DE102016113373A1

DE102016113373A1 - Werkzeugsystem und Verbindungselement

Info

Publication number: DE102016113373A1
Application number: DE102016113373.6A
Authority: DE
Inventors: Franz Haimer
Original assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Current assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulares Werkzeugsystem 1 umfassend einen Werkzeugkopf 2 mit einem Arbeitsabschnitt 5 und einem Befestigungsabschnitt 6, einen Werkzeugschaft 3 mit einem Aufnahmeabschnitt 7 und einem Einspannabschnitt 8 für die Befestigung in einem Werkzeughalter und ein Verbindungselement 4 zur lösbaren Verbindung des Werkzeugkopfs 2 mit dem Werkzeugschaft 3. Um die Verwendung unterschiedlicher Materialien zu ermöglichen und zudem ein modulares, einfach austauschbares System zur Verwendung unterschiedlicher Werkzeugköpfe mit einem einzigen Werkzeugschaft zu schaffen, weist der Befestigungsabschnitt 6 des Werkzeugkopfs 2 und der Aufnahmeabschnitt 7 des Werkzeugschafts 3 jeweils ein Außengewinde 10, 11 auf und in dem Verbindungselement 4 sind zwei konzentrische Aufnahmeöffnungen 12, 14 ausgebildet, von denen eine erste Aufnahmeöffnung 12 mit einem ersten Innengewinde 13 zur Aufnahme des Außengewindes 10 des Werkzeugkopfs 2 und eine zweite Aufnahmeöffnung 14 mit einem zweiten Innengewinde 15 zur Aufnahme des Außengewindes 11 des Werkzeugschafts 3 ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares Werkzeugsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verbindungselement für ein derartiges Werkzeugsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Aus der DE 10 2009 048 010 B3 ist ein mehrteiliges Werkzeugsystem bekannt, bei dem ein Verbindungselement zwischen einem Werkzeugkopf und einem Werkzeugschaft angeordnet ist und die Befestigung des Werkzeugkopfs an dem Werkzeugschaft ermöglicht. Der Werkzeugkopf weist einen Arbeitsabschnitt mit Schneiden zur Bearbeitung eines Werkstücks und einen Befestigungsabschnitt zur Verbindung mit dem Verbindungselement auf. An dem Werkzeugschaft sind entsprechend ein Aufnahmeabschnitt zur Verbindung mit dem Verbindungselement und ein Einspannabschnitt zur Montage des Werkzeugschafts an einer Maschinenspindel vorgesehen. Die lösbare Verbindung des Werkzeugkopfs mit dem Verbindungselement wird mittels eines Gewindestifts erreicht. Das Verbindungselement wiederum ist mittels Hartlöten fest mit dem Werkzeugschaft verbunden. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht zwar die Verwendung unterschiedlicher Materialien für das Verbindungselement, den Werkzeugkopf und den Werkzeugschaft, es ist jedoch nicht ohne Weiteres möglich, das Werkzeugsystem derart modular zu verwenden, dass damit eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugköpfen verwendet werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Werkzeugsystem zu ermöglichen, welches einerseits die Verwendung unterschiedlicher Materialien ermöglicht und zudem ein modulares, einfach austauschbares System zur Verwendung unterschiedlicher Werkzeugköpfe mit einem einzigen Werkzeugschaft gewährleistet. Zudem soll ein Verbindungselement für ein derartiges modulares Werkzeugsystem geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein modulares Werkzeugsystem nach Anspruch 1 sowie ein Verbindungselement nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße modulare Werkzeugsystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Befestigungsabschnitt des Werkzeugkopfs und der Aufnahmeabschnitt des Werkzeugschafts jeweils ein Außengewinde aufweisen und in dem Verbindungselement zwei konzentrische Aufnahmeöffnungen ausgebildet sind, von denen eine erste Aufnahmeöffnung mit einem ersten Innengewinde zur Aufnahme des Außengewindes des Werkzeugkopfs und eine zweite Aufnahmeöffnung mit einem zweiten Innengewinde zur Aufnahme des Außengewindes des Werkzeugschafts ausgebildet ist. Damit ist es möglich, sowohl die Elemente des Werkzeugsystems mit unterschiedlichen Materialien auszubilden als auch eine Vielzahl von unterschiedlichen Verbindungselementen und Werkzeugköpfen schnell und einfach mit einem bestimmen Werkzeugschaft zu kombinieren, wodurch sich eine maximale Flexibilität bei der Ausbildung des Werkzeugsystems ergibt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Verbindungselement aus einem Material bestehen, dass eine höhere Elastizität aufweist als der Befestigungsabschnitt des Werkzeugkopfs. Dies ist insbesondere für die Gewindeverbindung zwischen dem ersten Innengewinde und dem Außengewinde des Werkzeugkopfs sowie dem zweiten Innengewinde und dem Außengewinde des Werkzeugschafts vorteilhaft, da der Werkzeugkopf und der Werkzeugschaft bevorzugt aus sehr hartem und damit festem Material bestehen und die Gewindeverbindung zwischen dem harten Material und einem weicheren Material folglich zäher, fester und verschleißresistenter ausgebildet werden kann. Zudem wird durch das Verbindungselement aus einem Material mit gegenüber dem Material des Werkzeugkopfs und des Werkzeugschafts erhöhter Elastizität auch eine Dämpfungswirkung erzielt, wodurch Schwingungen reduziert und damit das Bearbeitungsergebnis verbessert werden kann.
