DE102017205166A1

DE102017205166A1 - Modulares Rotationswerkzeug und modulares Werkzeugsystem

Info

Publication number: DE102017205166A1
Application number: DE102017205166.3A
Authority: DE
Inventors: Horst Manfred Jäger
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2017-03-27
Filing date: 2017-03-27
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: US10537943B2; CN108655428B; US20180272442A1; CN108655428A; DE102017205166B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulares Roationswerkzeug (2), das sich entlang einer Rotatationsachse (6) in Längsrichtung (4) erstreckt und das einen mit Spannuten (18) versehenen Träger (10, 10') sowie einen an diesem austauschbar befestigten Schneidkopf (12a, 12b) aufweist, wobei der Träger (10, 10') stirnseitig eine Kupplungsaufnahme (22) zur Aufnahme eines Kupplungszapfens (30) des Schneidkopfes (12a, 12b) aufweist, wobei im Träger (10, 10') ein Kühlmittelkanal (26) ausgebildet ist, welcher an einer ersten Austrittsöffnung (28) in der Kupplungsaufnahme (22) mündet, und wobei ein zur Kupplungsaufnahme (22) beabstandeter Abzweigkanal (38) vorgesehen ist, welcher einerseits in den Kühlmittelkanal (26) und andererseits an einer zweiten Austrittsöffnung (40) in der Spannut (18) mündet.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein modulares Rotationswerkzeug, das sich entlang einer Rotationsachse in Längsrichtung erstreckt und das einen mit Spannuten versehenen Träger sowie einen an diesem austauschbar befestigten Schneidkopf aufweist.
Modulare Rotationswerkzeuge der eingangs genannten Art, wie beispielsweise Bohrer oder Bohrerwerkzeuge, erstrecken sich in Längs- beziehungsweise Axialrichtung entlang einer Rotationsachse und weisen zwei Kupplungsteile, nämlich einen Träger sowie einen Schneidkopf auf, wobei der Schneidkopf am Träger austauschbar befestigt ist. Der Träger weist hierzu stirnseitig üblicherweise zwei gegenüberliegende und durch Spannuten voneinander getrennte Befestigungsstege auf, über welche eine Zapfen- oder Kupplungsaufnahme begrenzt ist. In diese Kupplungsaufnahme ist im Befestigungszustand ein Kupplungszapfen des Schneidkopfes eingesetzt. Dies erfolgt beispielsweise durch ein Verdrehen des Schneidkopfes um die Rotationsachse gegenüber dem Träger. Bei diesem bajonettartigen Verdrehen wird eine klemmende Verbindung zwischen dem Schneidkopf und dem Träger ausgebildet, sodass die beiden Kupplungsteile klemmend aneinander gehalten sind. Insbesondere sind dabei keine weiteren Befestigungsmittel wie beispielsweise Schrauben oder dergleichen vorgesehen.
Aus der US 7,360,974 B2 ist ein Rotationswerkzeug mit einem Träger und mit einen an diesem austauschbar befestigten Schneidkopf bekannt. Die Kupplungsverbindung im Befestigungszustand erfolgt hierbei mittels an den Kupplungszapfen angeformten, außenseitigen Stegen. Die Stege weisen einen wendelförmigen Verlauf auf und sind nach Art eines Schraubengangs ausgeführt. Bei einem Ein- oder Verdrehen des Schneidkopfes erfolgt hierdurch ein axialer Anzug des Schneidkopfes.
Aus der US 2017/0028480 A1 ist ein Rotationswerkzeug offenbart, welches für eine axiale Auszugssicherung einen - bis auf eventuelle Ausnehmungen aufgrund von Nuten - im Wesentlichen quaderförmige Kupplungszapfen aufweist, welcher mit einem endseitig des Kupplungszapfens angeordneten umlaufenden Steg ausgeführt ist. Der Steg geht unter Ausbildung einer Stufe zu Klemm- und Drehmomentflächen über. Durch die Stufe ist dabei eine horizontale Anlagefläche ausgebildet, die als axiale Abzugssicherung wirkt. Die Klemmflächen werden hierbei durch einen radialen Einstich gebildet.
Zur Verbesserung der Lebensdauer derartiger Rotationswerkzeuge ist es beispielsweise möglich, Kühlstrukturen, wie beispielsweise Kühlmittelleitungen beziehungsweise Kühlmittelkanäle, in den Träger zu integrieren, welche beispielsweise in entsprechende Kühlstrukturen des Schneidkopfs oder in eine Spannut münden und im Betrieb ein Kühl- und/oder Schmiermittel führen.
