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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugaufnahme für ein Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Zerspanungswerkzeug, sowie einen Reinigungspropeller für eine solche Werkzeugaufnahme.
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Aus der
DE 198 20 105 C1 ist ein Reinigungspropeller für die Reinigung eines Arbeitsbereiches von Zerspanungsmaschinen bekannt. Dieser Reinigungspropeller umfasst einen Grundkörper, der an einer Arbeitsspindel der Zerspanungsmaschine befestigbar ist. Der Grundkörper nimmt mehrere Flügel schwenkbar auf, sodass mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit des Reinigungspropellers ein Auffalten der Flügel erfolgt, wodurch ein Luftstrahl erzeugt wird. Dadurch kann ein Abblasen des Arbeitsbereiches erfolgen, um Späne, Kühlflüssigkeit und/oder andere Verunreinigungen abzublasen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugaufnahme für ein Bearbeitungswerkzeug sowie einen Reinigungspropeller vorzuschlagen, durch welchen eine Reduzierung von Prozesszeiten und Kosten von Bearbeitungsmaschinen ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugaufnahme für ein Bearbeitungswerkzeug, insbesondere Zerspanungswerkzeug, gelöst, bei welchem an einem Werkzeuggrundkörper der Werkzeugaufnahme ein Reinigungspropeller vorgesehen ist, der in Bearbeitungsdrehrichtung des Bearbeitungswerkzeuges beziehungsweise der Werkzeugaufnahme geschlossen und in Reinigungsdrehrichtung des Bearbeitungswerkzeugs beziehungsweise der Werkzeugaufnahme geöffnet ist. Ein solches Kombinationswerkzeug weist den Vorteil auf, dass mittels einer Einspannung an einer Arbeitsspindel der Bearbeitungsmaschine, insbesondere Zerspanungsmaschine, sowohl die Bearbeitung eines Werkstückes erfolgen kann sowie ohne weiteren Werkzeugaufnahmewechsel eine Reinigung des Arbeitsbereiches ermöglicht wird. Bei einem solchen Kombinationswerkzeug aus einer Werkzeugaufnahme und einem Reinigungspropeller kann eine Rüstzeit durch den Wechsel von der Werkzeugaufnahme auf den Reinigungspropeller entfallen. Des Weiteren kann ein Werkzeugwechsel zwischen dem Zerspanungswerkzeug und der Reinigungsvorrichtung entfallen. Dadurch können auch Prozesskosten durch Wegfall von Verfahrwegen eingespart werden. Zudem kann ein Magazinplatz in der Bearbeitungsmaschine eingespart werden. Die Werkzeugaufnahme kann beispielsweise ein Weldonfutter, ein Spannzangenfutter, ein Hydrodehnfutter, ein Schrumpffutter oder dergleichen sein.
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Bevorzugt weist der Reinigungspropeller einen zylindrischen, ringförmigen oder aus Teilsegmenten bestehenden Grundkörper auf, der am Befestigungsabschnitt des Werkzeuggrundkörpers durch lösbare Befestigungsmittel fixiert ist. Der Befestigungsabschnitt liegt bevorzugt zwischen einem Anschlusselement der Werkzeugaufnahme zur Befestigung an einer Arbeitsspindel und einer Aufnahme beziehungsweise einem Futter zur Befestigung des Bearbeitungswerkzeuges, wie beispielsweise einem Bohrer, Fräser oder dergleichen. Vorteilhafterweise weist der Grundkörper eine Umfangsfläche auf, welche am Werkzeuggrundkörper anliegt. Dadurch kann eine sichere Fixierung der Werkzeugaufnahme ermöglicht sein. Dies ist insbesondere bei einer erhöhten Rotationsgeschwindigkeit von Vorteil.
