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Die Erfindung betrifft einen Aufsatz und ein System zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs.
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Eine zentrale Kühlung zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs wird zum Applizieren eines Kühlmittels bei einer spanabhebenden Bearbeitung von Metallen, Kunststoffen und anderen festen Materialien eingesetzt. Das Kühlmittel wird durch eine zentrale Bohrung oder über einen Bund einer Werkzeugaufnahme zurückgeführt. Bei Einspeisung in den Bund führen Kanäle zu einer zentralen Bohrung in der Werkzeugaufnahme. Über die zentrale Bohrung der Werkzeugaufnahme wird das Kühlmittel dem Schneidwerkzeug zugeführt. Über im Schneidwerkzeug integrierte Kühlkanälen wird das Kühlmittel an die zu kühlenden Stellen des Schneidwerkzeugs transportiert.
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Die Kühlung eines Schneidwerkzeugs kann auch durch äußeres Besprühen des Schneidwerkzeugs mit einem Kühlmittel erfolgen. Eine solche Kühlvorrichtung wird in Dokument
DE 10 2012 101 672 A1 gezeigt. Hier kommt eine spezielle Werkzeugaufnahme zum Einsatz. Diese Werkzeugaufnahme im Form eines Schrumpffutters enthält eine integrierte Werkzeugkühlung. Diese Werkzeugkühlung enthält Kühlkanäle, die in einem Stauraum enden. Dieser Stauraum ist zwischen der Werkzeugaufnahme und einer unlösbar mit der Werkzeugaufnahme verbundenen Deckscheibe eingearbeitet. Der Stauraum dient zur Verteilung des über die Kühlkanäle eingeleiteten Kühlmittels an die in der Deckscheibe eingearbeiteten Auslassöffnungen. Über die in die Deckscheibe eingearbeiteten Auslassöffnungen wird das Kühlmittel in Richtung des Schneidwerkzeugs abgegeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlung für ein Schneidwerkzeug zu schaffen, welche einfach zusammen mit bereits bestehenden Werkzeugaufnahmen anwendbar ist und sich kostengünstig herstellen lässt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein zugehöriges System des Anspruchs 11 und einem zugehörigen Verfahren des Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs enthält eine axiale Durchdringung, durch die ein Schneidwerkzeug durchgeführt wird. Des Weiteren enthält der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs eine Kühlmediumsaufnahme, die aus einer radialen Erweiterung der axialen Durchdringung besteht. Die Kühlmediumsaufnahme geht in eine Kühlmediumsverteilung des Aufsatzes über. Die Kühlmediumsverteilung ist mit den Austrittsöffnungen des Aufsatzes verbunden.
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Vorteilhafterweise wird ein Kühlmedium, das durch die Werkzeugaufnahme geleitete wird, im Aufsatz zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs so verteilt, dass das Schneidwerkzeug optimal gekühlt wird. Als Werkzeugaufnahme kommen alle Varianten, die über eine Innenkühlung verfügen, infrage. Damit das Kühlmedium optimal verteilt werden kann, wird es im Aufsatz zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs durch die Kühlmediumsaufnahme aus der Werkzeugaufnahme aufgenommen. Damit das Kühlmedium durch alle Austrittsöffnungen unter gleichmäßigen Bedingungen abgegeben wird, wird das Kühlmedium von der Kühlmediumsaufnahme über die Kühlmediumsverteilung an die Austrittsöffnungen gleichmäßig verteilt. Durch die Austrittsöffnungen wird das Kühlmedium abgegeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die axiale Durchdringung zur Durchführung des Schneidwerkzeugs mindestens eine Nut zur Aufnahme eines radialen Dichtelements. Als das in die mindestens eine Nut eingebrachte Dichtelement kommt bevorzugt ein O-Ring, eine Druckdichtung, eine Lippendichtung und/oder jede andere Art einer Wellendichtung zum Einsatz. Mit dem Dichtelement wird der Adapter zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs gegenüber dem Schneidwerkzeug abgedichtet.
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Zum Fixieren des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs ist in bevorzugter und vorteilhafter Weise mindestens eine radiale Bohrung mit einem Gewinde vorgesehen. In diese Bohrung mit Gewinde ist mindestens eine Klemmschraube eingeschraubt, sodass eine Klemmwirkung in Bezug auf das Schneidwerkzeug erfolgt. Diese Klemmschraube kann eine Madenschraube oder eine beliebige andere Schraubenart sein. Durch diese Klemmung wird der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs gegen Verrutschen und Verdrehen gesichert.