Bevorzugt können der Werkzeugkopf, der Werkzeugschaft und das Verbindungselement jeweils einstückig aus jeweils einem Material ausgebildet sein. Hierdurch wird der Herstellungsprozess vereinfacht und es wird dennoch eine besonders hohe Flexibilität bei der Materialauswahl für den Werkzeugkopf, den Werkzeugschaft und das Verbindungselement gewährleistet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die erste Aufnahmeöffnung und die zweite Aufnahmeöffnung durch einen Verbindungskanal verbunden sein. Ein derartiger Verbindungskanal ermöglicht beispielsweise den Transport von Kühl- und Schmiermittel von dem Werkzeugschaft zu dem Werkzeugkopf. Der Verbindungskanal kann zudem auch als Stauraum für das Kühl- und Schmiermittel ausgelegt sein.
Das Verbindungselement kann dabei besonders bevorzugt einen Ringsteg aufweisen, welcher radial nach innen in den Verbindungskanal vorsteht. Hierdurch kann beispielsweise eine Drosselstelle für Kühl- und Schmiermittel gebildet werden.
Ebenso vorteilhaft kann zwischen dem Werkzeugkopf und dem Außengewinde des Befestigungsabschnitts ein Abstützbereich mit zwei konischen Anlageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an korrespondierenden Auflageflächen der ersten Aufnahmeöffnung angeordnet sein. Auch kann an dem Werkzeugschaft zwischen dem Einspannabschnitt und dem Außengewinde des Aufnahmeabschnitts ein weiterer Abstützbereich mit zwei weiteren konischen Anlageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an korrespondierenden weiteren Auflageflächen der zweiten Aufnahmeöffnung ausgebildet sein. Hierdurch wird jeweils ein Abstützbereich mit einem Doppelkonus geschaffen, der gegenüber einer Plananlage oder einer geraden Anlagefläche eine vergrößerte Auflagefläche und eine verbesserte Zentrier- und Abstützwirkung ermöglicht. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die Anmeldungen DE 10 2012 100 976 und EP 13 702 395 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung vollumfänglich aufgenommen wird. Insbesondere die dort beschriebene Ausbildung der Abstützbereiche kann in vorteilhafter Weise mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand kombiniert und in eine oder beide Aufnahmeöffnungen integriert werden.
Der Abstützbereich des Werkzeugkopfs und auch des Werkzeugschafts kann durch jeweils zwei konische Anlageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln gebildet werden, wobei die den konischen Anlageflächen zugrunde liegenden Kegel in dieselbe Richtung zeigen. Auch bei dem zu dem Werkzeugkopf und dem Werkzeugschaft gehörenden Verbindungselement kann an jeder Stirnseite der zwischen der Stirnseite und dem Innengewinde angeordnete Abstützbereich durch zwei konische Auflageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln gebildet sein. Auch die den konischen Auflageflächen zugrundeliegenden Kegel zeigen dabei in dieselbe Richtung. Dadurch wird jeweils ein Abstützbereich mit einem Doppelkonus geschaffen, der gegenüber einer Plananlage oder einer geraden Anlagefläche eine vergrößerte Auflagefläche und eine verbesserte Zentrier- und Abstützwirkung ermöglicht.
Die an den Arbeitsabschnitt des Werkzeugkopfs angrenzende erste konische Anlagefläche des Einschraubwerkzeugs und die dazugehörige konische erste Auflagefläche in der ersten Aufnahmeöffnung an der einen Stirnseite des Verbindungselements weisen vorzugsweise einen relativ großen Kegelwinkel auf. Hier hat sich ein Kegelwinkel von 170° als günstig herausgestellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung schließt sich an diese Fläche am Werkzeugkopf die zweite konische Anlagefläche und an dem Verbindungselement die dazugehörige zweite konische Auflagefläche an. Diese zweite Anlagefläche und die dazu korrespondierende zweite Auflagefläche weisen vorzugsweise relativ kleine Kegelwinkel auf. Hier hat sich ein Kegelwinkel von 10° als günstig herausgestellt. Es ist aber auch möglich zwischen den beiden konischen Flächen einen z.B. zylindrischen Zwischenbereich vorzusehen. Ein Doppelkonus der beschriebenen Art mit zwei unterschiedlichen Kegelwinkeln hat den Vorteil, dass der kleine Kegelwinkel eine gute Zentrierung des Werkzeugkopfs in dem Verbindungselement und der große Kegelwinkel eine zusätzliche Zentrierung aber mit stark reduzierten Aufspreizkräften an dem Verbindungselement ermöglicht. Zudem wird durch die konische erste Anlagefläche die Steifigkeit des Werkzeugkopfs erhöht, da der Werkzeugkopf bei radialer Belastung nicht abgleiten kann, wie das bei einer planen Anlagefläche der Fall ist.
