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Die vorliegende Erfindung betrifft Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung zur Anordnung an einem Werkzeug, zum Ausrichten einer einzubringenden Bohrung und/oder Senkung oder zum Ausrichten eines Nachbearbeitungsschrittes gegenüber einer Normalen der Oberfläche eines Werkstücks, mit einem Anschlag.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeug mit Anschlag, umfassend eine erfindungsgemäße Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem Stand der Technik sind Anschläge für ein Bohr-, Fräs- oder Senkwerkzeug bekannt, die als sogenannte „Microstop“-Adapter bezeichnet werden. Diese Adapter umfassen in der Regel einen Bohrschaft zur Aufnahme in ein Spannfutter einer Maschine oder eines handgehaltenen Werkzeugs und ein Lager, mit der sich eine Anschlaghülse frei um einen in den Adapter eingesetzten Bohr-, Fräs- oder Senkkopf drehen kann, so dass bei Erreichen einer vorgegebenen Eindringtiefe in ein Bauteil die Anschlaghülse auf der Oberfläche des Bauteils aufsetzen kann, und sich der Bohr-, Fräs-, oder Senkkopf frei drehen kann. Derartige Anschläge werden insbesondere für Senk- oder Fräsarbeiten im Fahrzeug- und Flugzeugbau eingesetzt.
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Der Bohrschaft derartiger Microstop-Adapter wird im Gebrauch in ein Spannfutter eines Bohrwerkzeugs, beispielsweise einer Bohrmaschine, oder eines Fräswerkzeugs aufgenommen. Die Anschlaghülse kann mit einem axialen Verstellgewinde versehen sein, womit die Längsposition der Anschlaghülse relativ zum Werkzeugkopf verstellt und somit die Anschlagtiefe eingestellt werden kann. Der Adapter weist eine Aufnahme, beispielsweise ein Schraubgewinde, einen Bajonettverschluss oder eine Schnellspanneinrichtung zur Aufnahme des Bohr-, Fräs- oder Senkkopfs auf, um diesen zentrisch in der Anschlaghülse zu lagern. Somit umfassen bekannte Microstop-Adapter einen Bohrschaft und die frei drehbar gelagerte Anschlaghülse, und der Werkzeugkopf kann nach Bedarf ausgewechselt werden. Somit wird ein Anschlagadapter mit Bohrschaft bereitgestellt, in dem ein Spannbearbeitungswerkzeugkopf zur rotierenden Spanbearbeitung eingesetzt werden kann.
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Beispielsweise geht aus der
DE 101 54 434 B4 eine Anschlagvorrichtung mit Werkzeugschaft hervor, die eine frei drehbare Anschlaghülse umfasst, die um einen Werkzeugschaft der Anschlagvorrichtung mittels eines einzigen Drehlagers verdrehbar ist. Ein Bohr- oder Fräswerkzeug kann in den Werkzeugschaft der Anschlagvorrichtung eingesetzt und drehfest arretiert werden.
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Mit Hilfe derartiger Anschläge kann eine Bohrung oder Senkung mit einer gewünschten Tiefe erzielt werden. Dabei kann die gewünschte Ausrichtung des Bearbeitungsschrittes bezüglich der Bauteiloberfläche nur bedingt sichergestellt werden.
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Es ergibt sich das Problem, dass die Senkung oder Bohrung lediglich in einem bestimmten Umfangsbereich die gewünschte Tiefe aufweist und während der Spanbearbeitung nicht in einem gewünschten Winkel, in der Regel rechtwinklig zur Werkzeugoberfläche vorgenommen werden kann. In anderen Teilbereichen kann die Bohrung oder Senkung weniger tief oder tiefer ausgebildet sein, da das Bearbeitungswerkzeug durch den Anschlag nicht exakt zur Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet werden kann.
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Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Ausrichtungsvorrichtungen bzw. Justiervorrichtungen bekannt, die als Bohrvorlage oder Bohrhilfe verwendet und direkt an einem Werkzeugschaft angebracht werden können, um eine gewünschte Ausrichtung eines Drehwerkzeugs einzustellen.
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Insbesondere im Fahrzeug-, Schiffs- und Flugzeugbau sind eine exakte Ausrichtung von Drehbearbeitungsvorgängen und eine definierte Eindringtiefe des Drehwerkzeugs aufgrund einer makellosen und stromlinienförmigen Gestaltung einer Werkstückoberfläche von hoher Bedeutung.
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Somit ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche ein Bohr-, Fräs- und/oder Senkwerkzeug ausrichten kann und gleichzeitig eine gewünschte Bohr-, Fräs- und / der Senkungstiefe gewährleistet.
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Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung, insbesondere durch ein erfindungsgemäßes Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeug mit Anschlag nach dem unabhängigen Anspruch sowie durch ein Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeug mit Anschlag und Ausrichtungsvorrichtung gelöst.
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Vorteilhafte Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Gegenstand der Erfindung ist eine Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung zur Anordnung an einem Werkzeug, mit einem Anschlag, zum Ausrichten einer einzubringenden Bohrung und/oder Senkung oder zum Ausrichten eines Nachbearbeitungsschrittes gegenüber einer Normalen der Oberfläche eines Werkstücks, umfassend einen Grundkörper mit einem Durchgangsloch für das Werkzeug, wobei der Grundkörper wenigstens einen Teil des Anschlags aufweist, welcher bei mechanischem Kontakt der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung mit der Oberfläche des Werkstücks den Weg des Werkzeugs begrenzt.
