diesem Fall ist wieder ein Bolzen 49 mit zwei Bolzenköpfen 52 und 53 vorgesehen, wobei in diesem Fall der Schaft 51 des Bolzens 49 in enger Passung in einer Bohrung 41' des Schneideinsatzhalters 40' geführt ist. Gleichzeitig ist, wie man in 7b erkennt, die Bohrung 41' relativ zu der Bohrung 61 eines Schneideinsatzes bei Anlage des Schneideinsatzes an den seitlichen Stützflächen 23' in Richtung des Eckübergangs zwischen diesen Anlageflächen 23' versetzt, sodass beim Festspannen der Schneideinsatz 60 nicht nur gegen die Stützfläche 22', sondern auch gegen die beiden rechtwinklig zueinander angeordneten Anlageflächen 23' gedrückt wird. Auch bei dieser Ausführungsform könnte der Außendurchmesser des Bolzenkopfes 52 kleiner als der Durchmesser der Bohrung 41' sein.
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Es versteht sich, dass 7a, 7b nur schematischer Natur sind, sodass beispielsweise Freistiche in den Ecken des Sitzes 48 und andere Details ebenso wie die relativen Maßverhältnisse nicht bzw. nicht naturgetreu wiedergegeben sind.
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Es versteht sich, dass die konkreten Darstellungen in den Figuren im Wesentlichen schematischer Natur sind und aus den konkreten Abmessungen, Formen und Winkeln nicht zwingend auf die tatsächlichen Ausführungsformen geschlossen werden kann, auch wenn eine 1:1-Umsetzung der Maße und Formen in den Figuren durchaus möglich wäre.
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Unabhängig von den nicht zwingend vorhandenen Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können zur Verringerung der Gleitreibung beim Verspannen zweier Werkzeugteile die Lagerfläche und die Gleitfläche aus unterschiedlichen Materialien bestehen, ganz oder teilweise beschichtet oder bearbeitet sein und/oder bestimmte geometrische Ausgestaltungen aufweisen (zum Beispiels eine Kombination aus zylindrischer Fläche und Wellenform (wobei die Wellenberge die Drehachse definieren). Analoges gilt auch für die Materialien und/oder Oberflächenbeschichtung und/oder Bearbeitung der Spannfläche und der Unterseite des Bolzenkopfes.
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Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