Gleiches gilt für den Abstützbereich zwischen dem Werkzeugschaft und der zweiten Aufnahmeöffnung des Verbindungselements Die an den Einspannabschnitt des Werkzeugschafts angrenzende erste konische Anlagefläche des Werkzeugschafts und die dazugehörige konische erste Auflagefläche an der weiteren Stirnseite des Verbindungselements weisen vorzugsweise einen relativ großen Kegelwinkel auf. Hier hat sich ein Kegelwinkel von 170° als günstig herausgestellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung schließt sich an diese Fläche am Werkzeugschaft die zweite konische Anlagefläche und an dem Verbindungselement die dazugehörige zweite konische Auflagefläche an. Diese zweite Anlagefläche und die dazu korrespondierende zweite Auflagefläche weisen vorzugsweise relativ kleine Kegelwinkel auf. Hier hat sich ein Kegelwinkel von 10° als günstig herausgestellt. Es ist aber ebenfalls auch möglich zwischen den beiden konischen Flächen einen z.B. zylindrischen Zwischenbereich vorzusehen. Ein Doppelkonus der beschriebenen Art mit zwei unterschiedlichen Kegelwinkeln hat den beschriebenen Vorteil, dass der kleine Kegelwinkel eine gute Zentrierung des Werkzeugkopfs in dem Verbindungselement und der große Kegelwinkel eine zusätzliche Zentrierung aber mit stark reduzierten Aufspreizkräften an dem Verbindungselement ermöglicht. Zudem wird durch die konische erste Anlagefläche die Steifigkeit des Werkzeugschafts erhöht, da der Werkzeugschaft bei radialer Belastung nicht abgleiten kann, wie das bei einer planen Anlagefläche der Fall ist.
In der bevorzugten Ausgestaltung verringern sich die Durchmesser dieser konischen Flächen in Einschraubrichtung des Werkzeugkopfs bzw. des Werkzeugschafts in das Verbindungselement, das heißt die Kegel, welche den beiden den Doppelkonus bildenden Kegelflächen zugrunde liegen, zeigen jeweils in dieselbe Richtung. In dieser Ausführungsform ist eine leichte Aufspreizung des Verbindungselements durch die konischen Flächen möglich. Im Vergleich zu einer planen axialen Anlagefläche steigt hierbei die Gewindevorspannung mit dem Einschraubwinkel weniger stark an und es ist somit eine exaktere Einstellung der Vorspannung bei der Montage des Werkzeugkopfs und des Verbindungselements möglich. Da der Werkzeugkopf und der Werkzeugschaft zumeist einteilig aus sehr harten Werkstoffen hergestellt werden, beschränkt sich die für die Gewindearretierung notwendige elastische Verformung des Gewindes zu einem großen Teil auf die Verformung der Innengewinde des Verbindungselements. Im Hinblick auf eine möglichst lange Lebensdauer eines solchen Werkzeugsystems ist eine exakte Einstellung der Gewindevorspannung somit äußerst wichtig. Durch einen Doppelkonus der beschriebenen Art wird eine exakte, weil besser einstellbare Gewindevorspannung ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Weise ist am freien Ende des Aufnahmeabschnitts des Werkzeugkopfs bzw. des Befestigungsabschnitts des Werkzeugschafts und entsprechend auch am inneren Ende der Aufnahmeöffnungen des Verbindungselements ein weiterer Abstützbereich mit einem Anlagebereich bzw. mit einem weiteren Auflagebereich vorgesehen. Dieser weitere Anlagebereich des Aufnahmeabschnitts bzw. Befestigungsabschnitts kann z.B. kugelförmig ausgebildet sein, während der dazugehörige weitere Auflagebereich an dem Verbindungselement als zylindrische Auflagefläche ausgeführt sein kann. Durch den kugelförmigen Anlagebereich und die zylindrische Auflagefläche wird in diesen Bereich eine nur partielle Berührung zwischen dem Werkzeugkopf bzw. dem Werkzeugschaft und dem Verbindungselement erreicht. Zweckmäßigerweise weist der kugelförmige weitere Anlagebereich ein Übermaß gegenüber der zylindrischen Auflagefläche auf, so dass die Vorspannung in diesem weiteren Abstützbereich unabhängig von der Einschraubtiefe ist. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen des weiteren Abstützbereichs denkbar. So können an dem Werkzeugkopf bzw. dem Werkzeugschaft und dem Verbindungselement auch in beliebiger Kombination kugelförmige, ballige, konische oder zylindrische Anlageflächen bzw. Auflageflächen vorgesehen sein.
