DE102017121363A1

DE102017121363A1 - Gewindeeinsatz zur Befestigung eines Werkzeugs in einer Werkzeugaufnahme und Werkzeugaufnahme mit einem derartigen Gewindeeinsatz

Info

Publication number: DE102017121363A1
Application number: DE102017121363.5A
Authority: DE
Inventors: Franz Haimer
Original assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Current assignee: Franz Haimer Maschinenbau KG
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-03-14
Also published as: KR20200054234A; JP7280867B2; US20200276651A1; EP3681659A1; US11358228B2; CN111093869A; WO2019052982A1; KR102546330B1; JP2020533184A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gewindeeinsatz (3) zur Befestigung eines mit einem Befestigungsgewinde versehenen Werkzeugs in einer Werkzeugaufnahme (1), wobei der Gewindeeinsatz (3) an einer vorderen Stirnseite (20) eine Aufnahmeöffnung (16) mit einem Innengewinde (17) zum Einschrauben des Werkzeugs enthält. Erfindungsgemäß weist der Gewindeeinsatz (3) einen sich zu einer hinteren Stirnseite (26) hin verjüngenden Einsteckbereich (13) mit einer äußeren Anlagefläche (14) auf und an der äußeren Anlagefläche (14) ist mindestens eine Vertiefung (25) zur Aufnahme eines Klebstoffs angeordnet. Die Erfindung betrifft außerdem einen Aufnahmekörper für einen solchen Gewindeeinsatz und eine Werkzeugaufnahme mit einem derartigen Gewindeeinsatz und zugehörigem Aufnahmekörper.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindeeinsatz zur Befestigung eines mit einem Befestigungsgewinde versehenen Werkzeugs in einer Werkzeugaufnahme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem einen Aufnahmekörper für einen solchen Gewindeeinsatz und eine Werkzeugaufnahme mit einem derartigen Gewindeeinsatz und zugehörigem Aufnahmekörper.
Aus der WO 2013/178401 A1 ist eine Werkzeugaufnahme mit einem Gewindeeinsatz zur Halterung eines mit einem Befestigungsgewinde versehenen Werkzeugs bekannt. Zur Schonung des Gewindes und zum Spannen mit hoher Rundlaufgenauigkeit ist der Gewindeeinsatz in einem Aufnahmekörper quer zur Längsachse des Aufnahmekörpers beweglich angeordnet und durch einen Querstift oder eine Formschlussverbindung gegen Verdrehung gesichert. Um die radiale Beweglichkeit des Gewindeeinsatzes zu gewährleisten, sind entsprechende konstruktive Maßnahmen erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gewindeeinsatz, einen dazugehörigen Aufnahmekörper und eine Werkzeugaufnahme zu schaffen, die auch ohne aufwändige konstruktive Maßnahmen eine einfache und genaue Montage des Gewindeeinsatzes in einem entsprechenden Aufnahmekörper ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch einen Gewindeeinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Aufnahmekörper mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und durch eine Werkzeugaufnahme mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Gewindeeinsatz weist zur Befestigung eines mit einem Befestigungsgewinde versehenen Werkzeugs an einer vorderen Stirnseite eine Aufnahmeöffnung mit einem Innengewinde zum Einschrauben des Werkzeugs auf. Zur Befestigung des Gewindeeinsatzes in einem Aufnahmekörper enthält der Gewindeeinsatz einen sich zu einer hinteren Stirnseite hin verjüngenden Einsteckbereich mit einer äußeren Anlagefläche, an der mindestens eine Vertiefung zur Aufnahme eines Klebstoffs angeordnet ist. Der Gewindeeinsatz kann so mit einem in die Vertiefung eingebrachten Klebstoff in eine Aufnahmeöffnung eines Aufnahmekörpers eingesteckt werden und kann nicht nur durch einen Presssitz zwischen dem Aufnahmekörper und dem Gewindeeinsatz, sondern auch durch die zusätzliche Klebeverbindung fest und verdrehsicher gehalten werden. Der Gewindeeinsatz ist so einfach und genau montierbar. Bei Bedarf kann die Klebstoffverbindung z.B. durch entsprechende Erwärmung des Aufnahmekörpers gelöst und der Gewindeeinsatz oder der Aufnahmekörper ausgetauscht werden.
