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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugkupplung zwischen zwei Kupplungsteilen, insbesondere zwischen einem Schneidkopf und einem Träger eines Rotationswerkzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kupplungsteil für eine solche Werkzeugkupplung.
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Eine derartige Werkzeugkupplung ist beispielsweise aus der
EP 1 476 269 B1 zu entnehmen. Darin ist ein als Bohrer ausgebildetes Rotationswerkzeug beschrieben, welches als sogenanntes modulares Rotationswerkzeug ausgebildet ist. Dieses erstreckt sich in Axialrichtung entlang einer Rotationsachse und weist zwei Kupplungsteile auf, nämlich einen Träger sowie einen Schneidkopf, der am Träger austauschbar befestigt ist. Der Träger weist hierzu stirnseitig üblicherweise zwei gegenüberliegende und durch Spannuten voneinander getrennte Befestigungsstege auf, über die eine Zapfenaufnahme begrenzt ist. In diese Zapfenaufnahme ist ein Kupplungszapfen des Schneidkopfes eingesetzt. Dies erfolgt durch ein Verdrehen des Schneidkopfes um die Rotationsachse gegenüber dem Träger. Bei diesem Verdrehen wird eine klemmende Verbindung zwischen zueinander korrespondierenden Klemmflächen des Schneidkopfs und des Trägers ausgebildet, sodass die beiden Kupplungsteile vorzugsweise ausschließlich klemmend aneinander gehalten sind. Vorzugsweise sind daher üblicherweise keine weiteren Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben oder dergleichen angeordnet.
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Bei der aus der
EP 1 476 269 B1 zu entnehmenden Werkzeugkupplung weist die Zapfenaufnahme einen kreisrunden Querschnitt auf und der Kupplungszapfen einen geringfügig elliptischen Querschnitt. Durch den elliptischen Querschnitt hat der Kupplungszapfen zunächst beim Einsetzen in die Zapfenaufnahme etwas Spiel. Dieses Einsetzen erfolgt hierbei üblicherweise indem der Kupplungszapfen axial in die Zapfenaufnahme eingeführt wird. Beim nachfolgenden Verdrehen des Schneidkopfes verspannt sich der Kupplungszapfen aufgrund des elliptischen Querschnitts in der Zapfenaufnahme.
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Aus der
DE 10 2012 212 146 A1 ist weiterhin ein Werkzeugkupplung zu entnehmen, bei der Kupplungszapfen zwei gegenüberliegende Kupplungsflächen aufweist, wobei diese jeweils in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Kontaktbereiche aufweisen, zwischen denen ein Freigang ausgebildet ist. In jedem der Kontaktbereiche ist eine Klemmung erzielt.
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Aufgrund des elliptischen Querschnitts lässt sich ein zuverlässiges Verspannen erreichen. Allerdings bildet sich aufgrund des elliptischen Querschnitts lediglich ein Linienkontakt für die Ausbildung des Presssitzes aus. Weiterhin ist eine hohe Maßhaltigkeit erforderlich, da eine definierte Klemmkraft nur in der vorgesehenen Endlage eingenommen wird.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugkupplung insbesondere für ein modulares Rotationswerkzeug anzugeben, welche einen zuverlässigen Klemmsitz der beiden Kupplungsteile ineinander erlaubt.
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Lösung der Aufgabe
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Werkzeugkupplung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Kupplungsteil mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten. Die im Hinblick auf die Werkzeugkupplung angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Kupplungsteil zu übertragen.
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Die Werkzeugkupplung dient zur klemmenden Verbindung zwischen zwei Kupplungsteilen, wobei es sich bei diesen insbesondere um einen Schneidkopf und einen Träger eines Rotationswerkzeugs handelt. Bevorzugt sind keine weiteren Befestigungselemente, wie beispielsweise Schrauben etc. vorgesehen. Bei dem Rotationswerkzeug handelt es sich um ein sogenanntes modulares Rotationswerkzeug, insbesondere um einen modularen Bohrer. Das Rotationswerkzeug ist jedoch nicht auf Bohrer beschränkt. Grundsätzlich können alle Rotationswerkzeuge mit einer derartigen Werkzeugkupplung versehen sein, wie beispielsweise Fräser, Reibahlen etc.