Das Außengewinde am Werkzeugkopf bzw. am Werkzeugschaft und das entsprechende Innengewinde an dem Verbindungselement weisen zweckmäßigerweise eine zum freien Ende des Befestigungsabschnitt/Aufnahmeabschnitts hin bzw. zum inneren Ende der Aufnahmeöffnung hin abnehmende Gewindetiefe auf. Die Gewinde können aber auch eine konstante Gewindetiefe aufweisen.
Für das Außengewinde und das entsprechende Innengewinde haben sich Trapezgewinde oder Flachgewinde als besonders zweckmäßig erwiesen. Die Gewinde können aber auch als Spitzgewinde, Rundgewinde, Sägezahngewinde oder dgl. ausgebildet sein.
Besonders günstig kann es sein, wenn das Außengewinde des Werkzeugkopfs und das korrespondierende erste Innengewinde des Verbindungselements und/oder das Außengewinde des Werkzeugschafts und das korrespondierende zweite Innengewinde des Verbindungselements unterschiedliche Gewindekonturen aufweisen, die sich im verschraubten Zustand durch elastische Verformung aneinander anpassen. Dies hat den Vorteil, dass beim Verschrauben durch eine elastische Verformung der Gewinde eine Vorspannung über einen Teil des Gewindes erzeugt wird und beim Verspannen ein gleichmäßiges Tragbild des Gewindes über dessen gesamte Länge erreicht wird. Hierdurch wird die Zugfestigkeit des gesamten Gewindes nutzbar. Unter Gewindekontur ist nicht die Kontur einer Gewindeflanke, sondern die Kontur des gesamten Gewindes im Längsschnitt zu verstehen. In dieser Hinsicht wird Bezug genommen auf die Anmeldung DE 10 2012 107 546 und EP 13 750 033 , deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Insbesondere die dort beschriebenen Merkmale der Gewindeverbindung sind in vorteilhafter Weise mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand kombinierbar und für eine oder beide der Gewindeverbindungen anwendbar.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform weisen das Außengewinde und das korrespondierende Innengewinde jeweils eine unterschiedliche Steigung auf. Die Gewindeverbindung kann dabei so gewählt werden, dass die als Außengewinde ausgebildete Gewindekomponente eine kleinere Steigung als das dazu korrespondierende Innengewinde aufweist. Dies ermöglicht, dass die Gewinde durch die Verschraubung derartig elastisch gedehnt bzw. gestaucht werden, dass sich die Gewindekonturen aneinander anpassen. Damit liegen die gesamten Gewindegänge aneinander an und es lässt sich ein gleichmäßiges Tragbild erzielen.
In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform können Außengewinde und korrespondierendes Innengewinde jeweils als konisches Innengewinde und Außengewinde mit unterschiedlichen Kegelwinkeln ausgebildet sein. Hierdurch kann ebenfalls eine Dehnung bzw. Stauchung bestimmter Gewindebereiche und damit ein gleichmäßiges Tragbild der Gewindeverbindung erreicht werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Kegelwinkel des Innengewindes größer als der Kegelwinkel des Außengewindes. Durch diese spezielle Ausgestaltung hat ein Gewindegang des Außengewindes einen größeren Durchmesser als der entsprechende Gang des Innengewindes. Durch die bevorzugt geneigten Gewindeflanken kommt damit der Gewindeabschnitt am freien Ende des Werkzeugschafts bzw. -kopfs zuerst in Kontakt mit dem korrespondierenden Gewindeabschnitt im Inneren des Verbindungselementes und wird somit auch zuerst gespannt. Bei einem Verspannen der Gewinde verformt sich dieser Bereich elastisch und die Gewindekonturen passen sich aneinander an. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiges Tragbild erreicht werden.
Es wird außerdem ein Verbindungselement für ein modulares Werkzeugsystem der beschriebenen Art zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugkopfs an einem Werkzeugschaft beansprucht. Das Verbindungselement weist erfindungsgemäß zwei konzentrische Aufnahmeöffnungen mit jeweils einem Innengewinde auf, wobei das Verbindungselement einstückig aus einem Material ausgebildet ist. Hierdurch wird ein besonders günstig zu fertigendes und modular verwendbares Verbindungselement für das Werkzeugsystem geschaffen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung können die erste Aufnahmeöffnung und die zweite Aufnahmeöffnung durch einen Verbindungskanal verbunden sein. Auch kann das Verbindungselement einen Ringsteg aufweisen, welcher radial nach innen in den Verbindungskanal vorsteht, wie dies bereits oben zu dem Werkzeugsystem beschrieben wurde.