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Eine weitere bevorzugt Ausführungsform des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs enthält eine axiale Durchdringung. Diese axiale Durchdringung ist in vorteilhafter Weise als Übermaßpassung ausgeführt und dient zur Durchführung des Schneidwerkzeugs. Außerdem ist die axiale Durchführung partiell mit einer radialen Erweiterung versehen, die als Kühlmediumsaufnahme dient. Die Kühlmediumsaufnahme ist mit mindestens einer Austrittsöffnung verbunden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Austrittsöffnungen so gestaltet, dass sie besonders vorteilhaft auf einen zu kühlenden Bereich am Schneidwerkzeug gerichtet sind. Somit lässt sich eine optimale Kühlung und Schmierung des Schneidwerkzeugs im geforderten Bereich erzielen. Durch das gerichtete Applizieren des Kühlmediums wird der Mengenbedarf des Kühlmediums deutlich reduziert.
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Damit das Schneidwerkzeug im optimalen Bereich gekühlt bzw. geschmiert wird, weist die mindestens eine Austrittsöffnung eine optimierte Geometrie auf. D. h., dass die mindestens eine Austrittsöffnung bevorzugt als Rundloch, als Langloch, als Schlitz oder in jeder geeigneten anderen geometrischen Form ausgeführt ist. Durch die beliebige Formgebung kann gewährleistet werden, dass in jedem gewünschten Bereich die optimale Menge Kühlmedium vorhanden ist. Um die Kühlwirkung weiter zu verbessern, können die Austrittsöffnungen in ihrer Lage, im Austrittswinkel des Kühlmediums, in ihrer Öffnungsgröße und in ihrer Anzahl angepasst werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, dass der Austrittswinkel dem Drallwinkel des Spannraums im Schneidwerkzeug entspricht. Durch den Austrittswinkel entsprechend dem Drallwinkel ist es in vorteilhafter Weise möglich, das Kühlmedium weiter in Richtung der Schneiden des Schneidwerkzeugs eindringen zu lassen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung umschließt die axiale Durchdringung des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs das Schneidwerkzeug radial. Dadurch wird das ungewollte Austreten des Kühlmediums im Bereich des Schneidwerkzeugs minimiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die axiale Durchdringung zur Durchführung des Schneidwerkzeugs mindestens eine Nut zur Aufnahme eines radialen Dichtelements. Als das in die mindestens eine Nut eingebrachte Dichtelement kommt bevorzugt ein O-Ring, eine Druckdichtung, eine Lippendichtung und/oder jede andere Art einer Wellendichtung zum Einsatz. Mit dem Dichtelement wird der Adapter zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs gegenüber dem Schneidwerkzeug abgedichtet.
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Vorteilhafterweise enthält der Adapter zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs mindestens ein axiales Dichtelement, das in mindestens eine Nut an der werkzeugaufnahmeseitigen Fläche des Adapters zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs eingearbeitet ist. Das mindestens eine Dichtelement besteht aus einem O-Ring, einer Druckdichtung, einer Lippendichtung, einer Flächendichtung und/oder einer anderen Dichtungsart. Durch diese Abdichtung wird der radiale Verlust des Kühlmediums minimiert.
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Zum Fixieren des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs ist in bevorzugter und vorteilhafter Weise mindestens eine radiale Bohrung mit einem Gewinde vorgesehen. In diese Bohrung mit Gewinde ist mindestens eine Klemmschraube eingeschraubt, sodass eine Klemmwirkung in Bezug auf das Schneidwerkzeug erfolgt. Diese Klemmschraube ist eine Madenschraube oder eine beliebige andere Schraubenart. Durch diese Klemmschraube wird der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs gegen Verrutschen und Verdrehen gesichert.
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Das erfindungsgemäße System zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs besteht aus einem Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs, einem Schneidwerkzeug und einer Werkzeugaufnahme mit einer Zuführung eines Kühlmediums über eine Innenkühlung der Werkzeugaufnahme. Die Werkzeugaufnahme ist z.B. ein Spannzangenfutter, ein Schrumpffutter, ein Hydrodehnpannfutter oder eine beliebige andere Werkzeugaufnahme, wobei diese Werkzeugaufnahme mit einer Innenkühlung ausgestattet ist. Das Schneidwerkzeug weist in axialer Richtung mindestens eine Ausnehmung zum Transport eines Kühlmediums auf. Diese Ausnehmung erstreckt sich von dem Innenkühlungs-Kanal der Werkzeugaufnahme über in den gesamten Raum der Kühlmediumsaufnahme und endet mit dem Ende der radialen Erweiterung der axialen Durchdringung in dem Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs.
