DE102017109110B4

DE102017109110B4 - Vorrichtung und verfahren zum abkühlen eines schneidewerkzeugs unter verwendung von überkritischem kohlendioxid

Info

Publication number: DE102017109110B4
Application number: DE102017109110.6A
Authority: DE
Inventors: John C. Musil; Christopher Bukvic
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2037-04-28
Also published as: GB201705803D0; FR3050950A1; US10052694B2; GB2550057B; DE102017109110A1; US20170320141A1; GB2550057A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abkühlen eines Schneidewerkzeugs. Die Erfindung bezieht sich speziell auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, bei denen ein Schneidewerkzeug unter Verwendung von überkritischem CO2 abgekühlt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Heutzutage ist Umweltschutz bei vielen Herstellern ein wichtiges Thema, und die Umsetzung der Minimalmengenschmierung (MMS) mit geeignetem Schmiermittel ist ein notwendiger Schritt in diese Richtung. Bei MMS handelt es sich um einen Vorgang, bei dem, im Gegensatz zur traditionellen Kühlmittelversorgung, sehr geringe Mengen eines hochwertigen Schmiermittels direkt auf den Schneideinsatz/die Werkstück-Schnittstelle aufgetragen werden. MMS minimiert durch die signifikante Reduzierung des Flüssigkeitsverbrauchs und der Eliminierung der benötigten Kühlmittelbehandlung und -entsorgung die Umweltbelastung.
Leider wird die Kühlung bei den heutigen Metallbearbeitungsflüssigkeiten durch die Schmierung beeinträchtigt. Durch Hinzufügen von Öl wird die Kühlung reduziert. Durch Hinzufügen von Wasser wird die Schmierfähigkeit reduziert. Die ÖI-in-Luft-Minimalmengenschmierung kann schmieren, kühlt jedoch nicht richtig. Flüssigstickstoff kann kühlen, schmiert jedoch nicht gut.
Daher besteht die Notwendigkeit einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Abkühlen eines Schneidewerkzeugs unter Verwendung der MMS, wobei für maximale Kühlung und Schmierung des Schneideinsatzes/der Werkstück-Schnittstelle gesorgt wird.
Die DE 695 27 293 T2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Tieftemperaturkühlen eines Schneidwerkzeugs, das eine Tieftemperaturkühlung an einem Punkt des Werkzeugs liefert, an dem während des Schneidens die höchste Temperatur auftritt.
Die DE 690 30 051 T2 beschreibt einen Maschinenwerkzeughalter zum Halten eines Schneideinsatzes, der an einem Werkstück angreifen und von diesem einen Span entfernen kann, wobei ein Hochgeschwindigkeits-Fluidstrahl verwendet wird, um den vom Werkstück entfernten Span in kleine Segmente zu zerbrechen.
Aus der GB 795 729 A ist ein Werkzeug für die spanabhebende Bearbeitung von Metallen bekannt, dass eine in die Nähe eines Schneidplättchens führende Kühlmittelleitung aufweist, deren vorderes Ende als Entspannungsraum für zugeleitete flüssige Kohlensäure ausgebildet ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Werkzeughalter nach Patentanspruch 1. Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein umgekehrtes Nest für einen Werkzeughalter nach Patentanspruch 13. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren unter Verwendung von überkritischem Kohlendioxid nach Patentanspruch 16.
Das Problem bei der Bereitstellung maximaler Kühlung und Schmierung für den Schneideinsatz/die Werkstück-Schnittstelle durch die Verwendung vom MMS ist durch die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Abkühlen eines Schneidewerkzeuges gelöst, welche ein umgekehrtes Nest mit mindestens einer Kühlmittelnut aufweist, die dem Schneideinsatz/der Werkstück-Schnittstelle überkritisches CO2 zuführt.
Unter einem Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein Werkzeughalter eine Aussparung mit einem Nestabschnitt und einem Klemmstück. Ein umgekehrtes Nest wird im Nestabschnitt angebracht. Das umgekehrte Nest umfasst eine Einsatzaufnahmetasche zur Aufnahme eines darin angebrachten Schneideinsatzes. Auf das Klemmstück wird ein Klemmkeil montiert, sodass der Schneideinsatz und der Klemmkeil ineinandergreifen. Das umgekehrte Nest umfasst eine oder mehrere Kühlmittelnuten welche mit dem Schneideinsatz zusammenarbeiten, um überkritisches Kohlendioxid in ein Schneidwerkzeug/eine Werkstück-Schnittstelle zu leiten.