Bei Rotationswerkzeugen mit Schneidköpfen mit integrierten Kühlstrukturen treten die Kühlmittelkanäle des Trägers typischerweise an einer Bodenfläche der Kupplungsaufnahme aus und fluchten dort mit korrespondierenden Kühlmittelkanälen des Schneidkopfs, welche das Kühl-/Schmiermittel an einer Schneidkopfstirnseite beziehungsweise Werkzeugspitze führen. Insbesondere in Anwendungen oder Betriebssituationen bei welchen die Stirnseite des Schneidkopfs frei ist, also vorderseitig keinen Materialkontakt mit einem Werkstück aufweist, wie beispielsweise bei vorgebohrten Löchern oder Durchbrüchen, tritt hierbei häufig das Problem auf, dass das Kühl-/Schmiermittel an der Schneidkopfstirnseite austritt und keine Benetzung oder Kühlung/Schmierung des Schneidkopfs beziehungsweise des Trägers erfolgt. Dadurch wird die Lebensdauer des Rotationswerkzeugs nachteilig reduziert.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes modulares Rotationswerkzeug anzugeben, bei dem insbesondere eine zuverlässige Kühlung sichergestellt ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes modulares Werkzeugsystem anzugeben.
Lösung der Aufgabe
Hinsichtlich des Rotationswerkzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das modulare Rotationswerkzeug ist insbesondere als ein Bohrer zur zerspanenden Bearbeitung eines Werkstücks ausgeführt. Das Rotationswerkzeug erstreckt sich hierbei in Längs- oder Axialrichtung entlang einer Rotationsachse und weist einen mit Spannuten versehenen Träger sowie einen an diesem austauschbar befestigten Schneidkopf auf. Der Träger ist stirnseitig, insbesondere an einer vorderen oder frontendseitigen Stirnseite beziehungsweise Trägerstirn, mit einer Kupplungsaufnahme zur Aufnahme eines Kupplungszapfens des Schneidkopfs versehen.
In den Träger ist eine Kühlstruktur mit zumindest einem Kühlmittelkanal integriert, über welchen im Betrieb ein Kühl-/Schmiermitteltransport erfolgt. Der leitungsartige Kühlmittelkanal mündet in einer ersten Austrittsöffnung, welche in der Kupplungsaufnahme des Trägers angeordnet ist. Der Kühlmittelkanal dient hierbei insbesondere zur zielgerichteten, definierten Führung des Kühl-/Schmiermittels innerhalb des Trägers. Geeigneterweise sind hierbei zwei Kühlmittelkanäle in dem Träger ausgebildet, welche beispielsweise mit der gleichen Wendelsteigung wie die Spannuten verlaufen.
Weiterhin ist ein zur Kupplungsaufnahme beabstandeter Abzweigkanal vorgesehen, welcher einerseits in den Kühlmittelkanal und andererseits an einer zweiten Austrittsöffnung in der Spannut mündet. Mit anderen Worten ist eine zur Kupplungsaufnahme beabstandete Abzweigung (Zweigstelle, Bifurkation) gebildet, an welcher der Strömungspfad des im Kühlmittelkanals geführten Kühl-/Schmiermittel in zwei Teilpfade geteilt wird. Der durch den Endbereich des Kühlmittelkanals gebildete Teilpfad ist im nachfolgenden auch als Austrittsabschnitt des Kühlmittelkanals bezeichnet.
Im Gegensatz zum Stand der Technik weist die Kühlstruktur des Trägers somit zwei Austrittsöffnungen, eine stirn- oder frontendseitige erste (vordere) Austrittsöffnung in der Kupplungsaufnahme und eine etwa radial und/oder azimutal gerichtete zweite (seitliche) Austrittsöffnung in der Spannut auf. Dadurch ist ein besonders geeignetes modulares Rotationswerkzeug realisiert.
Durch die zwei Austrittsöffnungen ist ein besonders flexibles modulares Rotationswerkzeug gebildet, welches insbesondere hinsichtlich eines Einsatzes unterschiedlicher Schneidköpfe verbessert ist. So sind sowohl Schneidköpfe mit integrierten Kühlstrukturen einsetzbar, welche strömungstechnisch mit der ersten Austrittsöffnung in der Kupplungsaufnahme zusammenwirken, als auch Schneidköpfe ohne Kühlstrukturen, welche die erste Austrittsöffnung im Wesentlichen verschließen. Durch die Teilungs- oder Abzweigstelle ist hierbei eine automatische oder selbsttätige Durchflussanpassung eines geführten Kühl-/Schmiermittels realisiert.