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Um Fertigungstoleranzen auszugleichen kann die Ausnehmung am Schneidwerkzeug auch im Bereich zwischen Werkzeugaufnahmenende und Ende der radialen Erweiterung der axialen Durchdringung enden. Dabei muss gewährleistet sein, dass der Kühlmittelmediums-Fluss in die Kühlmittelmediumsaufnahme nicht behindert wird. Die mindestens eine Ausnehmung am Schneidwerkzeug leitet das Kühlmedium von dem Innenkühlungs-Kanal der Werkzeugaufnahme in die Kühlmediumsaufnahme des Aufsatzes. Somit steht dem Aufsatz das Kühlmedium zur Verfügung, um es wie oben beschrieben über die Austrittsöffnungen an das Schneidwerkzeug abzugeben.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Ausnehmung im Schneidwerkzeug in axialer Richtung als Nut ausgeführt. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft zum Transport größerer Mengen des Kühlmediums. Dabei wird in vorteilhafter Weise die Umfangsfläche des Schafts des Schneidwerkzeugs kaum reduziert und dadurch ein großer Kraftschluss zwischen Werkzeugaufnahme und Schneidwerkzeug erreicht.
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Bevorzugt enthält das Schneidwerkzeug mindestens eine Ausnehmung in axialer Richtung, die flächig ausgeführt ist. Eine solche flächige Ausnehmung ist besonders einfach nachträglich in ein vorhandenes Schneidwerkzeug zu schleifen. Somit ist eine solche Ausnehmung in axialer Richtung auch einfach durch den Anwender herzustellen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Systems zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs wird der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs in besonders vorteilhafter Weise auf das Schneidewerkzeug aufgeschrumpft, wodurch der Aufsatz zur Kühlung des Schneidewerkzeugs fest mit dem Schneidwerkzeug verbunden ist. Außerdem wird durch das Aufschrumpfen in vorteilhafter Weise eine sehr gute axiale Abdichtung des Aufsatzes zur Kühlung des Schneidwerkzeugs in Bezug zum Schneidwerkzeug erreicht. Durch diese Abdichtung wird besonders vorteilhaft der Austritt des Kühlmediums, auch bei sehr hohem Druck, verhindert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs in Schnittdarstellung;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs mit Dichtelementen in Schnittdarstellung;
- 3 das zweite Ausführungsbeispiel eines Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs in perspektivischer Darstellung;
- 4A ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schneidwerkzeugs mit Nut zum Kühlmediumstransport in perspektivischer Darstellung;
- 4B das erste Ausführungsbeispiel eines Schneidwerkzeugs mit Nut zum Kühlmediumstransport Ansicht auf den Schaft;
- 5A ein zweites Ausführungsbeispiel eines Schneidwerkzeugs mit Fläche zum Kühlmediumstransport in perspektivischer Darstellung;
- 5B das zweite Ausführungsbeispiel eines Schneidwerkzeugs mit Fläche zum Kühlmediumstransport Ansicht auf den Schaft;
- 6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs;
- 7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Systems zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs;
- 8 ein drittes Ausführungsbeispiel des Aufsatzes und
- 9 ein drittes Ausführungsbeispiel des Systems.
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1 zeigt einen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1. Der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs hat eine werkzeugaufnahmeseitige Stirnfläche 2, die Plan ausgeführt ist. Durch die plane Ausführung wird erreicht, dass ein radialer Verlust eines Kühlmediums reduziert wird.
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Schneidwerkzeugseitig ist der Aufsatz 1 zum Kühlen Schneidwerkzeugs mit einer großen Fase 3 versehen. Diese Fase 3 hat einen Winkel zwischen 20° und 45°. Mit dieser Fase 3 lässt sich ein Verwirbeln des Kühlmediums reduzieren. Außerdem wird durch die Fase 3 die bewegte Masse des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 reduziert. Dies ist besonders wichtig, um die Drehzahlsteuerung einer Werkzeugmaschine besonders bei hohen Drehzahlen nicht zu beeinflussen.
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Der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs enthält eine axiale Durchdringung 4. Diese axiale Durchdringung 4 ist werkzeugaufnahmeseitig radial erweitert. Diese radiale Erweiterung dient als Kühlmediumsaufnahme 5. Die radiale Erweiterung erstreckt sich über 1/2 und bevorzugt über 1/3 der Gesamtlänge des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs. Die Kanten der axialen Durchdringung 5 sind mit Facetten 6 versehen. Diese Facetten 6 erleichtern das Einführen des Schneidwerkzeugs 19,24.
