DE102015102874A1

DE102015102874A1 - Zerspanungswerkzeug

Info

Publication number: DE102015102874A1
Application number: DE102015102874.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug, welches insbesondere zur Entgratung von Kanten in Hohlräumen, wie zum Beispiel zur Entfernung eines Grats an Kanten einander kreuzender Bohrungen ausgebildet ist. Das Zerspanungswerkzeug (Z) ist insbesondere zur Entgratung von Kanten (300) in Hohlräumen geeignet und umfasst wenigstens ein Schneidelement (1) mit einer vorstehenden ersten Schneide (10), deren Schneidkante (14) zwischen zwei im Wesentlichen parallelen Ebenen (E1, E2) verläuft, wobei die erste Schneide (10) wenigstens ein erstes Schneidensegment (20) und ein zweites Schneidensegment (30) aufweist, die an den jeweiligen Endbereichen (11, 12) der Schneidkante (14) angeordnet sind. Das erste Schneidensegment (20) weist einen ersten Keilwinkel (21) auf und das zweite Schneidensegment (30) weist einen zweiten Keilwinkel (31) auf, wobei ein Minimum des ersten Keilwinkels (21) und des zweiten Keilwinkels (31) jeweils kleiner als 88° ist, und die Freiflächen (23, 33), die durch die jeweiligen Keilwinkel (21, 31) ausgebildet sind, jeweils einer der beiden parallelen Ebenen (E1, E2) zugewandt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug, welches insbesondere zur Entgratung von Kanten in Hohlräumen, wie zum Beispiel zur Entfernung eines Grats an Kanten einander kreuzender Bohrungen ausgebildet ist.
Es ist erforderlich, nach Einbringung von Hohlräumen in Körpern, wie zum Beispiel nach erfolgter Bohrung von Vollmaterialien, dort entstandene Grate zu entfernen. Kompliziert ist dieser Vorgang insbesondere bei ineinander oder durchdringenden Bohrungen bzw. Hohlräumen. Aufgrund dessen, dass dabei entstehende Kanten und daran vorhandener Grat relativ weit entfernt und schwer zugänglich für Bearbeitungswerkzeuge sind, ist eine Gratentfernung hier relativ Zeit- und/oder werkzeugintensiv. Zu dem bedarf es nach erfolgtem Entgratungsvorgang einer relativ aufwendigen Kontrolle, ob der Grat vollständig entfernt wurde. Insbesondere bei Führung von strömenden Medien kann sich ein weiterhin existenter Grat ungünstig hinsichtlich der erzeugten Strömungsverhältnisse auswirken oder auch gegebenenfalls bei Abbruch von Gratbestandteilen zu einer Störung angeschlossener Aggregate führen.
Es besteht daher die Notwenigkeit, erzeugten Grat vollständig und zuverlässig zu entfernen.
Schwierig ist eine derartige Gratentfernung insbesondere bei sich spitzwinklig kreuzenden Bohrungen. Die dabei einstehende Durchdringungskante ist in Form eines Ovals ausgebildet, welches räumlich verläuft.
Das heißt, dass dieses Oval eine Kurve im Raum definiert, die je nach Kreuzungswinkel der Bohrungen symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet ist. Der Winkel der Kante, die dieses Oval ausbildet, ist über den Verlauf der Kurve nicht konstant. Je nach Kreuzungswinkel der Bohrungen variiert auch der Kantenwinkel üblicherweise in einem Bereich zwischen 15 ° bis 165 °. Des Weiteren wirken sich Toleranzen hinsichtlich der Abstände, des Winkels und des Durchmessers der sich kreuzenden Bohrungen ebenfalls auf die Größe des Kantenwinkels in einem jeweiligen Punkt der räumlichen Kurve der Kante aus.
Es sind unterschiedliche Verfahren und Einrichtungen zum Entfernen von Grat in Bohrungen bekannt. Es hat sich dabei herausgestellt, dass insbesondere Fräsverfahren auf Grund der Ausbildung von Sekundär-Grat nicht optimal sind, um Grat in Hohlräumen, insbesondere in sich kreuzenden Bohrungen, zu beseitigen. Der Sekundärgrat muss mit einem zusätzlichen Arbeitsgang entfernt werden, was sich negativ auf den Zeit- und damit auch auf den Kostenaufwand auswirkt.
Aus der DE 10 2007 020 207 B9 ist ein Werkzeug zur Beseitigung von Grat an den Stoßkanten von schräg verlaufenen Querbohrungen bekannt, welches einen Werkzeugschaft mit einem Einspannende und einen am werkzeugseitigen Schaftende angeordneten Stützkörper aufweist. Der Stützkörper ist dazu eingerichtet, einen Schneidkörper abzustützen, der eine Schneide mit einer Schulter aufweist. Der Schneidkörper kann dadurch mit einer definierten Anpresskraft an eine zu entgratende Kante angelegt werden. Bei Drehung des Werkzeuges um seine Längsachse kann die Schneide des Schneidkörpers die zu entgratende Kante abfahren und dadurch dort bestehenden Grat beseitigen. In Bereichen der Kante, in denen diese den kleinsten Kantenwinkel aufweist wird mit dem Werkzeug der Grat herumgebogen, so dass mit einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt dieser herumgebogene Grat abgetrennt werden kann.
Die DE 10 2001 20 05 246 A1 lehrt ein Entgratwerkzeug zur Entgratung von insbesondere unrunden Ausnehmungen in Werkstücken. Dieses Entgratwerkzeug ist dazu ausgebildet, als ein schrittweise um seine Längsachse drehendes und/oder verschiebend angetriebenes und in Richtung seiner Längsachse oszillierend verschiebbares Stoß- und/oder Ziehwerkzeug zu funktionieren. In entsprechender Weise ist eine Schneide des Werkzeuges ausgebildet, um den Grat mittels Aufbringung einer Druckkraft umzuformen und anschließend abtrennen zu können. Das bedeutet, dass zwei Arbeitsschritte in Kombination miteinander auszuführen sind, nämlich die Umformung und das Abtrennen. Dies bewirkt eine diskontinuierliche Arbeitsweise und die Bildung von Sekundärgrat, der sich entweder qualitätsmindernd auf das herzustellende Produkt auswirkt oder
mit weiteren Arbeitsschritten zu entfernen ist.
Aus der DE 1020015004 B4 ist ein Entgratwerkzeug bekannt, welches in ähnlicher Weise wie das Werkzeug der DE 10 2007 020 207 B9 einen Werkzeugschaft mit einem Einspannende sowie einen Stützkörper aufweist, der einen Schneidkörper abstützt. Die Aufbringung eines Fluid-Drucks bewirkt das Ausfahren und Anlegen des Schneidkörpers an die zu entgratende Kante. Die Schneide des Schneidkörpers ist derart ausgebildet, dass sie im Rechtslauf und im Linkslauf eingesetzt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Zerspanungswerkzeug zur Vergnügung zu stellen, mit welchen in einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger Weise die Entfernung von Grat in Hohlräumen, insbesondere an der Kante einander durchdringender oder kreuzender Bohrungen, möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch das Zerspanungswerkzeug gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Zerspanungswerkzeuges sind in den Unteransprüchen 2 bis 15 angegeben.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Zerspanungswerkzeug zur Verfügung gestellt, welches insbesondere zur Entgratung von Kanten in Hohlräumen geeignet ist. Dieses Zerspanungswerkzeug umfasst wenigstens ein Schneidelement mit einer vorstehenden ersten Schneide, deren Schneidkante zwischen zwei in Wesentlichem parallelen Ebenen verläuft, wobei die erste Schneide wenigstens ein erstes Schneidensegment und ein zweites Schneidensegment aufweist, die an den jeweiligen Endbereichen der Schneidkante angeordnet sind. Das erste Schneidensegment weist einen ersten Keilwinkel auf, und das zweite Schneidensegment weist auf einen zweiten Keilwinkel auf.