Sind die ersten Austrittsöffnungen durch den befestigten Schneidkopf nicht verschlossen tritt Kühl-/Schmiermittel an beiden Austrittsöffnungen aus. Wird der Kühl-/Schmiermittelstrom an der Stirnseite durch den Schneidkopf verhindert, sind also die ersten Austrittsöffnungen durch den Schneidkopf verschlossen oder blockiert, so tritt das Kühl-/Schmiermittel lediglich an der zweiten Austrittsöffnung in der Spannut aus. Mit anderen Worten ist der Strömungspfad des Kühl-/Schmiermittels einfach mittels eines Austausches des Schneidkopfes veränderbar. Dadurch wird ein besonders geeignetes modulares Rotationswerkzeug ermöglicht, welches mittels eines einfachen Austausches oder Wechsels des Schneidkopfs besonders flexibel an unterschiedliche Anwendungen und Situationen anpassbar ist.
Mit anderen Worten tritt im Betrieb stets zumindest ein Teil des Kühl-/Schmiermittels an der zweiten Austrittsöffnung in der Spannutwand der Spannut aus. Insbesondere bei einer großflächigen Austrittsöffnung kann hierdurch sehr effizient beispielsweise ein abzutransportierender Span gekühlt werden. Des Weiteren wird hierdurch die Oberfläche der Spannut, also die Spannutwand, effizient gekühlt.
Die mittels des Abzweigkanals realisierte seitliche beziehungsweise spannutseitige Kühlung des Trägers ist hierbei insbesondere in Anwendungen oder Betriebssituationen vorteilhaft, bei welchen die Stirnseite des Schneidkopfs frei ist, also vorderseitig keinen Materialkontakt mit dem Werkstück aufweist. Dies ist beispielsweise bei einem Durchbruch oder bei einem vorgebohrten Loch der Fall. Hierbei tritt das Kühl-/Schmiermittel bei Schneidköpfen mit integrierter Kühlstruktur stirnseitig aus, wobei keine effektive Benetzung oder Kühlung/Schmierung des Schneidkopfs beziehungsweise des Trägers erfolgt. Durch den Abzweigkanal wird hierbei im Betrieb sichergestellt, dass der im Materialkontakt stehende Bereich des Trägers zuverlässig mit Kühl-/Schmiermittel versorgt wird. Dies begünstigt die Lebensdauer des Trägers sowie des Rotationswerkzeugs.
Der Träger ist beispielsweise aus einem Werkzeugstahl oder einem Hartmetall gefertigt. Der oder jeder Schneidkopf ist je nach gewünschter Anwendung beispielsweise aus einem Hartmetall gefertigt oder zum Beispiel als Pressling mittels eines Sinterwerkstoffs hergestellt.
Der Schneidkopf weist allgemein an seinem vorderen, dem Träger abgewandten Ende Hauptschneiden auf, die vorzugsweise über eine Querschneide miteinander verbunden sind.
Der Schneidkopf ist beispielsweise durch ein einfaches Verdrehen oder Eindrehen mittels Verklemmen am Träger durch eine mechanische Kopplung des Kupplungszapfens mit der Kupplungsaufnahme reversibel und austauschbar befestigt. Hierzu ist der Schneidkopf im befestigten Zustand am Träger form- und/oder kraftschlüssig gehalten. Vorzugsweise ist im Zuge der mechanischen Kopplung eine axiale Auszugssicherung vorgesehen, welche ein ungewolltes Herausgleiten des Kupplungszapfens aus der Kupplungsaufnahme verhindert.
Die Auszugssicherung ist herbei beispielsweise mittels an den Kupplungszapfen angeformten, außenseitigen Stegen gebildet, wobei die Stege zum Beispiel einen wendelförmigen Verlauf nach Art eines Schraubengangs aufweisen.
Ebenso denkbar ist beispielsweise eine Auszugssicherung mit einem im Wesentlichen quaderförmige Kupplungszapfen, welcher mit einem endseitig des Kupplungszapfens angeordneten umlaufenden Steg ausgeführt ist. Der Steg geht unter Ausbildung einer Stufe zu Klemm- und Drehmomentflächen über. Durch die Stufe ist dabei eine horizontale Anlagefläche ausgebildet, die als axiale Abzugssicherung wirkt. Die Klemmflächen werden hierbei zum Beispiel durch einen radialen Einstich gebildet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Abzweigkanal als eine Bohrung in die Spannut eingebracht. Dadurch ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des modularen Rotationswerkzeugs gewährleistet.
