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Die Erfindung betrifft eine Senk- und/oder Entgratvorrichtung zur Metallbearbeitung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Senkvorrichtungen oder auch Entgratvorrichtungen zur Metallbearbeitung bekannt. So offenbart beispielsweise
EP 0 922 517 A1 eine Kegelsenkeinrichtung, deren Aufgabe es ist, eine erhöhte Lebensdauer zu gewährleisten. Um dies zu lösen, weist die Kegelsenkeinrichtung in einem vorderen Kopfbereich einen negativen Spanwinkel und in einem hinteren Kopfbereich einen positiven Spanwinkel auf. Durch diese besondere Schneidengeometrie sind speziell zähe Werkstoffe wirtschaftlich gut zu bearbeiten. Allerdings erweist sich die Kegelsenkeinrichtung der
EP 0 922 517 A1 als nachteilig, da mit abgenutzter Schneide ein deutlich erhöhter Kraftaufwand, meist durch den Benutzer, betrieben werden muss, um zähe Werkstoffe zu bearbeiten.
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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Senk- und/oder Entgratvorrichtung zur Metallbearbeitung bereitzustellen, welche mit einem geringeren Anpressdruck durch den Benutzer während des Betriebsvorgangs ein qualitativ hochwertigeres Ergebnis erzielt, als es mit bekannten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik möglich ist. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Senk- und/oder Entgratvorrichtung bereitzustellen, welche eine höhere Präzision bei geringerer Kraftbeaufschlagung im Betriebsvorgang in der Metallbearbeitung aufweist, als es von bisherigen Senkvorrichtungen oder Entgratvorrichtungen bekannt ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft eine Senk- und/oder Entgratvorrichtung zur Metallbearbeitung aufweisend wenigstens einen Schaft, an dessen einem freien Ende ein kegelförmiger Kopf ausgebildet ist, dessen Durchmesser zu einer Schaft abgewandten Seite abnimmt, wobei Schaft und kegelförmiger Kopf eine gemeinsame Mittelachse aufweisen und der kegelförmige Kopf in mehrere Kopfsegmente unterteilt ist, wobei jedes Kopfsegment wenigstens eine Schneide zur Materialabtragung während der Metallbearbeitung und wenigstens eine Materialabführungsnut zur Abführung von abgetragenem Material während der Metallbearbeitung aufweist, wobei zwischen Schneide und Materialabführungsnut wenigstens eine Freifläche zur Materialaufnahme während der Materialbearbeitung ausgebildet ist. Die hier beschriebene Senk- und/oder Entgratvorrichtung ist vorteilhaft als Kegelsenker ausgebildet und kann als solcher bezeichnet werden.
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An einem zylindrischen Schaft ist ein kegelförmiger Kopf ausgebildet. Dieser kann einteilig mit dem Schaft vorgesehen sein, oder aber auch ein zum Schaft verschiedenes Material aufweisen. Zur verbesserten Materialbearbeitung weisen vorteilhaft Schaft und kegelförmiger Kopf eine gemeinsame Rotationsmittelachse auf.
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Weiterhin weist der kegelförmige Kopf mehrere Kopfsegmente auf, welche durch dazwischenliegende Freiflächen im Wesentlichen voneinander beabstandet sind. Die Kopfsegmente selbst sind in Richtung der Rotationsmittelachse zusammenlaufend ausgebildet und enden vorteilhaft an der Mittelachse gemeinsam. Dies kann in einer Spitzenform oder in einer Kegelstumpfform erfolgen. Vorteilhaft weist jedes Kopfsegment wenigstens eine Schneide auf, welche dazu ausgebildet ist, das gewünschte Material gezielt abzutragen und beispielsweise eine Fase mit vorbestimmter geometrischer Form in das Werkstück einzubringen. Die Freiflächen zwischen den Kopfsegmenten dienen der Spanabfuhr, so dass der abgetragene Werkstoff einfach abgeführt werden kann, ohne dass es zu Verkeilungen und Verstopfungen kommt.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass wenigstens ein Kopfsegment wenigstens eine Oberflächenprofilierung aufweist. Unter Oberflächenprofilierung ist zunächst allgemein eine Veränderung der Oberfläche zu verstehen, welche physikalisch und/oder chemisch ausgebildet sein kann. Unter Oberflächenprofilierung kann hierbei vorteilhaft eine Oberflächenmodifikation verstanden werden, beispielsweise eine Aufrauung, Glättung und/oder Struktureinbringung. Erfindungsgemäß ist die Oberflächenprofilierung von wenigstens einem Kopfsegment, vorteilhaft von allen Kopfsegmenten, zusätzlich zu und neben den Schneiden ausgebildet.
