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Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit innenliegenden, spiralförmig verlaufenden Kühlmittelkanälen mit sich veränderndem Steigungswinkel.
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Aus der
DE 40 21 383 A1 sind bereits ein Hartmetall- oder Keramikstab, ein Verfahren zu seiner Herstellung und ein Strangpresswerkzeug zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Dieser Hartmetall- oder Keramikstab weist mindestens eine schraubenförmige Innenbohrung und eine glatte Außenfläche auf. Zur Herstellung dieses Stabes wird plastifizierte Strangpressmasse durch eine Düse mit glattem Kanal gepresst. Innerhalb der Düse ist eine Dralleinrichtung eingerichtet. Diese Dralleinrichtung zwingt der Strangpressmasse eine Drallbewegung auf oder aber die Dralleinrichtung wird durch die Strangpressmasse in Drehung gesetzt. In den Massenstrom ragt fadenförmiges Material oder es wird über die Kanäle fadenförmiges Material in den Massenstrom eingepresst. Dieses Material folgt der Drall- bzw. Drehbewegung und erzeugt die schraubenförmigen Innenbohrungen. Das Strangpresswerkzeug weist einen innenliegenden Dorn auf, an dem die Dralleinrichtung, die als Drallschnecke ausgebildet ist, drehfest oder drehbar angeordnet ist.
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Aus der
DE 199 42 966 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Sintermetall-Rohlings mit innenliegenden, wendelförmigen Ausnehmungen bekannt. Bei diesem Verfahren wird der mit plastischer Konsistenz vorliegende Körper zunächst mit einem im Wesentlichen geradlinigen Verlauf der Innenausnehmung hergestellt. Anschließend wird der Körper auf eine bestimmte Länge abgelängt und schließlich unter Abstützung über seine ganze Länge auf einer Auflage mittels einer Reibflächenanordnung einer Wälzbewegung unterworfen, deren Geschwindigkeit sich über die Länge des Körpers linear und stetig ändert, so dass der Körper gleichmäßig verdrillt wird.
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Aus der
DE 100 40 309 C1 sind ein Herstellungsverfahren für einen Sinterstab und ein Sinterstab bekannt. Zur Herstellung dieses Sinterstabes mit einer Stabachse wird pastöses Sintermaterial extrudiert. Dabei wird in das Sintermaterial mindestens ein parallel und exzentrisch zur Stabachse verlaufender Kanal mit einem Kanalquerschnitt eingebracht, der nicht kreisförmig ist. Der Kanal weist ferner eine Außenkante auf, die nicht konzentrisch zur Stabachse verläuft. Eine ggf. vorhandene Längsachse des Kanals verläuft ebenfalls nicht konzentrisch zur Stabachse. Das extrudierte Sintermaterial wird auf eine Stablänge abgelängt und dann mit einem über die Stablänge konstanten Drall verdrallt. Das verdrallte Sintermaterial wird schließlich zum Sinterstab gesintert.
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Aus der
DE 102 02 954 A1 sind ein stabförmiger Bohrer und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt. Dieser stabförmige Bohrer besteht aus Hartmetall oder Keramik und weist in Längsrichtung einen ersten und einen zweiten Endbereich auf, wobei der zweite Endbereich mit einer Schneidkante versehen ist. Des Weiteren weist der Bohrer in Längsrichtung an seinem Außenumfang mindestens eine Spankammer auf. Ferner hat er mindestens eine in Längsrichtung verlaufenden Innenausnehmung, durch welche Kühlflüssigkeit oder Schmiermittel in den Schneidenbereich des Bohrers gebracht werden kann. Die Querschnittsfläche der Innenausnehmung im zweiten Endbereich des Bohrers ist größer als die Querschnittsgröße der Innenausnehmung im ersten Endbereich des Bohrers.