In einer geeigneten Ausführung verläuft der Abzweigkanal unter einem spitzen Winkel geneigt schräg zum Kühlmittelkanal. Unter einem spitzen Winkel ist ein Neigungswinkel gegenüber dem Kühlmittelkanal kleiner 90°, insbesondere kleiner 45°, zu verstehen. Durch den Neigungswinkel ist somit ein Richtungswechsel der Strömungsrichtung des geführten Kühl-/Schmiermittels bezüglich des durch den Kühlmittelkanal gebildeten (Haupt-)Strömungspfads gebildet. Im Betrieb wird das Kühl-/Schmiermittel mit einem hohen Druck, und somit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit, im Kühlmittelkanal geführt. Je größer der (Abzweig-)Winkel zwischen dem Kühlmittelkanal und dem Abzweigkanal ist, desto weniger Kühl-/Schmiermittel wird beim Vorbeiströmen an der Abzweigstelle in den Abzweigkanal abgezweigt. Mit anderen Worten ist durch den Winkel die Fördermenge beziehungsweise der Anteil an Kühl-/Schmiermittel in die Spannut vorgebbar beziehungsweise einstellbar.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die zweite Austrittsöffnung des Abzweigkanals auf eine Schneide des befestigten Schneidkopfes gerichtet. Mit anderen Worten ist die zweite Austrittsöffnung zielgerichtet in Richtung der Schneide des Schneidkopfes orientiert. Dadurch ist auch bei einem Schneidkopf ohne Kühlstrukturen eine effiziente Kühlung und/oder Schmierung des Schneidkopfes sowie beispielsweise eine Kühlung eines abzutransportierenden Spans realisiert.
In bevorzugter Weiterbildung weist Kühlmittelkanal im Bereich der ersten Austrittsöffnung einen Austrittsabschnitt mit einem reduzierten Strömungsdurchmesser auf. Mit anderen Worten weist der Kühlmittelkanal stromaufwärts der Abzweigstelle einen größeren Strömungsdurchmesser auf, als stromabwärts der Abzweigstelle. Der Austrittsabschnitt ist hierbei vorzugsweise koaxial beziehungsweise parallel zum stromaufwärts der Abzweigstelle verlaufenden Kühlmittelkanals orientiert. Da im Betrieb erfindungsgemäß zumindest ein Teil des Kühl-/Schmiermittels entlang des Abzweigkanals gefördert wird, ist das geförderte Fluidvolumen strömungsabwärts der Abzweigstelle im Kühlmittelkanal reduziert. Durch eine Reduzierung des Strömungsdurchmessers in dem kühlmittelkanalseitigen Teilpfad beziehungsweise im Austrittsabschnitt, wird einerseits eine gewisse Strömungs- oder Fließgeschwindigkeit des geführten Kühl-/Schmiermittels gewährleistet. Dies bedeutet, dass durch den Strömungsdurchmesser des Austrittsabschnitts eine Austrittsgeschwindigkeit des Kühl-/Schmiermittels aus der ersten Austrittsöffnung vorgebbar beziehungsweise einstellbar ist. Andererseits ist durch eine Reduzierung des Strömungsdurchmesser des Austrittsabschnitts ein größerer Anteil an Kühl-/Schmiermittel in den Abzweigkanal abzweigbar.
In einer bevorzugten Ausbildung weisen der Kühlmittelkanal, insbesondere dessen Austrittsabschnitt, und der Abzweigkanal unterschiedliche Strömungsdurchmesser auf. Durch die relative Dimensionierung der Strömungsdurchmesser des Kühlmittelkanals und des Abzweigkanals ist in einfacher Art und Weise der Anteil an abgezweigten Kühl-/Schmiermittels, also der durch den Abzweigkanal geförderte Anteil, vorgebbar beziehungsweise einstellbar.
Bevorzugt ist der Anteil an abgezweigten Kühl-/Schmiermittels durch Dimensionierung der Strömungsdurchmesser des Kühlmittelkanals und des Abzweigkanals sowie des zwischen den Kühlmittelkanal und den Abzweigkanal eingeschlossenen (Abzweig-)Winkels flexibel an eine jeweilige Anwendung angepasst. Dadurch wird ein besonders zuverlässiger und effektiver Betrieb des modularen Rotationswerkzeugs gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlmittelkanal im Träger wendelartig um die Rotationsachse geführt. Der Verlauf des Kühlmittelkanal ist hierbei geeigneterweise an die Wendelsteigung der Spannuten angepasst.
