DE102014225911B3

DE102014225911B3 - Kupplungsanordnung mit konischer Schraube

Info

Publication number: DE102014225911B3
Application number: DE102014225911.8A
Authority: DE
Inventors: Oskar Frey
Original assignee: NUBIUS Group Prazisionswerkzeuge GmbH
Current assignee: NUBIUS Group Prazisionswerkzeuge GmbH
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-12-16

Abstract

Kupplungsanordnung umfassend eine Werkzeugaufnahme zur Anordnung in einer Antriebsspindel einer Werkzeugmaschine und ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung mit einer senkrecht zu einer Rotationsachse angeordneten Stirnseite, an und/oder in deren Umfang wenigstens ein Schneidelement anordenbar ist, und umfassend eine Schraube zur Verbindung der Werkzeugaufnahme und des Werkzeugs wobei das Werkzeug eine konzentrisch zur Rotationsachse angeordnete Ausnehmung aufweist, wobei die Werkzeugaufnahme einen konzentrisch zur Rotationsachse angeordneten Vorsprung aufweist, wobei die Ausnehmung und der Vorsprung miteinander korrespondieren, wobei das Werkzeug eine konische Bohrung aufweist, die sich von der Stirnseite zu der Ausnehmung erstreckt, wobei in einem freien Ende des Vorsprungs eine konzentrisch zur Rotationsachse angeordnete Gewindebohrung vorgesehen ist, wobei die Schraube einen konischen Schraubenabschnitt aufweist, der mit der konischen Bohrung korrespondiert, und wobei die Schraube bei an der Werkzeugaufnahme angeordnetem Werkzeug durch die konische Bohrung in die Gewindebohrung einschraubbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung umfassend eine Werkzeugaufnahme zur Anordnung in einer Antriebsspindel einer Werkzeugmaschine und ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung mit einer senkrecht zu einer Rotationsachse angeordneten Stirnseite, an und/oder in deren Umfang wenigstens ein Schneidelement anordenbar ist, und umfassend eine Schraube zur Verbindung der Werkzeugaufnahme und des Werkzeugs.
Die DE 10 2013 105 206 A1 zeigt eine Kupplungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus der DE 102 24 228 A1 ist es bekannt, eine Wechselschneidplatte einer Reibahle mittels eines einen Grundkörper durchgreifenden Zugankers in einen Plattensitz einzuspannen, wobei der Zuganker mit einer Konusfläche an einer komplementären Stirnfläche des Grundkörpers anliegt.
Derartige Werkzeugaufnahmen sind aus dem Stand der Technik vielfach bekannt. Hierzu weisen die Werkzeugaufnahmen in der Regel einen Kegelschaft auf, der in einer Antriebsspindel einer Werkzeugaufnahme angeordnet werden kann. Wenn ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung mit wenigstens einer Schraube an einer Werkzeugaufnahme befestigt ist, kann die komplette Kupplungsanordnung von der Spindel der Werkzeugmaschine derart angetrieben werden, dass die Werkzeugaufnahme und das Werkzeug um eine gemeinsame Rotationsachse rotieren.
Insbesondere bei langen und dünnen Werkzeugen hat es sich dabei im Stand der Technik jedoch herausgestellt, dass eine steife und stabile Verbindung des Werkzeugs mit der Werkzeugaufnahme nicht ohne weiteres möglich ist. Bei kleinen Werkzeugdurchmessern ist es aus Platzgründen nicht möglich, das Werkzeug mit der Werkzeugaufnahme mittels einer Vielzahl von Schrauben zu verschrauben. Wenn ein Werkzeug an einer Werkzeugaufnahme nicht konzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist, kann es dabei zu Schwingungen oder zu einem Taumeln des Werkzeugs kommen, wenn die Werkzeugaufnahme von einer Spindel einer Werkzeugmaschine angetrieben wird. Darüber hinaus kann dann eine gute Bearbeitungsqualität nicht gewährleistet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Kupplungsanordnung bereitzustellen, welche eine einfache und stabile Verbindung eines Werkzeugs mit einer Werkzeugaufnahme ermöglichen kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Kupplungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine solche Kupplungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass das Werkzeug eine konische Bohrung aufweist, die sich von der Stirnseite zu der Ausnehmung erstreckt, wobei die Schraube einen konischen Schraubenabschnitt aufweist, der mit der konischen Bohrung korrespondiert, und wobei die Schraube bei an der Werkzeugaufnahme angeordnetem Werkzeug durch die konische Bohrung in die Gewindebohrung einschraubbar ist.
Der Außendurchmesser des Vorsprungs der Werkzeugaufnahme und der Innendurchmesser der Ausnehmung sind dabei vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass durch Aufstecken des Werkzeugs auf die Werkzeugaufnahme eine Zentrierung gewährleistet werden kann. Darüber hinaus ist die Schraube vorzugsweise durch die konische Bohrung des Werkzeugs so in die Gewindebohrung einschraubbar, dass eine Zentrierung und vollflächige Klemmung des Werkzeugs an der Werkzeugaufnahme erreicht werden kann. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn die konische Bohrung zur Rotationsachse einen Neigungswinkel aufweist, welcher dem Neigungswinkel des konischen Schraubenabschnitts der Schraube zur Rotationsachse entspricht.
Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Kupplungsanordnung sieht vor, dass das Werkzeug einen radial neben der Ausnehmung angeordneten Zentrierkonus aufweist, wobei die Werkzeugaufnahme einen radial neben dem Vorsprung angeordneten Zentriergegenkonus aufweist, wobei der Zentrierkonus und der Zentriergegenkonus miteinander korrespondieren.