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An die Kühlmediumsaufnahme 5 ist die Kühlmediumsverteilung 7 angeschlossen. Die Kühlmediumsverteilung 7 hat werkzeugaufnahmeseitig einen offenen Querschnitt, der sich in Richtung Schneidwerkzeug verjüngt. Durch diese Verjüngung erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums. Die Kühlmediumsverteilung 7 mündet in mindestens eine Auslassöffnung 8. Der Durchmesser der Auslassöffnung 8 entspricht der Breite der Kühlmediumsverteilung 7. Der Übergang zwischen Kühlmediumsverteilung 7 und Auslassöffnung 8 ist verrundet ausgeführt. Wie deutlich zu erkennen ist, lässt sich dadurch der Winkel der Auslassöffnung 8 bei der Herstellung des Aufsatzes bzw. Adapters 1 zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs anpassen, ohne den Fluss des Kühlmediums negativ zu beeinflussen.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs gezeigt. Der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs enthält an der werkzeugseitigen Stirnfläche eine axiale Nut 9 zur Aufnahme eines axialen Dichtelements 10. Diese Nut 10 ist im Ausführungsbeispiel trapezförmig ausgeführt, wobei die äußeren Kanten 11 mit Radien versehen sind. Diese Radien dienen dazu, dass das Dichtelement 10 bei der Montage nicht beschädigt wird.
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Die Öffnung der trapezförmigen Nut 9 ist so gewählt, dass sie geringfügig enger ist als die Breite des Dichtelements 10. Die inneren Kanten 12 der trapezförmigen Nut 9 sind ebenfalls mit Radien versehen. Die Radien an den inneren Kanten 12 der trapezförmigen Nut 9 erleichtern das Reinigen, insbesondere des Hinterschnitts der trapezförmigen Nut 9. Die Tiefe der trapezförmigen Nut 9 ist vorzugsweise geringer als die Dicke des Dichtelements 10. Im Falle der hier gezeigten Variante mit einem O-Ring als Dichtelement 10 entspricht die Tiefe der trapezförmigen Nut 9 vorzugsweise 4/5 der Schnurstärke des O-Rings.
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Der Winkel der trapezförmigen Nut 9 ist so gewählt, dass sich ein Querschnitt der trapezförmigen Nut 9 ergibt, der größer ist als der Querschnitt des Dichtelements 10. Somit steht dem Dichtelement 10 genügend Platz für eine Verformung zur Verfügung.
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In die axiale Durchdringung 4 ist eine vorzugsweise rechteckige Nut 13 eingearbeitet. Diese rechteckige Nut 13 dient zur Aufnahme eines radialen Dichtelements 14. Die Tiefe der rechteckigen Nut 13 ist geringer als die Schnurstärke des radialen Dichtelements 14. Bei der hier gezeigten Verwendung eines O-Rings als Dichtelement 14 ist die Tiefe der radialen rechteckige Nut 13 vorzugsweise 4/5 der Schnurstärke des O-Rings.
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Die rechteckige Nut 13 ist an ihren Kanten im Bereich der axialen Durchdringung 4 vorzugsweise mit Radien 15 versehen. Diese Radien 15 schützen einerseits das Dichtelement 14 vor Beschädigungen und andererseits verhindern sie ein Klemmen des Schneidwerkzeugs 19,24 bei der Montage. Neben diesen zusätzlichen Merkmalen entspricht der in 2 gezeigte Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 den Ausführungen zu 1.
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Kommt als Dichtelement 10,14 eine Druckdichtung zum Einsatz, ist in dem Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 vorzugsweise ein Verbindungskanal zwischen Dichtelement 10,14 und der Kühlmediumsaufnahme 5 in den Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 eingearbeitet. Durch diesen Verbindungskanal wird der Druck des Kühlmediums an das Dichtelement 10,14 weiterleitet, wodurch das Dichtelement 10,14 expandiert wird und den Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 gegen das Schneidwerkzeug 19,24 abgedichtet.
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3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 gemäß 2. Der Körper des Aufsatzes zum Kühlen eine Schneidwerkeugs 1 mit einem radialen Loch mit Gewinde 16 versehen. In dieses Loch mit Gewinde 16 wird eine Klemmschraube 17 eingeschraubt. Hier ist diese Klemmschraube 17 beispielhaft eine Madenschraube mit Innensechskant 18. Der Innensechskant 18 der Madenschraube dient zum Antrieb zum Beispiel durch einen Imbusschlüssel. Hier nicht gezeigt kann die Klemmschraube 17 mit einer lösbaren Schraubensicherung ausgerüstet sein. Diese lösbare Schraubensicherung besteht aus einem Klebstoff, der sich mit einer definierten Kraft wieder löst.