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Das Rotationswerkzeug erstreckt sich dabei allgemein entlang einer Rotationsachse in Axialrichtung und rotiert im Betrieb um die Rotationsachse in eine vorgegebene Drehrichtung. Das eine Kupplungsteil, insbesondere der Schneidkopf weist einen Klemmzapfen mit einem Paar zapfenseitiger, einander gegenüberliegender Klemmabschnitte auf. Korrespondierend hierzu weist das zweite Kupplungsteil, insbesondere der Träger, eine Zapfenaufnahme mit zumindest einem Paar aufnahmeseitiger, einander gegenüberliegender Klemmabschnitte auf. Die klemmende Verbindung wird durch ein Verdrehen des Klemmzapfens entgegen der vorgegebenen Drehrichtung in der Zapfenaufnahme ausgebildet. Die zueinander korrespondierenden Klemmabschnitte der beiden Kupplungsteile bilden dabei einen Presssitz aus.
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Jeder der Klemmabschnitte weist jeweils mehrere aufeinanderfolgende Klemmflächen auf. Ein jeweiliger Klemmabschnitt ist also in mehrere Klemmflächen unterteilt, die einen definierten, kleineren Winkelbereich als der gesamte Klemmabschnitt überstreichen. Die Klemmflächen verlaufen dabei - in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung betrachtet - entlang eines Kreisbogens mit einem vorgegebenen Durchmesser. Die Durchmesser der aufeinanderfolgenden Klemmflächen sind verschieden, derart, dass der Durchmesser der in Drehrichtung aufeinanderfolgenden Klemmflächen zunimmt. Das Paar gegenüberliegender Klemmabschnitte weist daher zumindest zwei einander gegenüberliegende Klemmflächenpaare auf, wobei der Durchmesser der Klemmflächenpaare in Drehrichtung zunimmt. Die einander zugeordneten Klemmflächen der Zapfenaufnahme und des Kupplungszapfens bilden daher pro Klemmabschnitt mehrere Presssitze aus. Sowohl die Klemmflächen des Klemmzapfens als auch die der Zapfenaufnahme verlaufen jeweils in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung betrachtet entlang eines Kreisbogens.
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Die Ausgestaltung der Klemmflächenpaare mit unterschiedlichen Durchmessern, bewirkt zum Einen, dass der Kupplungszapfen sich einfach in die Zapfenaufnahme eindrehen lässt. Der Presssitz zwischen zueinander korrespondierenden Klemmflächen muss nämlich nicht über den gesamten Winkelbereich der Klemmabschnitte ausgebildet werden, sondern lediglich über den begrenzten Winkelbereich der jeweiligen Klemmfläche. Für ein Festziehen des Klemmzapfens in der Zapfenaufnahme muss daher lediglich über einen begrenzten Winkelbereich eine erhöhte Kraft aufgewandt werden. Gleichzeitig wird - aufgrund der mehreren Klemmflächenpaare unterschiedlichen Durchmessers - über einen vergleichsweise großen Winkelbereich, nämlich die Summe der einzelnen Winkelbereiche der aufeinanderfolgenden Klemmflächen pro Klemmabschnitt - ein Presssitz erzielt. Diese Ausgestaltung hat auch beim Lösen der Werkzeugkupplung Vorteile, da der Kupplungszapfen nur über einen vergleichsweise kurzen Drehweg in Drehrichtung verdreht werden muss, um die Verspannung zu lösen. Insgesamt ist daher durch diese Ausgestaltung eine klemmende Kupplung zwischen zwei Kupplungsteilen erzielt mit hoher Klemmkraft bei gleichzeitig einfacher Montage.