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Aus der
DE 10 2008 033 413 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus plastischer Masse bestehenden kreiszylindrischen Körpers mit innenliegenden wendelförmigen Ausnehmungen bekannt. Dieser Körper wird zunächst mit einem geradlinigen Verlauf der Innenausnehmung hergestellt, beispielsweise extrudiert. Danach erfolgt ein Ablängen des Körpers auf eine bestimmte Länge. Anschließend wird der abgelängte Körper unter Abstützung über seine ganze Länge auf einer Auflage mittels einer Reibflächenanordnung einem Wälzvorgang unterworfen. Dieser Wälzvorgang erfolgt in mehreren Schritten, wobei in einem ersten Schritt eine Wälzbewegung unter Verwendung einer ersten Drehachse und in einem zweiten Schritt eine Wälzbewegung unter Verwendung einer zweiten, von der ersten Drehachse verschiedenen Drehachse erfolgt.
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Alle vorgenannten Verfahren sind derart ausgelegt, dass beim resultierenden Endprodukt die innenliegenden, wendelförmigen Ausnehmungen über die gesamte Länge des resultierenden Endproduktes einen konstanten Steigungswinkel aufweisen, wobei der Steigungswinkel der Winkel zwischen der Mittelachse des Endproduktes und dem Kanalverlauf ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mit innenliegenden, spiralförmig verlaufenden Kühlmittelkanälen ausgestattetes Schneidwerkzeug anzugeben, dessen Gebrauchsfähigkeit verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Schneidwerkzeug mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei einem Schneidwerkzeug, welches einen Schaftbereich und einen Arbeitsbereich aufweist und welches mit einem oder mehreren innenliegenden, spiralförmig um die Mittelachse verlaufenden, sich über die gesamte Länge des Schneidwerkzeugs erstreckenden Kühlmittelkanälen ausgestattet ist, der Steigungswinkel der Kühlmittelkanäle im Arbeitsbereich größer als im Schaftbereich.
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Die Vorteile eines derartigen Schneidwerkzeugs bestehen darin, dass der Austrittswinkel des jeweiligen Kühlmittelkanals im Arbeitsbereich des Schneidwerkzeugs, wo ein vergleichsweise großer Steigungswinkel vorteilhaft ist, an die dort während des Arbeitsbetriebes herrschenden Bedingungen angepasst werden kann, wobei durch den kleineren Steigungswinkel im Schaftbereich erreicht wird, dass dort der Transport des Kühlmittels durch den jeweiligen Kühlmittelkanal verbessert ist.
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Des Weiteren ist in vorteilhafter Weise der Steigungswinkel der Spankammer(n) an den Steigungswinkel der Kühlkanäle angepasst. Dies hat zur Folge, dass einerseits bezüglich der Gestaltung der Werkzeugschneide Spielraum geschaffen wird und dass des Weiteren wegen des kleineren Steigungswinkels im Schaftbereich der Abtransport der beim Schneidvorgang entstehenden Späne verbessert ist.
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Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figuren. Es zeigt
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1 eine Skizze eines stabförmig ausgebildeten Schneidwerkzeugs mit einem innenliegenden, spiralförmig verlaufenden Kühlmittelkanal mit sich veränderndem Steigungswinkel,
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2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Steigungslänge, dem Steigungswinkel und dem Durchmesser des Schneidwerkzeugs veranschaulicht,
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3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels über der Länge des Schneidwerkzeugs,
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4 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels über der Länge des Schneidwerkzeugs,
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5 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels über der Länge des Schneidwerkzeugs,
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6 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels über der Länge des Schneidwerkzeugs.
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Die 1 zeigt eine Skizze eines stabförmig ausgebildeten Schneidwerkzeugs S, welches einen innenliegenden, spiralförmig verlaufenden Kühlmittelkanal K mit sich veränderndem Steigungswinkel aufweist, wobei unter dem Steigungswinkel der Winkel zwischen der Mittelachse M des Schneidwerkzeugs S und dem Verlauf des Kühlmittelkanals K zu verstehen ist.