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Es wird vorgeschlagen, den Anschlagteil mit wenigstens einem federelastischen Hilfsmittel auszustatten, durch welches die Endstellung des Werkzeugs abgesichert und durch welches eine Rückführung des Werkzeugs unterstützt werden kann.
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Dabei wird unter einem federelastischen Hilfsmittel ein Körper verstanden, der sich im praktischen Gebrauch elastisch verformen lässt. Dadurch kann eine unerwünschte, die Exaktheit der Ausrichtvorrichtung und letztendlich des Werkzeugs zum Beispiel in Form einer Stauchung, Dehnung, Biegung, Verdrillung, vermieden werden.
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Das federelastische Hilfsmittel könnte z.B. als Schraubenfeder, d.h. ein in Schraubenform gewickelter Draht oder dergleichen ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, die Feder als Federbalg zu gestalten Dabei wird unter Federbalg ein elastischer, sich nach Druckausübung zusammenfaltender Schlauch aus Gummi, Kunststoff oder Leder verstanden. Ein solcher Schlauch kann entweder einfach durch aus- oder einbeulen des Materials verformbar oder ziehharmonikaartig zu einem sogenannten Faltenbalg zusammenfaltbar sein. Nach dem Beseitigen oder Nachlassen der Druckausübung entspannt sich ein Federbalg wieder, bis er seine ursprüngliche Gestalt erreicht hat. In erfindungsgemäßer Weise kann dadurch die Positionierung des Werkzeugs bis zum Tiefenanschlag unterstützt und die Rückführung des Werkzeugs unterstützt werden. Ein Federbalg bietet zudem die Vorteile, dass das Hilfsmittel Schutz für mechanisch ineinander schiebende Bauteile bietet und sie vor Fremdeinflüssen, insbesondere Verschmutzung, schützt und gegenüber der Umgebung abdichtet. Zudem wird eine Geräuschdämpfung erreicht.
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Mit anderen Worten wird eine Ausrichtungsvorrichtung bzw. Justiervorrichtung als Bohr-, Fräs- und / oder Senkhilfe vorgeschlagen, die durch einen durch Federkraft unterstützten mechanischen Kontakt mit der Oberfläche eines Werkstücks wirkt, wodurch erreicht wird, dass sich das Werkzeug in der gewünschten Bearbeitungsposition d.h. Ausrichtvorrichtung befindet. Die Ausrichtvorrichtung kann regelmäßig in einem 90° Winkel zur Werkstückoberfläche sein, es kann allerdings auch ein frei wählbarer Neigungswinkel und eine Neigungsrichtung gegenüber der Werkstückoberfläche sein. Die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung wird dafür an ein Werkzeug mit einem Anschlag, der ein federelastisches Mittel aufweist, angebracht. Dafür wird der Anschlag des Werkzeugs in dem Grundkörper der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung aufgenommen und gelagert und so das Werkzeug samt Anschlag in der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung gehalten. Somit kann ein Bohr-, Fräs-, Senkwerkzeug oder ein kombiniertes Bohr-Senkwerkzeug mit Anschlag ausgerichtet werden, wobei das federelastische Mittel das Ausrichten unterstützt. Hierdurch ist es möglich, zum einen eine präzise Eindringtiefe durch den Anschlag zu gewährleisten, was gerade bei Senkungen wichtig ist, zum anderen einen definierten Bearbeitungswinkel einzuhalten. Die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung kann vorteilhaft als Dreibein ausgebildet sein, in das der Anschlag mit dem federelastischen Mittel aufnehmbar ist. Vorteilhafterweise erfordert die erfindungsgemäße Ausgestaltung keine elektrischen Komponenten und keine Stromversorgung bzw. keine zusätzlichen Batterien und kann rein mit mechanischen Komponenten eine vordefinierbare und exakte Ausrichtung einer Bearbeitungsachse relativ zur Oberfläche eines Werkstücks ermöglichen.
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Mit einer derartigen Ausrichtungsvorrichtung ist die vorbestimmbare Einstellung einer Arbeitsposition vorzugsweise in einer orthogonalen Richtung zu einer Tangente auf einer Oberfläche eines Werkstücks, d.h. in Richtung einer Normalen zur Werkstückoberfläche, besonders gut möglich. Dies erlaubt weiterhin die definierte Ausrichtung des Bohr, Fräs- und / oder Senkwerkzeugs auf ebenen und gekrümmten Oberflächen. Dabei kann beispielsweise ein kombiniertes Bohr-Senk-Werkzeug, an welchem ein Anschlag angebracht ist, in der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung aufgenommen werden. Bei einer kombinierten Bohrung mit anschließender Senkung kann die Bohrtiefe durch die Geometrie des Werkzeugs, die Senkungstiefe durch die Position des Anschlags und die Ausrichtung des Werkzeugs durch die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung bestimmt werden. Der Grundkörper der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung ist bevorzugt in Bezug auf die Rotationsachse mit einer größeren Längsabmessung ausgebildet als der Anschlag. Die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung kann dabei mindestens die zweifache Länge des Anschlags, bevorzugt mindestens die dreifache Länge des Anschlags in Bezug auf die Rotationsachse aufweisen. Im Umfang kann der Anschlag komplett von dem Grundkörper umschlossen sein. Der Grundkörper hat zumindest über einen Teil der Länge bevorzugt eine teilkreisförmige oder kreisförmige Form. Eine teilkreisförmige Form hat den Vorteil, dass die komplette Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung zumindest mit einer Seite nahe an eine Wand, die parallel zur Rotationsachse des Werkzeugs verläuft, herangeführt werden kann. So kann eine Bohrung oder Senkung nahe einer derartigen senkrechten Wand in ein Werkstück eingebracht werden, oder an der Wand angesetzt werden, um eine definierte Ausrichtungsrichtung festzulegen.