Ein Minimum des ersten Keilwinkels und des zweiten Keilwinkels ist jeweils kleiner als 88 °. Die Freiflächen, die durch die jeweiligen Keilwinkel ausgebildet sind, sind jeweils einer der beiden parallelen Ebenen zugewandt. Das heißt, das durch den ersten Keilwinkel eine erste Freifläche ausgebildet ist, die einer ersten Ebenen zugewandt ist, und das durch den zweiten Keilwinkel eine zweite Freifläche ausgebildet ist, die einer zweiten Ebene zugewandt ist, die parallel zur ersten Ebene verläuft. Somit ist die erste Freifläche einer anderen Ebene zugewandt als die Ebene, der die zweite Freifläche zugewandt ist. Bei Definition einer dritten Ebene, die im Wesentlichen zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene und ebenfalls parallel zu den beiden Ebenen verläuft, verläuft die Winkelhalbierende des ersten Keilwinkels in einen Winkelbereich von 120 ° bis 160 ° zur dritten Ebene, und die Winkelhalbierende des zweiten Keilwinkels verläuft in einem Winkelbereich von 300 ° bis 340 ° zur dritten Ebene.
Es sind somit an einem Schneidelement zwei in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtete Keilwinkel vorgesehen, die an jeweiligem Segment des Schneidelements ausgebildet sind. Dadurch lässt sich das Werkzeug mit entgegengesetzten Drehrichtungen betreiben, so dass insbesondere die Kante an sich spitzwinklig kreuzenden Bohrungen bzw. dort vorhandener Grat mit dem selben Werkzeug bearbeitet werden kann, wobei in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehrichtung das entsprechende Schneidensegment mit dem Grat im Eingriff zubringen ist, welches zwischen Schneidensegment und Grat eine Freifläche ausbildet. Zwecks Wechsel des Einsatzes der Schneidensegemte ist lediglich die Drehrichtung umzukehren und das Zerspanungswerkzeug entsprechend translatorisch zu positionieren, so dass es das jeweilige Schneidesegment in Eingriff bringen kann. Demzufolge ist es nicht erforderlich, das Werkzeug von einer anderen Seite in den zu bearbeitenden Gegenstand einzufahren und/oder weitere Arbeitsschritte neben dem Zerspanungsvorgang durchzuführen.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeuges weist dessen Schneide zwischen dem ersten Schneidensegment und dem zweiten Schneidensegment ein drittes Schneidensegment auf, dessen Keilwinkel größer ist als der größte Keilwinkel des ersten Schneidensegments und des zweite Schneidensegment. Bevorzugt ist der Keilwinkel des dritten Schneidensegments 90 °. Die Länge des dritten Schneidensegments kann relativ gering sein gegenüber der Länge des ernsten Schneidensegments und des zweiten Schneidensegments, so dass sich im Wesentlichen das erste Schneidensegment und das zweite Schneidensegment bis in oder an einem zentralen Bereich der ersten Schneide erstrecken.
Die Länge des dritten Schneidensegments kann dabei kürzer sein als die kürzeste Länge des ersten Schneidensegments und des zweiten Schneidensegments. Das bedeutet, dass die Länge des dritten Schneidensegmets kürzer ist als das kürzere der beiden als erste und zweite Schneidensegmente bezeichneten Schneidensegmente. Die Länge des dritten Schneidensegmentes kann derart kurz bemessen sein, dass die beiden anderen Schneidensegmente des Schneidelements im Wesentlichen in einem Punkt der Schneidkante ineinander übergehen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeuges ist vorgesehen, dass die erste Schneide einen bogenförmigen Verlauf ausweist, so dass das erste Schneidensegment und das zweite Schneidensegment bogenförmig ausgestaltet sind. Das bedeutet, dass die erste Schneide an einem ersten Endbereich ihres Bogens einen ersten Keilwinkel aufweist und an einem zweiten Endbereich ihres Bogens einen zweiten Keilwinkel aufweist, wobei der erste Keilwinkel und der zweite Keilwinkel jeweils kleiner als 85 ° sind. Die beiden Flächen, die durch den jeweiligen Keilwinkel ausgebildet sind, sind jeweils einer anderen der beiden parallelen Ebenen zugewandt. Die Krümmung der Schneide bzw. deren Schneidkante bewirkt, dass sich diese in einem Bogen in einer Raumkoordinate erstreckt, die zwischen den beiden parallelen Ebenen verläuft. Die durch die Ausbildung des ersten Keilwinkels realisierte erste Freifläche ist dabei der ersten Ebene zugewandt, und die durch die Ausbildung des zweiten Keilwinkels realisierte zweite Freifläche ist der zweiten Ebene zugewandt. Die beiden Keilwinkel sind zwischen den beiden parallelen Ebenen an gegenüberliegenden Seiten der Schneide angeordnet, wobei die beiden Keilwinkel sich in Bezug zu den beiden parallelen Ebenen in jeweils entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Die beiden Endbereiche sind durch in einen im Wesentlichen im zentralen Bereich des Bogens angeordneten Bereich, der durch das dritte Schneidensegment ausgebildet sein kann und der einen Keilwinkel von 88 ° bis 90 ° aufweisen kann, voneinander getrennt.
Bei Ausführung einer bogenförmigen Kante kann diese vorteilhafterweise in ihrer Form einem Segment einer logarithmischen Spirale entsprechen. Dabei verläuft dieses Segment vorzugsweise in einem Bereich von 170 ° bis 180 ° zwischen den beiden parallelen Ebenen. Der mittlere Radius der Schneidkante kann dabei insbesondere 0,5 mm bis 1mm betragen.
Die Form der ersten Schneide ist dabei jedoch nicht auf den genannten Bogen eingeschränkt, sondern die beiden Schneidensegmente, und bei vorhandenem dritten Schneidensegment ebenfalls das dritte Schneidensegment, können auch lineare Schneidkanten ausbilden.
Vorzugsweise vergrößert sich der jeweilige Keilwinkel im Verlauf eines jeweiligen Schneidensegments vom Ende des Schneidesegments in Richtung des zentralen Bereichs der ersten Schneide. Das Ende des Schneidensegments ist in diesem Fall auch das jeweilige Ende der Schneidkante der ersten Schneide. Das bedeutet, dass sich mit zunehmendem Abstand vom Schneidenkanten-Ende der jeweilige Keilwinkel vergrößert, der sich in Richtung einer der beiden parallelen Ebenen öffnet. Das bedeutet, dass der Keilwinkel über die Länge eines jeweiligen Schneidensegments nicht konstant ausgeführt ist.
Der Keilwinkel kann dabei in Abhängigkeit vom Abstand zum jeweiligen Schneidensegmentende linear oder exponentiell zunehmen.
Vorzugsweise ist ein Minimum des Keilwinkels des ersten Schneidensegments und des zweiten Schneidensegements zwischen 84 ° und 87 ° groß.