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Am Grundkörper des Reinigungspropellers ist zumindest ein Flügel um eine Drehachse schwenkbar aufgenommen, der aus der Ruheposition in die Arbeitsposition überführbar ist, wobei in der Arbeitsposition der zumindest eine Flügel nach außen gegenüber dem Werkzeuggrundkörper geschwenkt ist. In der Ruheposition ist der zumindest eine Flügel nahe zum Werkzeuggrundkörper oder am Werkzeuggrundkörper anliegend positioniert. In dieser Ruheposition kann eine Bearbeitung eines Werkstücks mit dem in der Werkzeugaufnahme angeordneten Werkzeug erfolgen. Bei einer Rotation der Werkzeugaufnahme in Bearbeitungsdrehrichtung bleibt die Ruheposition erhalten. Bei einer entgegengesetzten Drehbewegung wird der zumindest eine Flügel in die Arbeitsposition geschwenkt.
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Des Weiteren ist bevorzugt der Grundkörper ein- oder mehrteilig ausgebildet. Dadurch können ein einfacher und konstruktiver Aufbau sowie eine einfache Montage an der Werkzeugaufnahme ermöglicht sein. Alternativ kann der Grundkörper auch direkt in den Werkzeuggrundkörper integriert sein.
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Der Reinigungspropeller weist dem Grundkörper zugeordnet bevorzugt eine Sperrschwungmasse auf, welche radial drehbar zum Grundkörper innerhalb eines Schwenkbereiches vorgesehen ist. In einer Bearbeitungsdrehrichtung nimmt die Sperrschwungmasse eine Sperrposition ein, in welcher ein Öffnen des zumindest einen Flügels mit einem Anschlag an der Sperrschwungmasse gesperrt ist, und in einer Reinigungsdrehrichtung der Werkzeugaufnahme nimmt die Schwungmasse eine Freigabeposition ein, in welcher der Anschlag eine Schwenkbewegung des zumindest einen Flügels freigibt. Dadurch kann eine gesicherte Ansteuerung des Reinigungspropellers erfolgen.
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Vorteilhafterweise kann der Schwenkbereich der Sperrschwungmasse durch die lösbaren Befestigungsmittel zum Befestigen des Grundkörpers bestimmt sein. Dadurch können die lösbaren Befestigungsmittel eine Doppelfunktion erfüllen sowie die Konstruktion vereinfacht und die zu bewegende Masse verringert werden.
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Vorteilhafterweise ist die Sperrschwungmasse mit zumindest einem Rückstellelement, insbesondere einer Dreh- oder Zugfeder, in der Sperrposition gehalten. Dies ermöglicht des Weiteren eine sichere Einnahme der Sperrschwungmasse zum Grundkörper, um den zumindest einen Flügel in der Ruheposition zu sichern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Reinigungspropellers ist in einer ersten Ausführungsposition die Drehachse des zumindest einen Flügels koaxial zur Rotationsachse des Grundkörpers ausgerichtet. Eine alternative Ausführungsform des Reinigungspropellers sieht vor, dass die Drehachse tangential zum Grundkörper ausgerichtet ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Werkzeugaufnahme mit dem Reinigungspropeller sieht im Werkzeuggrundkörper eine zentrale Kühlmittelzuführung vor, die mit radial dazu angeordneten Kanälen verbunden ist und in den Kanälen einen mit einer elastischen Rückstelleinrichtung beaufschlagbaren Druckzylinder, der in einer Sperrposition einen Hebelarm des Flügels beaufschlagt und den Flügel in der Ruheposition fixiert, sobald die Kühlmittelzufuhr mit einem Kühlmitteldruck beaufschlagt ist. Somit kann ein in der Werkzeugaufnahme eingespanntes Bearbeitungswerkzeug während der Bearbeitung gekühlt und gleichzeitig sichergestellt sein, dass der zumindest eine Flügel in einer Ruheposition verbleibt. Bei einem Reinigungsprozess ist eine Kühlmittelzufuhr nicht vorgesehen, und somit liegt im Kanal kein Kühlmitteldruck an, sodass bei einer Reinigungsdrehrichtung der Flügel nach außen schwenkt und der Hebelarm auf den Druckzylinder wirkt, der in den Kanal eintauchen kann. Am Ende der Reinigungsbearbeitung nach Stillsetzung der Rotationsbewegung der Werkzeugaufnahme kann die Rückstellkraft des Rückstellelementes genügen, um den Druckzylinder im Kanal nach außen zu führen und den Flügel in der Ruheposition anzuordnen.