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Es hat sich überaschenderweise gezeigt, dass eine derartige Oberflächenprofilierung auf wenigstens einem Kopfsegment, vorteilhafter auf allen Kopfsegmenten der Senk- und/oder Entgratvorrichtung, den positiven Effekt aufweist, dass während der Metallbearbeitung ein deutlich geringerer Anpressdruck nötig ist, um eine gleichbleibende, hochqualitative Bearbeitung zu ermöglichen. Folglich kann die Werkstoffbearbeitung in sehr hoher Qualität mit einem geringeren Kraftaufwand umgesetzt werden. Dies ist insbesondere bei zähen Werkstoffen klar von Vorteil für den Benutzer. Somit kann sichergestellt werden, dass im Betriebsvorgang, beispielsweise bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Bohrmaschine zum Ausbilden einer Fase in einem Werkstück, die zu erzeugende Fase besonders genau und präzise hergestellt werden kann, ohne dass der übliche, bekannte Druck (Kraftbeaufschlagung) durch den Benutzer ausgeübt werden muss. Eine deutliche reduzierte Kraftbeaufschlagung ist dann ausreichend.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Oberflächenprofilierung wenigstens eines Kopfsegments, vorteilhaft aller Kopfsegmente, mehrere Profilierungsabschnitte aufweist. Folglich ist von der vorliegenden Erfindung sowohl eine einzige Oberflächenprofilierung wenigstens eines Kopfsegments als auch eine Oberflächenprofilierung mit mehreren Profilierungsabschnitten pro Kopfsegment umfasst. Je nach Werkstoffbeschaffenheit und Bearbeitungsanforderungen kann entweder eine einzige Oberflächenprofilierung pro Kopfsegment vorgesehen sein oder aber auch eine in mehrere Profilierungsabschnitte unterteilte Oberflächenprofilierung ausgebildet werden. So hat es sich überraschender Weise gezeigt, dass vorteilhaft insgesamt zwei bis acht, noch vorteilhafter drei bis fünf, Profilierungsabschnitte pro Kopfsegment vorteilhaft sind. Mit dieser Anzahl kann eine besonders leichte Werkstoffbearbeitung sichergestellt werden. Die Profilierungsabschnitte ergänzen vorteilhaft die Schneidwirkung der Schneiden und bedingen einen zusätzlichen Werkstoffabtrag während des Bearbeitungsvorgangs. Zudem wird der Werkstoff durch die Profilierungsabschnitte zusätzlich zu den Schneiden bearbeitet, wodurch die Schneiden das entsprechende Werkstoffmaterial leichter abtragen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat es sich als vorteilhaft gezeigt, dass die Oberflächenprofilierung in Form von Vertiefungen ausgebildet ist. Jegliche hier beschriebene Form der Oberflächenprofilierung kann mechanisch, beispielsweise durch fräsen, und/oder chemisch, beispielsweise durch Säureätzen, erzeugt werden. Unter Vertiefungen ist vorteilhaft jede Art an Ausnehmung zu verstehen, wobei hierunter vorteilhaft Rillen zu verstehen sind.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Oberflächenprofilierung des wenigstens einen Kopfsegments, vorteilhaft aller Kopfsegmente, ausgehend von der Rotationsmittelachse, als Kreissegment ausgebildet. Hierunter ist zu verstehen, dass, ausgehend von der Rotationsmittelachse, in der Draufsicht auf die Kopfsegmente, vorteilhaft jedes Kopfsegment, wenigstens eine Oberflächenprofilierung, vorteilhafter mehrere Profilierungsabschnitte, aufweist, welche sich in der Draufsicht zu jeweils einer Kreisform ergänzen lassen.