In einer möglichen Ausführung weist der Einsteckbereich eine konische Außenkontur auf. In einer alternativen Ausführungsform weist der Einsteckbereich des Gewindeeinsatzes eine polygonförmige Außenkontur auf. Durch diese unrunde Formgebung entsteht neben der formschlüssigen Verbindung und der Anpresskraft ein zusätzlicher Schutz gegen eine ungewollte Drehbewegung des Gewindeeinsatzes.
In einer besonders zweckmäßigen Ausführung können an der äußeren Anlagefläche des Einsteckbereichs mehrere über den Umfang verteilte Vertiefungen angeordnet sein. Die Vertiefungen können die Form einer flachen Nut aufweisen. Vorzugsweise sind die Nuten dünn und weisen eine maximale Tiefe von 1,5 mm, besser 0,5 mm auf. Die Vertiefung bzw. Vertiefungen können parallel zur Mantellinie der Außenfläche des Einsteckbereichs verlaufen. Sie können aber auch parallel zum Umfang der Außenfläche des Einsteckbereichs oder schraubenförmig verlaufen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Aufnahmeöffnung zwischen der werkzeugseitigen vorderen Stirnseite und dem Innengewinde einen äußeren Auflagebereich mit einer ersten konischen Auflagefläche und einer zweiten konischen Auflagefläche enthalten. Die erste und zweite konischen Auflagefläche des äußeren Auflagebereichs weisen vorzugsweise deutlich unterschiedliche Kegelwinkel auf. Dadurch wird für das Werkzeug ein Abstützbereich mit einem Doppelkegel geschaffen, der gegenüber einer Plananlage oder einer geraden Anlagefläche eine vergrößerte Auflage und eine verbesserte Zentrier- und Abstützwirkung ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann an dem Gewindeeinsatz zwischen einem inneren Ende der Aufnahmeöffnung und dem Innengewinde ein innerer Auflagebereich mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten und radial nach innen vorstehenden, stegförmigen Auflageelementen angeordnet sein. Durch diesen inneren Auflagebereich kann das Werkzeug zusätzlich zentriert und radial gedämpft werden.
Zweckmäßigerweise enthält der Gewindeeinsatz außerdem eine Durchgangsbohrung, über die ein Kühlmittel oder ein anderes Arbeitsfluid zu dem Werkzeug bzw. dem Bearbeitungsbereich geleitet werden kann.
Ein für einen solchen Gewindeeinsatz konzipierter Aufnahmekörper einer Werkzeugaufnahme ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen langen und schlanken Aufnahmebereich, in dem eine sich zum einem Eingang an einer vorderen Stirnseite des Aufnahmebereichs hin erweiternde Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Gewindeeinsatzes angeordnet ist.
Zur Verstärkung des langen und schlanken Aufnahmebereichs und zur Dämpfung der Werkzeugaufnahme während eines Zerspanvorgangs, kann dort ein Kern aus einem schweren und stabilen Material, vorzugsweise aus Schwermetall, dessen Dichte größer als die von Stahl ist, angeordnet sein. Der Kern kann z.B. rohrförmig ausgebildet sein und weist zweckmäßigerweise einen zentralen Durchgangskanal auf. Der Kern kann in einen schlankeren mittleren Teil einer mittigen Durchgangsöffnung des Aufnahmekörpers eingesetzt sein. Der Kern kann dabei vollständig an den Seiten der mittigen Durchgangsöffnung anliegen, oder auch durch umschließende Dämpfungselemente in der mittigen Durchgangsöffnung gehalten und von dieser beabstandet sein.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Werkzeugaufnahme mit einem vorstehend beschriebenen Aufnahmekörper und einem dazugehörigen Gewindeeinsatz.
Zweckmäßigerweise sind die Aufnahmeöffnung des Aufnahmekörpers und der Einsteckbereich des Gewindeeinsatzes so aneinander angepasst dass in der Montagestellung des Gewindeeinsatzes zwischen der werkzeugseitigen Stirnseite des Aufnahmebereichs und einer Ringfläche am Gewindeeinsatz ein Abstand verbleibt.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:

1 eine erste Ausführung einer Werkzeugaufnahme mit einem Gewindeeinsatz in einem Längschnitt;
2 eine vergrößerte Teilansicht der Werkzeugaufnahme von 1;
3 einen Gewindeeinsatz in einer Perspektive;
4 eine zweite Ausführung einer Werkzeugaufnahme mit einem Gewindeeinsatz in einem Längschnitt und
5 den in 4 gezeigten Gewindeeinsatz in einer Perspektive.