Um der ersten Schneide eine ausreichende Festigkeit zu verleihen, weist diese vorzugsweise in einem zentralen Bereich ein Verstärkungselement auf. Dieser zentrale Bereich ist bei Anwesenheit des dritten Schneidensegements in diesem dritten Schneidensegment ausgebildet. Insofern kein drittes Schneidensegment vorhanden sein sollte ist dieses auch als Schulter bezeichnete Verstärkungselement im Wesentlichen vorzugsweise genau mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Schneidensegment angeordnet, so dass das Verstärkungselement gegebenenfalls das erste und das zweite Schneidenselement voneinander trennt. Diese sogenannte Schulter verläuft in ihrer Längsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Tangente, die im Schnittpunkt der Längsachse des Verstärkungselements mit der Schnittkante liegt. Die Breite des Verstärkungselements bzw. der Schulter sollte vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 1 mm betragen. In dieser Ausgestaltung sollte das Verstärkungselement bzw. die Schulter nicht bis an die Kante heranreichen, sondern mindestens 0,1 mm vor der Schneidkante enden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeug weist dessen Schneidelement eine zweite Schneide auf, welche sich an ein erstes Ende der ersten Schneide anschließt und in einem Winkel von 90 ° bis 130 ° in Bezug zu dem Bereich der ersten Schneide verläuft, an dem die zweite Schneide angeschlossen ist. Das heißt, dass bei linearen Schneidesegmenten ein Winkel von ca. 110 ° bis 130 ° zwischen der zweiten Schneide und dem Schneidensegment der ersten Schneide besteht, an dem die zweite Schneide angeschlossen ist. Bei bogenförmiger erster Schneide existiert somit ein Winkel von ca. 90 ° bis 130 ° zwischen der zweiten Schneide und einer Tangente an dem Schneidensegment der ersten Schneide, an dem die zweite Schneide angeschlossen ist, wobei die Tangente in einer Entfernung von maximal 1/10 der Länge des betreffenden Schneidensegments vom Ende der Schneide an diese angelegt ist. Auch die zweite Schneide kann zumindest segmentweise bogenförmig ausgestaltet sein.
Weiterhin kann das Schneidelement des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs eine dritte Schneide aufweisen, welche sich an ein zweites Ende der ersten Schneide anschließt, wobei die dritte Schneide mit dem Bereich der ersten Schneide, an dem die dritte Schneide angeschlossen ist, einen Winkel von 90 Grad bis 130 Grad einschließt. Das heißt, dass auch hier wie bei der zweiten Schneide und bogenförmig verlaufender erster Schneide ein Winkel von 90 ° bis 130 ° zwischen der dritten Schneide und einer Tangente an dem Schneidensegment der ersten Schneide, an dem die dritte Schneide angeschlossen ist, realisiert ist, wobei die Tangente in einer Entfernung von maximal 1/10 der Länge des betreffenden Schneidensegments am Ende der Schneide an diese angelegt ist.
Bei linearen Schneidensegmenten ist vorzugsweise ein Winkel von ca. 110 ° bis 130 ° zwischen der dritten Schneide und dem Bereich der ersten Schneide, an dem die dritte Schneide angeschlossen ist, realisiert.
Die Anordnung der zweiten Schneide und der dritten Schneide ist auch dann technisch sinnvoll, wenn die erste Schneide nicht die Schneidensegmente mit dem Keilwinkel aufweist, der kleiner als 88 ° ist.
Auch die dritte Schneide kann zumindest segmentweise bogenförmig ausgestaltet sein, wobei sie auch eine Kombination bogenförmiger und linearer Abschnitte aufweisen kann.
Vorzugsweise ist die Länge und die Breite der jeweiligen Spanfläche der zweiten Schneide und/oder der dritten Schneide jeweils grösser als 0,02 mm.
Das Zerspanungswerkzeug kann in einem durch die zweite Schneide oder die dritte Schneide geführten Querschnitt eine Höhe von mehr als 0,2 mm aufweisen, wobei die genannte Länge, die Breite und die Höhe in den Richtungen der Koordinatenrichtungen eines kartesischen Koordinatensystems und demzufolge senkrecht zu einander verlaufen.
Weiterhin sollte das erfindungsgemäße Zerspanungswerkzeug vorteilhafterweise einen Werkzeugschaft mit einer Längserstreckung aufweisen, wobei das Schneidelement in Bezug zu einer in Richtung der Längserstreckung vorlaufenden Achse im Wesentlichen senkrecht verschiebbar gelagert ist. Die Längsachse des Zerspanungswerkzeugs oder eine Achse parallel dazu bildet dabei die Rotationsachse des Werkzeuges aus, so dass das Schneidelement radial beweglich gelagert ist.
In dieser Ausgestaltung ist das Zerspanungswerkzeug vorteilhaft ausgebildet, wenn es einen Stützkörper aufweist, mit dem das Schneidelement mechanisch abstützbar oder abgestützt ist.
Das heißt, dass ein vorzugweise aus einem Elastomerwerkstoff bestehender Stützkörper eine Stützfläche eines in einem Durchbruch des Werkzeugschaftes beweglich angeordneten Schneidelements abstützt und somit das Schneidelement mit einer Kraft radial beaufschlagt, wenn das Schneidelement im Eingriff mit zu bearbeitendem Material steht.
In alternativer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Zerspanungswerkzeug eine Fluid-Zufuhreinrichtung aufweist, mit der das Schneidelement einem statischen und/ oder dynamischen Fluid-Druck aussetzbar ist, so dass bei Aufbringung des Drucks auf das Schneidelement dieses bewegbar ist. Ein unter Druck in eine Durchgangsbohrung des Werkzeugschaftes gepresster flüssiger oder gasförmiger und/ oder aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch bestehender Stoff kann demzufolge das Schneidelement nach außen bewegen. Bei Minderung des Fluid-Drucks und bedingt durch eine Rückstellkraft im Zerspanungsbereich kann es somit auch wieder zu einem radialen Einfahren des Scheidelementes kommen.
Die konkrete konstruktive Ausführung des Zerspanungswerkzeuges im Bereich des Stützkörpers sowie dessen Betätigung und Auswirkung auf das Schneidelement ist in der DE 10215004 B4 dargelegt, deren diesbezügliche Ausführungen hiermit ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldungen einbezogen werden.
Das erfindungsgemäße Zerspannungswerkzeug ist aber nicht darauf eingeschränkt, lediglich ein Schneidelement zu umfassen, sondern es kann – insbesondere bei rotationssymmetrischer Ausbildung eines Werkzeugschaftes – an dessen Umfang mehrere Schneidelemente aufweisen, die bevorzugt in beschriebener Weise radial aus- und einfahrbar sind.
Mit dem erfindungsgemäßen Zerspannungswerkzeug lässt sich ein Verfahren zur spanenden Entfernung von Grat an einer an einem ersten Ende einer Innenseite eines Hohlzylinders räumlich verlaufenden Kante, insbesondere von Grat an einer durch einander durchdringende Bohrungen ausgebildeten Kante, realisieren, bei dem ein Zerspanungswerkzeug derart in Bezug zur zu entgratenden Kante positioniert wird, dass zumindest ein Abschnitt eine Schneidkante eines Schneidelements des Zerspanungswerkzeugs in Längsrichtung des Hohlzylinders den zu entfernenden Grat überdeckt, und das Schneidelement relativ zum Hohlzylinder rotatorisch und in Längsrichtung des Hohlzylinders translatorisch bewegt wird, sodass die Schneidkante des Schneidelements die räumlich verlaufende Kante des Hohlzylinders zumindest abschnittsweise abfährt und dort befindlichen Grat zumindest teilweise abschneidet.
Die Rotation des Schneidelements findet dabei zeitgleich mit der Translation statt. Die räumlich verlaufende Kante ist dreidimensional geformt, das heißt, dass sie sich in x-, x- und z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems streckt. Diese Kante wird zumindest abschnittsweise und bevorzugt vollständig abgefahren. Das bedeutet, dass die Bewegung der Schneide in Bezug zur mit dem Grat versehenen Kante dreidimensional erfolgt, nämlich gleichzeitig in Rotations- und Translationsbewegung, wobei die Schneide der dreidimensionalen Form der Kante folgt.