Unter einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung umfasst ein umgekehrtes Nest des Werkzeughalters eine Oberseite, eine dieser gegenüberliegende Unterseite und mehrere Seitenoberflächen sowie einen vorderen Nasenabschnitt mit einer Einsatzaufnahmetasche zur Aufnahme eines darin angebrachten Schneideinsatzes. Die Einsatzaufnahmetasche enthält zwei Seitenwände und eine obere Wand, um zwischen dem Schneideinsatz und der Einsatzaufnahmetasche einen Dreipunktkontakt zu schaffen, wenn der Schneideinsatz darin montiert ist. Die Oberseite der Einsatzaufnahmetasche des umgekehrten Nestes umfasst eine oder mehrere Kühlmittelnuten, welche mit dem Schneideinsatz zusammenarbeiten, um überkritisches Kohlendioxid in ein Schneidwerkzeug/eine Werkstück-Schnittstelle zu leiten.
Unter einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung umfasst das Verfahren, bei dem überkritisches Kohlendioxid in einen Schneideinsatz/eine Werkstück-Schnittstelle eines Werkzeughalters geleitet wird, folgende Schritte:

ein umgekehrtes Nest wird im Nestabschnitt der Aussparung eines Werkzeughalters angebracht; das umgekehrte Nest enthält eine Einsatzaufnahmetasche zur Aufnahme eines darin angebrachten Schneideinsatzes und
auf ein Klemmstück der Aussparung eines Werkzeughalters wird ein Klemmkeil montiert, sodass der Schneideinsatz und der Klemmkeil ineinandergreifen,
wobei das umgekehrte Nest eine oder mehrere Kühlmittelnuten umfasst, die mit dem Schneideinsatz zusammenarbeiten, um überkritisches Kohlendioxid in ein Schneidwerkzeug/eine Werkstück-Schnittstelle zu leiten.

Figurenliste
Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht sind, sollten die spezifischen gezeigten Ausführungsformen nicht als die Patentansprüche begrenzend ausgelegt werden. Es wird erwartet, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen erfolgen können, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.

Bei 1 handelt es sich um eine perspektivische Ansicht eines Schneidwerkzeugs mit einem umgekehrten Nest mit einer oder mehreren Nuten, einem Schneideinsatz und einem Klemmkeil, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht des Spanwerkzeugs von 1;
3 ist eine Draufsicht des Schneidwerkzeugs von 1;
Bei 4 handelt es sich um eine perspektivische Teilansicht der Aussparung des Schneidwerkzeugs von 1 mit einem umgekehrten Nest, einem Schneideinsatz und einem Klemmkeil, welcher zur Verdeutlichung entfernt wurde und
Bei 5 handelt es sich um eine perspektivische Unteransicht des umgekehrten Nests mit einem in der Einsatzaufnahmetasche des umgekehrten Nests montierten Schneideinsatz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Bei 6 handelt es sich um eine perspektivische Draufsicht des umgekehrten Nests mit Einsatzaufnahmetasche, Einlassöffnung, innerer Kühlmittelzufuhr, Kopfteil und einer oder mehreren Nuten, die gestrichelt dargestellt sind;
7 ist eine Seitenansicht des in 5 dargestellten umgekehrten Nests und des Schneideinsatzes;
8 ist eine andere Seitenansicht des in 5 dargestellten umgekehrten Nestes und des Schneideinsatzes;
Bei 9 handelt es sich um eine vergrößerte Unteransicht der Einsatzaufnahmetasche des umgekehrten Nests, wobei eine oder mehrere Nuten, der Kopfteil und die innere Kühlmittelzufuhr gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu sehen sind;
10 ist eine Draufsicht des umgekehrten Nests aus 5.
11 ist eine Querschnittansicht des umgekehrten Nests, vorgenommen entlang Linie 11-11 von 10;
Bei 12 handelt es sich um eine vergrößerte Ansicht des Schneideinsatzes/der Werkstück-Schnittstelle, wobei zu sehen ist, wie das Kühlmittel während eines Maschinenbetriebs zur Unterseite eines Spans geleitet wird;
13 ist eine perspektivische Ansicht des Klemmkeils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
14 ist eine Seitenansicht des Klemmkeils aus 13.