Vorzugsweise ist der Zentrierkonus dabei konvex ausgebildet, wobei der Zentriergegenkonus vorzugsweise konkav ausgebildet ist. Es ist jedoch auch denkbar, den Zentrierkonus konkav auszubilden, wobei dann der Zentriergegenkonus konvex ausgebildet sein kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Zentrierkonus und der Zentriergegenkonus einen Neigungswinkel zur Rotationsachse aufweisen, der identisch oder nahezu identisch ist. Durch Vorsehen des Zentrierkonus und des mit dem Zentrierkonus korrespondierenden Zentriergegenkonus kann bei an der Werkzeugaufnahme angeordnetem Werkzeug eine zusätzliche Zentrierung des Werkzeugs an der Werkzeugaufnahme erreicht werden.
Vorteilhafterweise weist die Ausnehmung einen kreiszylindrischen Zentrierabschnitt und einen Mitnahmeabschnitt mit einem Mitnahmeprofil auf, wobei der Vorsprung einen kreiszylindrischen Gegenabschnitt und einen Mitnahmegegenabschnitt mit einem Mitnahmeprofil aufweist, wobei der Mitnahmeabschnitt mit dem Mitnahmegegenabschnitt korrespondiert und wobei der Zentrierabschnitt mit dem Zentriergegenabschnitt korrespondiert. Durch den Zentrierabschnitt und den Zentriergegenabschnitt der Ausnehmung bzw. des Vorsprungs kann die Zentrierfunktion der Ausnehmung bzw. des Vorsprungs bereitgestellt werden. Eine Drehmomentübertragung zwischen Werkzeugaufnahme und Werkzeug kann wiederum durch den Mitnahmeabschnitt der Ausnehmung und dem Mitnahmegegenabschnitt des Vorsprungs erreicht werden. Vorzugsweise sind dabei das Mitnahmeprofil des Mitnahmeabschnitts und des Mitnahmegegenabschnitts kleeblattartig ausgestaltet und weisen Auskehlungen und Vorsprünge auf, wobei jeweils die Auskehlungen des Mitnahmeprofils der Ausnehmung mit den Vorsprüngen des Mitnahmeprofils des Vorsprungs zusammenwirken und umgekehrt.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die Werkzeugaufnahme im Bereich des Zentriergegenkonus radial beabstandet vom Vorsprung mehrere, vorzugsweise drei zylindrische Mitnahmestifte aufweist, die sich in axialer Richtung erstrecken, wobei das Werkzeug im Bereich des Zentrierkonus radial beabstandet von der Ausnehmung mehrere, vorzugsweise drei zylindrische Mitnahmeausnehmungen aufweist, die sich in axialer Richtung erstrecken, wobei die Mitnahmestifte und die Mitnahmeausnehmungen miteinander korrespondieren.
Dabei ist denkbar, die Mitnahmestifte und Mitnahmeausnehmungen alternativ oder zusätzlich zum Mitnahmeabschnitt und Mitnahmegegenabschnitt vorzusehen, um auf diese Art und Weise eine Drehmomentübertragung von der Werkzeugaufnahme auf das Werkzeug zu erreichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mitnahmestifte mit den Mitnahmeausnehmungen derart, korrespondieren, dass eine Tiefe der Mitnahmeausnehmungen größer oder gleich einer Höhe der Mitnahmestifte ist, wobei ein Innendurchmesser der Mitnahmeausnehmungen gleich groß oder nur geringfügig größer gewählt ist, als ein Außendurchmesser der Mitnahmestifte. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mitnahmestifte und Mitnahmeausnehmungen kreiszylindrisch ausgebildet sind.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Kupplungsanordnung sieht vor, dass die Schraube einen Gewindeabschnitt und einen kreiszylindrischen Bolzenabschnitt aufweist, wobei der Bolzenabschnitt zwischen dem konischen Schraubenabschnitt und dem Gewindeabschnitt angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Gewindebohrung der Werkzeugaufnahme ebenfalls einen Gewindeabschnitt und einen kreiszylindrischen Bolzengegenabschnitt aufweist, wobei der Bolzenabschnitt und der Bolzengegenabschnitt derart ausgebildet sind, dass die Schraube in der Werkzeugaufnahme zentriert wird. Der Bolzenabschnitt bzw. der Bolzengegenabschnitt kann dann lediglich zur Zentrierung des Schraubenschafts in der Gewindebohrung genutzt werden. Eine Verschraubung erfolgt vorzugsweise lediglich am Gewindeabschnitt.
Vorteilhafterweise steht der Durchmesser des Vorsprungs bzw. der Ausnehmung zur Länge des Vorsprungs bzw. zur Tiefe der Ausnehmung in einem Verhältnis von etwa 0,5 bis 1,5. Die Länge bzw. Tiefe ist dabei die Erstreckung in Richtung der Rotationsachse, wobei der Durchmesser die Erstreckung senkrecht zur Rotationsachse ist. Durch ein derart gewähltes Verhältnis des Durchmessers zur Länge bzw. zur Tiefe der Ausnehmung bzw. des Vorsprungs kann eine sehr stabile Verbindung bereitgestellt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die konische Bohrung des Werkzeugs wenigstens eine Nut aufweist, die sich von der Stirnseite des Werkzeugs bis zu der Ausnehmung erstreckt und parallel zu einer Oberfläche der konischen Bohrung angeordnet ist. Die Nut kann dabei im Querschnitt U-förmig, V-förmig oder rechteckig ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Nut im Querschnitt ein beliebiges Profil aufweist. Bei in die konische Bohrung eingesetzter Schraube kann sich zwischen der wenigstens einen Nut und dem konischen Schraubenabschnitt ein Kühlmittelkanal ausbilden. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn die konische Bohrung des Werkzeugs mehrere Nuten aufweist. Besonders bevorzugt ist es ferner, wenn die Anzahl der Nuten der konischen Bohrung der Anzahl der Schneidelemente entspricht, so dass mittels der zwischen den Nuten und dem konischen Schraubenabschnitt ausgebildeten Kühlmittelkanäle Kühlmittel hin zu den Schneidelementen geleitet werden kann.