Des Weiteren kann es günstig sein, dass die erste Aufnahmeöffnung zwei Auflageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an einem korrespondierenden Abstützbereich des Werkzeugkopfs mit zwei konischen Anlageflächen aufweist. Zudem kann auch die zweite Aufnahmeöffnung zwei weitere Auflageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an einem korrespondierenden weiteren Abstützbereich des Werkzeugschafts mit zwei weiteren konischen Anlageflächen aufweisen. Bezüglich der Vorteile wird ebenfalls auf die entsprechenden Ausführungen zu dem Werkzeugsystem verwiesen.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Werkzeugsystem mit einem Werkzeugkopf, einem Verbindungselement und einem Werkzeugschaft;
2 eine Detailansicht des Werkzeugsystems von 1 im Bereich A;
3 einen Längsschnitt durch ein Werkzeugsystem mit einem im Vergleich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform alternativem Verbindungselement und Werkzeugkopf;
4 eine Detailansicht des Werkzeugsystems von 3 im Bereich B.
In 1 ist ein modulares Werkzeugsystem 1 im Längsschnitt dargestellt. Das Werkzeugsystem 1 umfasst einen Werkzeugkopf 2, einen Werkzeugschaft 3 und ein Verbindungselement 4 zur lösbaren Verbindung des Werkzeugkopfs 2 mit dem Werkzeugschaft 3. Der Werkzeugkopf 2 weist einen Arbeitsabschnitt 5, welcher mindestens eine, nicht dargestellte Schneide zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks umfasst, und einen sich an den Arbeitsabschnitt 5 anschließenden Befestigungsabschnitt 6 zur Verbindung mit dem Verbindungselement 4 auf. Der Werkzeugschaft 3 weist einen Aufnahmeabschnitt 7 zur Verbindung mit dem Verbindungselement 4 und einen sich an den Aufnahmeabschnitt 7 anschließenden Einspannabschnitt 8 für die Befestigung in einem Werkzeughalter beispielsweise einer rotierbaren Maschinenspindel auf. Der Einspannabschnitt 8 des Werkzeugschafts 3 hat eine zylindrische Form mit einem kreisrunden Querschnitt von konstantem Durchmesser und länglicher Erstreckung. Eine derartige Ausgestaltung des Einspannabschnitts 8 ist von Werkzeughaltern wie Spannfuttern, Spannbacken, Schrumpfspannfutter und dergleichen besonders einfach zu greifen und kann daher universell in Werkzeugmaschinen verwendet werden.
Konzentrisch innerhalb des Werkzeugschafts 3 befindet sich ein zu beiden Enden offener Kanal 9, welcher sich über die gesamte Länge des Werkzeugschafts 3 erstreckt. Der Kanal 9 ermöglicht den Transport von Kühl- und Schmiermittel durch den Werkzeugschaft 3 bis zu dem Verbindungselement 4.
In 2 ist eine Detailansicht des Werkzeugsystems 1 von 1 im Bereich A dargestellt. Wie zu erkennen ist, weisen der Befestigungsabschnitt 6 des Werkzeugkopfs 2 und der Aufnahmeabschnitt 7 des Werkzeugschafts 3 jeweils ein Außengewinde 10, 11 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel zylindrisch, jedoch mit unterschiedlichen Gewindedurchmessern ausgebildet sind. In dem Verbindungselement 4 sind zwei konzentrische Aufnahmeöffnungen 12, 14 angeordnet, von denen eine erste Aufnahmeöffnung 12 mit einem ersten Innengewinde 13 zur Aufnahme des Außengewindes 10 des Werkzeugkopfs 2 und eine zweite Aufnahmeöffnung 14 mit einem zweiten Innengewinde 15 zur Aufnahme des Außengewindes 11 des Werkzeugschafts 3 ausgebildet ist. Die Aufnahmeöffnungen 12, 14 sind an einander diametral gegenüberliegenden Stirnseiten des Verbindungselements 4 angeordnet und weisen kongruente Rotationsachsen auf. Wie auch die korrespondierenden Außengewinde 10, 11 sind auch die Innengewinde 13, 15 zylindrisch ausgebildet. Um eine besonders dauerhafte und stabile Gewindeverbindung zu ermöglichen, besteht das Verbindungselement 4 einschließlich des ersten Innengewindes 13 aus einem Material, welches eine höhere Elastizität als der Befestigungsabschnitt 6 des Werkzeugkopfs 2 aufweist. Trotz dem harten und nicht elastischen Material des Werkzeugkopfs 2, welcher bevorzugt einstückig ausgebildet ist, kann damit eine Gewindeverbindung zwischen dem Befestigungsabschnitt 6 und dem Verbindungselement 4 erreicht werden, welche die für einen sicheren Halt notwendige Elastizität aufweist. Zudem weist das Material des Verbindungselements 4 einschließlich des zweiten Innengewindes 15 auch eine höhere Elastizität als der Aufnahmeabschnitt 7 des Werkzeugschafts 3 auf. Damit kann auch der Werkzeugschaft 3 aus einem besonders harten und stabilen Material gefertigt und dennoch eine sichere und stabile Gewindeverbindung zwischen dem Aufnahmeabschnitt 7 und dem Verbindungselement 4 erreicht werden.