Dadurch lässt sich in optimaler Weise eine dreidimensional verlaufende Kante, wie sie insbesondere von einander schräg durchdringenden und/ oder kreuzenden Bohrungen ausgebildet ist, entgraten. Dabei ist das Verfahren nicht auf die Bearbeitung von aneinander angeschlossenen Rohren eingeschränkt, sondern lässt sich auch an Körpern oder Gegenständen einsetzen, deren Innenseiten hohlzylinderförmig ausgebildet sind, deren Außenseiten jedoch nahezu jede beliebige Form aufweisen können.
Die rotatorische und translatorische Bewegung des Schneidelements relativ zum Hohlzylinder kann dadurch ausgeführt werden, dass der Hohlzylinder bzw. das Werkstück fixiert ist und das Schneidelement rotatorisch und translatorisch bewegt wird. Es ist jedoch nicht die Alternative ausgeschlossen, bei der wenigstens eine der Bewegungen Rotation und Translation vom Hohlzylinder bzw. Werkstück ausgeführt wird und in dieser Bewegungsart das Schneidelement fixiert ist oder eine gegenläufige Bewegung ausführt. Demzufolge besteht zwischen der Rotation und der Translation ein steuerungstechnischer Zusammenhang, der vorzugsweise über eine Drei- oder Fünf-Achsen-Steuerung ausgeführt wird. Dadurch lässt sich die dreidimensionale Kante zumindest abschnittsweise in ihrem dreidimensionalen Verlauf abfahren, wobei vorzugsweise die Kante vollständig abgefahren wird.
Mittels rotatorischer und translatorischer Bewegungen ist das Verfahren demzufolge insbesondere geeignet, den Grat an einer Kante zu entfernen, die durch zwei sich kreuzende Bohrungen entsteht, wobei die Bohrungen einen Winkel α von weniger als 90 ° einschließen. Die dabei entstehende Durchdringungskante im größeren Rohr weist in Draufsicht die Form eines Ovals auf, wobei bei einem Winkel α von 90 ° zwischen den Bohrungen dieses Oval ein Kreis ist. Die ovale, den Grat aufweisende Kante verläuft dabei zwischen einer Maxima-Ebene, die durch die Maxima der Kantenkurve verläuft, und einer Minima-Ebene, die durch die Minima der Kantenkurve verläuft, wobei die Maxima-Ebene und die Minima-Ebene jeweils senkrecht zu der Ebene stehen, in der der Winkel α zwischen den Hohlzylindern aufgespannt ist, zueinander jedoch parallel verlaufen. Vorzugsweise wird die Spanfläche des Schneidelements im Wesentlichen senkrecht zur Tangente im Punkt der Berührung der Schneidkante des Schneidelements mit der räumlich verlaufenden Kante geführt. Diese im Wesentlichen senkrechte Führung der Spanfläche des Schneidelements sollte derart realisiert sein, dass die Spanfläche einen Winkel von 75 ° bis 100 °, vorzugsweise zwischen 87 ° und 93 °, zur Tangente einnimmt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine die Schneidkante ausbildende Schneide des Schneidelements hervorstehend ausgebildet ist und derart bewegt wird, dass eine im Berührungspunkt der Schneidkante des Schneidelements mit dem Grat an die Schneidkante angelegte Normale parallel zur Erstreckungsrichtung des Grats verläuft. Wenn die Schneidkante durch lineare Schneidensegmente ausgebildet ist, verläuft diese Normale senkrecht zur jeweiligen linearen Schneidensegmentkante in Richtung der Erstreckung des Grats. Wenn die Schneidkante durch ein gewölbtes Schneidensegment oder durch mehrere gewölbte Schneidensegmente ausgebildet ist, verläuft diese Normale senkrecht zu einer Tangente, die im Punkt der Berührung des gewölbten Schneidensegments mit dem Grat an der gewölbten Schneidkante anliegt, und verläuft somit auch hier in Richtung der Erstreckung des Grats. Die Grat-Erstreckungsrichtung ist dabei die Richtung, in die der Grat, ausgehend von der räumlich verlaufenden Kante, hervorsteht. Die genannte Normale fluchtet somit mit der Grat-Erstreckungsrichtung.
Die hervorstehende Schneide kann dabei eine gewölbte Kante aufweisen, sodass die Schneide einen konvexen Verlauf hat. Bei linearen Schneidensegmenten, die die Schneide ausbilden, steht die Schneide somit eckig hervor.
Vorzugsweise ist eine maximale Winkelabweichung zwischen der Normalen und der Graterstreckungsrichtung von 5 ° tolerierbar.
Zur Positionierung des Zerspanungswerkzeugs vor Beginn des eigentlichen Spanungsvorgangs ist in einer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass das Zerspanungswerkzeug in der Längsrichtung des Hohlzylinders über dessen erstes Ende hinaus bewegt wird und dann die Schneidkante des Schneidelements an den zu entfernenden Grat angelegt oder an die abzufahrende räumlich verlaufende Kante angelegt wird. Das heißt, dass das Zerspanungswerkzeug durch ein zweites Ende des Hohlzylinders eingefahren wird, welches dem ersten Ende des Hohlzylinders gegenüberliegt. Wenn sich das erste Ende des Hohlzylinders unterhalb des zweiten Endes befindet, wird das Schneidelement bis in eine Position unterhalb der zu entgratenden Kante gefahren und dann wieder in Richtung des zweiten Endes zurückbewegt, so dass die Schneide an der Unterseite des ersten Endes an die zu entgratende Kante angelegt wird. Danach kann der Spanungs-Vorgang gestartet werden, indem das Zerspanungswerkzeug rotatorisch und tranlatorisch bewegt wird. In einem quer durch den Hohlzylinder geführten Querschnitt mit der Blickrichtung vom zweiten Ende in Richtung des ersten Endes des Hohlzylinders wird somit das Schneidelement vom Grat überlagert.
Das heißt, dass erst nach der Positionierung des Schneidelements vom zweiten Ende des Hohlzylinders aus betrachtet hinter dem ersten Ende die Rotations- und Translationsbewegungen gestartet werden, die die Entfernung des Grates bewirken, wobei die auf den Grat wirkende Schneidkraft durch eine im Zerspanungswerkzeug wirkende Zugkraft erzeugt wird.
In einer alternativen Ausführung des Verfahrens wird vor Beginn des eigentlichen Zerspanungsvorgangs das Schneidelement von außen an den zu entgratenden Hohlzylinder bzw. an dessen zu entfernenden Grat herangeführt, entsprechend positioniert und danach wird der Schneidvorgang zur Entfernung des Grates gestartet. Das heißt, dass die auf den Grat wirkende Schneidkraft durch eine im Zerspanungswerkzeug wirkende Druckkraft erzeugt wird.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die gleichzeitig zur Rotation des Schneidelements stattfindende Translation des Schneidelements in Richtung des Gratfußes im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt. Das heißt, dass die Translation vorzugsweise mit gleicher Geschwindigkeit ausgeführt wird, wobei maximale Geschwindigkeits-Schwankungen von 20 Prozent noch tolerierbar sind.