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Nach Beendigung eines zuvor beschriebenen Arbeitsvorganges unterstützt das federelastische Mittel die Rückführung des Werkzeugs in die Ausgangsstellung.
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Der Grundkörper kann somit eine Führungseinrichtung umfassen, die eine Verbindung zwischen einer Anschlaghülse des Anschlags und der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung mit Unterstützung des federelastischen Hilfsmittels herstellt, sodass der Anschlag besonders konkret in die End-Ausrichtungsrichtung ausrichtbar ist. Die Führungseinrichtung dient dazu, eine Relativbewegung zwischen einem eingebauten Anschlag und der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung zu erlauben oder zu unterbinden. Bevorzugt wird durch die Führungseinrichtung eine rotatorische Relativbewegung zwischen Anschlag und der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung unterbunden und eine axiale Längsverschiebung erlaubt. Die Führungseinrichtung ist bevorzugt entlang eines begrenzten Umfangsbereichs an der Innenoberfläche des Grundkörpers der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung angebracht. Dabei kann die Führungseinrichtung auch teilweise im Grundkörper integriert sein. Die Führung erfolgt bevorzugt mechanisch. Es ist weiterhin denkbar, dass der Anschlag und das federelastische Hilfsmittel auch Teil der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung ist und / oder an die Geometrie der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung angepasst ist. Für einen Einsatz kann somit ein Spannwerkzeug in den Anschlag, der Teil der Ausrichtvorrichtung ist, eingeführt und befestigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, zusätzlich einen Abstandshalter vorzusehen. Das freie Ende des Abstandshalters kann dann den Tiefenanschlag bewirken.
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Vorzugsweise wird als Abstandshalter ein Bolzen vorgeschlagen. Dabei wird unter einem Bolzen ein im Wesentlichen zylindrischer Körper mit oder ohne Kopf, auch mit unterschiedlichen Durchmessern, mit oder ohne Gewindeteil, mit oder Nuten oder Bohrungen verstanden, der in ein Bauteil eingeführt werden kann und Relativbewegungen verhindert. Der Bolzen kann dabei auch mit unterschiedlichen Durchmessern, mit oder ohne Gewindeteil, mit oder ohne Nuten oder Bohrungen versehen sein.
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In weiterer Ausgestaltung hierzu wird vorgeschlagen, den Bolzen mit einem Kopf zu versehen, mit welchem er sich am Grundkörper abstützen kann. Dadurch wird eine besonders gute Lagesicherung des Bolzens und damit der übrigen Bauteile ermöglicht.
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Durch die zusätzlich vorgeschlagene Führung des Werkzeugs durch eine erfindungsgemäße Doppelhülse, können weitere Vorteile erzielt werden.
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Wenn die beiden teleskopisch ineinander gesteckten Rohre der Doppelhülse in Axialrichtung gegeneinander beweglich gelagert sind, können sie ebenfalls als Positionierhilfe fungieren, insbesondere wenn sie an ihren einander zugewandten Flächen wenigstens ein Halte- oder Rastmittel aufweisen. Vorzugsweise werden hierfür Rastkerben oder Rastzähne vorgeschlagen. Mittels der Halte- oder Rastmittel verhakt oder verkantet sich die Rohre der Doppelhülse und es kann kein weiterer Vorschub in der Spannbearbeitung erzeugt werden. Somit unterstützen die Halte- oder Rastmittel eine Ausrichtung der Bearbeitungsachse, wobei beim Verlassen dieser Bearbeitungsachse, d.h. der Achse, mit dem das Werkzeug auf die Oberfläche des Werkstücks tritt, eine Hemmung des Vorschubs eintritt.
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Zur weiteren Lagesicherung der einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung wird vorgeschlagen, die Doppelhülse mit wenigstens einem Führungsmittel zu beaufschlagen. In konstruktiver Ausgestaltung könnten das ein oder mehrere Führungslappen oder aber ein einzelner Führungsring sein. Das oder die Führungsmittel können separat gefertigt worden sein. Vorteilhafter in Bezug auf die Material- und Herstellkosten ist es jedoch, wenn das oder die Führungsmittel einstückig mit einem anderen Bauteil gefertigt werden.