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Des Weiteren zeigt 3 eine beispielhafte Anordnung der Austrittsöffnungen 8. Diese Austrittsöffnungen 8 sind im Beispiel rund ausgeführt. Außerdem sind in diesem Ausführungsbeispiel die Austrittsöffnungen 8 konzentrisch zur axialen Durchdringung 4 angeordnet. Die Austrittsöffnungen 8 können jedoch beliebig ausgeführt sein. Die Form der Austrittsöffnungen 8 ist nicht auf eine runde Ausführung beschränkt. Es kommen beliebige denkbare Formen wie unter anderem Rundlöcher, Schlitze und Kreissegmente infrage. Außerdem ist eine beliebige auch ungleich verteilte Anordnung der Austrittsöffnungen 8 vorgesehen, um eine optimale Verteilung des Kühlmediums am Schneidwerkzeug 19,24 zu erreichen. Ein Austrittswinkel des Kühlmediums wird durch einen Winkel der Austrittsöffnungen 8 bestimmt. Dieser Austrittswinkel kann den Bedürfnissen entsprechend für jede Austrittsöffnung 8 variiert werden.
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In 3 sind Dichtelemente 10,14 in Form von O-Ringen dargestellt. Das Dichtelement für die axiale Abdichtung 10 wird auf der der Werkzeugaufnahme zugewandten Seite in die dafür vorgesehene Nut 9 eingesetzt. Das Dichtelement in Form eines O-Rings zur radialen Abdichtung 14 wird von der dem Schneidwerkzeug 19,24 zugewandten Seite in den Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 über die axiale Durchdringung 4 in die dafür vorgesehene Nut 13 eingesetzt. Das Einsetzen des Dichtelements wird durch die Facette 6 der axialen Durchdringung 4 unterstützt.
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Ein Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 lässt sich auf verschiedene Arten herstellen. Der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 besteht aus Kunststoff. Der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 lässt sich jedoch auch aus Metall herstellen. Für ganz besondere Einsatzzwecke kann der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 auch aus Keramik gefertigt sein. Eine Möglichkeit der Herstellung ist der 3D-Druck. Hier stehen sowohl Kunststoffe als auch Metalle und Keramiken als Druckmedium zur Verfügung. Der 3D-Druck hat den besonderen Vorteil, dass nahezu beliebige Formen mit Hinterschneidungen und Hohlräumen herstellbar sind. Ein solcher Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 ist neben dem 3D Druck auch durch Spritzgussverfahren herstellbar. Auch hier stehen Metalle und Kunststoffe in zahlreichen Variationen zur Verfügung. Ein Spritzgussverfahren ist besonders vorteilhaft, wenn größere Stückzahlen des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 hergestellt werden. Auch eine Herstellung durch spannabhebende Bearbeitung ist zur Herstellung des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 geeignet.
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4A zeigt ein Schneidwerkzeug 19 mit einer Ausnehmung in axialer Richtung 20 in Form einer Nut. Die Ausnehmung in axialer Richtung 20 dient zum Transport eines Kühlmediums zum Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs. Diese Ausnehmung in axialer Richtung 20 befindet sich im Bereich des Schaftes 21 des Schneidwerkzeugs 19. Die Ausnehmung in axialer Richtung 20 endet soweit vor dem Schaftende 22, dass die Ausnehmung in axialer Richtung 20 bis in die Kühlmediumsaufnahme 5 im Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 reicht, aber nicht in dessen axiale Durchdringung 4 ragt. Der Schaft 21 weist vorzugsweise überall den gleichen Durchmesser auf. Die Ausnehmung in axialer Richtung 20 in Form einer Nut kann in jedes Schneidwerkzeug 19 nachträglich eingebracht werden. Eine solche Ausnehmung im Schneidwerkzeug in axialer Richtung 20 in Form einer Nut wird durch Schleifen in den Schaft 21 eingebracht.
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Als weitere Ausführungsformen sind auch abgestufte Schäfte 21 möglich, wobei dann auch der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs an diese Erfordernisse angepasst werden muss. Das Ende des Schaftes 21 enthält bevorzugt eine Fase 23. Die Fase 23 dient einerseits dem leichteren Einführen der Schneidwerkzeugs in die Werkzeugaufnahme 31 und in den Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1. Andererseits dient die Fase 23 dazu, Beschädigungen am radialen Dichtelement 12 zu verhindern.