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch einen Reinigungspropeller zur Reinigung eines Arbeitsbereiches in einer Zerspanungsmaschine gelöst, der einen Grundkörper umfasst, an welchem zumindest ein Flügel vorgesehen ist, der um eine Drehachse aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition und zurück schwenkbar ist, wobei der Grundkörper des Reinigungspropellers an dem Befestigungsabschnitt des Werkzeuggrundkörpers der Werkzeugaufnahme befestigbar ist. Der Reinigungspropeller ist bevorzugt gemäß einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen ausgebildet. Ein solcher Reinigungspropeller kann in einfacher Weise an der Werkzeugaufnahme nachrüstbar sein, um ein Kombinationswerkzeug herzustellen. Dadurch kann mittels einer Einspannung der Werkzeugaufnahme sowohl eine Werkstückbearbeitung als auch eine Reinigung in der Bearbeitungsmaschine erfolgen.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Werkzeugaufnahme mit einem Reinigungspropeller in einer Ruheposition,
- 2 eine schematische Ansicht der Werkzeugaufnahme gemäß 1 mit dem Reinigungspropeller in einer Reinig ungsposition,
- 3 eine schematische Schnittansicht der Werkzeugaufnahme gemäß 2,
- 4 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Werkzeugaufnahme zu 1 in der Ruheposition,
- 5 eine schematische Seitenansicht der Werkzeugaufnahme gemäß 4 in einer Reinigungsposition,
- 6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der Werkzeugaufnahme zu 1 in der Ruheposition,
- 7 eine schematische Seitenansicht der Werkzeugaufnahme gemäß 6 in einer Reinigungsposition,
- 8 eine schematische Schnittansicht der Werkzeugaufnahme gemäß 6 in der Ruheposition, und
- 9 eine schematische Schnittansicht der Werkzeugaufnahme gemäß 7 in der Reinigungsposition.
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In 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Werkzeugaufnahme 11 mit einem Reinigungspropeller 12 dargestellt. Der Reinigungspropeller 12 ist in einer Ruheposition 14 angeordnet. Diese Ruheposition 14 wird bei einem Nichtgebrauch der Werkzeugaufnahme 11 als auch bei einem Antrieb der Werkzeugaufnahme 11 in einer Bearbeitungsdrehrichtung eingenommen.
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In 2 ist eine schematische Seitenansicht der Werkzeugaufnahme 11 gemäß 1 dargestellt, bei welcher der Reinigungspropeller 12 in einer Arbeitsposition 16 angeordnet ist. 3 zeigt eine schematische Schnittansicht der Werkzeugaufnahme 11 gemäß 2.
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Die Werkzeugaufnahme 11 umfasst einen Werkzeuggrundkörper 17 mit einem Anschlussabschnitt 18, der zur Befestigung an einer Antriebsspindel einer Bearbeitungsmaschine dient. Diesem Anschlussabschnitt 18 gegenüberliegend ist eine Aufnahme 19 beziehungsweise ein Futter vorgesehen, welche zur Fixierung eines Werkzeuges 21 dient. Zwischen dem Anschlussabschnitt 18 und der Aufnahme 19 ist ein Befestigungsabschnitt 22 zur Anordnung des Reinigungspropellers 12 vorgesehen.
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Bei der beispielhaft dargestellten Werkzeugaufnahme 11 kann es sich um herkömmliche und bekannte Werkzeugaufnahmen handeln, die in Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Bearbeitungszentren, für zerspanende Bearbeitung eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Werkzeugaufnahme ein Weldonfutter, eine Spannzangenaufnahme, ein Hydrodehnspannfutter, ein Schrumpffutter oder dergleichen sein.