Bei Definition eines kartesischen Koordinatensystems mit der z-Achse in Richtung der Längsachse des Hohlzylinders und der x- und y-Achsen parallel zu den Minimum- und Maximum-Ebenen, zwischen denen die räumlich verlaufende Kante angeordnet ist, erfolgt je Umdrehung des Zerspanungswerkzeugs vorzugsweise eine Zustellung in z-Richtung von 0,01 mm bis 1 mm, insbesondere von 0,1 mm bis 0,5 mm. Es hat sich dabei herausgestellt, dass die translatorische Bewegung vorzugsweise zwischen 0,1 mm/min bis 10 mm/min betragen sollte, vorzugsweise 0,6 mm/min.
Die Rotationsgeschwindigkeit sollte bevorzugt zwischen 1 min^–1 und 1000 min^–1, vorzugsweise zwischen 30 min^–1 und 200 min^–1, insbesondere 120 min^–1 betragen, wobei die Rotationgeschwindigkeit vom Neigungswinkel der Ebenen, zwischen denen die räumlich verlaufende Kante angeordnet ist, in Bezug zur Längsachse des Hohlzylinders abhängig ist.
Dabei gilt in Bezug zu einem Winkelbereich von 0 ° bis 90 ° zwischen den Ebenen, zwischen den die räumlich verlaufende Kante angeordnet ist, und der Längsachse des Hohlzylinders, dass die Drehzahl der Rotation umso größer ist, je größer der Winkel α zwischen den einander kreuzenden Hohlzylindern ist. Vorzugsweise gilt dabei ein Verhältnis vom Winkel α zur Rotationsgeschwindigkeit ω von: α/ω = 0,09...0,25 [rad min].
Das Verfahren ist dabei üblicherweise derart auszuführen, dass jeder Punkt der räumlich verlaufenden Kante mehrfach von der Schneidkante des Schneidelements abgefahren wird.
Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass Zerspanungswerkzeug einen Werkzeugschaft mit einer Längserstreckung aufweist, wobei das Schneidelement in Bezug zu einer in Richtung der Längserstreckung verlaufenden Längsachse im Wesentlichen senkrecht verschiebbar gelagert ist und die Rotation um die Längsachse des Werkzeugschaftes erfolgt.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Zerspanungswerkzeug einen Werkzeugschaft mit einer Längserstreckung aufweist, wobei der Schneidelement in Bezug zu einer in Richtung der Längserstreckung verlaufenden Längsachse im Wesentlichen senkrecht verschiebbar gelagert ist, wobei die Rotation um eine Rotationsachse erfolgt, die parallel und beabstandet zur Längsachse des Werkzeugschaftes angeordnet ist.
Für beide Verfahrensvarianten gilt, dass die Schneide in Bezug zur Längsachse des Zerspanungswerkzeugs vorzugsweise radial verschiebbar gelagert ist. Bei einem Abstand der Längsachse des Zerspanungswerkzeugs bzw. des Werkzeugschaftes zur Rotationsachse kann dieser Abstand theoretisch unbegrenzt groß sein, wobei er vorzugsweise der Differenz der maximalen Längserstreckung der als ein Oval geformten räumlich verlaufenden Kante und dem Abstand der maximal ausgefahrenen Schneidkante des Schneidensegments in Bezug zur Längsachse des Zerspanungswerkzeugs entspricht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass sich beim Entgratungsprozess das Schneidelement in Bezug zur Längsachse im Wesentlichen senkrecht, ggf. mit einer Winkelbewegung von 5 °, verschiebt. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass das Zerspanungswerkzeug einen Stützkörper aufweist, mit dem das Schneidelement mechanisch abstützbar oder abgestützt ist, und der auf Grund seiner Elastizität dazu geeignet ist, eine derartige Verstellbewegung des Schneidelementes zu realisieren. Alternativ weist das Zerspanungswerkzeug eine Fluid-Zufuhreinrichtung auf, mit dem das Schneidelement einem statischen und/oder dynamischen Fluid ausgesetzt wird, sodass sich das Schneidelement bewegt. Das heißt, dass ein vorzugweise aus einem Elastomerwerkstoff bestehender Stützkörper eine Stützfläche eines in einem Durchbruch des Werkzeugschaftes beweglich angeordneten Schneidelements abstützt und somit das Schneidelement mit einer Kraft radial beaufschlagt.
Alternativ bewegt ein unter Druck in eine Durchgangsbohrung des Werkzeugschaftes gepresster flüssiger oder gasförmiger und/ oder aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch bestehender Stoff das Schneidelement nach außen. Bei Minderung des Fluid-Drucks und bedingt durch eine Rückstellkraft im Zerspanungsbereich kann es somit auch wieder zu einem radialen Einfahren des Scheidelementes kommen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Zerspanungswerkzeug mehrere Schneidelemente aufweist, wobei während der Rotationsbewegung und nach Anlage der Schneidkante eines der Schneidelemente an den zu entfernenden Grat oder an die abzufahrende räumlich verlaufende Kante wenigstens eine Schneidkante ständig im Grat bzw. an der Kante im Eingriff ist. Die mehreren Schneidelemente sind dabei im Wesentlichen regelmäßig am Umfang des Werkzeugschafts des Zerspanungswerkzeugs angeordnet. Die Schneidelemente sind bevorzugt in beschriebener Weise radial aus- und einfahrbar.
In weiterer günstiger Ausgestaltung des Verfahrens weist das jeweilige Schneidelement eine zweite Schneide auf, welche sich an ein erstes Ende der ersten Schneide anschließt und in einem Winkel von 90 ° bis 130 ° in Bezug zu dem Bereich der ersten Schneide verläuft, an dem die zweite Schneide angeschlossen ist, und/oder dass ein jeweiliges Schneidelement eine dritte Schneide aufweist, welche sich an ein zweites Ende der ersten Schneide anschließt, wobei die dritte Schneide und der Bereich der ersten Schneide, an dem die dritte Schneide angeschlossen ist, einen Winkel von 90 ° bis 130 ° einschließen, und das Verfahren zur spanenden Entfernung von Grat an einer an einem ersten Ende eines Hohlzylinders räumlich verlaufenden Kante in einem Neben-Hohlzylinder, der in einen Haupt-Hohlzylinder führt, ausgeführt wird und danach das Zerspanungswerkzeug in den Haupt-Hohlzylinder eingeführt wird und mit dem zweiten oder dritten Schneide Grat an der Kante zwischen dem Haupt-Hohlzylinder und dem Neben-Hohlzylinder entfernt wird. Die Durchführung dieses Verfahrens ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Krümmungsradius der mit dem Grat versehenen Kante so gering ist, dass das Schneidelement aufgrund einer notwendigen Dicke nicht die gesamte Kante abfahren kann, sondern in besonders eng gekrümmten Bereichen eine Sekante in dieser Krümmung ausbildet. Durch die Anordnung der zweiten und der dritten Schneide ist vom Haupt-Zylinder aus der Grat im Bereich der entstandenen Sekante mit demselben Werkzeug abtrennbar, mit dem auch die Bearbeitung des Grats von dem Neben-Zylinder aus vorgenommen wurde.