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Besonders vorteilhaft für die Lagesicherung wirkt sich aus, wenn das Führungsmittel auch den erfindungsgemäßen Abstandshalter führt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, zwischen den Rohren wenigstens ein Schall- und/oder Schwingungselement anzuordnen. Mit Hilfe eines solchen Elements kann, sofern die Ausrichtung eines Werkzeugs, beispielsweise eines Bohrers, entlang des Elements nicht exakt ist, zusätzlicher Schall produziert werden - nach einem sogenannten Ratterblechprinzip - so dass ein Werker eine Bohrerausrichtung hinsichtlich einer korrekten Achsführung justieren kann.
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Andererseits könnte ein Schwingungsdämpfer vorhanden sein, das heißt, ein Element zur Dämpfung von mechanischen Schwingungen. Dadurch kann die Lagesicherung der Bauteile weiter verbessert werden. Der Dämpfer kann ebenso wie die Halte- oder Rastmittel, ein Verlassen der Ausrichtungsachse gegenüber der Werkstückoberfläche verhindern oder akustisch anzeigen.
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Durch den weiter vorgeschlagenen Schalldämpfer, das heißt, ein Element zur Reduktion ungewollter Geräusche, kann die Geräuschbelastung beim Gebrauch des Werkzeugs reduziert werden.
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Bei entsprechender Materialwahl kann das Element beide Funktionen ausüben, das heißt, sowohl Schwingungsdämpfer, als auch Schalldämpfer, sein.
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Ansonsten kann der Anschlag, wie an sich bekannt, drehfest mit der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung verbindbar sein. Eine drehfeste Verbindung kann über die Führungseinrichtung erfolgen, wobei bei Betrieb eines eingebauten Werkzeugs mit Anschlag, der Anschlag sowie die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung keine Rotation erfährt, d.h. drehfest ist. Dabei kann eine unversehrte Oberfläche auf der Werkstückoberfläche im Bereich der Bohrung und / oder Senkung beibehalten und erreicht werden, da sich keine tangentiale Relativbewegung zwischen Anschlag und Werkstückoberfläche ergeben kann.
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Weiterhin kann der Anschlag längsverschieblich in der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung geführt sein, insbesondere durch die Führungseinrichtung geführt sein, wobei der Anschlag in dem Grundkörper längsaxial in Richtung Werkstück verschoben werden kann. Vorzugsweise besitzt der Anschlag bezüglich der Längsachse der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung eine geringere Länge als der Grundkörper der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung. Alternativ kann ein Anschlag auch über einer oberen Stirnfläche der Ausrichtvorrichtung herausgezogen werden, so dass eine geringe Bauhöhe der Ausrichtvorrichtung erreicht werden kann. Somit kann der eingebaute Anschlag innerhalb des Grundkörpers in axialer Längsrichtung verschoben werden. Der Anschlag kann zumindest soweit in Längsrichtung verschoben werden, dass die Unterkante des Anschlags und die Unterkante der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung auf gleicher Höhe liegen. In einer abgesenkten Position des Anschlags stehen dieser und die Unterkante der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung mit der Oberfläche des Werkstücks in Kontakt. Über den Anschlag kann die Tiefe der einzubringenden Bohrung und / oder Senkung bestimmt werden, während die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung die Ausrichtung der Bohrung und / oder Senkung bestimmt und in einer gewünschten Position hält.
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Außerdem kann die Führungseinrichtung einen Pin, einen Steg und / oder eine Nut umfassen, wobei bevorzugt der Steg und / oder die Nut in Längsrichtung, bevorzugt parallel zur Längsachse, der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung verlaufen und entsprechend in einer Nut, oder einem Pin oder Steg der Anschlaghülse längsaxial führbar sind, sodass eine drehfeste Verbindung zwischen der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung und dem Anschlag und eine axiale Verschieblichkeit des Anschlags in der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung bereitgestellt wird. Dabei wird der Pin oder der Steg in der Nut derart geführt, dass der Anschlag drehfest mit der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung verbunden werden kann. Die Nut kann entlang einer Innenfläche des Grundkörpers der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung oder in der Außenfläche des Anschlags angeordnet sein. Dementsprechend kann der Pin bzw. der Steg ebenso an dem Anschlag oder an dem Grundkörper angebracht sein, sodass für eine Führungseinrichtung jeweils mindestens ein Pin bzw. Steg in mindestens eine, auf dem jeweils anderen Element angeordnete, Nut eingreifen kann. Die Breite der Nut entspricht dabei in etwa der Breite des Pins bzw. des Stegs, sodass eine drehfeste Lagerung ermöglicht wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Führungseinrichtung mindestens zwei, bevorzugt drei derartige Steg-Nut bzw. Pin-Nut Verbindungen in Umfangsrichtung der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung umfassen.