In 1 ist eine Werkzeugaufnahme 1 mit einem rotationssymmetrischen Aufnahmekörper 2 und einem im Aufnahmekörper 2 befestigten Gewindeeinsatz 3 zur Halterung eines mit einem Befestigungsgewinde versehenen Werkzeugs gezeigt. Der Aufnahmekörper 2 weist einen langen und schlanken vorderen Aufnahmebereich 4 und einen einem in 1 oben angeordneten hinteren Spannbereich 5 zur Halterung des Aufnahmekörpers in einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine auf. Bei der gezeigten Ausführung ist der maschinenseitige Spannbereich 5 als HSK-Schnittstelle mit einer konischen äußeren Spannfläche 6 zur Aufnahme in einer entsprechenden Innenkonus einer Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine oder dgl. ausgeführt. Die Schnittstelle am hinteren Ende des Aufnahmekörpers 2 kann aber auch als SK-, JIS-, BT-, ABS-, Capto- oder andere geeignete Schnittstelle ausgebildet sein.
Wie aus 1 hervorgeht, ist in dem sich zu einer werkzeugseitigen Stirnseite 7 hin konisch verjüngenden, schlanken Aufnahmebereich 4 des Aufnahmekörpers 2 ein hier als rohrförmiges Verstärkungs- und Dämpfungselement mit einem zentralen Durchgangskanal 8 ausgebildeter Kern 9 aus einem schweren und stabilen Material eingesetzt. Der zur Verstärkung und Schwingungsdämpfung des langen und schlanken Aufnahmebereichs 4 dienende Kern 9 ist in einen schlankeren mittleren Teil einer mittigen Durchgangsöffnung 10 des Aufnahmekörpers 2 eingesetzt. An dem werkzeugseitigen Ende des Aufnahmebereichs 4 ist eine sich zu einem Eingang 11 an der vorderen Stirnseite 7 des Aufnahmebereichs 4 hin erweiternde konische Aufnahmeöffnung 12 zur Aufnahme des Gewindeeinsatzes 3 vorgesehen.
In 2 ist besonders gut erkennbar, dass der Gewindeeinsatz 3 einen an die Aufnahmeöffnung 12 des Aufnahmekörpers 2 angepassten Einsteckbereich 13 enthält, der sich zu einer der Werkzeugaufnahme 1 zugewandten hinteren Stirnseite 26 hin verjüngt. Der Einsteckbereich 13 weist eine äußere Anlagefläche 14 auf. Der Gewindeeinsatz 3 enthält außerdem einen vorderen Aufnahmebereich 15 mit einer Aufnahmeöffnung 16 zur Befestigung eines mit einem Gewinde versehenen Werkzeugs. Hierzu weist die Aufnahmeöffnung 16 ein Innengewinde 17 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 weist der Einsteckbereich 13 eine konische Außenkontur mit einer konischen äußeren Anlagefläche 14 auf. Die konische Aufnahmeöffnung 12 des Aufnahmekörpers 2 und der Einsteckbereich 13 des Gewindeeinsatzes 3 sind so aneinander angepasst, dass in der Montagestellung des Gewindeeinsatzes 2 zwischen der werkzeugseitigen Stirnseite 7 des Aufnahmekörpers 2 und einer Ringfläche 18 am Übergang von dem Einsteckbereich 13 zum Aufnahmebereich 15 des Gewindeeinsatzes 3 ein Abstand 19 verbleibt. Dadurch wird keine axiale Vorspannung zwischen dem Aufnahmekörper 2 und dem Gewindeeinsatz 3 erzeugt.