15 ist eine Unteransicht des Klemmkeils aus 13.
16 ist eine Draufsicht des Klemmkeils aus 13.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen, wird ein Werkzeughalter 10 im Allgemeinen in 1-4 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die spezielle Form des dargestellten Werkzeughalters 10 ist für die Durchführung von Drehbearbeitungsvorgängen ausgelegt. Allerdings soll die Erwähnung des Werkzeughalters als Überdrehhalter nicht den Umfang der Erfindung einschränken. Die Formen eines Werkzeughalters, auf die sich die Erfindung bezieht, umfassen uneingeschränkt jegliche Ausführungen eines Werkzeughalters, bei dem intern Kühlmittel zum Schneideinsatz/zur Werkstück-Schnittstelle geleitet werden kann. Zum Beispiel können die Prinzipien dieser Erfindung mit einem Fräser, einem Bohrwerkzeug und dergleichen umgesetzt werden. Der eigentliche Schutzbereich und Grundgedanke der Erfindung sind in den diesbezüglichen Ansprüchen angegeben.
Im Allgemeinen hat der Werkzeughalter 10 ein axiales vorderes Ende 12 und ein axiales hinteres Ende 14. Wie in 4 zu sehen, hat der Werkzeughalter 10 einen Kopfbereich 16 am axialen vorderen Ende 12 mit einer Aussparung, die allgemein als 18 angezeigt wird. Die Aussparung 18 hat einen Nestabschnitt 20, um ein umgekehrtes Nest 22 aufnehmen zu können, sowie ein Klemmstück 24, um einen Klemmkeil 26 aufnehmen zu können. Der Nestabschnitt 20 verfügt über zwei Seitenwände 20a, 20b und eine untere Wand 20c. Zwischen den Seitenwänden 20a, 20b kann eine Eckentlastung 20d eingearbeitet sein, um für das darin montierte umgekehrte Nest 22 Freiraum zu schaffen. Die untere Wand 20c des Nestabschnitts 20 enthält eine Kühlmittelöffnung 21, die mit einer Kühlmittelquelle (nicht gezeigt) in Fluidverbindung steht, sowie mindestens eine Gewindeöffnung 23, um das umgekehrte Nest 22 an dem Nestabschnitt 20 der Aussparung 18 zu befestigen.
Das Klemmstück 24 enthält eine Rückwand 24a und eine untere Wand 24b, um den darin montierten Klemmkeil 26 zu halten. Zwischen der Rückwand 24a und der unteren Wand 24b kann ein Radius 24c eingearbeitet sein, um für den darin montierten Klemmkeil 26 Freiraum zu schaffen. Ein oberer Abschnitt der Rückwand 24a verfügt zur Aufnahme der Schneideinsätze über einen Zwischenraum 25 mit variierender Dicke, wenn das umgekehrte Nest 22 in der Aussparung 18 des Werkzeughalters 10 montiert wird.
Mit Bezug auf 5-11 ist das umgekehrte Nest 22 im Allgemeinen rautenförmig mit einer im Wesentlichen ebenen Oberseite 28, einer im Wesentlichen ebenen Unterseite 30, die gegenüber der Oberseite 28 liegt, und vier Seitenflächen, die allgemein als 32, 34, 36, 38 angezeigt und im Folgenden auch als erste bis vierte Seitenfläche bezeichnet werden. Das umgekehrte Nest 22 weist außerdem eine seitlich zugewandte Oberfläche 40 am Schnittpunkt der Seitenflächen 32, 34 (erste Seitenfläche 32 und zweite Seitenfläche 34), eine nach hinten gerichtete Oberfläche 42 am Schnittpunkt der Seitenflächen 34, 36 (zweite Seitenfläche 34 und dritte Seitenfläche 36) und eine seitlich zugewandte Oberfläche 44 am Schnittpunkt der Seitenflächen 36, 38 (dritte Seitenfläche 36 und vierte Seitenfläche 38) auf. In der dargestellten Ausführungsform liegt die seitlich zugewandte Oberfläche 40 gegenüber der seitlich zugewandten Oberfläche 44.