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Dabei kann der Steg oder die Nut über die komplette axiale Länge der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung oder des Anschlags verlaufen, sodass der Anschlag derart verschoben werden kann, dass eine Unterseite des Anschlags in mechanischen Kontakt mit der Oberfläche des Werkstücks treten kann. Bevorzugt ist die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung in Bezug auf die Längsachse länger als der Anschlag ausgebildet, sodass der Steg oder die Nut bevorzugt über die komplette Länge der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung verlaufen kann. Somit wird sichergestellt, dass der Anschlag bis zur Unterkante der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung oder auch darüber hinaus verschoben werden kann und mit einem Werkstück in Kontakt treten kann, um die Senkungs- bzw. Bohrtiefe zu bestimmen. Die Nut bzw. der Steg können linear parallel zur Längsachse der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung verlaufen oder auch gekrümmt bzw. abgewinkelt. Dabei kann die Nut bzw. der Steg auch eine Spiralform entlang der Innenoberfläche des Grundkörpers der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung ausbilden, um eine rotatorische Zwangsbewegung beim Absenken auszuführen, beispielsweise um von der Werkstückfläche abstehende Teile aufzunehmen oder zu umgehen.
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Zusätzlich kann die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei Tastelemente zur Auflage auf der Oberfläche des Werkstücks umfassen, wobei bevorzugt die Tastelemente umfangsmäßig gleichverteilt an der werkstückseitigen Stirnfläche des Grundkörpers angeordnet sind. Bei einer Ausführung mit drei Tastelementen kann die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung als eine Art Dreibein ausgebildet sein. Durch die Ausbildung separater Tastelemente anstatt einer großflächigen Auflagefläche kann der Bereich um die zu bearbeitende Stelle an der Oberfläche eines Werkstücks frei bleiben, wodurch Späne oder Kühlmittel besser abgeführt werden können. Weiterhin kann eine Übermittlung der Daten an einen Computer bereitgestellt werden, die der Qualitätskontrolle dient. Durch die Aktivierung einer Signaleinrichtung über mechanischen Kontakt der Tastelemente mit einer Oberfläche wäre keine Verwendung von Messaufnehmern oder sonstigen Wegmessern erforderlich.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeug bzw. ein hieraus kombiniertes Spanwerkzeug. Es wird vorgeschlagen, dass eine Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche aufgenommen sei.
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Das Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeug entspricht dabei einer Kombination aus einer Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung wie bereits beschrieben, mit einem Spanbearbeitungswerkzeug mit Anschlag, wobei das spanende Werkzeug mit Anschlag in dem Grundkörper der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung aufgenommen ist. Bevorzugt umfasst der Grundkörper eine Führungseinrichtung, die eine Verbindung zwischen der Anschlaghülse des Anschlags und der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung herstellt, sodass der Anschlag in die Ausrichtungsrichtung ausrichtbar ist. Dabei ist der Anschlag bevorzugt längsverschieblich und / oder verdrehsicher im Grundkörper gelagert. Ebenso sind die weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung auf das Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeug übertragbar.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Anschlag der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung auf dem Werkzeugschaft des Werkzeugs, insbesondere eines Bohrwerkzeugs aufgeklemmt, aufgeschraubt oder aufgeklebt werden. Dabei kann der Anschlag eine mit einem Gleit- oder Wälzlager um das Werkzeug frei drehbar gekoppelte Anschlaghülse umfassen, wobei eine erste Lagerbuchse des Lagers die Anschlaghülse trägt, und eine zweite Lagerbuchse des Lagers drehfest auf einer Schafthülse sitzt, wobei die Schafthülse auf einem gewindefreien Schaft des Werkzeugs aufschiebbar und anklebbar oder thermisch aufpressbar befestigbar ist und der Schaft des Werkzeugs unmittelbar in ein Spannfutter einer Drehmaschine oder Bohrmaschine einspannbar ist. Vorteilhafterweise kann die Schafthülse unmittelbar am gewindefreien Werkzeugschaft angeklebt, aufgepresst oder aufgeklemmt werden. Somit lässt sich ein gewöhnliches spanabhebendes Werkzeug mit dem Anschlag nachrüsten. Beispielsweise kann die Schafthülse mittels eines Klebstoffs, insbesondere eines Metallklebers, insbesondere mittels eines Zweikomponenten-Metallklebers wie einem 2K-Epoxidharzklebstoff oder 2K-Acrylatkleber mit dem Schaft verklebt werden. Hierbei kann eine beliebige Einstellposition der Schafthülse am Werkzeugschaft sehr einfach eingestellt und der Kleber ausgehärtet werden, wobei eine einfache und kostengünstige Befestigung des Anschlags an einem Werkzeug erreicht werden kann. Auch ist eine Befestigung mittels thermischer Schrumpfpassung denkbar, wobei eine erwärmte, aufgeweitete Schafthülse auf einen Werkzeugschaft aufgebracht und an einer gewünschten Position abgekühlt wird, um eine kraftschlüssige Verbindung bereitzustellen. Letztlich kann die Schafthülse auch mittels Klemmverbindung, beispielsweise durch ein klemmendes Aufweiten oder eine Klemmschelle, Klemmschraube oder ähnliches am Werkzeugschaft befestigt werden. Die Schafthülse trägt die inneren Lagerbuchsen der Anschlaghülse. Die Anschlagtiefe wird durch die axiale Position der Schafthülse auf dem Werkzeugschaft sowie die Position der Anschlaghülse gegenüber den äußeren Lagerbuchsen definiert.