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Bei dem in der 1 dargestellten Schneidwerkzeug S handelt es sich um ein Bohrwerkzeug. Alternativ dazu kann es sich bei dem Schneidwerkzeug S auch um ein Fräswerkzeug oder ein Reibwerkzeug handeln.
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Vorzugsweise besteht ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug aus Hartmetall. Es kann jedoch alternativ dazu auch aus Keramik oder Stahl bestehen.
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Das in der 1 dargestellte Schneidwerkzeug S weist einen Schaftbereich SB und einen Arbeitsbereich AB auf, wobei im Arbeitsbereich AB eine Schneide vorgesehen ist, welche schräg verlaufende Schneidflächen SF aufweist.
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Wie aus der 1 ersichtlich ist, tritt der Kühlmittelkanal K an einer der Schneidflächen SF aus dem Schneidwerkzeug S aus und trifft im Ausgangsbereich in einem Winkel von etwa 90° auf diese Schneidfläche SF. Der zugehörige Steigungswinkel α4 des Kühlmittelkanals K im Arbeitsbereich AB liegt beispielsweise bei etwa 45°.
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Wie aus der 1 des Weiteren ersichtlich ist, beträgt der Steigungswinkel α1 des Kühlmittelkanals K im Schaftbereich SB beispielsweise etwa 15°, ist also kleiner als der im Arbeitsbereich AB vorliegende Steigungswinkel α4.
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Ferner ist aus der 1 ersichtlich, dass der Steigungswinkel des Kühlmittelkanals K vom Arbeitsbereich AB in Richtung des Schaftbereiches SB abnimmt. Es gilt: α4 > α3 > α2 > α1.
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Diese Abnahme des Steigungswinkels erfolgt vorzugsweise linear, sie kann aber auch bogenförmig oder stufenförmig ausgebildet sein, wie noch unten anhand der 3–6 erläutert wird.
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Das in der 1 gezeigte Schneidwerkzeug S weist nur einen einigen Kühlmittelkanal K auf. Ein Schneidwerkzeug gemäß der Erfindung kann jedoch alternativ dazu auch mehrere Kühlmittelkanäle aufweisen, beispielsweise zwei Kühlmittelkanäle, drei Kühlmittelkanäle oder vier Kühlmittelkanäle.
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Diese Kühlmittelkanäle haben vorzugsweise eine runde Querschnittsform, sie können jedoch alternativ dazu auch eine ovale oder eine eckige Querschnittsform aufweisen.
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Die 2 zeigt ein Diagramm, dass den Zusammenhang zwischen der Steigungslänge, dem Steigungswinkel und dem Durchmesser des Schneidwerkzeugs veranschaulicht. In diesem Diagramm ist nach oben die Steigungslänge l und nach rechts der Durchmesser D des Schneidwerkzeugs aufgetragen, wobei der Durchmesser des in der 1 veranschaulichten Schneidwerkzeugs D1 beträgt. Des Weiteren sind in der 2 Steigungslängen l1, l2, l3 und l4 markiert, wobei die Steigungslänge l1 dem Steigungswinkel α1, die Steigungslänge l2 dem Steigungswinkel α2, die Steigungslänge l3 dem Steigungswinkel α3 und die Steigungslänge l4 dem Steigungswinkel α4 zugehörig ist. Es ist ersichtlich, dass die Steigungslänge l umgekehrt proportional zum Steigungswinkel α ist. Je größer der Steigungswinkel ist, desto kleiner ist die jeweils zugehörige Steigungslänge. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gilt: α4 > α3 > α2 > α1; l4 < l3 < l2 < l1.
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Die 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels α des Kühlmittelkanals über der Länge SL des Schneidwerkzeugs. Es ist ersichtlich, dass der Steigungswinkel α vom Arbeitsbereich AB des Schneidwerkzeugs in Richtung des Schaftbereiches SB linear zwischen den Steigungswinkeln α4 und α1 abnimmt.