Zwischen einer werkzeugseitigen vorderen Stirnseite 20 des Gewindeeinsatzes 3 und dem Innengewinde 7 weist die Aufnahmeöffnung 16 einen äußeren Auflagebereich mit einer ersten konischen Auflagefläche 21 und einer zweiten konischen Auflagefläche 22 für die Anlage entsprechender Führungsflächen am Werkzeug auf. Die konischen Auflageflächen 21 und 22 haben unterschiedliche Kegelwinkel. Die erste konische Auflagefläche 21 weist z.B. einen relativ großen Kegelwinkel zwischen 140° und 179°, vorzugsweise 170° auf, während die zweite konische Auflagefläche 22 einen vergleichsweise kleineren Kegelwinkel zwischen 1° und 90°, vorzugsweise 10° enthält. Ein Doppelkonus der beschriebenen Art hat den Vorteil, dass der kleinere Kegelwinkel eine gute Zentrierung des Werkzeugs an dem Gewindeeinsatz 3 und der große Kegelwinkel eine zusätzliche Abstützung und Zentrierung ermöglicht. Unter dem Kegelwinkel ist der Öffnungswinkel des durch die konischen Auflageflächen 21 und 22 gebildeten Kegels zu verstehen.
Zwischen einem inneren Ende der Aufnahmeöffnung 16 und dem Innengewinde 17 ist ein innerer Auflagebereich mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, radial nach innen vorstehenden, stegförmigen Auflageelementen 23 vorgesehen. Durch diese Auflageelemente 23 wird das Werkzeug zusätzlich zentriert und radial gedämpft innerhalb der Aufnahmeöffnung 16 geführt. Ein Beispiel für die Ausgestaltung der Aufnahmeöffnung 16 und die Ausführung eines dazugehörigen Werkzeugs ist in der DE 10 2015 112 079 A1 beschrieben. Auf deren Inhalt wird vollumfänglich Bezug genommen. Über eine im Gewindeeinsatz 3 vorgesehene Durchgangsbohrung 24 und den Durchgangskanal 8 im Kern 9 kann ein Kühlmittel oder ein anderes Arbeitsfluid zu dem Werkzeug geleitet werden.
Aus 3 ist ersichtlich, dass an der konischen Außenfläche 14 am konischen Einsteckbereich 13 des Gewindeeinsatzes 3 mehrere Vertiefungen 25 zur Aufnahme eines Klebstoffs angeordnet sind. Vor dem Einsetzen des Gewindeeinsatzes 3 in den Aufnahmekörper 2 kann so Klebstoff in die Vertiefungen 25 eingebracht werden. Dadurch kann der Gewindeeinsatz 3 nicht nur durch einen Presssitz zwischen dem Aufnahmekörper 2 und dem Gewindeeinsatz 3, sondern auch durch die zusätzliche Klebeverbindung fest und verdrehsicher gehalten werden. Bei Bedarf kann die Klebstoffverbindung z.B. durch entsprechende Erwärmung des Aufnahmekörpers 2 gelöst und so der Gewindeeinsatz 3 oder der Aufnahmekörper 2 ausgetauscht werden. Die Vertiefungen 25 können bevorzugt parallel zu den Mantellinien der konischen Außenfläche 14 verlaufen. In weiteren Ausführungsformen können sie aber auch parallel zum Umfang der konischen Außenfläche 14 verlaufende Ringflächen bilden oder schraubenförmigen Verlauf haben. Alternativ zu einer Klebstoffverbindung kann der Gewindeeinsatz 3 auch mit dem Aufnahmekörper 2 verlötet oder auf andere Weise stoffschlüssig verbunden werden.
In den 4 und 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Werkzeugaufnahme 1 mit einem rotationssymmetrischen Aufnahmekörper 2 und einem im Aufnahmekörper 2 befestigten Gewindeeinsatz 3 zur Halterung eines mit einem Befestigungsgewinde versehenen Werkzeugs gezeigt. Diese Ausführung unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel dadurch, dass zwischen der Außenseite des Kerns 9 und der Innenwand der mittigen Durchgangsöffnung 10 ein Abstand vorhanden ist. Über hier ringförmige Dämpfungselemente 27 wird der Kern 9 in dem Aufnahmekörper 2 gehalten.