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Mit anderen Worten kann der Anschlag unmittelbar auf einen Schaft eines einstückigen Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeugs aufgeschoben und befestigt werden. Die Schafthülse koppelt die Anschlaghülse über ein Drehlager mit dem Werkzeugschaft eines in die Schafthülse einsetzbaren Rotationswerkzeugs. Der Werkzeugschaft ist vorteilhafterweise gewindefrei ausgeführt, d.h. er ist glatt und ohne Gewindeabschnitt ausgeführt. Hierdurch ergibt sich keine radiale Verdickung des Werkzeugschafts gegenüber dem Schaftnenndurchmesser. Die Schafthülse kann drehfest an einer axialen Position des Werkzeugschafts befestigt werden. Die Position der Schafthülse am Werkzeugschaft und die Position der Anschlaghülse an der Lagerbuche definieren die Eintauchtiefe des Werkzeugs, bis zu der die Anschlaghülse auf einer Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks aufsetzt. Wird eine hierdurch festgelegte Eintauchtiefe erreicht, sitzt ein stirnseitiger Anschlagring der Anschlaghülse auf der Werkzeugoberfläche auf, während sich das Werkzeug im Inneren frei mit der Schafthülse dreht, und die Anschlaghülse aufgrund der Gleit- oder Wälzlagerkopplung mit dem Verstellring auf der Bauteiloberfläche ruhen kann.
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Somit kann der Anschlag auf den Werkzeugschaft eines beliebigen Bohr-, Fräs- und / oder Senkwerkzeugs aufgeschoben und befestigt werden, und zur Festlegung einer Eindringtiefe des Werkzeugs an ein Bauteil eingestellt werden. Der Schaft des Werkzeugs kann unmittelbar in ein Spannfutter einer Drehmaschine oder einer Bohrmaschine eingespannt werden, so dass ein optimaler Rundlauf gewährleistet ist. Durch die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung kann der Bearbeitungsschritt zudem optimal ausgerichtet werden. Der Ansetzwinkel des Werkzeugs kann optimal gewählt werden, wobei die Anschlaghülse keine mittelbare Verbindung zwischen Werkzeugkopf und antreibendem Bohrwerkzeug bildet, sondern lediglich auf dem Bohrschaft des Werkzeugs aufsetzt. Der Tiefenanschlag wird durch die Position der Schafthülse auf dem Bohrschaft sowie die relative axiale Position der frei drehbaren Anschlaghülse zur Schafthülse definiert.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den vorliegenden Zeichnungsbeschreibungen. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung in der Ruhe- bzw. Anfangsposition, im Längsschnitt;
- 2 die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung nach 1 in der Endposition;
- 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung in der Ruhe- bzw. Anfangsposition, im Längsschnitt;
- 4 die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung nach 3 in der Endposition und
- 5 eine Einzelheit der erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtungen in Draufsicht.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung 10. Die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung 10 besitzt einen Grundkörper 18, von dem hier lediglich ein Teil seines Innenbereichs dargestellt ist. Er besitzt einen Aufsetzkörper 30, der entweder durchgehend gestaltet sein kann oder welcher, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel, mit mehreren längsverstellbaren Stellelementen 24 bzw. Beinen ausgestattet ist, um einen stabilen Stand und eine exakte Ausrichtung der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung 10 auf einer Ebene zu erreichen.
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Die Stellelemente 24 sind hier Gewindestellelemente, durch deren Herausdrehen die relative Lage bzw. der Winkel des Aufsetzkörpers 30 und damit des Werkzeugs, z.B. eines Bohrwerkzeugs 110, gegenüber der Werkstückoberfläche verändert werden kann.
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Der Aufsetzkörper 30 weist einen nach innen gerichteten Fortsatz 34 oder mehrere solcher Fortsätze 34 auf, auf welchem jeweils ein Halteblock 36 aufliegt. Der Halteblock 36 ist hier ein Gleit- oder Wälzlager für einen oder mehrere Führungskörper 38, der auch ein Lager für eine an späterer Stelle näher beschriebene Hülse 40 bildet. Mittels des Lagers 36 kann sich der gesamte obere Teil, das heißt der oder die Führungskörper 38 und die Hülse 40 gegenüber dem drehfest auf der Werkstückoberfläche stehenden Aufsetzkörper 30 drehen.
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Die Hülse 40 besitzt ein Durchgangsloch 22 für ein elektrisch oder pneumatisch antreibbares Bohrwerkzeug, von dem hier lediglich sein Schaftteil 110 angedeutet ist, das einen Anschlag 112 aufweist.
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Die Hülse 40 ist als Doppelhülse 40 ausgebildet und besitzt zwei teleskopisch ineinander gesteckte Rohre 42 und 44. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel steht das Innenrohr 44 über etwa zwei Drittel seiner Länge l über den Führungskörper 38 hinaus.