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Die 4 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels α des Kühlmittelkanals über der Länge SL des Schneidwerkzeugs. Es ist ersichtlich, dass der Steigungswinkel α vom Arbeitsbereich AB des Schneidwerkzeugs in Richtung des Schaftbereiches SB stufenförmig abnimmt.
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Die 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels α des Kühlmittelkanals über der Länge SL des Schneidwerkzeugs. Es ist ersichtlich, dass der Steigungswinkel α vom Arbeitsbereich AB des Schneidwerkzeugs in Richtung des Schaftbereiches SB bogenförmig abnimmt.
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Die 6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines vierten Ausführungsbeispiels für den Verlauf des Steigungswinkels α des Kühlmittelkanals über der Länge SL des Schneidwerkzeugs. Es ist ersichtlich, dass der Steigungswinkel α vom Arbeitsbereich AB des Schneidwerkzeugs in Richtung des Schaftbereiches wiederum bogenförmig abnimmt, wobei jedoch die Form des Bogens anders gewählt ist als bei dem in der 5 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel.
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Vorzugsweise handelt es sich bei den in den 5 und 6 veranschaulichten bogenförmigen Verläufen um exponentielle Verläufe.
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Bei allen vorgenannten Ausführungsbeispielen ist der Steigungswinkel des Kühlmittelkanals im Arbeitsbereich größer als im Schaftbereich.
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Die Außenmantelfläche des Schneidwerkzeugs ist bei dem in der 1 dargestellten Werkzeug glatt.
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Alternativ dazu können in die Außenmantelfläche des Schneidwerkzeugs jedoch auch eine oder mehrere Spankammern eingebracht sein. Diese Spankammern verlaufen vorzugsweise ebenfalls spiralförmig.
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Vorzugsweise ist der Steigungswinkel der Spankammern im Arbeitsbereich AB größer als im Schaftbereich SB des Schneidwerkzeugs. Dabei kann der Steigungswinkel der Spankammern in Anpassung an den Steigungswinkel des oder der innenliegenden Kühlmittelkanäle vom Arbeitsbereich AB in Richtung des Schaftbereiches SB linear abnehmen, bogenförmig abnehmen oder stufenförmig abnehmen.
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Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs gibt es verschiedene Möglichkeiten.
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Eine erste Möglichkeit besteht darin, das Schneidwerkezg unter Verwendung eines Strangpresswerkzeuges herzustellen, welches eine sich drehende Düse aufweist, wobei die sich drehende Düse mit sich verändernder Geschwindigkeit gedreht wird.
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Eine zweite Möglichkeit besteht darin, das Schneidwerkzeug mittels eines Lasersintervorganges herzustellen, bei welchem ein schichtweises Auftragsschweißen erfolgt.
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Eine dritte Möglichkeit besteht darin, das Schneidwerkzeug herzustellen, indem ein dünner pastöser Faden mäanderförmig Schicht für Schicht derart aneinandergefügt wird, dass Adhäsionskräfte einen soliden Schneidwerkzeugkörper entstehen lassen.
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Bezugszeichenliste
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- AB
- Arb eitsbereich
- D
- Durchmesser
- D1
- Durchmesser des Schneidwerkzeugs
- K
- Kühlmittelkanal
- M
- Mittelachse des Schneidwerkzeugs
- S
- Schneidwerkzeug
- SB
- Schaftbereich des Schneidwerkzeugs
- SF
- Schneidflächen des Schneidwerkzeugs
- SL
- Werkzeuglänge
- α
- Steigungswinkel
- l
- Steigungslänge
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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 4021383 A1 [0002]
- DE 19942966 A1 [0003]
- DE 10040309 C1 [0004]
- DE 10202954 A1 [0005]
- DE 102008033413 A1 [0006]