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4B zeigt die Ansicht auf die dem Schaft zugewandten Seite des Schneidwerkzeugs 19 mit einer Ausnehmung in axialer Richtung 20 in Form einer Nut. Die Ausnehmung in axialer Richtung 20 ist in Form einer halbkreisförmig Nut gestaltet. Neben der halbkreisförmig Ausgestaltung der Ausnehmung in axialer Richtung 20 in Form einer Nut ist auch eine rechteckige Ausführung möglich. Außerdem kann die Ausnehmung in axialer Richtung 20 V-förmig gestaltet sein. Die Ausnehmung in axialer Richtung 20 in Form einer Nut kann auch andere Geometrien aufweisen.
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5A zeigt eine weitere Ausführungsform einer Ausnehmung im Schneidwerkzeug in axialer Richtung 24. Hier ist die Ausnehmung im Schneidwerkzeug in axialer Richtung 25 flächig im Bereich des Schaftes 26 des Schneidwerkzeugs 24 ausgeführt. Die Ausnehmung in axialer Richtung 25 endet soweit vor dem Schaftende 27, dass die Ausnehmung in axialer Richtung 25 bis in die Kühlmittelaufnahme 5 im Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs reicht, aber nicht in dessen axiale Durchdringung 4 ragt. Durch ihre flache Form ist diese Ausnehmung im Schneidwerkzeug 25 in axialer Richtung besonders kostengünstig durch Schleifen herzustellen. Das Schaftende enthält eine Fase 28, um das Aufschieben des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 und das Einführen des Schneidwerkzeugs 24 in die Werkzeugaufnahme 31 zu erleichtern. Demselben Zweck dient eine Fase 29 am Ende der flächigen Ausnehmung in axialer Richtung 25 im Schneidwerkzeug 24.
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5B zeigt die Ansicht auf die dem Schaft zugewandten Seite des Schneidwerkzeugs 24 mit einer flächigen Ausnehmung in axialer Richtung 25. Hier lässt sich deutlich erkennen, wie die beiden Fasen 28,29 verlaufen. Außerdem wird die Geometrie der flächigen Ausnehmung in axialer Richtung 25 noch einmal verdeutlicht.
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6 zeigt das System zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 30. Das System zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 30 besteht aus einer Werkzeugaufnahme 31, einem Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs und einem Schneidwerkzeug 19,24. Das Schneidwerkzeug 19,24 mit einer Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 ist in die Werkzeugaufnahme 31 eingesetzt, so dass die Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 über die Werkzeugaufnahme 31 hinausragt. Auf das Schneidewerkzeug 19,24 ist der Aufsatz 1 zum Kühlen des Schneidwerkzeugs montiert. Der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs umschließt das Schneidwerkzeug 19,24 radial im Bereich der axialen Durchdringung 4.
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Außerdem ist der Aufsatz zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 so montiert, dass die werkzeugaufnahmeseitige Stirnfläche 11 an der Werkzeugaufnahme 31 anliegt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 über die Werkzeugaufnahme 31 hinausragt und bis zur axialen Durchdringung 4 des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs reicht. Die Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 des Schneidwerkzeugs 19,24 kann auch im Bereich der Kühlmediumsaufnahme 5 der werkzeugaufnahmeseitigen Stirnfläche 1 und dem Beginn der axialen Durchdringung 4, die das Schneidwerkzeug 19,24 radial umschließt, enden.
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Die verbleibende Öffnung zum Durchfluss des Kühlmediums muss im Querschnitt größer oder gleich dem Querschnitt der Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 des Schneidwerkzeugs 19,24 sein. Das Schaftende 22,27 des Schneidwerkzeugs 19,24 muss sich außerhalb des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs befinden. In diesem System 31 wird das Kühlmedium aus der Innenkühlung von einem Innenkühlungs-Kanal 32 der Werkzeugaufnahme 31 über die axiale Ausnehmung 20,25 des Schneidwerkzeugs 19,24 zum Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs transportiert. Das Kühlmedium wird über die Kühlmediumsaufnahme 5 an die Kühlmediumsverteilung 7 geleitet, an die Austrittsöffnungen 8 verteilt schließlich durch die Austrittsöffnungen 8 in Richtung des zu kühlenden Bereichs des Schneidwerkzeugs 19,24 abgegeben. Diese Ausführungsform ist auch zur zusätzlichen Kühlung von Schneidwerkzeugen geeignet, die bereits über eine Innenkühlung verfügen.