Das umgekehrte Nest 22 weist zur Aufnahme eines darin angebrachten Schneideinsatzes 50 einen vorderen Nasenabschnitt 46 mit einer Einsatzaufnahmetasche auf, die allgemein als 48 angezeigt wird. In der dargestellten Ausführungsform sind die Seitenflächen 32, 38 (erste Seitenfläche 32 und vierte Seitenfläche 38) des Nasenabschnitts 46 in einem Winkel 52 von etwa vierzig (40) Grad in Bezug auf eine Längsachse 54 geformt, welche die nach hinten gerichtete Oberfläche 42 und den vorderen Nasenabschnitt 46 halbiert. Da das umgekehrte Nest 22 spiegelsymmetrisch zur Längsachse 54 ist, sind die Seitenflächen 32, 34 (erste Seitenfläche 32 und vierte Seitenfläche 34) in einem Winkel von etwa fünfzig (50) Grad in Bezug auf eine Achse ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 54 liegt. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die Rautenform des umgekehrten Nests 22 beschränkt ist, und dass die Erfindung in jeder beliebigen Form wie z. B. dreieckig, kreisförmig und dergleichen ausgeführt werden kann.
Die Einsatzaufnahmetasche 48 enthält zwei Seitenwände 56, 58 und eine obere Wand 60, um zwischen dem Schneideinsatz 50 und der Einsatzaufnahmetasche 48 einen Dreipunktkontakt zu schaffen, wenn der Schneideinsatz 50 darin montiert ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Schneideinsatz 50 im Allgemeinen rautenförmig, und speziell der Schneideinsatz 50 weist eine Rautenform von achtzig (80) Grad eines in der Technik wohlbekannten Typs auf. Das heißt, die zwei gegenüberliegenden Ecken des Schneideinsatzes 50 sind in einem Winkel von achtzig (80) Grad, und die anderen zwei gegenüberliegenden Ecken des Schneideinsatzes 50 in einem Winkel von einhundert (100) Grad zueinander ausgebildet. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Form der Einsatzaufnahmetasche 48 beschränkt ist und dass die Einsatzaufnahmetasche 48 jede gewünschte Form haben kann, um den Schneideinsatz 50 aufzunehmen. Zum Beispiel kann die Einsatzaufnahmetasche 48 eine allgemein runde Form zur Aufnahme eines allgemein runden Schneideinsatzes aufweisen. In einem anderen Beispiel kann die Einsatzaufnahmetasche 48 eine allgemein dreieckige Form zur Aufnahme eines allgemein dreieckigen Schneideinsatzes aufweisen.
Das umgekehrte Nest 22 enthält außerdem eine geneigte Oberfläche 62, die sich von der Oberseite 28 nach unten zur Einsatzaufnahmetasche 48 erstreckt. Die geneigte Oberfläche 62 unterstützt während des Maschinenbetriebs bei der Entsorgung von Spänen. In einer Ausführungsform ist die geneigte Oberfläche 62 in einem Winkel 64 zwischen etwa dreißig (30) bis etwa sechzig (60) Grad in Bezug auf eine vertikale Ebene 66 gebildet, die im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse 54 verläuft. Die Unterseite 30 enthält eine Einlassöffnung für Kühlmittel 68, um das Kühlmittel in das umgekehrte Nest 22 zu leiten. Zur Abdichtung der Einlassöffnung für Kühlmittel 68 kann ein Dichtkörper 70, wie z. B. ein O-Ring, verwendet werden.
Das umgekehrte Nest 22 enthält außerdem eine interne Kühlmittelzufuhr 72, die sich von der Einlassöffnung für Kühlmittel 68 bis zum Kopfteil 74 im vorderen Nasenabschnitt 46 des umgekehrten Nests 22 erstreckt. Das Kopfteil 74 sorgt für eine gleichmäßige Verteilung des aus dem umgekehrten Nest 22 austretenden Kühlmittels. Die obere Fläche 60 der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nests 22 weist eine oder mehrere Nuten 76 auf, die sich vom Kopfteil 74 bis zum Nasenabschnitt 46, nahe einer Schnittstelle 75 zwischen dem Schneideinsatz 50 und einem Werkstück 200 (12) erstrecken. In der dargestellten Ausführungsform weist die obere Fläche 60 der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nests 22 drei Nuten 76 auf, wobei eine Nut 76 auf der Längsachse 54 und zwei Nuten 76 auf gegenüberliegenden Seiten der Längsachse 54 liegen. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die Anzahl der Nuten 76 beschränkt ist, die sich auf der oberen Fläche 30 der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nest 22 befinden, und dass die Erfindung mit jeder beliebigen Anzahl an Nuten 76 (z. B. eine oder mehrere Nuten 76) ausgeführt werden kann.