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Der Reinigungspropeller 12 umfasst einen Grundkörper 30, der ringförmig ausgebildet ist. Der Grundkörper 30 kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Zum Befestigen des Grundkörpers 30 am Werkzeuggrundkörper 17 sind lösbare Befestigungsmittel 31, insbesondere Schrauben, vorgesehen, durch welche der Grundkörper 30 mit den Befestigungsmitteln 31 in Bohrungen des Werkzeuggrundkörpers 17 befestigt ist. Alternativ kann der Grundkörper 30 auch durch eine Klemmung mit dem Werkzeuggrundkörper 17 verbunden sein. Am Grundkörper 30 sind mehrere Flügel 32 um eine Drehachse 33 schwenkbar aufgenommen. Die Drehachse 33 ist vorzugsweise tangential zur Längsachse 20 des Werkzeuggrundkörpers 17 ausgerichtet. Die Flügel 32 können entlang deren Längsachse leicht gekrümmt ausgebildet sein, sodass diese zum einen am Werkzeuggrundkörper 17 in einer Ruheposition 14 anliegen und zum anderen bei einer ausgeklappten Position beziehungsweise Arbeitsposition 16 einen Luftstrahl in Richtung des Werkzeuges 21 erzeugen.
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Während einer Materialbearbeitung mit einem Werkzeug 21 ist der Reinigungspropeller 12 in seiner Ruheposition 14.
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Dem Grundkörper 30 zugeordnet ist eine Sperrschwungmasse 35 vorgesehen, welche ein Öffnen der Flügel 32 sperrt oder freigibt. Die Sperrschwungmasse 35 ist als ringförmiger Körper ausgebildet, an welchem entsprechend der Anzahl der Flügel 32 Anschläge 36 vorgesehen sind. In einer Ruheposition der Sperrschwungmasse 35, welche in 1 dargestellt ist, ist der Anschlag 36 zum Flügel 32 ausgerichtet, um ein Öffnen des Flügels 32 zu verhindern. Diese Ruheposition der Sperrschwungmasse 35 wird bevorzugt durch ein Rückstellelement 37 eingenommen. Dieses Rückstellelement 37 ist bei der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 bevorzugt als eine Drehfeder ausgebildet.
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Ein Schwenkbereich der Sperrschwungmasse 35 ist durch die lösbaren Befestigungsmittel 31 gebildet. In einer Ruheposition der Sperrschwungmasse 35 liegt der Anschlag 36 mit einem Ende 38 an dem lösbaren Befestigungsmittel 31 an, wie dies in 1 dargestellt ist. Bei einer Beaufschlagung der Werkzeugaufnahme 11 in Reinigungsdrehrichtung führt die Sperrschwungmasse 35 eine Schwenkbewegung aus. Durch die Beschleunigungskräfte beim Rotieren der Werkzeugaufnahme 11 und der Trägheit der Sperrschwungmasse 35 zu Beginn der Rotation bewegt sich die Sperrschwungmasse 35 in Richtung des Anschlags 36 und wird durch das zweite Ende 39 des Anschlags 36 begrenzt. Dadurch erfolgt eine Freigabe der Flügel 32 durch den Anschlag 36. Sobald die Rotationsgeschwindigkeit in Reinigungsdrehrichtung gegen Null geht, wirkt das Rückstellelement 37 und führt die Sperrschwungmasse 35 wiederum in die Ruheposition über, wie dies in 1 dargestellt ist. Ein Öffnen der Flügel 32 ist dabei wieder verhindert.
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Bei dieser Ausführungsform des Reinigungspropellers 12 ist die Sperrschwungmasse 35 zwischen einem Anschlussabschnitt 18 des Werkzeuggrundkörpers 17 und dem Grundkörper 30 positioniert und radial verdrehbar geführt. Alternativ kann die Sperrschwungmasse 35 auch durch den Grundkörper 30 aufgenommen und radial verdrehbar durch den Grundkörper 30 geführt sein.