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Dies ist vorteilhaft, da durch die teilweise ausgebildete Kreisform die Oberflächenprofilierung oder auch der jeweilige Profilierungsabschnitt, konzentrisch zur Rotationsachse der Senk- und/oder Entgratvorrichtung während der Metallbearbeitung ausgebildet ist und hierdurch eine Art zusätzlich Schnittkante ausbildet. Zudem dient die Oberflächenprofilierung und/oder dienen die Profilierungsabschnitte dazu, dass die während der Metallbearbeitung einwirkende Kraft gezielt von der Senk- und/oder Entgratvorrichtung an das zu bearbeitende Metallstück abgeführt wird und so ein höherer Materialabtrag bei geringerer Kraftbeaufschlagung ermöglicht wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Profilierung der Oberfläche aller Kopfsegmente, ausgehend von der Rotationsmittelachse, als zumindest teilweise konzentrische Kreissegmente und/oder ausgehend von der Rotationsmittelachse zumindest teilweise spiralförmig ausgebildet. Durch das Vorsehen mehrerer konzentrisch zueinander beabstandeter Kreissegmente auf jeweils einem Kopfsegment werden entsprechende Profilierungsabschnitte auf dem Kopfsegment ausgebildet. Ausgehend von der Mittelachse des kegelförmigen Kopfes, welcher vorteilhaft als kegelstumpfförmiger Kopf ausgebildet ist, sind die konzentrischen Kreissegmente auf der Oberfläche eines jeden Kopfsegments ausgebildet. Bei einer exemplarischen Draufsicht können die einzelnen konzentrischen Kreissegmente mit gleichem Radius, ausgehend von der Rotationsmittelachse, über gedachte, ergänzende Kreissegmente zu einem vollständigen Kreis ergänzt werden. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für die Kraftabführung während der Metallbearbeitung und für die entsprechende höhere Genauigkeit als es mit bereits bekannten Kegelsenkern möglich ist.
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Es hat sich weiterhin überraschenderweise gezeigt, dass die Oberflächenprofilierung auch zumindest teilweise spiralförmig ausgebildet sein kann. Hierbei erstreckt sich die Spiralform allerdings nicht auf ein einzelnes Kopfsegment, sondern ist, ausgehend von der Rotationsmittelachse, sich über alle entsprechenden Kopfsegmente erstreckend ausgebildet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Oberflächenprofilierung selbst zumindest teilweise geradlinig und/oder zumindest teilweise gekrümmt und/oder zumindest teilweise wellenförmig und/oder zumindest teilweise zickzackförmig und/oder als eine Kombination hieraus ausgebildet. Die gleiche Ausführung ergibt sich nicht nur für die Oberflächenprofilierung, sondern auch für die einzelnen Profilierungsabschnitte selbst, welche beispielsweise bei einem einzigen Kopfsegment zumindest teilweise gekrümmt und wellenförmig ausgebildet sein können. Im einfachsten Fall sind allerdings die Profilierungsabschnitte des Kopfsegments, ausgehend von der Mittelachse, konvex gekrümmt ausgebildet, sodass bei einer Draufsicht konzentrische Kreissegmente und/oder eine Spiralform ausgebildet ist. Diese beiden geometrischen Formen haben sich als besonders vorteilhaft für eine leichtere Werkstoffbearbeitung herausgestellt. Besonders vorteilhaft sind die Profiliserungsabschnitte der Kopfsegmente, ausgehend von der Rotationsmittelasche, als konzentrische Kreissegmente und/oder spiralförmig ausgebildet.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Profilierungsabschnitte wenigstens eines Kopfsegments in einem gleichen und/oder unterschiedlichen Abstand zueinander und/oder gleich und/oder unterschiedlich tief zueinander ausgebildet. Der Abstand der einzelnen Profilierungsabschnitte ist abhängig von der Größe der zu erstellenden Bohrung bzw. auch der zu erstellenden Fase. Auch hat es sich als vorteilhaft und überraschend gezeigt, dass einzelne Profilierungsabschnitte mit einer tieferen Ausbildung eine zusätzliche leichtere Rotation der Vorrichtung während der Metallbearbeitung sicherstellen, sodass ein unerwünschtes Verkannten nahezu ausgeschlossen ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Oberflächenprofilierung eine Tiefe von 0,1 mm bis 0,75 mm, vorteilhafter von 0,25 bis 0,45 mm, noch vorteilhafter von 0,3 mm, 0,35 mm, 0,40 mm auf. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, da mit dieser Tiefe eine besonders leichtgängige und dauerhaft hochqualitative Metallbearbeitung sichergestellt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Senk- und/oder Entgratvorrichtung wenigstens zwei, vorteilhaft drei Kopfsegmente auf. Diese Kopfsegmente sind weiterhin vorteilhaft rotationssymmetrisch um die Mittelachse ausgebildet. Besonders vorteilhaft sind drei Kopfsegmente vorgesehen, welche jeweils zueinander einen Beabstandungswinkel von 120° aufweisen. Weiterhin hat es sich auch als vorteilhaft gezeigt, die Kopfsegmente nicht rotationssymmetrisch um die Mittelachse auszubilden, sodass die Kopfsegmente in ihrer Form und Flächengröße selbst völlig unterschiedlich ausgebildet sind, und beispielsweise unterschiedlich große Flächen und auch unterschiedliche Profilierungsabschnitte aufweisen. Dies hat sich als vorteilhaft gezeigt, da durch die unterschiedlich großen Kopfsegmente eine zusätzliche Verbesserung der Schnitteigenschaften erzielt werden kann. Dies ist nicht begrenzend zu verstehen, da die Oberflächenprofilierung auch auf einer beliebigen Anzahl an Kopfsegementen ausgebildet sein kann. So sind auch Vorrichtungen mit vier, fünf, sechs oder sieben Kopfsegmenten denkbar.