Anstelle der gezeigten zylindrischen Innengewinde 13, 15 und korrespondierenden Außengewinde 10, 11 können jedoch auch eine oder beide Gewindeverbindungen durch konische Gewinde gebildet werden.
Um eine einfache und kostengünstige Fertigung zu gewährleisten sind der Werkzeugkopf 2, der Werkzeugschaft 3 und das Verbindungselement 4 jeweils einstückig aus jeweils einem Material ausgebildet. Wie bereits beschrieben, weist das Material des Verbindungselements 4 dabei eine höhere Elastizität auf als dasjenige des Werkzeugkopfs 2 und des Werkzeugschafts 3. Es ist jedoch möglich, beispielsweise das Verbindungselement 4 aus mehreren Teilen mit Materialien unterschiedlicher Elastizität zu bilden, wobei die Teile beispielsweise mittels Schweißen oder Löten stoffschlüssig verbunden werden. Dies ist in 2 durch die Trennlinie 16 angedeutet. Hierdurch ergeben sich zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten zur unabhängigen Auslegung des ersten Innengewindes 13 und des zweiten Innengewindes 15 und damit der beiden Gewindeverbindungen insgesamt.
Zwischen der ersten Aufnahmeöffnung 12 mit dem ersten Innengewinde 13 und der zweiten Aufnahmeöffnung 14 mit dem zweiten Innengewinde 15 ist ein Verbindungskanal 17 vorgesehen. Der Verbindungskanal 17 verbindet die erste Aufnahmeöffnung 12 mit der zweiten Aufnahmeöffnung 14 derart, dass ein durchgehender Kanal durch das Verbindungselement 4 gebildet wird, so dass beispielsweise Kühl- und Schmiermittel von dem Werkzeugschaft 3 zu dem Werkzeugkopf 2 geleitet werden kann.
Umfangsseitig sind an dem Verbindungselement 4 zwei diametral gegenüberliegende Schüsselflächen 18 angeordnet, welche zum Zusammenwirken mit einem entsprechendem Werkzeug, beispielsweise einem Gabelschlüssel, ausgebildet sind, um das Verbindungselement 4 mit dem Werkzeugkopf 2 und dem Werkzeugschaft 3 fest zu verspannen.
An dem Werkzeugkopf 2 zwischen dem Arbeitsabschnitt 5 und dem Außengewinde 10 des Befestigungsabschnitts 6 ist ein Abstützbereich mit zwei konischen Anlageflächen 19, 20 mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an korrespondierenden Auflageflächen der ersten Aufnahmeöffnung 12 angeordnet. Ebenso ist an dem Werkzeugschaft 3 zwischen dem Einspannabschnitt 8 und dem Außengewinde 11 des Aufnahmeabschnitts 7 ein weiterer Abstützbereich mit zwei weiteren konischen Anlageflächen 21, 22 mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an korrespondierenden weiteren Auflageflächen der zweiten Aufnahmeöffnung angeordnet.
Das Außengewinde 10 des Werkzeugkopfs 2 und das korrespondierende erste Innengewinde 13 des Verbindungselements 4 sowie das Außengewinde 11 des Werkzeugschafts 3 und das korrespondierende zweite Innengewinde 15 des Verbindungselements 4 weisen unterschiedliche Gewindekonturen auf, welche sich im verschraubten Zustand durch elastische Verformung jeweils aneinander anpassen.
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, kann durch das gezeigte Verbindungselement 4 eine stabile und einfach lösbare Verbindung zwischen einem Werkzeugschaft 3 und einem Werkzeugkopf 2 gebildet werden, wobei das Verbindungselement 4 in der Funktion als Adapter die Befestigung eines vergleichsweise kleinen Werkzeugkopfs 2 mit einem Außengewinde 10, dessen Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Außengewindes 11 des Werkzeugschafts 3 ist, an dem Werkzeugschaft 3 ermöglicht.
In 3 ist ein Längsschnitt durch ein Werkzeugsystem 1a mit einem im Vergleich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform alternativen Verbindungselement 4a und Werkzeugkopf 2a gezeigt. Im Übrigen identische Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie aus dem Vergleich der in den 1 und 3 gezeigten unterschiedlichen Ausführungsformen hervorgeht, ist der in 3 gezeigte Werkzeugkopf 2a größer ausgebildet als der Werkzeugkopf 2 in 1, was dazu führt, dass der Befestigungsabschnitt 6a des Werkzeugkopfs 2a einen größeren Durchmesser aufweist und das Verbindungselement 4a entsprechend angepasst ist. In 4 ist eine Detailansicht des Werkzeugsystems 1a von 3 im Bereich B gezeigt.