Dabei ist zu beachten, dass die obere Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 mit der einen oder den mehreren Nuten 76 zusammenwirkt, um eine geschlossene Kühlmittelzufuhr zu bilden, die sich vom Kopfteil 74 bis zum Schneideinsatz/zur Werkstück-Schnittstelle erstreckt. In einer Ausführungsform hat die geschlossene Kühlmittelzufuhr, welche aus der einen oder den mehreren Nuten 76 geformt ist, die mit der oberen Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 zusammenwirken, einen effektiven Durchmesser zwischen etwa 0,152 mm (0,006 in) und etwa 0,254 mm (0,010 in). Wie in 10 zu sehen, besteht zwischen den Schneidkanten 51 des Schneideinsatzes 50 und den Seitenflächen 32, 38 (erste Seitenfläche 32 und vierte Seitenfläche 38) und dem Nasenabschnitt 46 des umgekehrten Nests 22 ein kleiner Abstand 77. Mithilfe dieses kleinen Abstands 77 kann das aus dem umgekehrten Nest 22 austretende Kühlmittel zur Unterseite des Spans 79 gerichtet werden, um den Spänefluss nicht zu behindern, sondern die Entsorgung der Späne aus dem/der Schneideinsatz/Werkstück-Schnittstelle 75 während des Maschinenbetriebs, wie in 12 zu sehen, zu unterstützen.
Es versteht sich, dass der Schneideinsatz 50 ein Wendeschneideinsatz sein kann. Als solches kann der Schneideinsatz 50 in der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nestes 22 so indexiert werden, dass die obere Fläche 50a eine untere Fläche 50b bildet, die den Klemmkeil 26 berührt, und dass die untere Fläche 50b eine obere Fläche 50a bildet, die das umgekehrte Nest 22 berührt.
In einer Ausführungsform sind die eine oder die mehreren Nuten 76 im Wesentlichen V-förmig und die obere Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 ist im Wesentlichen eben. In dieser Ausführungsform weist die durch die obere Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 und die eine oder die mehreren Nuten 76 geformte geschlossene Kühlmittelzufuhr im Wesentlichen einen Querschnitt in dreieckiger Form auf. In einer anderen Ausführungsform sind die eine oder die mehreren Nuten 76 im Wesentlichen U-förmig und die obere Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 ist im Wesentlichen eben. In dieser Ausführungsform weist die durch die obere Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 und die eine oder die mehreren Nuten 76 geformte geschlossene Kühlmittelzufuhr einen im Wesentlichen D-förmigen Querschnitt auf. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Form der einen oder mehreren Nuten 76 und der im Wesentlichen ebenen oberen Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 beschränkt ist, und die Erfindung mit jeder beliebigen Form umgesetzt werden kann, die ausreichend Kühlmittelzufuhr am Schneideinsatz/an der Werkstück-Schnittstelle bereitstellt, solange die eine oder die mehreren Nuten 76 mit der oberen Fläche 50a des Schneideinsatzes 50 zusammenwirken, um eine geschlossene Kühlmittelzufuhr zu bilden, die sich vom Kopfstück 74 bis zum Schneideinsatz/zur Werkstück-Schnittstelle erstreckt.
In der dargestellten Ausführungsform besteht das zum Schneideinsatz/zur Werkstück-Schnittstelle geleitete Kühlmittel aus überkritischem Kohlendioxid (CO2), welches über Fusion Coolant Systems, Detroit, Michigan (www.fusioncoolant.com) im Handel erhältlich ist. Überkritisches Kohlendioxid fließt als einphasiges System bis zum Bearbeitungspunkt und wird durch Hochdruck freigesetzt. Dadurch entsteht ein starker Kühleffekt und es wird eine trockene oder verbesserte Flüssigkeitsschmierung abgegeben. Jedes geeignete Schmiermittel kann dem überkritischen Kohlendioxid zugesetzt werden, um eine zusätzliche Schmierung zu gewährleisten. Sowohl bei der trockenen als auch bei der verbesserten Flüssigschmierung werden saubere und trockene Späne hergestellt. Die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid hat im Vergleich zu anderen Systemen, die zum Beispiel flüssigen Stickstoff verwenden, mehrere Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehören unter anderem: 1) die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid erfordert keine Rückführung oder Entsorgung der Metallbearbeitungsflüssigkeit; 2) es handelt sich um Schmiermittel, das genauso wirksam wie eine semisynthetische Metallbearbeitungsflüssigkeit ist; 3) ein ausgezeichnetes Schmiermittel, das im verbesserten Modus einen gleichmäßigen Ölstand der Schmierung bieten kann;) 4) ermöglicht höhere Kühlung und höhere Schmierfähigkeit bei höherem Druck, was zu höherer Produktivität führt; 5) verstopft nicht und 6) senkt die Betriebskosten.