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Das Innenrohr 44 der Hülse 40 weist einen Außendurchmesser d auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser D des Außenrohres 42. Zwischen den beiden Rohren 42 und 44 ist ein Schall- und Schwingungselement 50, vorzugsweise ein sogenanntes Ratterblech angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt das Element 50 die gleiche Länge L wie das Außenrohr 42. Das Element 50 ist in Längsrichtung zweigeteilt und besitzt einen Außenbereich 52 und einen Innenbereich 54. Die beiden Bereiche 52 und 54 sind durch eine Lücke 56 voneinander getrennt. Berühren sich der Außen- und der Innenbereich 52, 54 kann durch eine Geräuschentwicklung, z.B. ein Rattern, dem Werker angezeigt werden, dass die Bohrausrichtung zu korrigieren ist. Der Außenbereich 52 des Elements 50 kann an die Innenfläche der Außenhülse 42 angeklebt oder auf sonstige Weise lösbar oder unlösbar mit der Außenhülse 42 verbunden sein. Der Innenbereich 54 des Elements 50 kann auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben mit der Außenfläche der Innenhülse 44 verbunden sein.
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In 5 ist eine Ausführungsform für das Schall- und Schwingungselement 50 ersichtlich. Es ist hier aus zwei auf Abstand, d.h. mit einer Lücke 56 übereinander angeordneten Blechen 52, 54 zusammengesetzt. Die beiden Bleche 52, 54 sind im Umriss kreisförmig und haben nahezu gleich große Durchmesser. Weiterhin sind sie sternenförmig gewellt und besitzen an ihren Außenrändern eine Vielzahl von zackenförmigen Vorsprüngen 72 bzw. 82; oder sie sind gebogen. Bei richtigem Gebrauch des Werkzeugs 110 verlaufen die beiden Bleche 52, 54 achsparallel und berühren sich nicht. Bei einem fehlerhaften Gebrauch des Werkzeugs 110 verlassen die beiden Bleche 52, 54 ihre exakte Ausrichtung und stoßen mit ihren Vorsprüngen 72, 82 aneinander. Dabei werden heftige Geräusche erzeugt.
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Am freien Ende des Innenrohres 44 der Hülse 40 und damit an der Oberseite des Grundkörpers 18 stützt sich eine Abdeckung 20 ab. Die Abdeckung 20 ist an ihrem Oberteil 21 vorzugsweise als eine einteilige Kreisscheibe ausgebildet, könnte jedoch auch aus mehreren Einzelteilen bestehen. Das Oberteil 21 der Abdeckung 20 verläuft stets auf Abstand zur Oberseite der Hülse 40.
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Von dem Oberteil 21 der Abdeckung 20 aus erstreckt sich eine Führung 23, die als mehrere Führungslappen oder als ein einzelner Führungsring ausgebildet sein kann, in das Innere des Grundkörpers 18. Die Höhe H der Führung 23 entspricht in etwa der Länge I des freistehenden Bereichs des Außenrohres 42 der Hülse 40. Die Führung 23 verläuft auf Abstand zur Außenfläche des Außenrohres 42. Am freien Ende der Führung 23 erstreckt sich ein Führungsnoppen 25, welcher sich an der Außenfläche des Außenrohres 42 abstützen kann. Die Führung 23 besitzt vorzugsweise federelastische Eigenschaften. Die Abdeckung 20 ist mitsamt ihren Einzelteilen Oberteil 21 und Führung 23 bevorzugt einstückig gefertigt, kann jedoch auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt ein Bereich der Führung 23 eine Durchgangsöffnung 26, in welche ein Abstandshalter 27 eingesteckt ist. Der Abstandshalter 27 ist als Bolzen ausgebildet. Der Bolzen 27 besitzt einen Kopf 28, der in einem kleinen Sicherheitsabstand zur Oberfläche der Abdeckung 21 verläuft.
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In seinem anderen, von der Führung 23 geführten Bereich 29 besitzt er eine Länge L1, welche wenigstens annähernd der Länge l des freistehenden Bereichs der Außenhülse 42 entspricht. Mit seinem freien Ende 11 steht er geringfügig aus dem unteren Ende der Führung 23 heraus.
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Nahe des Außenrandes der Abdeckung 20 des Grundkörpers 18 ist an der Innenseite des Oberteils 21 der Abdeckung 20 ein federelastisches Hilfsmittel ein Federbalg 60 befestigt, durch welches die Endstellung des Werkzeugs abgesichert und durch welches eine Rückführung des Werkzeugs unterstützt werden kann. Der Federbalg 60 ist andererseits an dem Führungskörper 38 für die Hülse 40 befestigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Federbalg 60 aus Gummi, ist also eine Art Gummitülle, und ist an seinem oberen Rand 61 an der Innenseite des Oberteils 21 der Abdeckung 20 angeklebt. An seinem unteren Rand 62 ist er mit der Oberseite des Führungskörpers 38 für die Hülse 40 verklebt.
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In 1 befindet sich die Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung 10 im Ruhezustand. Sobald das Werkzeug angetrieben und der Bohrer 110 in das Durchgangsloches 22 hinein bewegt wird, verhalten sich die Einzelteile folgendermaßen und wie in 2 angedeutet:
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Der Bohrer 110 übt nach dem Eintritt in die Durchgangsöffnung 22 einen gewissen Druck auf das Oberteil 21 der Abdeckung 20 des Grundkörpers 20 der Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung 10 aus. Dadurch wird die Außenhülse 42 von den Führungsnoppen 25 der Führung 23 beaufschlagt. Diese Kraftausübung bewirkt wiederum, dass sich die Innenhülse 44 in Längsrichtung mit dem Bohrer 110 translatorisch nach unten bewegt. Dadurch wird der Bohrer 110 hervorragend geführt.