Die Erfindung wird im Folgenden Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen
1: Ein erfindungsgemäßes Zerspanungswerkzeug in unterschiedlichen Ausführungen und Ansichten,
1a: Eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs in Ansicht von einer Seite,
1b: Eine Schnitt-Ansicht des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs entlang des Schnittes D-D gemäß 1a,
1c: Eine Schnitt-Ansicht des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs entlang des Schnittes E-E in 1a,
1d: Ein erfindungsgemäßes Zerspanungswerkzeug in einer zweiten Ausführungsform,
1e: Eine erste Frontalansicht des in 1d dargestellten Zerspanungswerkzeugs,
1f: Eine zweite Frontalansicht des in 1d dargestellten Zerspanungswerkzeugs,
1g: Eine Schnitt-Ansicht entlang des Schnittes B-B durch das in 1d dargestellte Zerspanungswerkzeug,
1h: Eine Schnitt-Ansicht entlang des Schnittes A-A durch das in 1d dargestellte Zerspanungswerkzeug,
1i: Eine Draufsicht auf das in 1d dargestellte Zerspanungswerkzeug,
1j: Eine Schnitt-Ansicht entlang des Schnittes C-C durch das in 1d dargestellte Zerspanungswerkzeug,
2: Zwei einander kreuzende Hohlzylinder in Ansicht von der Seite,
3: Der vergrößerte Ausschnitt X aus 2,
4: Eine Draufsicht auf die Verbindungskante zwischen den in den 2 und 3 dargestellten, sich kreuzenden Hohlzylinder,
5: Eine Darstellung des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeuges beim Entgraten eines stumpfwinkligen Bereichs der Kante,
6: Eine Darstellung des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs beim Entgraten eines spitzwinkligen Bereichs der Kante,
7: Eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs bei der Entfernung von Grat einem spitzwinkligen Bereich der Kante,
8: Eine Darstellung des Zerspanungswerkzeugs beim Entgraten einer Kante von einander durchdringenden Bohrungen,
9: Eine Darstellung des Zerspanungswerkzeugs bei der Entfernung von Grat an von einer Bohrung durchdrungenem Vollmaterial in einer ersten Position,
10: Eie Darstellung des Zerspanungswerkzeugs bei der Entfernung von Grat an dem von der Bohrung durchdrungenem Vollmaterial an der in Bezug zur 9 gegenüberliegenden Seite.
Zur Erläuterung eines ein Entgratungsverfahren ausführenden erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs wird zunächst Bezug genommen auf 1 mit den in den einzelnen Darstellungen a–j dargestellten Ansichten und Ausführungsformen.
Gemäß 1a umfasst das Zerspanungswerkzeug Z ein Schneidelement 1, welches im Wesentlichen im Bezug zu einem Werkzeugschaft 70 hervorstehend ausgebildet ist.
Das Schneidelement 1 wird in seinem hervorstehenden Bereich durch eine erste Schneide 10 definiert, die durch eine Schneidkante 14 begrenzt ist, so dass die erste Schneide 10 ein erstes Ende 11 sowie gegenüberliegend ein zweites Ende 12 aufweist.
In der 1a dargestellten Ausführungsform ist deutlich ein erstes, linear ausgeführtes Schneidensegment 20 so wie ein zweites, ebenfalls linear ausgeführtes zweites Schneidsegment 30 erkennbar. Das erste Schneidesegment 20 und das zweite Schneidesegment 30 sind durch einen zentralen Bereich der ersten Schneide 40 voneinander getrennt, der ebenfalls im Wesentlichen linear verläuft, und der in der vorliegenden Ausführungsform als ein drittes Schneidensegment 41 ausgestaltet ist.
Die Länge der ersten Schneide Ls ist dabei mindestens doppelt so lang wie die Länge des zentralen Bereichs Lz. Die Länge der ersten Schneide Ls kann insbesondere zwischen 1,5 und 2 mm betragen, und die Länge des zentralen Bereichs Lz kann zwischen 0,6 und 1 mm betragen.
Das Zerspanungswerkzeug ist jedoch bei linearen Schneidensegmenten 20, 30 nicht darauf eingeschränkt, dass diese Schneidensegmente 20, 30 voneinander durch ein drittes Schneidensegment 41 getrennt sind, sondern es kann auch derart ausgeführt sein, dass das erste Schneidensegment 20 und das zweite Schneidensegment 30 unmittelbar aneinander im zentralen Bereich der ersten Schneide 40 aneinander angeschlossen sind. In 1d ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeugs Z dargestellt, bei der jedoch die erste Schneide 10 einen konvexen bogenförmigen Verlauf 13 aufweist, so dass auch das erste Schneidensegment 20 und das zweite Schneidensegment 30 konvex bogenförmig ausgestaltet sind. Auch in dieser Ausführungsform existiert im zentralen Bereich der ersten Schneide 40 ein drittes Schneidensegment, welches bei bogenförmigen ersten und zweiten Schneidensegmenten 20, 30 bevorzugt ebenfalls bogenförmig auszuführen ist.
Im zentralen Bereich der ersten Schneide 40 ist in beiden Ausführungsformen ein Verstärkungselement 42 angeordnet, welches aber nicht bis zur Schneidkante 14 heranreicht.
In beiden der in den 1a und 1d dargestellten Ausführungsvarianten weist das erste Schneidensegment 20 einen ersten Keilwinkel 21 auf und das zweite Schneidesegment 30 weist einen zweiten Keilwinkel 31 auf. Wie insbesondere aus 1i ersichtlich ist, wird somit bei im Wesentlichen senkrechter Führung der Ebene des Schneidelementes 1 an einer zu entgratenden Kante durch den ersten Keilwinkel 21 eine erste Freifläche 23 ausgebildet und durch den zweiten Keilwinkel 31 eine zweite Freifläche 33 ausgebildet. Diese Freiflächen sind ebenfalls den in 1e und 1f dargestellten Seitenansichten entnehmbar.
In 1j ist dargestellt, dass die erste Schneide 10 im Wesentlichen zwischen einer ersten Ebene E1 und von einer zweiten Ebene E2 verläuft. Der erste Keilwinkel 21 am ersten Schneidensegment 20 öffnet sich dabei zur zweiten Ebene E2, und der zweite Keilwinkel 31 am zweiten Schneidensegment 30 öffnet sich zur ersten Ebene E1. Das bedeutet, dass die beiden Keilwinkel 21, 31 in Bezug zur zwischen der ersten Ebene E1 und der zweiten Ebene E2 verlaufenen dritten Ebene E3 entgegengesetzt gerichtet geöffnet sind.
Die Winkelhalbierende des ersten Keilwinkels verläuft dabei in einem Winkelbereich von 120 ° bis 160 ° in Bezug zur dritten Ebene, und die Winkelhalbierende des zweiten Keilwinkels verläuft in einem Winkelbereich von 300 ° bis 340 ° in Bezug zur dritten Ebene E3.
Demzufolge ist am ersten Ende der ersten Schneide 10 ein erster Keilwinkel 21 ausgebildet und am zweiten Ende 12 der ersten Schneide 10 ein zweiter Keilwinkel 31 ausgebildet, wobei die beiden Keilwinkel 21, 31 derart ausgerichtet sind, dass das Zerspanungswerkzeug bei Realisierung entgegengesetzte Drehrichtungen nutzbar ist, wobei in einer ersten Drehrichtung das erste Schneidensegment 20 in Eingriff zu bringen ist, und in der zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung das zweite Schneidensegment 30 in Eingriff zu bringen ist.
In der 1a dargestellten Ausführungsvariante des Zerspanungswerkzeugs Z ist gezeigt, dass an das erste Ende 11 der ersten Schneide 10 eine zweite Schneide 50 anschließt, die in der hier dargestellten Ausführungsform leicht bogenförmig verläuft, jedoch nicht darauf eingeschränkt ist, sondern auch linear verlaufen kann.
An das zweite Ende 12 der ersten Schneide 10 schließt sich eine dritte Schneide 60 an, die in der hier dargestellten Ausführungsvariante im Wesentlichen linear ausgeführt ist, sich jedoch ähnlich wie die zweite Schneide ebenfalls mit einem Bogen-Abschnitt an die erste Schneide 10 anschließt.
In 1b ist der Schnitt entlang dem Verlaufs D-D in 1a dargestellt, wobei hier die Spanfläche 51 der zweiten Schneide 50 ersichtlich ist.