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Unter Presssitz wird vorliegend allgemein verstanden, dass die zueinander korrespondierenden Kupplungsteile ein gewisses Übermaß aufweisen, d.h. der Durchmesser der Klemmflächen des Klemmzapfens weist ein zumindest geringfügiges Übermaß bezüglich des Durchmessers der korrespondierenden Klemmflächen der Zapfenaufnahme auf. Dieses Übermaß liegt typischerweise im Bereich von einigen wenigen 100stel Millimetern. Beim Einspannen des Kupplungszapfens in der Zapfenaufnahme erfolgt dabei ein gewisses elastisches Aufweiten der Klemmabschnitte der Zapfenaufnahme.
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Zweckdienlicherweise sind die Klemmflächen teilzylindrisch ausgebildet, bilden daher Teilstücke einer Zylindermantelfläche aus. Die Klemmflächen verlaufen also parallel zu der Axialrichtung. Eine derartige Ausgestaltung ist herstellungstechnisch besonders einfach insbesondere durch Schleifen zu verwirklichen. Unter teilzylindrischer Ausbildung der Klemmflächen wird verstanden, dass die Klemmflächen in einem Querschnitt senkrecht zur Axialrichtung betrachtet entlang eines Kreisbogens verlaufen.
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Alternativ hierzu ist der Kupplungszapfen beispielsweise konisch ausgebildet, sodass also die Klemmflächen bezüglich der Axialrichtung schräg gestellt sind. Hierbei ist sowohl eine Ausgestaltung mit in Axialrichtung zunehmendem oder auch abnehmendem Konus möglich. Bei in Axialrichtung abnehmendem Konus verbreitert sich der Zapfen in Richtung zu einem Boden der Zapfenaufnahme, sodass ein in Axialrichtung wirksamer Formschluss ausgebildet ist, welcher zugleich eine axiale Auszugssicherung für die beiden Kupplungsteile bewirkt. In diesem Fall ist die Kupplungsverbindung nach Art einer Schwalbenschwanz-Verbindung ausgebildet.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist ein jeweiliger Klemmabschnitt dabei mehr als zwei, insbesondere drei bis fünf Klemmflächen mit unterschiedlichen Durchmessern auf. Der Durchmesser der einzelnen Klemmflächen nimmt dabei in Drehrichtung kontinuierlich zu. Dies bedeutet also, dass - bezüglich des Eindrehens des Klemmzapfens in die Zapfenaufnahme - die vorlaufende Klemmfläche jeweils einen geringeren Durchmesser als die unmittelbar nachfolgende Klemmfläche aufweist.
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Vorzugsweise erstrecken sich die aufeinanderfolgenden Klemmflächen mit den unterschiedlichen Durchmessern jeweils über einen gleichen Winkel. Hierdurch wird erreicht, dass alle zueinander korrespondierenden Klemmflächen zumindest im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt miteinander in Eingriff kommen. Die aufeinanderfolgenden Klemmflächen erstrecken sich dabei vorzugsweise identisch über den gleichen Winkelt. Unter gleichem Winkel werden jedoch auch Abweichungen von +/- 15% und insbesondere von maximal +/- 10% verstanden.
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Die Klemmflächen überstreichen vorzugsweise jeweils einen Winkel im Bereich von mindestens 10° und vorzugsweise im Bereich von 35° bis 45°. Bei einer Werkzeugkupplung eines modularen Rotationswerkzeugs, bei dem die Zapfenaufnahme durch zwei durch Spannuten voneinander getrennte Befestigungsstege gebildet ist, weisen die Klemmabschnitte jeweils eine Erstreckung von etwa 70° auf. Die großen Winkelbereiche der Klemmfläche von 35° oder mehr werden in diesem Fall dann erreicht, wenn zwei Klemmflächen pro Klemmabschnitt ausgebildet werden. Bei einer größeren Anzahl von Klemmflächen, beispielsweise drei Klemmflächen, wird der Winkelbereich entsprechend geringer und liegt dann beispielsweise im Bereich von etwa 20° bis 25°. Bei zwei oder auch bei mehr als zwei Klemmflächen pro Klemmabschnitt weisen vorzugsweise alle Klemmflächen den gleichen Winkelabschnitt auf, sodass also eine Gleichverteilung vorliegt.