Wie der 4 zu entnehmen ist, unterscheidet sich die gezeigte alternative Ausführungsform dadurch, dass das Verbindungselement 4 eine erste Aufnahmeöffnung 12a aufweist, in welchem ein erstes Innengewinde 13a mit einem größeren Innendurchmesser ausgebildet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht der Durchmesser des ersten Innengewindes 13a dem Durchmesser des zweiten Innengewindes 15 der zweiten Aufnahmeöffnung 14. Es sind jedoch alle übrigen Verhältnisse möglich. Der Bereich der zweiten Aufnahmeöffnung 14 einschließlich der Schlüsselfläche 18 entspricht im Wesentlichen der Ausbildung der ersten Ausführungsform. Durch dieses geringfügig geänderte Verbindungselement 4a kann an demselben Werkzeugschaft 3 ein größerer Werkzeugkopf 2a schnell und zuverlässig montiert und demontiert werden.
Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform weist das Verbindungselement 4a zudem einen Ringsteg 23 auf, welcher radial nach innen in den Verbindungskanal 17a vorsteht. Hierdurch wird der Querschnitt des Verbindungskanals 17a reduziert, wodurch beispielsweise der Vordruck und die Durchflussrate von Kühl- und Schmiermittel speziell auf den betreffenden einzuspannenden Werkzeugkopf 2 eingestellt werden kann.
In einer weiteren, nicht bildlich dargestellten Ausführungsform kann das Verbindungselement 4, 4a Kanäle zur Kühl- bzw. Schmiermittelführung aufweisen. Diese Kanäle sind mit dem Kanal 9 oder dem Verbindungskanal 17, 17a verbunden und sind so ausgerichtet, dass sie einen Kühl- bzw. Schmiermittelstrom zum Arbeitsabschnitt 5, 5a hin leiten können. Die einfachste Möglichkeit dies umsetzen sind Kanäle, die seitlich versetzt um den Werkzeugkopf 2, 2a angeordnet sind. Diese Kanäle sind zumindest abschnittsweise so ausgebildet, dass sie einen Winkel zur Rotationsachse des Werkzeuges einnehmen, der das Kühlmittel beim Verlassen der Austrittsöffnung an der Seite des Arbeitsabschnitts 5, 5a auf den Arbeitsabschnitts 5, 5a hin ausrichtet. Es versteht sich von selbst, dass neben dieser bevorzugten Ausführungsform, die stets nur von Kanälen im Plural spricht, auch Umsetzungen erfindungsgemäß sind, die nur einen einzigen so ausgebildeten Kanal aufweisen.
Eine weitere alternative Ausführungsform, um Kühl- bzw. Schmiermittelstrom zum Arbeitsabschnitt 5, 5a hin zu leiten, sieht vor, dass das Verbindungselement 4, 4a eine Vielzahl kleinerer Auslassöffnungen an der Seite des Arbeitsabschnitts 5, 5a aufweist. Die Auslassöffnungen sind so ausgebildet, dass ein Kühl- bzw. Schmiermittelstrom nicht als Strahl zu dem Arbeitsabschnitt 5/5a gelangt, sondern sich wie eine Art Mantel um den Arbeitsabschnitts 5, 5a legt.
Bezugszeichenliste

1, 1a: Werkzeugsystem
2, 2a: Werkzeugkopf
3: Werkzeugschaft
4, 4a: Verbindungselement
5, 5a: Arbeitsabschnitt
6, 6a: Befestigungsabschnitt
7: Aufnahmeabschnitt
8: Einspannabschnitt
9: Kanal
10, 10a: Außengewinde des Werkzeugkopfs
11: Außengewinde des Werkzeugschafts
12, 12a: Erste Aufnahmeöffnung
13, 13a: Erstes Innengewinde
14: Zweite Aufnahmeöffnung
15: Zweites Innengewinde
16: Trennlinie
17, 17a: Verbindungskanal
18: Schlüsselfläche
19, 19a: Erste konische Anlagefläche des Werkzeugkopfs
20, 20a: Zweite konische Anlagefläche des Werkzeugkopfs
21: Erste konische Anlagefläche des Werkzeugschafts
22: Zweite konische Anlagefläche des Werkzeugschafts
23: Ringsteg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009048010 B3 [0002]
DE 102012100976 [0010]
EP 13702395 [0010]
DE 102012107546 [0018]
EP 13750033 [0018]

Claims

Modulares Werkzeugsystem (1; 1a) umfassend einen Werkzeugkopf (2; 2a) mit einem Arbeitsabschnitt (5; 5a) und einem Befestigungsabschnitt (6; 6a), einen Werkzeugschaft (3) mit einem Aufnahmeabschnitt (7) und einem Einspannabschnitt (8) für die Befestigung in einem Werkzeughalter und ein Verbindungselement (4; 4a) zur lösbaren Verbindung des Werkzeugkopfs (2; 2a) mit dem Werkzeugschaft (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsabschnitt (6; 6a) des Werkzeugkopfs (2; 2a) und der Aufnahmeabschnitt (7) des Werkzeugschafts (3) jeweils ein Außengewinde (10; 10a; 11) aufweisen und in dem Verbindungselement (4; 4a) zwei konzentrische Aufnahmeöffnungen (12; 12a; 14) ausgebildet sind, von denen eine erste Aufnahmeöffnung (12; 12a) mit einem ersten Innengewinde (13; 13a) zur Aufnahme des Außengewindes (10; 10a) des Werkzeugkopfs (2) und eine zweite Aufnahmeöffnung (14) mit einem zweiten Innengewinde (15) zur Aufnahme des Außengewindes (11) des Werkzeugschafts (3) ausgebildet ist.