Besonders bevorzugt ist es auch, wenn die Schraube im Bereich ihres Schraubenkopfes einen Tellerbund aufweist. Der Tellerbund erstreckt sich dabei vorzugsweise in radialer Richtung, d. h. quer zur Rotationsachse vom konischen Schraubenabschnitt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Schraube an ihrem Schraubenkopf ein kleeblattartiges Schraubenmitnahmeprofil aufweist, wobei die Schraube dann mittels eines mit dem Mitnahmeprofil des Schraubenkopfes korrespondierenden Schraubendrehers betätigbar ist. Es ist jedoch auch grundsätzlich jede andere Art von Mitnahmeprofil denkbar.
Durch Vorsehen des Tellerbundes kann Kühlmittel, welches durch die Kühlmittelkanäle, die zwischen den Nuten der konischen Bohrung und dem konischen Schraubenabschnitt ausgebildet werden können, mittels des Tellerbundes nach radial außen, d. h. quer zur Rotationsachse hin zu Schneidelementen geleitet werden, die im Betrieb einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung in Eingriff stehen. Somit können die Schneidelemente in vorteilhafter Weise gekühlt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Kupplungsanordnung sieht vor, dass die Werkzeugaufnahme einen Kühlmitteleinlass und wenigstens einen Kühlmittelauslass aufweist, wobei der Kühlmitteleinlass fluidisch mit wenigstens einem Kühlmittelauslass verbunden ist, wobei der Kühlmittelauslass an einer Stirnseite des Vorsprungs angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Kühlmitteleinlass der Werkzeugaufnahme eine konzentrisch zur Rotationsachse angeordnete Kühlmitteleinlassbohrung ist, welche im Kegelschaft der Werkzeugaufnahme angeordnet ist, wobei der Kegelschaft der Werkzeugaufnahme wiederum in einer Spindel einer Werkzeugmaschine angeordnet werden kann und somit eine fluidische Verbindung zwischen Werkzeugmaschine und Werkzeugaufnahme bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise sind an der Stirnseite des Vorsprungs mehrere Kühlmittelauslässe vorgesehen. Besonders bevorzugt ist es, wenn drei bis sieben Kühlmittelauslässe vorgesehen sind, wobei die Anzahl der Kühlmittelauslässe je nach Durchmesser des Vorsprungs gewählt werden kann. Bei kleineren Durchmessern ist es denkbar, weniger Kühlmittelauslässe vorzusehen.
Ferner ist denkbar, dass die Werkzeugaufnahme einen Kühlmitteleinlass und wenigstens einen Kühlmittelauslass aufweist, wobei der Kühlmitteleinlass fluidisch mit dem wenigstens einen Kühlmittelauslass verbunden ist, wobei der Kühlmittelauslass in einem Übergangsbereich zwischen Zentriergegenkonus und Vorsprung angeordnet ist. Dabei sind vorzugsweise mehrere, weiter vorzugsweise drei Kühlmittelauslässe über den Umfangsbereich des Zentrierkonus verteilt vorgesehen.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Vorsprung an seiner Mantelfläche wenigstens eine, vorzugsweise drei in axialer Richtung verlaufende Nuten aufweist, die im Querschnitt vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet sind, wobei der wenigstens eine Kühlmittelauslass in die wenigstens eine Nut mündet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Kupplungsanordnung sieht vor, dass bei an der Werkzeugaufnahme angeordnetem Werkzeug zwischen einer Stirnseite des Vorsprungs und einem Grund der Ausnehmung ein Spalt ausgebildet wird. Der Spalt hat in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Rotationsachse, eine Höhe von etwa 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 2,5 mm, weiter vorzugsweise von etwa 1,5 mm. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Spalt so groß gewählt ist, dass Kühlmittel bei an der Werkzeugaufnahme angeordnetem Werkzeug durch den Spalt von den Kühlmittelauslässen in der Stirnseite des Vorsprungs hin zu den Nuten in der konischen Bohrung des Werkzeugs geleitet werden kann. Die Tiefe der Ausnehmung ist dabei vorzugsweise derart größer ausgebildet als die Höhe des Vorsprungs, dass bei in die Ausnehmung eingeführtem Vorsprung der Spalt ausgebildet werden kann.
Vorzugsweise weist die konische Bohrung am Grund der Ausnehmung einen kreiszylindrischen Übergangsabschnitt auf. Der kreiszylindrische Übergangsabschnitt ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass bei in die konische Bohrung eingesetzter Schraube Kühlmittel von den Kühlmittelauslässen der Werkzeugaufnahme über den Spalt, welcher sich zwischen der Stirnseite des Vorsprungs und dem Grund der Ausnehmung ausbildet, und über den Übergangsabschnitt hin zu den Kühlmittelkanälen, die zwischen der wenigstens einen Nut und dem konischen Schraubenabschnitt gebildet werden, geleitet werden kann.