Gemäß einer ersten Variante ist am Träger bevorzugt ein erster Typ des Schneidkopfs befestigt. Bei diesem ersten Typ weist der Schneidkopf ein Kühlmittelloch auf, welches im Befestigungszustand mit der ersten Austrittsöffnung des Kühlmittelkanals fluchtet. Mit anderen Worten weist der Schneidkopf des ersten Typs insbesondere eine integrierte Kühlstruktur, vorzugsweise in Form mindestens eines Kühlmittelkanals auf, welche strömungstechnisch an die erste Austrittsöffnung gekoppelt ist und der an der Stirnseite des Schneidkopfes mündet. Dadurch ist eine zuverlässige Kühlung und/oder Schmierung des Schneidkopfes gewährleistet. Vorzugsweise weist der Schneidkopf des ersten Typs insbesondere zwei integrierte Kühlmittelkanäle auf.
Gemäß einer zweiten Variante ist am Träger bevorzugt ein zweiter Typ des Schneidkopfs befestigt. Bei diesem zweiten Typ weist der Schneidkopf keine integrierte Kühlstruktur auf, das bedeutet, der Schneidkopf ist kühlmittellochlos ausgeführt, wobei im Befestigungszustand die erste Austrittsöffnung des Kühlmittelkanals durch den Schneidkopf abgedeckt ist. Mit anderen Worten wird die erste Austrittsöffnung im Befestigungszustand von dem Schneidkopf verschlossen oder blockiert, sodass das Kühl-/Schmiermittel im Betrieb im Wesentlichen lediglich über den Abzweigkanal zur zweiten Austrittsöffnung geführt wird.
Die auf das Werkzeugsystem gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein modulares Werkzeugsystem, beispielsweise ein modulares Bohrersystem. Dieses weist mehrere unterschiedliche Schneidköpfe, also Schneidköpfe unterschiedlichen Typs, auf. Die Schneidköpfe sind hierbei austauschbar und reversibel an einem mit Spannuten versehenen Träger befestigbar. Der Träger weist stirnseitig eine Kupplungsaufnahme zur Aufnahme eines Kupplungszapfens des Schneidkopfes auf. Im Träger ist ein Kühlmittelkanal zur Förderung eines Kühl-/Schmiermittels ausgebildet, welcher an einer ersten Austrittsöffnung in der Kupplungsaufnahme mündet. Der Träger weist einen zur Kupplungsaufnahme beabstandeten Abzweigkanal auf, welcher einerseits in den Kühlmittelkanal und andererseits an einer zweiten Austrittsöffnung in der Spannut mündet. Dadurch ist ein besonders geeignetes modulares Werkzeugsystem gebildet, welches eine zuverlässige Kühlung/Schmierung des Trägers sowie bedarfsweise eine zusätzliche Kühlung/Schmierung des Schneidkopfs ermöglicht.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst das modulare Werkzeugsystem einen ersten Typ von Schneidkopf, welcher ein Kühlmittelloch aufweist, welches im Befestigungszustand mit der ersten Austrittsöffnung des Kühlmittelkanals fluchtet, und einen zweiten Typ von Schneidkopf, welcher kühlmittellochlos ausgeführt ist, und im Befestigungszustand die erste Austrittsöffnung des Kühlmittelkanals abdeckt. Durch die unterschiedlichen und reversibel austauschbaren Schneidkopftypen ist der Strömungspfad des im Betrieb geführten Kühl-/Schmiermittels in einfacher Art und Weise veränderbar. Dadurch wird die Flexibilität des modularen Werkzeugsystems verbessert.
Figurenliste
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung ein modulares Bohrerwerkzeug eines modularen Werkzeugsystems, mit einem Schneidkopf und mit einem Träger,
2 ausschnittsweise in Perspektive das Bohrerwerkzeug in einer Explosionsdarstellung mit Blick auf die Vorderseite des Schneidkopfs,
3 in einer Projektionsdarstellung einen Schnitt durch das Bohrerwerkzeug,
4 ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung das Bohrerwerkzeug mit einem alternativen Schneidkopf,
5 in einer Projektionsdarstellung einen Schnitt durch das Bohrerwerkzeug mit dem alternativen Schneidkopf, und
6 in einer Projektionsdarstellung einen Schnitt durch das Bohrerwerkzeug mit einer alternativen Ausführungsform des Trägers.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in 1 dargestellte modulare Rotationswerkzeug 2 ist beispielsweise ein Teil eines nicht näher gezeigten modularen Werkzeugsystems. Das Rotationswerkzeug 2 ist in der dargestellten Ausführungsform insbesondere als ein modulares Bohrwerkzeug ausgebildet. Es erstreckt sich hierbei in einer Längs- oder Axialrichtung 4 entlang einer Rotationsachse 6. Um die Rotationsachse 6 rotiert das Rotationswerkzeug 2 während des normalen Betriebs in Drehrichtung, welche zugleich eine Umfangs- oder Azimutalrichtung definiert.