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Der Unterschied der Durchmesser von zwei aufeinanderfolgenden Klemmflächen ist dabei zweckdienlicherweise kleiner 0,2 mm und insbesondere kleinergleich 0,1 mm. Speziell liegt der Durchmesserunterschied dabei im Bereich von 0,04 mm bis 0,1 mm. Typischerweise liegt der minimale Durchmesserunterschied bei 0,02 mm.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist zwischen zwei in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Klemmflächen ein Übergangsbereich ausgebildet, in dem die beiden Kupplungsteile nicht aneinander anliegen und in radialer Richtung zueinander beabstandet sind, also ein radiales Spiel aufweisen. Im Übergangsbereich ist daher kein Presssitz ausgebildet.
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Zweckdienlicherweise ist der jeweilige Übergangsbereich dabei als gekrümmte Fläche ausgebildet. Weiterhin sind die Übergangsbereiche der beiden Kupplungsteile zweckdienlicherweise gegenläufig gekrümmt, wodurch sich insgesamt ein in etwa elliptischer Freibereich ausbildet, in dem die beiden zueinander korrespondierenden Flächenabschnitte der Kupplungsteile voneinander beabstandet sind.
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Herstellungstechnisch werden die beiden Kupplungsteile durch eine schleifende oder spanende Bearbeitung hergestellt. Die Außenkontur des Kupplungszapfens wird dabei insbesondere geschliffen, wobei üblicherweise eine Schleifscheibe zum Einsatz kommt. Umgekehrt wird die Zapfenaufnahme mittels eines Zerspanungswerkzeugs, insbesondere Fräsers ausgebildet. Die Krümmungsradien der gekrümmten Übergangsbereiche entsprechen dabei den Radien der eingesetzten Werkzeuge, also insbesondere entweder des Fräsers oder der Schleifscheibe. Diese Übergangsbereiche ergeben sich daher beim Ausbilden der Zapfenaufnahme bzw. des Klemmzapfens infolge der Tatsache, dass unterschiedliche Durchmesser für die unterschiedlichen Klemmflächen-Paare eingestellt werden.
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Der Übergangsbereich erstreckt sich dabei jeweils über einen Übergangswinkel, welcher im Bereich von 5° bis 30° liegt und insbesondere bei kleiner 20° ist.
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Wie bereits erwähnt, sind die Kupplungsteile einerseits als Schneidkopf und andererseits als Träger eines modularen Trägerwerkzeugs, beispielsweise Bohrer oder Fräser, ausgebildet.
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Der Träger weist hierbei stirnendseitig zwei gegenüberliegende Befestigungsstege auf, die die Zapfenaufnahme ausbilden. An den Befestigungsstegen sind weiterhin Drehmomentabschnitte ausgebildet, an denen der Schneidkopf zur Drehmomentübertragung mit zugeordneten Drehmomentabschnitten anliegt. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante erstrecken sich dabei die Drehmomentabschnitte bis zu einem äußersten Umfang des Rotationswerkzeugs, also bis zu einem sogenannten Bohrrücken. Alternativ hierzu sind die Drehmomentabschnitte an Innenmantelflächen der Zapfenaufnahme und an Außenmantelabschnitten des Klemm- oder Kupplungszapfen ausgebildet. In diesem Fall sind die Drehmomentflächen daher von den Befestigungsstegen eingefasst und erstrecken sich nicht bis zum äußersten Umfang.