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Neben dem nachträglichen Montieren des Aufsatzes 1 zum Kühlen eine Schneidwerkzeugs ist auch ein Umspritzen eine Schneidwerkzeugs 19,24 mit einem solchen Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs möglich. Durch ein solches Herstellungserfahren ist eine gute mechanische Befestigung auf dem Schneidwerkzeug 19,24 und eine Abdichtung sichergestellt.
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Der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs ist durch die Klemmwirkung der radialen Umschließung der axialen Durchdringung 4 auf dem Schneidwerkzeugs 19,24 fixiert. Sollte die Fixierung durch dieses Umschließen nicht ausreichen, erfolgt eine Fixierung durch mindestens eine in mindestens einem radialen Loch mit Gewinde 16 eingeschraubte Klemmschraube 17 (siehe 3).
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Das System 30 zum Kühlen eine Schneidwerkzeugs 19, 24 wurde zur klaren Darstellung am Beispiel eines Schrumpffutters gezeigt. Das System 30 zum Kühlen eine Schneidwerkzeugs 19,24 ist jedoch für jede Werkzeughalterart mit Innenkühlung geeignet. Beispielhaft sind hier weitere Werkzeughalter wie Spannzangenfutter, Schrumpffutter und Hydrodehnspannfutter zu nennen. Besonders vorteilhaft ist, dass marktübliche Werkzeugaufnahmen ohne technische Änderungen eingesetzt werden können.
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Das System 30 und der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 19,24 ist für alle Kühlmedien geeignet. Als Kühlmedium kommen Öle, Emulsionen, Luft-Öl Gemische, Luft Emulsionsgemische, Luft, Gase und andere als Kühl-Schmier Mittel geeignete Stoffe zum Einsatz.
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7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems 30 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 19,24. Zusätzlich zu dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs durch ein radiales Dichtelement 13 gegen das Schneidwerkzeug 19,24 abgedichtet. Zur Werkzeugaufnahme 31 wird der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs mit einem axialen Dichtelement 10 abgedichtet. Durch diese zusätzlichen Dichtelemente 10,13 ist es möglich, auch bei sehr hohem Druck des Kühlmediums die Dichtheit des Aufsatzes zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 1 gegenüber dem Werkzeughalter 31 und gegenüber dem Schneidwerkzeug 19,24 sicherzustellen.
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8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs, der eine axiale Durchdringung 4 zur Durchführung eines Schneidwerkzeugs 19,24 enthält. Diese axiale Durchdringung 4 ist werkzeugaufnahmeseitig radial erweitert. Diese radiale Erweiterung dient als Kühlmediumsaufnahme 5. Die Kanten der axialen Durchdringung 4 sind mit Facetten 6 versehen. Diese Facetten 6 erleichtern das Einführen des Schneidwerkzeugs 19,24. Die Kühlmediumsaufnahme 5 ist an ihrem werkzeugseitigen Ende 33 kegelstumpfförmig ausgeführt. Die Kühlmediumsaufnahme 5 mündet im Bereich des kegelstumpfförmigen Endes 33 der Külmediumsaufnahme 5 in mindestens eine Auslassöffnung 8. Diese Ausführungsform unterstützt die Verteilung des Kühlmediums. Die mindestens eine Auslassöffnung ist so ausgerichtet, dass das Schneidwerkzeug optimal gekühlt wird.
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Schneidwerkzeugseitig ist der Aufsatz 1 zum Kühlen Schneidwerkzeugs bevorzugt mit einer großen Fase 3 mit einem Winkel zwischen 20° und 45° versehen. Durch die Fase 3 wird die thermische Masse reduziert. Damit ist ein schnelles Erhitzen, wie es bei einem Aufschrumpfvorgang vorteilhaft ist, ermöglicht. Das Abkühlen des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs wird durch die reduzierte Masse ebenfalls beschleunigt.
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Der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs in diesem Ausführungsbeispiel enthält eine axiale Nut 9 zur Aufnahme eines Dichtelements 10. Die Nut 9 zur Aufnahme des Dichtelements 10 ist auf der zur Werkzeugaufnahme gerichteten Seite des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 19,24 angeordnet. Die Nut 9 ist bevorzugt rechteckig ausgeführt, wobei die äußeren Kanten 11 mit Radien abgerundet sind. Durch die Radien wird eine Beschädigung des Dichtelements 10 bei der Montage verhindert. Die inneren Kanten 12 der rechteckförmigen Nut 9 sind ebenfalls mit Radien versehen. Die Radien an den inneren Kanten 12 der trapezförmigen Nut 9 erleichtern das Reinigen der Nut 9.