Ebenso ist in 1c der Schnittverlauf entlang des Schnittes E-E in 1a dargestellt, so dass hier die Spanfläche 61 der dritten Schneide 60 ersichtlich ist. Ebenfalls erkennbar ist, dass die zweite Schneide 50 sowie auch die dritte Schneide 60 jeweils mit einem Keilwinkel kleiner als 90 ° ausgestattet sind.
Die Länge L und die Breite B der jeweiligen Spanfläche 51, 61 sollte jeweils größer oder gleich 0,2 mm sein. Ebenso sollte die Höhe H mehr als 0,2 mm betragen.
In 2 sind zwei einander kreuzende Hohlzylinder, die zum Beispiel durch Bohrungen ausgeführt sein können, dargestellt, an denen das Verfahren durchzuführen ist. Es ist sichtlich, dass ein sogenannter Neben-Hohlzylinder 100 spitzwinklig einen Haupt-Hohlzylinder 200 kreuzt bzw. in diesen eintaucht. Dabei stößt ein erstes Ende 101 des Neben-Hohlzylinders 100 an den Haupt-Hohlzylinder 200 an. Ein zweites Ende 102 des Neben-Hohlzylinders 100 ist dagegen vom Haupt-Hohlzylinder 200 entfernt. Die Längssachsen des Neben-Hohlzylinders 100 und des Haupt-Hohlzylinders 200 schließen einen Winkel α ein.
In 3 ist eine vergrößerte Ansicht des in 2 angedeuteten Ausschnittes X ersichtlich, wobei hier deutlich ein Grat 400 zu erkennen ist, der mit seinem Gratfuß 401 an der zwischen Neben-Hohlzylinder 100 und Haupt-Hohlzylinder 200 ausgebildeten Kante 300 anschließt.
Diese Kante 300 ist deutlich unter Weglassung der zeichnerischen Darstellungen des Neben-Hohlzylinders 100 noch einmal in einer Draufsicht auf den Haupt-Hohlzylinder 200 in 4 ersichtlich.
Die Oval-förmige Kante 300, ergibt sich dadurch, dass der Neben-Hohlzylinder 100 spitzwinklig an den Haupt-Hohlzylinder 200 angeschlossen ist.
Wie aus 2 ersichtlich ist, hat die Kante 300 in dieser spitzwinkligen Anordnung einen dreidimensionalen Verlauf, so dass sie ein erstes Maximum 301 und gegenüberliegend ein zweites Maximum 302 ausbildet, sowie im Wesentlichen um 90 ° versetzt ein erstes Minimum 303 und ein zweites Minimum 304 aufweist. Das bedeutet, dass die Oval-förmige Kante 300 in der hier dargestellten Ausführungsform zwischen einer Maxima-Ebene 305, in der das erste Maximum 301 und das zweite Maximum 302 angeordnet sind, sowie einer Minima-Ebene 306, in der das erste Minimum 303 und das zweite Minimum 304 angeordnet sind, verläuft.
In den 5 bis 7 sind einzelne Schritte eines Verfahrens, welches mit dem dargestellten erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeug ausgeführt wird, dargestellt.
In 5 ist dargestellt, dass das Zerspanungswerkzeug Z durch das zweite Ende 102 des Neben-Hohlzylinders 100 in diesen eingefahren wurde und mit dem ersten Schneidensegment 20 an der Kante 300 in Eingriff steht. Dabei rotiert das Zerspannungswerkzeug Z um die dargestellte Rotationsachse 500. Gleichzeitig zu dieser Rotation führt das Zerspanungswerkzeug Z eine translatorische Bewegung 600 entlang der Achse z aus, um die in den 2 und 4 dargestellte dreidimensional verlaufende Kante 300 abzufahren.
In 6 ist das Zerspanungswerkzeug Z in einer im Bezug zu der 5 dargestellten Position im Wesentlichen um 180 ° gedrehten Position dargestellt. Es ist ersichtlich, dass nunmehr das zweite Schneidensegment 30 auf die Kante 300 in dem spitzwinkligen Bereich einwirkt. Bei weiterer Rotation des Zerspanungswerkzeugs Z ist dieses wiederum in Translationsrichtung 600 entlang der Koordinate z zurück zu bewegen.
Aus einer Zusammenschau der 5 und 6 ist es ersichtlich, dass, um das erste Schneidensegment 20 und das zweite Schneidensegment 30 in Eingriff zu bringen, die Drehrichtung des Zerspanungswerkzeuges Z umzudrehen ist, so dass die jeweiligen Keilwinkel 21, 31 den jeweiligen Schnittvorgang im Grat 400 ausführen können.
In 7 ist ein weiterer Verfahrensaspekt des Verfahrens dargestellt, bei dem das Zerspanungswerkzeug Z, hier lediglich mit linearen Schneidensegmenten 20, 30 ausgeführt, nicht in dem Neben-Hohlzylinder 100 in Eingriff mit der Kante 300 gebracht wird, sondern im Haupt-Hohlzylinder 200. In der hier dargestellten Situation ist die dritte Schneide 60 in Eingriff mit der Kante 300 bzw. mit dem daran vorhandenen Grat 400. Durch eine Rotation des Zerspanungswerkzeugs Z lässt sich Grat 400 in diesem Punkt der Kante 300, an dem auch das zweite Maximum 302 vorhanden ist, entfernen. In entsprechender Weise kann bei weiterer Translation des Zerspanungswerkzeugs Z in Längsrichtung des Haupt-Hohlzylinders 200 die zweite Schneide 50 in Eingriff mit der Kante 300 in dem Bereich gebracht werden, in dem das erste Maximum 301 vorhanden ist und die beiden Hohlzylinder 100, 200 stumpfwinklig aneinander stoßen.
Die 8 zeigt die Ausführung des Verfahrens mit dem erfindungsgemäßen Zerspanungswerkzeug bei der Entfernung von Grat an einer Kante, die durch einander durchdringende Bohrungen, in dem Fall durch die Durchdringung des Haupt-Hohlzylinders 200 mit den Neben-Hohlzylinder 100, entstanden ist.
Es ist hier ersichtlich, dass das Zerspanungswerkzeug Z in eine Position durch den Neben-Hohlzylinder 100 eingefahren wurde, in dem das Zerspanungswerkzeug Z an der Kante 300 anliegt, die durch das Eintauchen des unteren Neben-Hohlzylinders 100 in den Haupt-Hohlzylinder 200 realisiert ist. Dabei steht das Zerspanungswerkzeug mit dem zweiten Schneidensegment 20 mit der Kante 300 in Eingriff. Auch in dieser Verfahrensausführung wird die räumlich verlaufende Kante 300 durch gleichzeitige Rotation und Translation des Zerspanungswerkzeugs entgratet, wobei das Zerspanungswerkzeug Z im Wesentlichen der Kontur der Kante 300 folgt. Daraus ist ersichtlich, dass das selbe Zerspanungswerkzeug verwendbar ist, welches ebenfalls die in den 5 bis 7 dargestellten Verfahrensausgestaltungen realisiert hat, wobei lediglich auf Grund der vorzugweise entgegengesetzt gerichteten Keilwinkel am Zerspanungswerkzeug Z die Drehrichtung umzukehren ist. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht darauf eingeschränkt, dass ein Zerspanungswerkzeug mit entgegengesetzt ausgeführten Keilwinkel verwendet wird, sondern gegebenenfalls können auch an der ersten Schneide 10 zur gleichen Seite ausgerichtete Keilwinkel realisiert sein.