Somit kann Kühlmittel von Kühlmitteleinlässen der Werkzeugaufnahme über die in der Stirnseite des Vorsprungs angeordneten Kühlmittelauslässe der Werkzeugaufnahme und dem Übergangsabschnitt sowie die Kühlmittelkanäle zwischen den Nuten und dem konischen Schraubenabschnitt mittels des Tellerbundes der Schraube hin auf die im Eingriff stehenden Schneidelemente geleitet werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung für eine Kupplungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, sowie durch eine Werkzeugaufnahme für eine Kupplungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12 und durch eine Schraube für eine Kupplungsanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben und erläutert sind.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung in einer Schrägansicht;
2 eine Seitenansicht der Kupplungsanordnung gemäß 1;
3 einen Schnitt entlang der Linie A-A gemäß 2;
4 einen vergrößerten Ausschnitt IV gemäß 3;
5 ein Werkzeug für eine Kupplungsanordnung gemäß 1 bis 4 in Schrägansicht;
6 eine Draufsicht auf das Werkzeug gemäß 5;
7 eine Seitenansicht einer Werkzeugaufnahme für eine Kupplungsanordnung gemäß 1 bis 4,
8 eine Draufsicht auf die Werkzeugaufnahme gemäß 7;
9 eine Schrägansicht einer Schraube für eine Kupplungsanordnung gemäß 1 bis 4;
10 eine Seitenansicht der Schraube gemäß 9;
11 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung in einer Seitenansicht;
12 einen Schnitt entlang der Linie B-B gemäß 11;
13 einen vergrößerten Ausschnitt des Schnitts gemäß 12;
14 eine Schrägansicht einer Werkzeugaufnahme für die Kupplungsanordnung gemäß 11; und
15 eine Schrägansicht eines Abschnitt eines Werkzeugs für die Kupplungsanordnung gemäß 11.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 10 in einer Schrägansicht. Die Kupplungsanordnung 10 umfasst eine Werkzeugaufnahme 12 sowie ein Werkzeug 14 zur spanabhebenden Bearbeitung und eine Schraube 16 zur Verbindung des Werkzeugs 14 mit der Werkzeugaufnahme 12.
Die Kupplungsanordnung 10 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 insgesamt beschrieben und erläutert.
Im Betrieb einer erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 10 rotiert die gesamte Kupplungsanordnung 10 um eine Rotationsachse 18. Hierzu weist die in 7 in einer Seitenansicht gezeigte Werkzeugaufnahme 12 einen Kegelschaft 20 auf, welcher in einer Spindel einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine anordenbar ist, so dass die Werkzeugaufnahme 12 bzw. die Kupplungsanordnung 10 von der Spindel antreibbar ist, wobei sie um die Rotationsachse 18 in Richtung des in 1 gezeigten Pfeils 22 rotiert.
Die Werkzeugaufnahme 12 weist ferner einen Ringbund 24 auf, welcher sich in axialer Richtung an den Kegelschaft 20 anschließt. Darüber hinaus weist die Werkzeugaufnahme 12 einen Facettenabschnitt 26 auf, welcher sich wiederum in axialer Richtung an den Ringbund 24 anschließt. In einem oberen Bereich weist die Werkzeugaufnahme 12 ferner einen Vorsprung 28 auf, wobei der Vorsprung 28 einen kreiszylindrischen Zentriergegenabschnitt 30 und einen Mitnahmegegenabschnitt 32 aufweist. Der Zentriergegenabschnitt 30 weist einen Durchmesser 34 sowie eine Länge 36 auf. Der Mitnahmegegenabschnitt 32 weist wiederum eine Länge 38 auf, wobei der Vorsprung 28 insgesamt eine Länge 40 aufweist. Darüber hinaus weist der Mitnahmegegenabschnitt 32 zur Drehmomentübertragung ein Mitnahmeprofil 44 auf, welches in 8 besser zu erkennen ist.
8 zeigt die Werkzeugaufnahme 12 in einer Draufsicht bei Blick in Richtung des Pfeils 42 gemäß 7. Das Mitnahmeprofil 44 des Mitnahmegegenabschnitts 32 ist dabei deutlich zu erkennen. Dabei ist zu erkennen, dass das Mitnahmeprofil 44 kleeblattartig ausgebildet ist, wobei das Mitnahmeprofil 44 im in 8 gezeigten Fall einem dreiblättrigen Kleeblatt entspricht. Das Mitnahmeprofil 44 weist Vorsprünge 46 und Auskehlungen 48 auf.
Auf seiner in 7 gezeigten Stirnseite 50 weist die Werkzeugaufnahme 12 in 8 gezeigte Kühlmittelauslässe 52 auf.
Die Kupplungsanordnung 10, welche in den 1 bis 4 im Zusammenbau gezeigt ist, weist ferner ein in den 5 und 6 gezeigtes Werkzeug 14 zur spanabhebenden Bearbeitung auf. Im Bereich einer Stirnseite 54 des Werkzeugs 14 sind konzentrisch zur Rotationsachse 18 mehrere Schneidelemente 56 benachbart zu einer jeweiligen Spankammer 58 angeordnet. Wenn das Werkzeug 14 im Betrieb um die Rotationsachse 18 in Richtung des Pfeils 22 rotiert, kann mittels der Schneidelemente 56 Material spanabhebend abgetragen werden.