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Zudem ist auch denkbar, in Abhängigkeit des Werkstoffes, dass nicht auf jedem Kopfsegment eine Oberflächenprofilierung ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise auch nur auf jedem zweiten Kopfsegment der Fall sein.
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Darüber hinaus ist auch denkbar, die Oberflächenprofilierung zusätzlich zu veredeln. Hierunter kann vorteilhaft verstanden werden, dass die Vertiefungen in der Gesamtheit und/oder nur teilweise modifiziert ausgebildet sind. Diese Modifizierung kann beispielsweise durch chemisches und/oder physikalisches Härten und/oder durch Oberflächenbeschichtung und/oder durch Plasmabehandlung ausgebildet sein. Insbesondere gehärtete Vertiefungen können nochmals den Kraftaufwand bei der Bearbeitung reduzieren.
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Vorteilhafte und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen.
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Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung;
- 3a, 3b eine schematische Schnittansicht der Profilierung; und
- 4a, 4b eine Unteransicht eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine seitliche Ansicht der erfindungsgemäßen Senk- und/oder Entgratvorrichtung 1. Diese weist einen Schaft 2 auf, an dessen einem freien Ende E ein kegelförmiger Kopf 4 angeordnet ist. Dieser kegelförmige Kopf 4 weist gemeinsam mit dem Schaft 2 die Rotationsmittelachse M auf. Der kegelförmige Kopf 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Kegelstumpf ausgebildet, sodass sich dessen Durchmesser zu der schaftabgewandten Seite hin verjüngt. Vorteilhaft sind Schaft 2 und kegelförmiger Kopf 4 einteilig ausgebildet. Es ist allerdings auch denkbar, dass Schaft 2 und kegelförmiger Kopf 4 aus unterschiedlichen Materialien bestehen und der kegelförmige Kopf 4 über bekannte Verfahren an dem Schaft 2 angeordnet ist, beispielsweise verschweißt oder vergossen.
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Der kegelförmige Kopf 4 weist mehrere Kopfsegmente 6 auf, welche durch dazwischenliegende Freiflächen 8 voneinander beabstandet sind. Zusätzlich weist jedes Kopfsegment 6 eine Oberflächenprofilierung auf. In dem hier gezeigten Beispiel in 1 ist die Oberflächenprofilierung 10 in mehrere Profilierungsabschnitte 12a, 12b, 12c und 12d unterteilt. Diese Profilierungsabschnitte 12a - 12d sind hier als zumindest teilweise konzentrische Kreise in Bezug auf die Mittelachse M ausgebildet. Weiterhin weisen die hier dargestellten Profilabschnitte 12a - 12d den gleichen Abstand zueinander auf. Dies ist selbstverständlich nicht begrenzend zu verstehen, sodass es auch denkbar ist, dass die Profilierungsabschnitte 12a - 12d einen unterschiedlichen Abstand zueinander aufweisen können. Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass die Profilierungsabschnitte 12a - 12d gekrümmt ausgebildet sind und entsprechend der Mantelfläche des jeweiligen Kopfsegmentes 6 verlaufen.