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Figurenliste
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen teilweise in vereinfachten Darstellungen:
- 1 eine ausschnittsweise Seitenansicht eines als Bohrer ausgebildeten modularen Rotationswerkzeugs mit einem Träger und darin eingesetztem Schneidkopf,
- 2A,2B den Schneidkopf gemäß 1 in unterschiedlichen Ansichten,
- 3 den Träger gemäß 1,
- 4A eine vereinfachte Seitendarstellung des Rotationswerkzeugs gemäß 1,
- 4B eine vereinfachte Schnittdarstellung des Rotationswerkzeugs entlang der in 4A gekennzeichneten Schnittebene im Kupplungsbereich zwischen einem Klemmzapfen und einer Zapfenaufnahme bei nur teilweise eingedrehtem Klemmzapfen,
- 4C eine zur 4B vergleichbare Schnittdarstellung mit vollständig eingedrehtem Klemmzapfen,
- 4D eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung aus der 4C.
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In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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Das in den Figuren dargestellte Rotationswerkzeug 2 ist als ein modulares Bohrwerkzeug ausgebildet. Es erstreckt sich in einer Axialrichtung 4 entlang einer Rotationsachse 6. Um die Rotationsachse 6 rotiert das Rotationswerkzeug während des normalen Betriebs in Drehrichtung 8, die zugleich eine Umfangsrichtung definiert. Das Rotationswerkzeug setzt sich zusammen aus einem Träger 10 und einem an diesem austauschbar befestigten Schneidkopf 12. Der Schneidkopf 12 weist hier nicht näher bezeichnete Hauptschneiden auf, die üblicherweise im Zentrum einer Bohrerstirn über eine Querschneide miteinander verbunden sind und sich radial nach außen erstrecken. Entgegen der Drehrichtung 8 schließen sich an die Hauptschneiden stirnseitige Hauptfreiflächen an. An seiner Umfangsseite weist der Schneidkopf 12 einen Rücken 14 auf, der durch gegenüberliegende Spannuten 16 unterbrochen ist. Diese beginnen also bereits im Schneidkopf 12 und gehen in den Träger 10 über. Im Ausführungsbeispiel verlaufen die Spannuten 16 in etwa wendelförmig. Der Träger 10 weist einen genuteten Schaftbereich auf, an den sich beispielsweise Nebenschneiden, die sich entlang der Spannuten 16 erstrecken und am Schneidkopf 12 beginnen, fortsetzen. An den genuteten Schaftbereich des Trägers 10 schließt sich üblicherweise noch ein nicht genuteter Spanabschnitt an, mit dem das Rotationswerkzeug 2 in eine Werkzeugmaschine eingespannt wird.
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Der Träger 10 und der Schneidkopf 12 definieren zugleich zwei Kupplungsteile, die miteinander über eine nachfolgend noch im Detail beschriebene Werkzeugkupplung miteinander verbunden sind.
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Hierzu weist der Schneidkopf 12 einen Klemmzapfen 18 auf, welcher in eine korrespondierende Zapfenaufnahme 20 des Trägers 10 klemmend einsetzbar ist. Der Klemmzapfen 18 ist im Ausführungsbeispiel als ein kreisscheibenartiges Element mit einander gegenüberliegenden ebenfalls kreisscheibenförmigen Ausnehmungen ausgestaltet. Die Ausnehmungen sind durch die Spannuten 16 bedingt, die den Klemmzapfen 18 schneiden. An den Klemmzapfen 18 schließt sich im Ausführungsbeispiel weiterhin ein Einführzapfen 22 an, mit dem beim Einsetzen eine Vorzentrierung des Schneidkopfes 12 erfolgt.
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Beim Träger 10 ist die Zapfenaufnahme 20 gebildet durch zwei gegenüberliegende Befestigungsstege 24, zwischen denen der Klemmzapfen 18 aufgenommen wird. Zum Einsetzen des Schneidkopfes 12 im Träger 10 wird der Schneidkopf zunächst in axialer Richtung von oben in die Zapfenaufnahme 20 eingebracht und anschließend wird der Schneidkopf entgegen der Drehrichtung 8 um etwa 90° verdreht, sodass er auszugsfest und klemmend im Träger 10 gehalten ist.