Das Werkzeug 14 weist, wie in 5 zu erkennen ist, im Bereich seiner Stirnseite 54 eine konische Bohrung 60 auf. Die konische Bohrung 60 ist auch in 6 deutlich zu erkennen. Ferner zeigt 6, welche eine Draufsicht auf das Werkzeug 14 gemäß 5 bei Blick in Richtung des Pfeils 62 zeigt, dass in der konischen Bohrung 60 parallel zur Oberfläche 64 der Bohrung 60 verlaufende Nuten 66 in der konischen Bohrung 60 vorgesehen sind.
Die erfindungsgemäße Kupplungsanordnung 10 umfasst zusätzlich zur Werkzeugaufnahme 12 und zum Werkzeug 14 noch eine Schraube 16, welche in den 9 und 10 im Detail gezeigt ist.
9 zeigt die Schraube 16 in einer Schrägansicht. Die Schraube 16 weist im Bereich ihres Schraubenkopfes 68 einen Schraubenmitnahmeabschnitt 70 auf. Die Schraube 16 weist ferner in axialer Richtung vom Schraubenkopf 68 weg einen konischen Schraubenabschnitt 72 auf. An den konischen Schraubenabschnitt 72 schließt sich in axialer Richtung ein kreiszylindrischer Bolzenabschnitt 74 sowie ein Gewindeabschnitt 76 an. Im Bereich ihres Schraubenkopfes 68 weist die Schraube 16 ferner einen Tellerbund 78 mit einem Durchmesser 80 auf, wobei der Durchmesser 80 derart gewählt ist, dass sich der Tellerbund 78 von dem konischen Schraubenabschnitt 72 in radialer Richtung, d. h. quer zur Rotationsachse 18 erhebt.
Zur besseren Darstellung ist die Schraube in 10 bei Blick in Richtung des Pfeiles 82 gemäß 9 gezeigt.
Der Tellerbund 78 ist dabei deutlich zu erkennen. Ferner ist zu erkennen, dass der konische Schraubenabschnitt 72 zur Rotationsachse 18 in einem Winkel 84 von etwa 26° angeordnet ist.
Die Funktionsweise der Kupplungsanordnung 10 im Zusammenbau wird nun anhand der 1 bis 4 näher beschrieben und erläutert.
Wie eingangs bereits dargelegt, zeigt 1 die Kupplungsanordnung 10 in einer Schrägansicht.
2 zeigt die Kupplungsanordnung 10 gemäß 1 bei Blick in Richtung des Pfeils 84 in einer Seitenansicht.
3 zeigt wiederum eine Schnittdarstellung bei Schnitt entlang der Linie A-A gemäß 2. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass die Werkzeugaufnahme 12 eine konzentrisch zur Rotationsachse angeordnete Bohrung 86 aufweist, welche auf der dem Werkzeug 14 abgewandten Seite der Werkzeugaufnahme 12 als Kühlmitteleinlass dient. Die Anordnung des Werkzeugs 14 an der Werkzeugaufnahme 12 bzw. die Verbindung des Werkzeugs 14 mit der Werkzeugaufnahme 12 mittels der Schraube 16 ist in 3 deutlich zu erkennen.
Zur besseren Darstellung zeigt 4 einen vergrößerten Ausschnitt IV gemäß 3. Wie in 3 bereits gezeigt, ist das Werkzeug 14 mittels der Schraube 16 an der Werkzeugaufnahme 12 befestigt. Der Mitnahmegegenabschnitt 32 sowie der Zentriergegenabschnitt 30 der Werkzeugaufnahme 12 sind dabei ebenfalls deutlich zu erkennen.
Ferner ist in 4 zu erkennen, dass das Werkzeug 14 auf seiner der Stirnseite 54 abgewandten Seite eine Ausnehmung 88 aufweist, welche, wie der Vorsprung 28 der Werkzeugaufnahme 12, konzentrisch zur Rotationsachse 18 angeordnet ist. Die Ausnehmung 88 korrespondiert mit dem Vorsprung 28 der Werkzeugaufnahme 12. Die Ausnehmung 88 weist hierzu einen Zentrierabschnitt 90 sowie einen Mitnahmeabschnitt 92 auf. Der Zentrierabschnitt 90 weist einen Durchmesser 94, welcher in etwa dem Durchmesser 34 des Vorsprungs 28 bzw. des Zentriergegenabschnitts 30 entspricht, so dass mittels des Zentrierabschnitts 90 und des Zentriergegenabschnitts 30 eine Zentrierung des Werkzeugs 14 an der Werkzeugaufnahme 12 erreicht werden kann.
Wie in 4 ferner zu erkennen ist, weist das Werkzeug 14 einen radial neben der Ausnehmung 88 angeordneten Zentrierkonus 96 auf, welcher konvex ausgebildet ist. Die Werkzeugaufnahme 12 weist wiederum einen mit dem Zentrierkonus 96 korrespondierenden Zentriergegenkonus 98 auf. Sowohl der Zentrierkonus 96 als auch der Zentriergegenkonus 98 sind in einem Winkel 100 von etwa 70° zur Rotationsachse 18 geneigt. Mittels des Zentrierkonus 96 bzw. des damit korrespondierenden Zentriergegenkonus 98 kann eine zusätzliche Zentrierung des Werkzeugs 14 an der Werkzeugaufnahme 12 bereitgestellt werden.