Das Rotationswerkzeug 2 weist einen Träger 10 sowie ein mit diesem austauschbar koppelbaren Schneidkopf 12a auf. Der beispielsweise aus einem Hartmetall hergestellte Schneidkopf 12a weist zwei (Haupt-)Schneiden 14 auf, welche im Zentrum an einer Bohrerstirn über eine nicht näher bezeichnete Querschneide miteinander verbunden sind und sich radial nach außen erstrecken. Entgegen der Drehrichtung schließen sich an die Schneiden 14 stirnseitige Hauptfreiflächen an.
An seiner Umfangsseite weist der Schneidkopf 12a einen Rücken 16 auf, der durch gegenüberliegende Spannuten 18 unterbrochen ist.
Die Spannuten 18 beginnen also bereits am Schneidkopf 12a und gehen im Befestigungszustand in den Träger 10 über und werden dort weitergeführt. In dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Spannuten 18 wendelförmig. Der Träger 10 weist einen genuteten Schaftbereich auf. An den genuteten Schaftbereich des Trägers 10 schließt sich ein nicht näher gezeigter, nicht genuteter, Spannabschnitt an, mit dem das Rotationswerkzeug 2 in eine Werkzeugmaschine eingespannt wird.
Wie insbesondere in der 2 und in der 3 ersichtlich ist, weist der Träger 10 stirnseitig, also vorder- oder frontendseitig, zwei etwa diagonal gegenüberliegende Befestigungsstege 20 auf, die von den Spannuten 18 unterbrochen sind. Die Befestigungsstege 20 begrenzen eine stirnseitige Kupplungsaufnahme 22 des Trägers 10 (2). Die Kupplungsaufnahme 22 weist eine Bodenfläche 24 auf, welche horizontal, also senkrecht zur Rotationsachse 6 orientiert ist.
In dem beispielsweise aus Werkzeugstahl hergestellten Träger 10 sind zwei wendel- beziehungsweise helixartig um die Rotationsachse 6 verlaufende Kühlmittelkanäle 26 als Kühlstruktur integriert (3), durch welche im Betrieb ein Kühl- und/oder Schmiermittel geleitet wird. Die Kühlmittelkanäle 26 verlaufen entlang der Längsrichtung 4 im Träger 10 und münden jeweils in eine in die Bodenfläche 24 eingebrachte Austrittsöffnung 28 der Kupplungsaufnahme 22.
Korrespondierend zu der Kupplungsaufnahme 22 weist der Schneidkopf 12a einen Kupplungszapfen 30 auf, welcher sich in Längsrichtung 4 erstreckt. Der Kupplungszapfen 30 ist von den Umfangsflächen des Rückens 16 radial eingezogen. Konzentrisch zur Rotationsachse 6 ist am Kupplungszapfen 30 ein nicht näher gezeigter axial emporstehender Einführzapfen angeformt, welcher im Zuge eines Befestigungsvorgangs, bei welchem der Schneidkopf 12a am Träger 10 befestigt wird, als eine Zentrierhilfe in eine Aufnahme 32 der Kupplungsaufnahme 22 eingreift.
Wie insbesondere in der Projektionsdarstellung der 3 gezeigt, weisen die Kühlmittelkanäle 26 jeweils eine Abzweigstelle 34 auf, welche axial zur Kupplungsaufnahme 24 beabstandet in den Körper des Trägers 10 angeordnet ist. An der Abzweigstelle 34 verzweigt der Strömungspfad des Kühlmittelkanals 26 in einen koaxial gerichteten Austrittsbereich 36 des Kühlmittelkanals 26 und einen gegenüber diesen schräg verlaufenden Abzweigkanal 38. Der Austrittsbereich 36 des Kühlmittelkanals 26 mündet in der Austrittsöffnung 28 der Kupplungsaufnahme 22. Der Abzweigkanal 38 mündet einerseits in den Kühlmittelkanal 26 und andererseits in eine Austrittsöffnung 40 in der Spannut 18.
Der Träger 10 weist somit für jede der durch den Kühlmittelkanal 26 und den Abzweigkanal 38 gebildete Kühlstruktur zwei Austrittsöffnungen 28 und 40 auf. Zusätzlich zu der stirn- oder frontendseitigen Austrittsöffnung 28 in der Kupplungsaufnahme 22 ist somit eine seitliche zweite Austrittsöffnung 40 in der Wandung der Spannut 18 vorgesehen.