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Im Betrieb wird vom Träger 10 auf den Schneidkopf 12 die Drehbewegung und damit ein Drehmoment übertragen. Der Schneidkopf 12 sowie der Träger 10 weisen mehrere zueinander korrespondierende Funktionsflächen auf, zum einen zum Übertragen des Drehmoments und zum anderen zur Ausbildung des gewünschten Presssitzes. Die zueinander korrespondierenden Flächen, die im eingesetzten Zustand aneinander zum Anliegen kommen, werden nachfolgend mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei die Flächen des Trägers mit dem Buchstaben a und die Flächen des Schneidkopfes mit den Buchstaben b bezeichnet sind.
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Wie aus den 1 und 3 zu entnehmen ist, sind die Befestigungsstege 24 in etwa stufenartig ausgebildet, wobei der Übergangsbereich von zwei ebenen Stufenflächen eine trägerseitige Drehmomentfläche 26a ausbildet, an die eine korrespondierende Drehmomentfläche 26b des Schneidkopfes zum Anliegen kommt. Unter den Drehmomentflächen 26a,b werden allgemein solche Flächen verstanden, die zur Übertragung des Drehmoments im Betrieb ausgebildet sind.
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Zur klemmenden Befestigung des Klemmzapfens 18 in der Zapfenaufnahme 20 sind Klemmabschnitte 28a,b ausgebildet, die jeweils paarweise einander gegenüberliegen. Zwischen den gegenüberliegenden Klemmabschnitten 28a,b sind jeweils die Spannuten 16 ausgebildet. Wie unmittelbar aus den 2A,2B sowie 3 zu entnehmen ist, weist ein jeweiliger Klemmabschnitt 28a,b im Ausführungsbeispiel jeweils zwei Klemmflächen 30a,b sowie 32a,b auf, zwischen denen ein Übergangsbereich 34a,b ausgebildet ist. Bei den Klemmflächen 30a,b; 32a,b handelt es sich dabei jeweils um teilzylindrische Mantelflächen, also beim Klemmzapfen 18 um Außenmantelflächen und bei der Zapfenaufnahme 20 um Innenmantelflächen. Diese verlaufen parallel zur Axialrichtung 4 und im Querschnitt zu dieser betrachtet entlang eines Kreisbogens.
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Für eine axiale Auszugssicherung sind im Ausführungsbeispiel ergänzend noch zueinander korrespondierende Anschlagflächen 36a,b ausgebildet. Beim Klemmzapfen 18 definieren diese eine obere Begrenzungsfläche des Klemmzapfens 18. Sie verlaufen dabei insbesondere zumindest in etwa in horizontaler Richtung und vorzugsweise in exakt horizontaler Richtung, also senkrecht zur Axialrichtung 4. Beim Träger 10 ist zur Ausbildung der entsprechenden Anschlagfläche 36a an einem jeweiligen Befestigungssteg 24 ein Überhang ausgebildet. Beim Klemmzapfen 18 schließt sich an die Anschlagfläche 36b unmittelbar die Drehmomentfläche 26b an, die im Ausführungsbeispiel schräg gegenüber der Axialrichtung 4 geneigt ausgebildet ist. Sie ist insbesondere als eine Schlifffläche ausgebildet. Sie erstreckt sich in Richtung zu einer frontseitigen Stirnfläche des Schneidkopfes 12 und läuft endseitig frei aus, d.h. sie ist nicht von einem Teilbereich des Schneidkopfes an ihrem Ende überdeckt, insbesondere nicht von der frontseitigen Stirnfläche. Dies ermöglicht es, die Anschlagfläche 36b in einfacher Weise durch Schleifen auszubilden.
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Im Zusammenhang mit den 4A bis 4B wird nachfolgend die Ausgestaltung der Klemmabschnitte 28a,b näher erläutert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Figuren dabei im Wesentlichen lediglich die Bezugszeichen im Zusammenhang mit dem Klemmzapfen 18 angegeben.