Der Mitnahmeabschnitt 92 der Ausnehmung 88 weist wie der Mitnahmegegenabschnitt 32 des Vorsprungs 28 ein Mitnahmeprofil auf, welches in den Figuren nicht gezeigt ist. Das Mitnahmeprofil des Mitnahmeabschnitts 92 entspricht im Wesentlichen einer Negativform des Mitnahmeprofils 44 des Mitnahmegegenabschnitts 32, so dass die Auskehlungen 48 des Mitnahmeprofils 44 in Vorsprünge 46 des Mitnahmeprofils des Mitnahmeabschnitts 92 eingreifen, wobei Auskehlungen 48 des Mitnahmeprofils 44 in Vorsprünge des Mitnahmeprofils des Mitnahmeabschnitts 92 eingreifen. Durch die miteinander korrespondieren Mitnahmeprofile des Mitnahmeabschnitts 92 und des Mitnahmegegenabschnitts 32 kann eine Drehmomentübertragung von der Werkzeugaufnahme 12 auf das Werkzeug 14 erreicht werden.
Mittels des Vorsprungs 28 bzw. der Ausnehmung 88 kann somit durch den Mitnahmeabschnitt 92 bzw. den Mitnahmegegenabschnitt 32 eine Drehmomentübertragung erfolgen, wobei durch den Zentrierabschnitt 90 und den Zentriergegenabschnitt 30 zusätzlich zum Zentrierkonus 96 bzw. zum Zentriergegenkonus 98 eine zusätzliche Zentrierung des Werkzeugs 14 an der Werkzeugaufnahme 12 bereitgestellt werden kann.
Der Zentrierabschnitt 90 der Ausnehmung 88 weist in axialer Richtung eine Länge 102 auf, wobei der Mitnahmeabschnitt 92 eine Länge 104 aufweist. Insgesamt weist die Ausnehmung eine Länge 106 auf. Die Länge 106 der Ausnehmung 88 ist dabei so gewählt, dass sie größer ist als die Länge 40 des Vorsprungs 28, so dass bei an der Werkzeugaufnahme 12 angeordneten Werkzeug 14 ein Spalt 108 verbleibt.
Die Werkzeugaufnahme 12 weist ferner eine Gewindebohrung 110 auf. Die Gewindebohrung 110 weist dabei einen Bolzengegenabschnitt 112 sowie einen Gewindeabschnitt 114 auf. Im Bereich des kreiszylindrischen Bolzengegenabschnitts 112 weist die Gewindebohrung 110 einen Innendurchmesser 116 auf. Dieser Innendurchmesser 116 ist dabei so gewählt, dass er nur geringfügig größer als ein in 10 gezeigter Außendurchmesser 118 des Bolzenabschnitts 74 gewählt ist, so dass mittels des Bolzenabschnitts 74 bzw. des Bolzengegenabschnitts 112 eine Zentrierung der Schraube 16 in der Gewindebohrung 110 erreicht werden kann. Der Bolzengegenabschnitt 112 weist dabei eine Länge 120 auf.
Wie in 5 und 6 ebenfalls zu erkennen ist, weist das Werkzeug 14 eine konische Bohrung 60 auf, wobei, wie in der 9 und 10 zu erkennen ist, die Schraube 16 einen konischen Schraubenabschnitt 72 aufweist. Die konische Bohrung 60 ist dabei in 4 zu erkennen und in einem Winkel 122 von etwa 20° zur Rotationsachse 18 geneigt. Dabei korrespondieren die konische Bohrung 60 bzw. der konische Schraubenabschnitt 72 derart miteinander, dass mittels der konischen Bohrung 60 bzw. des konischen Schraubenabschnitts 72 eine Zentrierung der Schraube 16 im Werkzeug 14 erreicht werden kann. Somit kann nicht nur mittels des Zentrierkonus 96 bzw. des Zentriergegenkonus 98 und des Zentrierabschnitts 90 bzw. des Zentriergegenabschnitts 30 eine Zentrierung des Werkzeugs 14 an der Werkzeugaufnahme 12 bereitgestellt werden. Vielmehr kann mittels der Schraube 16 durch den konischen Schraubenabschnitt 72 und die konische Bohrung 60 des Werkzeugs 14 eine zusätzliche Zentrierung und Versteifung des Werkzeugs 14 an der Werkzeugaufnahme 12 erreicht werden.
Wie in 4 deutlich zu erkennen ist, bilden sich zwischen den in 5 und 6 gezeigten Nuten 66 in der konischen Bohrung 60 und dem konischen Schraubenabschnitt 72 der Schraube 16 Kühlmittelkanäle 124 aus. Diese Kühlmittelkanäle 124 münden im Bereich des Tellerbundes 78 der Schraube 16 derart, dass Kühlmittel mittels der Kühlmittelkanäle 124 bzw. mittels des Tellerbundes 78 auf die im Eingriff stehenden Schneidelemente 56 geleitet werden kann.
Zur Kühlung kann dabei durch die in 3 gezeigte Bohrung 86, welche als Kühlmitteleinlass wirkt, Kühlmittel durch in 4 gezeigte Schrägbohrungen 126 geleitet werden. Diese Schrägbohrungen 126 sind in einem Winkel 128 zur Rotationsachse 18 geneigt angeordnet und verbinden die Bohrung 86 fluidisch mit den Kühlmittelauslässen 52, welche an der Stirnseite 54 der Werkzeugaufnahme 12 vorgesehen sind. Kühlmittel kann somit durch die Schrägbohrungen 126 hin zu dem Spalt 108 geleitet werden. Am Grund der Ausnehmung 88 weist das Werkzeug 14 zur Weiterleitung von Kühlmittel ferner einen kreiszylindrischen Übergangsabschnitt 130 auf. Die Nuten 66 münden dabei in den Übergangsabschnitt 130 derart, dass Kühlmittel von dem Spalt 108 über den Übergangsabschnitt 130 durch die von den Nuten 66 und dem konischen Schraubenabschnitt 72 gebildeten Kühlmittelkanäle 124 hin zum Tellerbund 78 der Schraube 16 geleitet werden kann, wobei das Kühlmittel dann vom Tellerbund 78 hin zu den Schneidelementen 56 geleitet werden kann.