Wie beispielsweise in der 1 dargestellt, ist die spannutseitige Austrittsöffnung 40 des Abzweigkanals 38 auf die Schneide 14 des befestigten Schneidkopfes 12a gerichtet. Mit anderen Worten ist die Austrittsöffnung 40 zielgerichtet in Richtung der Schneide 14 des Schneidkopfes 12a orientiert. Dies bedeutet, dass das Kühl-/Schmiermittel in Längsrichtung 4 zum Schneidkopf 12a hin entlang der Spannut 18 aus der Austrittsöffnung 40 austritt.
Der Abzweigkanal 38 ist hierbei geeigneterweise als eine Bohrung in die Spannut 18 eingebracht. Wie in der 3 vergleichsweise deutlich dargestellt, verläuft der Abzweigkanal 38 unter einem spitzen (Abzweig-)Winkel 42 geneigt schräg zum Kühlmittelkanal 26. In dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Winkel 42 kleiner 45 , insbesondere kleiner 30°. Durch den Winkel 42 ist somit ein Richtungswechsel der Strömungsrichtung des geführten Kühl-/Schmiermittels bezüglich des durch den Kühlmittelkanal 26 und dessen Austrittsbereich 36 gebildeten (Haupt-)Strömungspfads erzeugt.
In dem in den 1, 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Schneidkopf 12a keine integrierten Kühlstrukturen auf. Wie insbesondere anhand der 3 deutlich wird, deckt der Schneidkopf 12a die Austrittsöffnungen 28 der Kupplungsaufnahme 22 ab. Mit anderen Worten sind die Austrittsöffnungen 28 durch den Kupplungszapfen 30 des Schneidkopfs 12a verschlossen oder blockiert. Dadurch strömt das Kühl-/Schmiermittel im Betrieb im Wesentlichen lediglich entlang des Abzweigkanals 38 zu den Austrittsöffnungen 40.
In den 4 und 5 ist das Rotationswerkzeug 2 mit einem zweiten Typ von Schneidkopf 12b gezeigt. Der Schneidkopf 12b weist hierbei zwei integrierte Kühlmittelkanäle 44 auf, welche jeweils ein Kühlmittelloch 46 im Kupplungszapfen 30 mit einem Austrittsloch 48 im Bereich einer Werkzeugspitze des Schneidkopfs 12b strömungstechnisch verbinden.
Die Kühlmittellöcher 46 des Schneidkopfs 12b sind im Befestigungszustand mit jeweils einer der Austrittsöffnungen 28 fluchtend angeordnet. Mit anderen Worten ist - wie insbesondere in 5 gezeigt - zwischen dem Kühlmittelkanal 26 des Trägers 10 und dem Austrittsloch 48 ein im Wesentlichen durchgehender Strömungspfad gebildet. Mit anderen Worten sind die Kühlmittellöcher 46 des Schneidkopfs 12b strömungstechnisch an die Austrittsöffnungen 28 des Trägers 10 gekoppelt.
Bei einem Befestigungszustand des Schneidkopfs 12b sind somit beide Austrittsöffnungen 28 und 40, in der Kupplungsaufnahme 22 sowie den Spannuten 18, geöffnet, sodass das Kühl-/Schmiermittel im Betrieb sowohl stirnseitig am Schneidkopf 12b als auch seitlich in den Spannuten 18 austritt.
Durch die zwei Austrittsöffnungen 28 und 40 des Kühlmittelkanals 26 einerseits und des Abzweigkanals 38 andererseits ist ein besonders flexibles modulares Rotationswerkzeug 2 gebildet, bei welchem eine automatische oder selbsttätige Durchflussanpassung eines geführten Kühl-/Schmiermittels realisiert ist. Mit anderen Worten ist der Strömungspfad des Kühl-/Schmiermittels einfach mittels eines Austausches oder Wechsels des Schneidkopfes 12a, 12b veränderbar. Da der Abzweigkanal 38 unter dem Winkel 42 schräg zum Hauptströmungspfad des Kühlmittelkanals 26 beziehungsweise dessen Austrittsbereich 36 verläuft, wird im Betrieb lediglich ein Teil des Kühl-/Schmiermittels in den Abzweigkanal 38 geführt. Insbesondere tritt im Betrieb mehr als 50% des im Kühlmittelkanals 26 geführten Kühl-/Schmiermittels an den Austrittsöffnungen 28 beziehungsweise den Austrittslöchern 48 aus. Mit anderen Worten ist der Winkel 42 derart gewählt, dass weniger als 50% des Kühl-/Schmiermittels an der Abzweigstelle 34 zu der Austrittsöffnung 40 abgezweigt werden.