Wie zuvor erwähnt, bietet das überkritische Kohlendioxid einen starken Kühleffekt. In einer Ausführungsform wird das überkritische Kohlendioxid zum Schneideinsatz/zur Werkstück-Schnittstelle bei einer Temperatur von ca. -61 Grad C (-78 Grad F) und einem Druck zwischen ca. 9,997 MPa und ca. 14 MPa (ca. 1450 psi bis ca. 2100 psi) geliefert. Testergebnisse haben gezeigt, dass die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid eine Vielzahl an Kosteneinsparungen für weniger Betriebskapital als bei herkömmlichen Schneidflüssigkeiten bietet. Darüber hinaus fördert die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid ein gesundes Arbeitsumfeld, da es frei von Bakterien ist, häufig die Schritte der Maschinenreinigung beseitigt und minimal die Umwelt belastet.
Das umgekehrte Nest 22 enthält außerdem mindestens eine Senkbohrung 78, die von der Oberseite 28 bis zur Unterseite 30 verläuft, damit eine Schraubbefestigung 80 hindurchpassen kann. In der dargestellten Ausführungsform weist das umgekehrte Nest 22 zwei Senkbohrungen 78 auf, die sich auf gegenüberliegenden Seiten und gleichweit von der Längsachse 54 entfernt befinden. Dabei ist zu beachten, dass die Schraubbefestigung 80 in die mindestens eine Gewindeöffnung 23 aufgenommen wird, die an der unteren Wand 20c des Nestabschnitts 20 der Aussparung 18 geformt ist, um darin das umgekehrte Nest 22 zu montieren und zu befestigen.
Mit Bezug auf 13-16 ist der Klemmkeil 26 im Wesentlichen vieleckig, mit einer im Wesentlichen ebenen Oberseite 82, einer im Wesentlichen ebenen Unterseite 84, die gegenüber der Oberseite 82 liegt, und einer Vielzahl von Seitenflächen, die allgemein als 86, 88, 90, 92, 94 angezeigt werden. Zusätzlich weist der Klemmkeil 26 einen vorderen Nasenabschnitt 96 auf.
In der dargestellten Ausführungsform hat die Oberseite 82 eine abgeschnittene Rautenform, sodass die Seitenflächen 86, 94 des Nasenabschnitts 96 in einem Winkel 98 von etwa vierzig (40) Grad in Bezug auf eine Längsachse 100 geformt sind, welche den vorderen Nasenabschnitt 96 und die hintere Seitenfläche 90, die gegenüber dem vorderen Nasenabschnitts 96 liegt, halbiert. Somit hat der Nasenabschnitt 96 des Klemmkeils 26 die gleiche allgemeine Form wie der Nasenabschnitt 46 des umgekehrten Nestes 22. Ebenso ist der Klemmkeil 26 spiegelsymmetrisch zur Längsachse 100.
Wie in 14 dargestellt, verlaufen die Oberseite 82 und die Unterseite 84 nicht parallel zueinander, sondern sind in einem positiven Winkel 102 von zwischen ca. fünf (5) Grad bis ca. fünfzehn (15) Grad geformt. In einer Ausführungsform beträgt der Winkel 102 ungefähr zehn (10) Grad. Der Klemmkeil 26 weist eine Senkbohrung 104 auf, die vom Nasenabschnitt 96 bis zur hinteren Seitenfläche 90 verläuft, damit eine Schraubbefestigung 106 hindurchpassen kann. Dabei ist zu beachten, dass die Schraubbefestigung 106 in eine Gewindeöffnung 24c aufgenommen wird, die an der Rückwand 24a des Klemmstücks 24 der Aussparung 18 gebildet wird, um darin den Klemmkeil 26 zu montieren und zu befestigen. Durch den positiven Winkel 102 zwischen der Ober- und Unterseite 82, 84 übt der Klemmkeil 26 eine nach oben gerichtete Kraft gegen den Schneideinsatz 50 aus, sodass der Schneideinsatz 50 sicher in der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nestes 22 fixiert ist, wenn der Klemmkeil 26 im Klemmstück 24 der Aussparung 18 montiert wird.