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Dabei bewegen sich die beiden Bereiche 52 und 54 des Elements 50 mit den ihnen zugehörigen Hülsen 42, 44 ebenfalls in Längsrichtung. Im vorliegenden Fall bewegt sich der Elementbereich 54 mitsamt der Innenhülse 44 nach unten.
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Der Federbalg 60 verformt sich dabei nach außen.
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Sobald der Abstandhalter-Bolzen 27 mit seinem freien Ende 11 den Führungskörper 38 berührt, ist der Tiefenanschlag und damit das Ende des Bohrvorganges erreicht.
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Der Bohrvorgang ist dabei durch das erfindungsgemäße Schall- und Schwingungselement und den erfindungsgemäßen Federbalg besonders schwingungsarm, unwuchtarm und geräuscharm.
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Nach dem Herausziehen des Bohrers 110 aus der Durchgangsöffnung 22entspannen sich die Bauteile wieder und kehren vor allem durch die Wirkung des Federbalgs 60 in die in 1 gezeigte Ruhe- bzw. Anfangsposition zurück.
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Die erfindungsgemäße Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung 10 kann zusätzlich mit einer Signaleinrichtung ausgestattet sein, mit der angegeben werden kann, dass sich das Werkzeug in der gewünschten Bearbeitungsposition d.h. Ausrichtvorrichtung befindet.
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Die in den 3 und 4 angedeuteten Varianten einer erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung 10 besitzen ebenfalls einen Grundkörper 18, einen Aufsetzkörper 30, Gewindestellelemente 24, nach innen gerichtete Fortsätze 34, Halteblöcke 36 und Führungskörper 38 für eine Hülse 40, welche ein Durchgangsloch 22 für ein elektrisch oder pneumatisch antreibbares Bohrwerkzeug aufweist, von dem hier lediglich sein Schaftteil 110 angedeutet ist, das einen Anschlag 112 aufweist.
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Im Gegensatz zum vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Innenseite der Außenhülse 42 nicht glatt, sondern mit einer Vielzahl von Kerben 64 versehen. Die Außenseite der Innenhülse 44 ist mit entsprechenden Kerben 66 versehen. Mittels dieser Kerben 64, 66 kann ein hier nicht dargestelltes Element hervorragend gehalten und geführt werden. Beispielsweise können sich die Kerben 64, 66 in ein Ratterblech oder dergleichen eingraben. Das Element kann auch selbst Gegenkerben aufweisen. Das Element kann auch an den Kerben angeklebt sein.
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Von dem Oberteil 21 der Abdeckung 20 aus erstreckt sich auch hier eine Führung 23, die als mehrere Führungslappen oder als ein einzelner Führungsring ausgebildet sein kann, in das Innere des Grundkörpers 18.
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Im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel besitzt die Führung 23 keine Durchgangsöffnung, in welche ein Abstandshalter eingesteckt werden könnte. Sie könnte aber selbstverständlich auch damit ausgestattet sein.
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Nahe des Außenrandes der Abdeckung 20 des Grundkörpers 18 ist auch hier an der Innenseite des Oberteils 21 der Abdeckung 20 als ein federelastisches Hilfsmittel ein Federbalg 60 befestigt, durch welches die Endstellung des Werkzeugs abgesichert und durch welches eine Rückführung des Werkzeugs unterstützt werden kann.
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Der Bohrvorgang ist demgemäß auch bei Anwendung der zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung besonders schwingungsarm, unwuchtarm und geräuscharm.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Werkzeug-Ausrichtungsvorrichtung
- 11
- Freies Ende von 27
- 18
- Grundkörper
- 19
- Oberseite des Grundkörpers
- 20
- Abdeckung des Grundkörpers
- 21
- Oberteil der Abdeckung
- 22
- Durchgangsloch
- 23
- Fortsatz, Führung
- 24
- Gewindestellelemente
- 25
- Führungsnoppen
- 26
- Durchgangsöffnung
- 27
- Abstandshalter, Bolzen
- 28
- Kopf
- 29
- Geführter Bereich des Bolzens
- 30
- Aufsetzkörper
- 32
- Freies Beinende
- 34
- Fortsatz
- 36
- Halteblock
- 38
- Führungskörper
- 40
- Doppelhülse
- 42
- Außenrohr
- 44
- Innenrohr
- 50
- Schall- und/oder Schwingungselement
- 52
- Innenbereich
- 54
- Außenbereich
- 56
- Lücke
- 60
- Federbalg
- 61
- Oberer Rand
- 62
- Unterer Rand
- 64
- Kerben an 42
- 66
- Kerben an 44
- 72
- Zacken
- 82
- Zacken
- 110
- Bohrer
- 112
- Anschlag
- d
- Außendurchmesser Innenrohr 44
- D
- Innendurchmesser Außenrohr 42
- H
- Höhe von 23
- I
- Freistehender Bereich von 42
- L
- Gesamtlänge von 42
- L1
- Freistehende Länge von 27
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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