Somit kann mit der erfindungsgemäßen Kupplungsanordnung 10 durch die Schraube 16 mit dem konischen Schraubenabschnitt 72 nicht nur eine zusätzliche Zentrierung bzw. Versteifung der Verbindung zwischen Werkzeug 14 und Werkzeugaufnahme 12 erreicht werden. Vielmehr kann darüber hinaus noch eine Kühlung der Schneidelemente 56 im Bereich der Stirnseite 54 des Werkzeugs 14 erreicht werden.
11 zeigt eine Seitenansicht einer weiteren Kupplungsanordnung 200. Diese Kupplungsanordnung 200 umfasst wie die in den 1 bis 10 gezeigte Kupplungsanordnung 10 ebenfalls ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung 214 sowie eine Werkzeugaufnahme 212, mittels derer die Kupplungsanordnung 200 von einer nicht dargestellten Spindel einer Werkzeugmaschine drehantreibbar ist.
In den 11 bis 15 sind die den 1 bis 10 entsprechenden Elemente mit den entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei 12 einen Schnitt gemäß 11 entlang der Linie B-B zeigt. 13 wiederum zeigt eine vergrößerte Darstellung der Schnitts gemäß 12. In 14 ist eine Werkzeugaufnahme 212 für eine Kupplungsanordnung 200 gemäß 11 gezeigt, wobei 15 ein Werkzeug 214 zur spanabhebenden Bearbeitung für eine Kupplungsanordnung 200 gemäß 11 zeigt.
Die Kupplungsanordnung 200 gemäß der 11 bis 15 unterscheidet sich von der Kupplungsanordnung 10 gemäß der 1 bis 10 dadurch, dass der Vorsprung 28 lediglich einen Zentriergegenabschnitt 88 aufweist, wobei die Ausnehmung 88 lediglich einen Zentrierabschnitt 90 aufweist. Ein in den 1 bis 10 vorgesehener Mitnahmeabschnitt 92 sowie ein Mitnahmegegenabschnitt 32 ist bei der Kupplungsanordnung 200 nicht vorgesehen.
Die Kupplungsanordnung 200 weist zur Drehmomentübertragung von der Werkzeugaufnahme 212 auf das Werkzeug 214 drei kreiszylindrische Mitnahmestifte 216 auf, die sich in axialer Richtung, d. h. parallel zur Rotationsachse 18 erstrecken. Das Werkzeug 214 wiederum weist drei kreiszylindrische Mitnahmeausnehmungen 218 auf, die sich ebenfalls in axialer Richtung erstrecken. Der Außendurchmesser der Mitnahmestifte 216 ist dabei geringfügig kleiner gewählt als ein Innendurchmesser der Mitnahmeausnehmungen 218, so dass die Mitnahmestifte 216 bei der Anordnung des Werkzeugs 214 an der Werkzeugaufnahme 212 in die Mitnahmeausnehmungen 218 eingeführt werden können. Die Tiefe der Mitnahmeausnehmungen 218 ist ebenfalls größer gewählt als die Länge der Mitnahmestifte 216, so dass die Mitnahmestifte 216 vollständig in die Mitnahmeausnehmungen 218 eingeführt werden können.
Eine Drehmomentübertragung erfolgt bei der Kupplungsanordnung 200 gemäß der 11 bis 15 daher lediglich mittels der Mitnahmestifte 216 bzw. der Mitnahmeausnehmungen 218. Die Mitnahmestifte 216, die im Bereich des Zentriergegenkonus 98 angeordnet sind, sind in 14 deutlich zu erkennen, wobei die Mitnahmeausnehmungen 218, welche im Bereich des Zentrierkonus 96 angeordnet sind, in 15 dargestellt sind.
Die Kupplungsanordnung 200 gemäß der 11 bis 15 unterscheidet sich von der Kupplungsanordnung 10 gemäß der 1 bis 10 ferner dadurch, dass an der Werkzeugaufnahme 212 in einem Übergangsbereich zwischen Zentriergegenkonus 98 und Vorsprung 28 Kühlmittelauslässe 252 vorgesehen sind, welche wiederum in parallel zu einer Mantelfläche 254 des Vorsprungs 28 bzw. des Zentriergegenabschnitts 30 verlaufende, im Querschnitt halbkreisförmige Nuten 256 münden.
Wenn in die Werkzeugaufnahme 212 mittels des in 12 dargestellten Kühlmitteleinlasses 86 Kühlmittel eingeleitet wird, kann dieses durch die ebenfalls in 12 dargestellte Verbindungsbohrung 258 hin zum jeweiligen Kühlmittelauslass 252 bzw. zu der jeweiligen Nut 256 geleitet werden, wobei sich zwischen den Nuten 256 und dem Zentrierabschnitt 90 der Ausnehmung 88 des Werkzeugs 214 Kühlmittelkanäle ausbilden können, so dass Kühlmittel hin zu einem Spalt 260 geleitet werden kann. Von dort erfolgt die Kühlmittelweiterleitung entsprechend der Ausführungsform gemäß der 1 bis 10.