Unter Rückbezug auf 1 und 2 ist der Schneideinsatz 50 erst sicher in der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nests 22 befestigt, wenn durch den Klemmkeil 26 eine nach oben gerichtete Kraft gegen den Schneideinsatz 50 ausgeübt wird. Speziell die Oberseite 82 des Klemmkeils 26 berührt die Unterseite 50b des Schneideinsatzes 50, und die Oberseite 50a des Schneideinsatzes 50 berührt die Seitenflächen 56, 58 und die Oberseite 60 der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nests 22. Sobald das Kühlmittel mit überkritischem Kohlendioxid in der Einsatzaufnahmetasche 48 des umgekehrten Nests 22 montiert ist, wird dieses zur Unterseite des Spans 79 am Schneideinsatz/an der Werkstück-Schnittstelle 75 geleitet, um bei der Entleerung der Späne während des Maschinenbetriebs zu unterstützen.
Während derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben sind, kann die Erfindung anderweitig innerhalb des Umfangs der angehängten Patentansprüche ausgeführt werden.

Claims

Werkzeughalter (10), umfassend: eine Aussparung (18) mit einem Nestabschnitt (20) und einem Klemmstück (24); ein im Nestabschnitt (20) montiertes umgekehrtes Nest (22), wobei das umgekehrte Nest (22) eine Einsatzaufnahmetasche (48) zur Aufnahme eines darin angebrachten Schneideinsatzes (50) enthält, und ein auf das Klemmstück (24) montierter Klemmkeil (26), sodass der Schneideinsatz (50) und der Klemmkeil (26) ineinandergreifen, wobei das umgekehrte Nest (22) eine oder mehrere Kühlmittelnuten umfasst, die mit dem Schneideinsatz (50) zusammenwirken, um überkritisches Kohlendioxid in ein Schneidwerkzeug/eine Werkstück-Schnittstelle (75) zu leiten.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei die Einsatzaufnahmetasche (48) zwei Seitenwände (56, 58) und eine obere Wand (60) aufweist, um zwischen dem Schneideinsatz (50) und der Einsatzaufnahmetasche (48) einen Dreipunktkontakt zu schaffen, wenn der Schneideinsatz (50) darin montiert ist.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Kühlmittelnuten an der Unterseite des umgekehrten Nestes (22) geformt sind und mit der Oberseite des Schneideinsatzes (50) zusammenwirken, wenn der Schneideinsatz (50) in der Einsatzaufnahmetasche (48) des umgekehrten Nestes (22) montiert ist.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei das umgekehrte Nest (22) außerdem eine interne Kühlmittelzufuhr (72) umfasst, die sich von einer Einlassöffnung für Kühlmittel (68) bis zu einem Kopfteil (74) im vorderen Nasenabschnitt (46) des umgekehrten Nests (22) erstreckt.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei zwischen den Schneidkanten (51) des Schneideinsatzes (50) und den Seitenflächen (32, 34, 36, 38) und dem Nasenabschnitt (46) des umgekehrten Nests (22) ein kleiner Abstand (77) besteht, damit das im umgekehrten Nest (22) vorhandene Kühlmittel zu einer Unterseite des Späneflusses gerichtet werden kann und als Unterstützung bei der Entsorgung der Späne (79) aus dem Schneideinsatz (50)/der Werkstück-Schnittstelle (75) während des Maschinenbetriebs dient.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Nuten (76) mit dem Schneideinsatz (50) zusammenwirken, um eine geschlossene Kühlmittelzufuhr dazwischen zu formen.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 6, wobei die geformte geschlossene Kühlmittelzufuhr einen effektiven Durchmesser von 0,152 mm bis 0,254 mm aufweist.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei der Nestabschnitt (20) zwei Seitenwände (20a, 20b) und eine untere Wand (20c) aufweist.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 8, wobei der Nestabschnitt (20) der Aussparung (18) außerdem eine zwischen den Seitenwänden (20a, 20b) geformte Eckentlastung (20d) umfasst, um für das darin montierte umgekehrte Nest (22) Freiraum zu schaffen.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei das Klemmstück (24) außerdem eine Rückwand (24a) und eine untere Wand (24b) umfasst, um den darin montieren Klemmkeil (26) zu halten.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 10, wobei zwischen der Rückwand (24a) und der unteren Wand (24b) des Klemmstücks (24) der Aussparung (18) ferner ein Radius (24c) eingearbeitet ist, um für den darin montierten Klemmkeil (26) Freiraum zu schaffen.