Wie aus 5 hervorgeht, weist der Einsteckbereich 13 des Gewindeeinsatzes 3 hier eine polygonförmige Außenkontur auf. Die Aufnahmeöffnung 12 im Aufnahmekörper 2 ist an die Außenkontur des Einsteckbereichs 13 am Gewindeeinsatz 3 angepasst und weist dementsprechend eine polygonförmige Innenkontur auf.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugaufnahme
2: Aufnahmekörper
3: Gewindeeinsatz
4: Aufnahmebereich
5: Spannbereich
6: Spannfläche
7: Stirnseite
8: Durchgangskanal
9: Kern
10: Durchgangsöffnung
11: Eingang
12: Aufnahmeöffnung
13: Einsteckbereich
14: Konische Außenfläche
15: Aufnahmebereich
16: Aufnahmeöffnung
17: Innengewinde
18: Ringfläche
19: Abstand
20: Vordere Stirnseite
21: Erste konische Auflagefläche
22: Zweite konische Auflagefläche
23: Auflageelemente
24: Durchgangsbohrung
25: Vertiefung
26: Hintere Stirnseite
27: Dämpfungselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/178401 A1 [0002]
DE 102015112079 A1 [0020]

Claims

Gewindeeinsatz (3) zur Befestigung eines mit einem Befestigungsgewinde versehenen Werkzeugs in einer Werkzeugaufnahme (1), wobei der Gewindeeinsatz (3) an einer vorderen Stirnseite (20) eine Aufnahmeöffnung (16) mit einem Innengewinde (17) zum Einschrauben des Werkzeugs enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (3) einen sich zu einer hinteren Stirnseite (26) hin verjüngenden Einsteckbereich (13) mit einer äußeren Anlagefläche (14) aufweist und dass an der äußeren Anlagefläche (14) mindestens eine Vertiefung (25) zur Aufnahme eines Klebstoffs angeordnet ist.
Gewindeeinsatz (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsteckbereich (13) eine konische oder polygonförmige Außenkontur aufweist.
Gewindeeinsatz (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der äußeren Anlagefläche (14) des Einsteckbereichs (13) mehrere über den Umfang verteilte Vertiefungen (25) angeordnet sind.
Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (25) in Form einer flachen Nut ausgebildet ist.
Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (25) eine maximale Tiefe von 1,5 mm, bevorzugt 0,5 mm aufweist.
Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (25) parallel zur Mantellinie der Außenfläche (14) des Einsteckbereichs (13) verläuft.
Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (25) parallel zum Umfang der Außenfläche (14) des Einsteckbereichs (13) oder schraubenförmig verläuft.
Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (16) zwischen der werkzeugseitigen vorderen Stirnseite (20) und dem Innengewinde (7) einen äußerer Auflagebereich mit einer ersten konischen Auflagefläche (21) und einer zweiten konischen Auflagefläche (22) enthält.
Gewindeeinsatz (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste konische Auflagefläche (21) und die zweite konischen Auflagefläche (22) unterschiedliche Kegelwinkel aufweisen.
Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem inneren Ende der Aufnahmeöffnung (16) und dem Innengewinde (7) ein innerer Auflagebereich mit mehreren in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten, radial nach innen vorstehenden stegförmigen Auflageelementen (23) vorhanden ist.
Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Durchgangsbohrung (24) für die Zuführung eines Arbeitsfluids enthält.
Aufnahmekörper (2) einer Werkzeugaufnahme (1), gekennzeichnet durch einen langen und schlanken Aufnahmebereich (4), in dem eine sich zum einem Eingang (11) an einer vorderen Stirnseite (7) des Aufnahmebereichs (4) hin erweiternde Aufnahmeöffnung (12) zur Aufnahme eines Gewindeeinsatzes (3) angeordnet ist.
Aufnahmekörper (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmebereich (4) ein Kern (9) aus einem schweren und stabilen Material angeordnet ist.
Aufnahmekörper (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (9) rohrförmig ausgebildet ist und einen zentralen Durchgangskanal (8) aufweist.
Aufnahmekörper (2) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (9) in einen schlankeren mittleren Teil einer mittigen Durchgangsöffnung (10) des Aufnahmekörpers (2) eingesetzt ist.
Werkzeugaufnahme (1) mit einem Aufnahmekörper (2) nach einem der Ansprüche 12 bis 15 und einem Gewindeeinsatz (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Werkzeugaufnahme (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung (12) des Aufnahmekörpers (2) und der Einsteckbereich (13) des Gewindeeinsatzes (3) so aneinander angepasst sind, dass in der Montagestellung des Gewindeeinsatzes (3) zwischen der werkzeugseitigen Stirnseite (7) des Aufnahmebereichs (4) und einer Ringfläche (18) am Gewindeeinsatz (3) ein Abstand (19) verbleibt.