Claims

Kupplungsanordnung (10) umfassend eine Werkzeugaufnahme (12) zur Anordnung in einer Antriebsspindel einer Werkzeugmaschine und ein Werkzeug (14) zur spanabhebenden Bearbeitung mit einer senkrecht zu einer Rotationsachse (18) angeordneten Stirnseite (54), an und/oder in deren Umfang wenigstens ein Schneidelement (56) anordenbar ist, und umfassend eine Schraube (16) zur Verbindung der Werkzeugaufnahme (12) und des Werkzeugs (14), wobei das Werkzeug (14) eine konzentrisch zur Rotationsachse (18) angeordnete Ausnehmung (88) aufweist und wobei die Werkzeugaufnahme (12) einen konzentrisch zur Rotationsachse (18) angeordneten Vorsprung (28) aufweist, wobei die Ausnehmung (88) und der Vorsprung (28) miteinander korrespondieren, wobei in einem freien Ende des Vorsprungs (28) eine konzentrisch zur Rotationsachse (18) angeordnete Gewindebohrung (110) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (14) eine konische Bohrung (60) aufweist, die sich von der Stirnseite (54) zu der Ausnehmung (88) erstreckt, wobei die Schraube (16) einen konischen Schraubenabschnitt (72) aufweist, der mit der konischen Bohrung (60) korrespondiert, und wobei die Schraube (16) bei an der Werkzeugaufnahme (12) angeordnetem Werkzeug (14) durch die konische Bohrung (60) in die Gewindebohrung (110) einschraubbar ist.
Kupplungsanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (14) einen radial neben der Ausnehmung (88) angeordneten Zentrierkonus (96) aufweist, wobei die Werkzeugaufnahme (12) einen radial neben dem Vorsprung (28) angeordneten Zentriergegenkonus (98) aufweist, wobei der Zentrierkonus (96) und der Zentriergegenkonus (98) miteinander korrespondieren.
Kupplungsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (88) einen kreiszylindrischen Zentrierabschnitt (90) und einen Mitnahmeabschnitt (92) mit einem Mitnahmeprofil aufweist, wobei der Vorsprung (28) einen kreiszylindrischen Zentriergegenabschnitt (30) und einen Mitnahmegegenabschnitt (32) mit einem Mitnahmeprofil (44) aufweist, wobei der Mitnahmeabschnitt mit dem Mitnahmegegenabschnitt (32) korrespondiert und wobei der Zentrierabschnitt (90) mit dem Zentriergegenabschnitt (30) korrespondiert.
Kupplungsanordnung (200) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (212) im Bereich des Zentriergegenkonus (98) radial beabstandet vom Vorsprung (28) mehrere, vorzugsweise drei zylindrische Mitnahmestifte aufweist, die sich in axialer Richtung erstrecken, wobei das Werkzeug (214) im Bereich des Zentrierkonus (96) radial beabstandet von der Ausnehmung (88) mehrere, vorzugsweise drei zylindrische Mitnahmeausnehmungen aufweist, die sich in axialer Richtung erstrecken, wobei die Mitnahmestifte und die Mitnahmeausnehmungen miteinander korrespondieren.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (16) einen Gewindeabschnitt (76) und einen kreiszylindrischen Bolzenabschnitt (74) aufweist, wobei der Bolzenabschnitt (74) zwischen dem Schraubenabschnitt (72) und dem Gewindeabschnitt (76) angeordnet ist und wobei der Vorsprung (28) einen Bolzengegenabschnitt (112) aufweist, wobei der Bolzenabschnitt (74) und der Bolzengegenabschnitt (112) derart ausgebildet sind, dass die Schraube (16) in der Werkzeugaufnahme (12) zentriert wird.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (34, 94) des Vorsprungs (28) bzw. der Ausnehmung (88) zur Länge (40) des Vorsprungs (28) bzw. zur Tiefe (106) der Ausnehmung (88) in einem Verhältnis von etwa 0,5 bis 1,5 steht.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Bohrung (60) des Werkzeugs (14) wenigstens eine Nut (66) aufweist, die sich von der Stirnseite (54) des Werkzeugs (14) bis zu der Ausnehmung (88) erstreckt und parallel zu einer Oberfläche (64) der konischen Bohrung (62) angeordnet ist.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (16) im Bereich ihres Schraubenkopfes (68) einen Tellerbund (78) aufweist.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (12) einen Kühlmitteleinlass (86) und wenigstens einen Kühlmittelauslass (52) aufweist, wobei der Kühlmitteleinlass (86) fluidisch mit dem wenigstens einem Kühlmittelauslass (52) verbunden ist, wobei der Kühlmittelauslass (52) an einer Stirnseite (50) des Vorsprungs (28) angeordnet ist.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (12) einen Kühlmitteleinlass (86) und wenigstens einen Kühlmittelauslass (252) aufweist, wobei der Kühlmitteleinlass (86) fluidisch mit dem wenigstens einen Kühlmittelauslass (252) verbunden ist, wobei der Kühlmittelauslass (252) in einem Übergangsbereich zwischen Zentriergegenkonus (98) und Vorsprung (28) angeordnet ist.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei an der Werkzeugaufnahme (12) angeordnetem Werkzeug (14) zwischen einer Stirnseite (50) des Vorsprungs (28) und einem Grund der Ausnehmung (88) ein Spalt (108, 260) ausgebildet wird.
Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Bohrung (60) am Grund der Ausnehmung einen kreiszylindrischen Übergangsabschnitt (130) aufweist.
Werkzeug (14) zur spanabhebenden Bearbeitung für eine Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
Werkzeugaufnahme (12) für eine Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12.
Schraube (16) für eine Kupplungsanordnung (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12.