Werkzeughalter (10) nach Anspruch 1, wobei das überkritische Kohlendioxid zum Schneideinsatz (50)/zur Werkstück-Schnittstelle (75) bei einer Temperatur von -61 Grad C und einem Druck zwischen 9,997 MPa und 14 MPa geliefert wird.
Ein umgekehrtes Nest (22) für einen Werkzeughalter (10), umfassend: eine Oberseite (28), eine dieser gegenüberliegende Unterseite (30) und eine Vielzahl an Seitenoberflächen und ein vorderer Nasenabschnitt (46) mit einer Einsatzaufnahmetasche (48) zur Aufnahme eines darin angebrachten Schneideinsatzes (50), wobei die Einsatzaufnahmetasche (48) zwei Seitenwände (56, 58) und eine obere Wand (60) enthält, um zwischen dem Schneideinsatz (50) und der Einsatzaufnahmetasche (48) einen Dreipunktkontakt zu schaffen, wenn der Schneideinsatz (50) darin montiert ist, wobei die obere Wand (60) der Einsatzaufnahmetasche (48) des umgekehrten Nestes (22) eine oder mehrere Kühlmittelnuten /76) aufweist, die mit dem Schneideinsatz (50) zusammenwirken, um überkritisches Kohlendioxid in ein Schneidwerkzeug/eine Werkstück-Schnittstelle (75) zu leiten.
Umgekehrtes Nest (22) nach Anspruch 13, wobei die Seitenoberflächen des vorderen Nasenabschnitts (46) in einem Winkel zu einer Längsachse des umgekehrten Nests (22) geformt sind.
Umgekehrtes Nest (22) nach Anspruch 13, wobei das umgekehrte Nest (22) außerdem eine seitlich zugewandte Oberfläche (40) am Schnittpunkt einer ersten Seitenfläche (32) und einer zweiten Seitenfläche (34), eine nach hinten gerichtete Oberfläche (42) am Schnittpunkt der zweiten Seitenfläche (34) und einer dritten Seitenfläche (36) und eine seitlich zugewandte Oberfläche (44) am Schnittpunkt der dritten Seitenfläche (36) und einer vierten Seitenfläche (38) aufweist.
Verfahren, bei dem überkritisches Kohlendioxid in einen Schneideinsatz (50)/eine Werkstück-Schnittstelle (75) geleitet wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: ein umgekehrtes Nest (22) wird in einem Nestabschnitt (20) einer Aussparung (18) eines Werkzeughalters (10) angebracht, wobei das umgekehrte Nest (22) eine Einsatzaufnahmetasche (48) zur Aufnahme eines darin angebrachten Schneideinsatzes (50) enthält, und auf ein Klemmstück (24) der Aussparung (18) eines Werkzeughalters (10) wird ein Klemmkeil (26) montiert, sodass der Schneideinsatz (50) und der Klemmkeil (26) ineinandergreifen, wobei das umgekehrte Nest (22) eine oder mehrere Kühlmittelnuten (76) umfasst, die mit dem Schneideinsatz (50) zusammenwirken, um überkritisches Kohlendioxid in ein Schneidwerkzeug/eine Werkstück-Schnittstelle (75) zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die eine oder die mehreren Kühlmittelnuten (76) an einer oberen Wand (60) der Einsatzaufnahmetasche (48) des umgekehrten Nests (22) geformt sind und mit der Oberseite des Schneideinsatzes (50) zusammenwirken, wenn der Schneideinsatz (50) in der Einsatzaufnahmetasche (48) des umgekehrten Nestes (22) montiert ist.