Modulares Werkzeugsystem (1; 1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4; 4a) aus einem Material besteht, dass eine höhere Elastizität aufweist als der Befestigungsabschnitt (6; 6a) des Werkzeugkopfs (2; 2a).
Modulares Werkzeugsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (2; 2a), der Werkzeugschaft (3) und das Verbindungselement (4; 4a) jeweils einstückig aus jeweils einem Material ausgebildet sind.
Modulares Werkzeugsystem (1; 1a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahmeöffnung (12; 12a) und die zweite Aufnahmeöffnung (14) durch einen Verbindungskanal (17; 17a) verbunden sind.
Modulares Werkzeugsystem (1a) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4a) einen Ringsteg (23) aufweist, welcher radial nach innen in den Verbindungskanal (17a) vorsteht.
Modulares Werkzeugsystem (1; 1a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkzeugkopf (2; 2a) zwischen dem Arbeitsabschnitt (5; 5a) und dem Außengewinde (10; 10a) des Befestigungsabschnitts (6; 6a) ein Abstützbereich mit zwei konischen Anlageflächen (19; 19a; 20; 20a) mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an korrespondierenden Auflageflächen der ersten Aufnahmeöffnung (12; 12a) angeordnet ist.
Modulares Werkzeugsystem (1; 1a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Werkzeugschaft (3) zwischen dem Einspannabschnitt (8) und dem Außengewinde (11) des Aufnahmeabschnitts (7) ein Abstützbereich mit zwei konischen Anlageflächen (21, 22) mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an korrespondierenden Auflageflächen der zweiten Aufnahmeöffnung (14) angeordnet ist.
Modulares Werkzeugsystem (1; 1a) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengewinde (10; 10a) des Werkzeugkopfs (2; 2a) und das korrespondierende erste Innengewinde (13; 13a) des Verbindungselements (4; 4a) und/oder das Außengewinde (11) des Werkzeugschafts (3) und das korrespondierende zweite Innengewinde (15) des Verbindungselements (4; 4a) unterschiedliche Gewindekonturen aufweisen, welche sich im verschraubten Zustand durch elastische Verformung aneinander anpassen.
Verbindungselement (4; 4a) für ein modulares Werkzeugsystem (1; 1a) zur lösbaren Befestigung eines Werkzeugkopfs (2; 2a) an einem Werkzeugschaft (3), gekennzeichnet durch zwei konzentrische Aufnahmeöffnungen (12; 12a; 14) mit jeweils einem Innengewinde (13; 13a; 15), wobei das Verbindungselement (4; 4a) einstückig aus einem Material ausgebildet ist.
Verbindungselement (4; 4a) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahmeöffnung (12; 12a) und die zweite Aufnahmeöffnung (14) durch einen Verbindungskanal (17; 17a) verbunden sind.
Verbindungselement (4a) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4a) einen Ringsteg (23) aufweist, welcher radial nach innen in den Verbindungskanal (17a) vorsteht.
Verbindungselement (4; 4a) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Aufnahmeöffnung (12; 12a) zwei Auflageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an einem korrespondierenden Abstützbereich des Werkzeugkopfs (2; 2a) mit zwei konischen Anlageflächen (19; 19a; 20; 20a) aufweist.
Verbindungselement (4; 4a) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Aufnahmeöffnung (14) zwei Auflageflächen mit unterschiedlichen Kegelwinkeln zur Anlage an einem korrespondierenden Abstützbereich des Werkzeugschafts (3) mit zwei konischen Anlageflächen (21, 22) aufweist.
Verbindungselement (4; 4a) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4; 4a) aus verschiedenen Materialien besteht.
Verbindungselement (4; 4a) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (4; 4a) Kanäle für Kühl- bzw. Schmiermittel aufweist.