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Aus den 4B bis 4D ist nochmals gut zu erkennen, dass der jeweilige Klemmabschnitt 28b im Ausführungsbeispiel zwei Klemmflächen 30b,32b aufweist, die durch einen Übergangsbereich 34b voneinander getrennt sind. Aufgrund der paarweisen Anordnung der Klemmabschnitte 28b sind auch die zueinander korrespondierenden Klemmflächen 30b,32b paarweise einander gegenüberliegend angeordnet. Das Klemmflächenpaar der Klemmflächen 30b weist dabei einen Durchmesser d1 und das Klemmflächenpaar der Klemmflächen 32b einen Durchmesser d2 auf. Der Durchmesser d1 ist dabei geringfügig kleiner als der Durchmesser d2. Bei den Klemmflächen 30b handelt es sich um vorlaufende Klemmflächen und bei den Klemmflächen 32b um nachlaufende oder nachfolgende Klemmflächen. Hierunter wird verstanden, dass die vorlaufenden Klemmflächen 30b beim Eindrehen des Klemmzapfens 18 entgegen der Drehrichtung 8 vorlaufend angeordnet sind.
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Aufgrund des kleineren Durchmessers d1 können diese daher zunächst mit Spiel in die Zapfenaufnahme 20 eingedreht werden, bis sie die ihnen zugeordneten Klemmflächen 30a der Zapfenaufnahme 20 erreichen. Die Klemmflächen 30b,32b sind dabei insbesondere derart ausgebildet und angeordnet, dass sie an der gleichen Drehposition des Klemmzapfens 18 in der Zapfenaufnahme 20 ihre zugeordneten Klemmflächen 30a,32a der Zapfenaufnahme 20 erreichen. Die einzelnen zugeordneten Klemmflächen30a,b; 32a,b kommen daher zur Ausbildung des Klemm- oder Presssitzes gleichzeitig in Eingriff miteinander. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass sich die einzelnen Klemmflächen 30b,32b über einen gleichen Winkel α erstrecken. Gleichzeitig erstreckt sich der Übergangsbereich 34b über einen Übergangswinkel β. Im Ausführungsbeispiel liegt der Winkel α im Bereich von 30° bis 45° und insbesondere im Bereich zwischen 35° und 40°. Gleichzeitig liegt der Übergangswinkel β vorzugsweise im Bereich von 5° bis 20° und insbesondere im Bereich von etwa 10° bis 15°. Der jeweilige Klemmabschnitt 28b erstreckt sich dabei insgesamt über einen Winkelbereich von 2α + β, und liegt beispielsweise im Bereich zwischen 80° und 110°, vorzugsweise bei etwa 95° bis 105°.
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Korrespondierend zu den Klemmflächen 30b,32b des Klemmzapfens 18 sind auch die Klemmflächen 30a,32a der Zapfenaufnahme 20 ausgebildet. Diese erstrecken sich vorzugsweise über den gleichen Winkel α wie auch die Klemmflächen 30b, 32b. Auch der Übergangswinkel β ist vorzugsweise identisch oder zumindest vergleichbar zu dem des Klemmzapfens 18.
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Im Hinblick auf die gewünschte Presspassung zwischen den einander zugeordneten Klemmabschnitten 28a,b weisen die Klemmabschnitte 28b ein geringes Übermaß bezüglich der Klemmabschnitte 28a der Zapfenaufnahme 20 auf. Dies bedeutet, dass die Klemmflächen 30a,32a der Zapfenaufnahme 20 Durchmesser aufweisen, die jeweils geringfügig unter den Durchmessern d1, d2 des Klemmzapfens 18 liegen. Das Übermaß beträgt dabei üblicherweise wenige 1/100 mm.