Die 6 zeigt eine alternative Ausführungsform des Trägers 10', bei welchem der Strömungsdurchmesser des Kühlmittelkanals 26 und des Abzweigkanals 38 unterschiedlich sind. Insbesondere weisen der Austrittsbereich 36 und der Abzweigkanal 38 reduzierte Strömungsdurchmesser im Vergleich zu dem stromaufwärts der Abzweigstelle 34 verlaufenden Kühlmittelkanals 26 auf. An der Abzweigstelle 34 ist somit entlang des Hauptströmungspfads eine Engstelle zum Austrittsbereich 36 gebildet, wodurch im Betrieb mehr Kühl-/Schmiermittel in den Abzweigkanal 38 eingeleitet wird, als in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7360974 B2 [0003]
US 2017/0028480 A1 [0004]

Claims

Modulares Roationswerkzeug (2), das sich entlang einer Rotatationsachse (6) in Längsrichtung (4) erstreckt und das einen mit Spannuten (18) versehenen Träger (10, 10') sowie einen an diesem austauschbar befestigten Schneidkopf (12a, 12b) aufweist, - wobei der Träger (10, 10') stirnseitig eine Kupplungsaufnahme (22) zur Aufnahme eines Kupplungszapfens (30) des Schneidkopfes (12a, 12b) aufweist, - wobei im Träger (10, 10') ein Kühlmittelkanal (26) ausgebildet ist, welcher an einer ersten Austrittsöffnung (28) in der Kupplungsaufnahme (22) mündet, und - wobei ein zur Kupplungsaufnahme (22) beabstandeter Abzweigkanal (38) vorgesehen ist, welcher einerseits in den Kühlmittelkanal (26) und andererseits an einer zweiten Austrittsöffnung (40) in der Spannut (18) mündet.
Modulares Rotationswerkzeug (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abzweigkanal (38) als eine Bohrung in die Spannut (18) eingebracht ist.
Modulares Rotationswerkzeug (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abzweigkanal (38) unter einem spitzen Winkel (42) geneigt schräg zum Kühlmittelkanal (26) verläuft.
Modulares Rotationswerkzeug (2) einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Austrittsöffnung (40) des Abzweigkanals (38) auf eine Schneide (14) des befestigten Schneidkopfes (12a, 12b) gerichtet ist.
Modulares Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (26) im Bereich der ersten Austrittsöffnung (28) einen Austrittsabschnitt (36) mit einem reduzierten Strömungsdurchmesser aufweist.
Modulares Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (26) und der Abzweigkanal (38) unterschiedliche Strömungsdurchmesser aufweisen.
Modulares Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (26) im Träger (10, 10') wendelartig um die Rotationsachse (6) geführt ist.
Modulares Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (12b) ein Kühlmittelloch (46) aufweist, welches im Befestigungszustand mit der ersten Austrittsöffnung (28) des Kühlmittelkanals (26) fluchtet.
Modulares Rotationswerkzeug (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidkopf (12a) kühlmittellochlos ausgeführt ist, und im Befestigungszustand die erste Austrittsöffnung (28) des Kühlmittelkanals (26) abdeckt.
Modulares Werkzeugsystem mit mehreren unterschiedlichen Schneidköpfen (12a, 12b) sowie mit einem mit Spannuten (18) versehenen Träger (10, 10'), an dem die Schneidköpfe (12a, 12b) austauschbar befestigbar sind, - wobei der Träger (10, 10') stirnseitig eine Kupplungsaufnahme (22) zur Aufnahme eines Kupplungszapfens (30) des Schneidkopfes (12, 12') aufweist, - wobei im Träger (10, 10') ein Kühlmittelkanal (26) ausgebildet ist, welcher an einer ersten Austrittsöffnung (28) in der Kupplungsaufnahme (22) mündet, und - wobei ein zur Kupplungsaufnahme (22) beabstandeter Abzweigkanal (38) vorgesehen ist, welcher einerseits in den Kühlmittelkanal (26) und andererseits an einer zweiten Austrittsöffnung (40) in der Spannut (18) mündet.
Modulares Werkzeugsystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch - einen ersten Typ von Schneidkopf (12b), welcher ein Kühlmittelloch (46) aufweist, welches im Befestigungszustand mit der ersten Austrittsöffnung (28) des Kühlmittelkanals (26) fluchtet, und - einen zweiten Typ von Schneidkopf (12a), welcher kühlmittellochlos ausgeführt ist, und im Befestigungszustand die erste Austrittsöffnung (28) des Kühlmittelkanals (26) abdeckt.