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In 2 ist eine konkrete Abbildung einer Draufsicht des kegelförmigen Kopfes 4 dargestellt. Der kegelförmige Kopf 4 weist insgesamt drei Kopfsegmente 6 auf, welche über die Freiflächen 8 voneinander beabstandet sind. Weiterhin weist jedes Kopfsegment eine Schnittkante 11 auf, welche zur tatsächlichen Materialabtragung während der Materialbearbeitung benötigt wird. Zusätzlich zu der bekannten, glatten Oberfläche bei Kegelsenkern aus dem Stand der Technik, weist der hier gezeigte kegelförmige Kopf 4 bzw. die einzelnen Kopfsegmente 6 eine Oberflächenprofilierung auf. Diese Oberflächenprofilierung 10 ist in mehrere Profilierungsabschnitte 12a - 12c unterteilt. Diese Profilierungsabschnitte 12a - 12c sind wiederrum bezugnehmend auf die Mittelachse M als konzentrische Kreissegmente ausgebildet, welche in diesem Beispiel pro Kopfsegment 6 den gleichen Abstand zueinander aufweisen.
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Im Weiteren zeigen die 3a und 3b eine Schnittansicht eines einzelnen Kopfsegmentes 6. Es ist ersichtlich, dass die Oberflächenprofilierung 10 in diesem Ausführungsbeispiel der 3a und 3b wellenförmig ausgebildet ist. Die Wellenform ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass ein Abstand A von Maximum zu Maximum im Bereich von 0,2 mm bis 2,5 mm, vorteilhafter im Bereich von 0,75 bis 2 mm, noch vorteilhafter bei 1,6 mm, 1,7 mm, 1,8 mm, 1,9 mm. Mit diesen Abständen lässt sich eine besonders leichte Benutzung der Vorrichtung sicherstellen.
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Weiterhin weist die Oberflächenprofilierung 10, in dem Ausführungsbeispiel in 3b gezeigt, eine Tiefe T im Bereich von 0,1 mm bis 0,75 mm, vorteilhafter von 0,25 bis 0,45 mm, noch vorteilhafter von 0,3 mm, 0,35 mm, 0,4 mm auf. Dies hat sich als vorteilhaft erwiesen, da mit dieser Tiefe eine besonders leichtgängige und dauerhaft hochqualitative Metallbearbeitung sichergestellt werden kann.
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Darüber hinaus ist die Krümmung K der einzelnen Profilierungsabschnitte 12 dargestellt. Die Steigung vom höchsten bis zum niedrigsten Punkt beträgt in etwa 1 mm, vorzugsweise 1,0 mm. Besonders die in 3a und 3b gezeigte Ausbildung der Oberflächenprofilierung in Wellenform hat sich als vorteilhaft erwiesen, da durch die abgerundeten Minima und Maxima der Wellenform eine besonders effektive Kraftabführung über das Werkstück erfolgt, sodass ein Verhaken der Senk- und/oder Entgratvorrichtung während der Metallarbeitung nahezu auszuschließen ist. Zugleich wird das Material verbessert unter geringerer Kraftbeaufschlagung abgetragen.
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Schließlich zeigen 4a und 4b die untere Ansicht des kegelförmigen Kopfes 4, wo explizit die Profilierungsabschnitte 12 in Form von Zacken und/oder einem Sägezahnprofil dargestellt sind. Die Oberflächenprofilierung ist hier als Spiralform ausgebildet. Es ist auch von der Unteransicht ersichtlich, dass die einzelnen Profilierungsabschnitte 12 in diesem Fall neunfach pro Kopfsegment 6 vorgesehen sind. Weiterhin ist zu entnehmen, dass jedes der hier gezeigten vier Kopfsegmente 6, einen Winkel α im Bereich 45° bis 75°, vorteilhafter von 65° aufweist. Darüber hinaus wird in 4b vorteilhaft gezeigt, dass der zusätzliche Freiwinkel β im Bereich von 75 ° bis 120°, vorteilhafter von 90°, ausgebildet ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die vorteilhaften Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die nachfolgend angegebene Merkmalskombination, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombinationen aus den offenbaren Merkmalen gebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Senk- und/oder Entgratvorrichtung
- 2
- Schaft
- 4
- (kegelförmiger) Kopf
- 6
- Kopfsegment
- 8
- Freiflächen
- 10
- Oberflächenprofilierung
- 11
- Schneide
- 12a - 12d
- Profilierungsabschnitte
- M
- (Rotations)Mittelachse
- E
- freies Ende
- A
- Abstand
- K
- Krümmung
- α
- Winkel
- β
- Freiwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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