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Wie insbesondere aus den 4C und 4D zu entnehmen ist, ist im Übergangsbereich 34a,b zwischen den zueinander korrespondierenden Flächenabschnitten des Klemmzapfens 18 und der Zapfenaufnahme 20 ein Freiraum, also ein radiales Spiel ausgebildet. Herstellungstechnisch werden die Klemmabschnitte 28a,b beim Träger 10 mithilfe eines Fräsers und beim Klemmzapfen 18 mithilfe einer Schleifscheibe ausgebildet. Aufgrund der unterschiedlichen Durchmesser d1, d2 muss das jeweilige Werkzeug (Schleifscheibe bzw. Fräser) etwas in radialer Richtung versetzt werden, sodass sich der Übergangsbereich 34a,b ausbildet. Entsprechend sind die Übergangsbereiche 34a,b durch gekrümmte Linien definiert, wobei der Krümmungsradius jeweils dem Radius des eingesetzten Werkzeugs, also einerseits der Schleifscheibe und andererseits des Fräsers entspricht. Diese Radien sind als Radius r1 für den Fräser und als Radius r2 für die Schleifscheibe in der 4C eingezeichnet.
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Insgesamt wird durch die Ausgestaltung der Klemmabschnitte 28a,b mit mehreren, teilzylindrischen Klemmflächen; 30a,b; 32a,b zum einen ein einfaches Eindrehen des Klemmzapfens 18 in die Zapfenaufnahme 20 erreicht. Da aufgrund der Durchmesser-Unterschiede zunächst der Klemmzapfen 18 quasi kraftfrei in die Zapfenaufnahme 20 eingedreht werden kann, braucht lediglich über einen begrenzten Winkelbereich eine erhöhte Kraft zur Ausbildung des Presssitzes ausgeübt zu werden. Umgekehrt ist beim Lösen auch nur eine geringe Drehbewegung erforderlich, um anschließend den Schneidkopf 12 weitgehend kraftfrei weiter herausdrehen zu können.
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Durch die teilzylindrische Ausgestaltung wird weiterhin der besondere Vorteil erzielt, dass die Anforderungen an die Pass- und Toleranzgenauigkeit der beiden Kupplungsteile 10,12 insbesondere im Hinblick auf eine definierte Endlage vergleichsweise tolerant ist, da keine exakte relative Drehpositionierung der beiden Kupplungsteile 10,12 zueinander erforderlich ist. Ein gewisses Verdrehen gegenüber einer Solllage führt nämlich noch nicht zu einem abrupten Abfall der Klemmkraft.
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Weiterhin ist durch die teilzylindrischen Ausgestaltung, also zumindest der Ausgestaltung, wonach die Klemmflächen 30a,b; 32a,b im Querschnitt betrachtet entlang von Kreisbögen verlaufen ein weitgehend flächenhafter Kontakt zwischen den Kupplungspartnern erzielt, sodass insgesamt eine sehr hohe Klemmkraft erreicht ist.
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Das hier vorgestellte Konzept mit den mehreren, entlang eines Kreisbogens verlaufenden Klemmabflächen pro Klemmabschnitt wird alternativ auch bei Klemmzapfen 18 mit schräg zur Axialrichtung geneigten Klemmflächen umgesetzt, also beispielsweie bei einem nach Art eines Schwalbenschwanzes ausgebildeten Klemmzapfens 18.
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Die Werkzeugkupplung wurde vorliegend im Zusammenhang mit dem Rotationswerkzeug 2 beschrieben, ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Die Ausgestaltung der Werkzeugkupplung kann grundsätzlich auch bei anderen Werkzeugen eingesetzt werden, bei denen zwei Kupplungsteile miteinander durch wechselseitiges Verdrehen um eine Rotationsachse 6 miteinander klemmend verbunden werden.
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Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Zapfenaufnahme 20 - anders als in den Ausführungsbeispielen dargestellt - eine vollständig umlaufende Zapfenaufnahme 20 ausbildet, sodass also der Klemmzapfen 18 um 360° von der Zapfenaufnahme 20 umfasst ist. Insbesondere bei derartigen „vollumschlungenen“ Zapfen werden mehr als zwei aufeinanderfolgende Klemmflächen 30a,b; 32a,b vorgesehen. Bei derartigen vollumschlungenen Ausführungsvarianten sind lediglich Vorkehrungen zu treffen, um ein anfängliches Einsetzen des Klemmzapfens 18 in die Zapfenaufnahme 20 zu ermöglichen.