Aus den 9 und 10 ist eine Verfahrensausführung ersichtlich, bei der das Zerspanungswerkzeug lediglich an einer an einem runden Vollmaterial 700 durch Durchdringung mit einem Neben-Hohlzylinder 100 ausgebildeten Kante 300 eingesetzt wird. Aus 9 ist ersichtlich, dass dabei die dem Zerspanungswerkzeug Z bei seiner Eintauchbewegung in Richtung der Koordinate z gegenüberliegende Kante 300 mit dem ersten Schneidensegment 20 bearbeitet wird.
Nach dem Durchfahren des Neben-Hohlzylinders 100 mit dem Zerspanungswerkzeug Z bis zur gegenüberliegenden Seite des Vollmaterials 700 lässt sich auch die hier vorhandene Kante 300 mit dem selben Zerspanungswerkzeug Z bearbeiten, wobei hier nun wie dargestellt das zweite Schneidensegment 30 mit der Kante 300 im Eingriff steht. Auch in den in den 9 und 10 dargestellten Verfahrungsausführungen führt dabei das Zerspanungswerkzeug Z gleichzeitig eine translatorische und eine rotatorische Bewegung aus, um der räumlich verlaufenden Bahn der Kante 300 zu folgen und dort vorhandenen Grat zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in den 9 und 10 dargestellten Positionen bzw. Bewegungen des Zerspanungswerkzeugs Z eingeschränkt, sondern das Werkzeug kann beim Entgratungsprozess auch derart in Bezug auf das Vollmaterial 700 positioniert sein, dass die Rotationsachse des Zerspanungswerkzeugs Z im Wesentlichen senkrecht zur Oberseite bzw. zu einer an einen Querschnitt des Vollmaterials 700 an dessen obersten Punkt angelegten Tangente verläuft.
Bezugszeichenliste

Z: Zerspanungswerkzeug
1: Schneidelement
10: erste Schneide
11: erstes Ende der ersten Schneide
12: zweites Ende der ersten Schneide
13: konvexer bogenförmiger Verlauf
14: Schneidkante
20: erstes Schneidensegment
21: erster Keilwinkel
22: Winkelhalbierende des 1. Keilwinkels
23: erste Freifläche
30: zweites Schneidensegment
31: zweiter Keilwinkel
32: Winkelhalbierende des 2. Keilwinkels
33: zweite Freifläche
40: zentraler Bereich der ersten Schneide
41: drittes Schneidensegment
42: Verstärkungselement
50: zweite Schneide
51: Spanfläche der zweiten Schneide
60: dritte Schneide
61: Spanfläche der dritten Schneide
E1: erste Ebene
E2: zweite Ebene
E3: dritte Ebene
70: Werkzeugschaft
100: Neben-Hohlzylinder
101: erstes Ende des Neben-Hohlzylinders
102: zweites Ende des Neben-Hohlzylinders
200: Haupt-Hohlzylinder
300: Kante, Oval
301: Erstes Maximum
302: zweites Maximum
303: Erstes Minimum
304: zweites Minimum
305: Maxima-Ebene
306: Minima-Ebene
400: Grat
401: Gratfuß
500: Rotationsachse
600: Translation
700: Vollmaterial
α: Winkel
L: Länge
B: Breite
H: Höhe
Ls: Länge der ersten Schneide
Lz: Länge des zentralen Bereichs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007020207 B9 [0007, 0009]
DE 1020012005246 A1 [0008]
DE 1020015004 B4 [0009]
DE 10215004 B4 [0035]

Claims

Zerspanungswerkzeug (Z), insbesondere zur Entgratung von Kanten (300) in Hohlräumen, umfassend wenigstens ein Schneidelement (1) mit einer vorstehenden ersten Schneide (10), deren Schneidkante (14) zwischen zwei im Wesentlichen parallelen Ebenen (E1, E2) verläuft, wobei die erste Schneide (10) wenigstens ein erstes Schneidensegment (20) und ein zweites Schneidensegment (30) aufweist, die an den jeweiligen Endbereichen (11, 12) der Schneidkante (14) angeordnet sind, und wobei das erste Schneidensegment (20) einen ersten Keilwinkel (21) aufweist und das zweite Schneidensegment (30) einen zweiten Keilwinkel (31) aufweist, wobei ein Minimum des ersten Keilwinkels (21) und des zweiten Keilwinkels (31) jeweils kleiner als 88° ist, und die Freiflächen (23, 33), die durch die jeweiligen Keilwinkel (21, 31) ausgebildet sind, jeweils einer der beiden parallelen Ebenen (E1, E2) zugewandt sind.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schneide (10) zwischen dem ersten Schneidensegment (20) und dem zweiten Schneidensegment (30) ein drittes Schneidensegment (41) aufweist, dessen Keilwinkel größer ist als der größte Keilwinkel (21, 31) des ersten Schneidensegments (20) und des zweiten Schneidensegments (30).
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des dritten Schneidensegmentes (41) kürzer ist als die kürzeste Länge des ersten Schneidensegmentes (20) und des zweiten Schneidensegmentes (30).
Zerspanungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schneide (10) einen konvexen bogenförmigen Verlauf (13) aufweist, so dass auch das erste Schneidensegment (20) und das zweite Schneidensegment (30) konvex bogenförmig ausgestaltet sind.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenform der ersten Schneide (10) einem Segment einer logarithmischen Spirale entspricht.
Zerspanungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Keilwinkel (21, 31) im Verlauf eines jeweiligen Schneidensegments (20, 30) vom Ende des Schneidensegmentes in Richtung des zentralen Bereiches (40) der ersten Schneide (10) vergrößert.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Keilwinkel (21, 31) in Abhängigkeit vom Abstand zum jeweiligen Schneidensegmentende linear oder exponentiell zunimmt.
Zerspanungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Minimum des Keilwinkels (21, 31) des ersten und des zweiten Schneidensegmentes (20, 30) zwischen 84 ° und 87 ° groß ist.
Zerspanungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schneide (10) in einem zentralen Bereich (40) ein Verstärkungselement (42) aufweist.
Zerspanungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (1) eine zweite Schneide (50) aufweist, welche sich an ein erstes Ende (11) der ersten Schneide (10) anschließt und in einem Winkel von 90 ° bis 130 ° in Bezug zu dem Bereich der ersten Schneide (10) verläuft, an dem die zweite Schneide (50) angeschlossen ist.
Zerspanungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (1) eine dritte Schneide (60) aufweist, welche sich an ein zweites Ende (12) der ersten Schneide (10) anschließt, wobei die dritte Schneide (60) und der Bereich der ersten Schneide (10), an dem die dritte Schneide (60) angeschlossen ist, einen Winkel von 90 ° bis 130 ° einschließen.
Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L) und die Breite (B) der jeweiligen Spanfläche (51, 61) der zweiten Schneide (50) und/ oder der dritten Schneide (60) größer als 0,2 mm ist.
Zerspanungswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungswerkzeug (Z) einen Werkzeugschaft (70) mit einer Längserstreckung aufweist, wobei das Schneidelement (1) in Bezug zu einer in Richtung der Längserstreckung verlaufenden Längsachse im Wesentlichen senkrecht verschiebbar gelagert ist.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungswerkzeug (Z) einen Stützkörper aufweist, mit dem das Schneidelement 1 mechanisch abstützbar oder abgestützt ist.
Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Zerspanungswerkzeug (Z) eine Fluid-Zufuhreinrichtung aufweist, mit der das Schneidelement (1) einem statischen und / oder dynamischen Fluid-Druck aussetzbar ist, so dass bei Aufbringung des Drucks auf das Schneidelement (1) dieses bewegbar ist.