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Die rechteckige Nut 9 des in 8 gezeigten Ausführungsbeispiels ist bevorzugt so dimensioniert, dass das Dichtelement 10 im unmontierten Zustand über die der Werkzeugaufnahme zugewandten Seite des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs herausragt und das Dichtelement 10 ausreichend Raum zur Verformung hat. Die Tiefe der Nut 9 ist so gewählt, dass das Dichtelement 10 im Bereich seiner elastischen Verformung soweit gepresst werden kann, dass sie mit der der Werkzeugaufnahme zugewandten Fläche 2 des Aufsatzes 1 zur Kühlung eines Schneidwerkzeugs plan ist. Am Beispiel eines O-Rings als Dichtelement sollte die Tiefe der Nut 9 bevorzugt 70% bis 85% der Schnurstärke des O-Rings betragen. Um die dabei entstehende Verformung des Dichtelements 10 nicht zu behindern, ist der ausreichende Raum in der Nut 9 Voraussetzung. Das Volumen des gepressten Dichtelements 10 muss vollständig durch die Nut 9 aufgenommen werden können, wobei zusätzlicher Raum vorgesehen sein muss um Toleranzen, thermische Ausdehnungen und Quellung des Dichtelements auszugleichen. Im Falle des O-Rings ist ein Querschnitt der Nut 9 bevorzugt so bemessen, dass sie eine Füllgrad von höchstens 85% des Nenn-Querschnitts der Schnur des O-Rings hat.
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9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems 30 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs. Das System 30 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs 30 besteht auch hier aus einer Werkzeugaufnahme 31, einem Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs und einem Schneidwerkzeug 19,24. Der Aufsatz zum Kühlen 1 ist in diesem Ausführungsbespiel auf ein Schneidwerkzeug 19,24 mit einer Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 aufgeschrumpft. Um eine feste Verbindung zwischen Werkzeughalter 31 und Schneidwerkzeug 19,24 sicher zu stellen, weist des Schneidwerkzeug 19,24 eine geeignete Maßtoleranz im Durchmesser auf. Vorzugsweise weist das Schneidwerkzeug eine Maßtoleranz entsprechend dem Toleranzfeld h6 nach ISO286-2 auf.
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Hierzu passend ist für den Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs eine Passung im Bereich der axialen Durchdringung mit einer entsprechenden Fertigungstoleranz vorgesehen. Diese Toleranz ist so gewählt, dass sie dem thermischen Schrumpfverhalten des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidewerkzeugs angepasst ist. Besteht der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs beispielsweise aus Stahl, ist die Toleranz des Durchmessers der axialen Durchdringung 4 vorzugsweise entsprechend dem Toleranzfeld R7 oder S7 nach ISO286-2 gewählt.
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Bei dem zum Herstellen dieses Systems notwendigen Verfahren wird in einem ersten Schritt der Aufsatz 1 zum Kühlen des Schneidwerkzeugs auf eine Temperatur von bis zu 350°C, abhängig vom Material des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs, erwärmt. In einem nächsten Schritt wird das Schneidwerkzeug 18,24 in die axiale Durchdringung 4 des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs eingeführt. Das Schneidwerkzeug 18,24 wird dabei soweit in die axiale Durchdringung 4 eingeführt, dass die Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 bis zur axialen Durchdringung 4 des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs reicht. Das heißt, dass sich der in den Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs ragende Teil der Ausnehmung in axialer Richtung 20,25 des Schneidwerkzeugs 19,24 über die gesamte Länge der Kühlmediumsaufnahme 5 erstreckt. Dadurch wird eine maximale Öffnung im Bereich der Kühlmediumsaufnahme 5 zum Transport des Kühlmediums zu der mindestens einen Austrittsöffnung 8 erreicht.
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In einem nächsten Schritt wird der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs abgekühlt. Durch das Abkühlen schrumpft der Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs so, dass eine kraftschlüssige Verbindung entsteht.
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In einem letzten Schritt wird die Kombination aus Schneidwerkzeug 19,24 und Aufsatz 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs in den Werkzeughalter 31 so eingebaut, dass das eingebaute Dichtelement 10 mit ausreichender Kraft gegen den Werkzeughalter 31 gepresst wird. Durch diese Pressung wird die radiale Dichtigkeit des Aufsatzes 1 zum Kühlen eines Schneidwerkzeugs zum Werkzeughalter 31 erreicht, die einen Austritt des Kühlmediums verhindert. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale oder in den Ansprüchen beanspruchten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012101672 A1 [0003]