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In 4 ist eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Werkzeugaufnahme 11 mit einem Reinigungspropeller 12 in einer Ruheposition 14 dargestellt. 5 zeigt eine schematische Seitenansicht der Werkzeugaufnahme 11 mit dem Reinigungspropeller 12 gemäß 4 in der Arbeitsposition 16.
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Bei dieser Ausführungsform ist abweichend zu den Ausführungsformen in den 1 bis 3 vorgesehen, dass die Flügel 32 um eine Drehachse 33 schwenkbar sind, welche koaxial zur Längsachse 20 des Werkzeuggrundkörpers 17 ausgerichtet ist. Der Grundkörper 30 ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet, der am jeweiligen Ende eine umlaufende Schulter 42 aufweist, durch welche die Drehachse 33 aufgenommen ist. Relativ verdrehbar zum Grundkörper 30 ist wiederum die Sperrschwungmasse 35 vorgesehen, wobei bei dieser Ausführungsform die Anschläge 36 stiftförmig ausgebildet sind. Der Schwenkbereich der Sperrschwungmasse 35 wird wiederum durch die lösbaren Befestigungsmittel 31 begrenzt. Bei dieser Ausführungsform ist anstelle einer Drehfeder als Rückstellelement 37 bevorzugt eine Zugfeder vorgesehen, welche einerseits an der Sperrschwungmasse 35 und andererseits an einem lösbaren Befestigungsmittel 31 angreift. Aufgrund der abweichenden Ausrichtung der Drehachse 33 zur schwenkbaren Aufnahme der Flügel 32 sind die Flügel 32 in der Form abweichend zur Ausführungsform in den 1 und 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die Flügel halbrund in deren Kontur in Umfangsrichtung gesehen. Die Funktionsweise und der Aufbau entsprechen im Übrigen analog der Ausführungsform gemäß den 1 bis 3, sodass darauf vollumfänglich Bezug genommen werden kann.
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In den 6 bis 9 ist eine weitere alternative Ausführungsform der Werkzeugaufnahme 11 mit einem Reinigungspropeller 12 dargestellt. Die 6 zeigt den Reinigungspropeller in einer Ruheposition 14. 7 zeigt den Reinigungspropeller 12 in der Arbeitsposition 16.
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Bei dieser Ausführungsform ist anstelle der Sperrschwungmasse 35 gemäß den beiden Ausführungsformen in den 1 bis 6 eine Ruheposition 14 und/oder Arbeitsposition 16 des Reinigungspropellers 12 durch eine Kühlmittelzufuhr 46 ansteuerbar. Diese bevorzugt innere Kühlmittelzufuhr 46 ist durch eine Spindel der Bearbeitungsmaschine ansteuerbar. Im Werkzeuggrundkörper 17 der Werkzeugaufnahme 11 ist eine innere bzw. zentrale Kühlmittelzuführung 46 in Form eines Längskanals vorgesehen, der sich vom Anschlussabschnitt 18 bis zur Aufnahme 19 im Werkzeuggrundkörper 17 erstreckt. Diese Kühlmittelzuführung 46 umfasst des Weiteren radial ausgerichtete Kanäle 47, von denen beispielhaft zwei in den 8 und 9 dargestellt sind. Die Anzahl der Kanäle 47 entspricht der Anzahl der Flügel 32 des Reinigungspropellers 12. Im Kanal 47 ist ein Druckzylinder 48 vorgesehen, der entgegen einer Rückstellkraft eines Rückstellelementes 49 in den Kanal 47 verfahrbar ist. Der Flügel 32 weist einen Hebelarm 51 auf, der sich ausgehend von der Drehachse 33 entgegengesetzt zum Flügel 32 erstreckt. Dieser Hebelarm 51 greift am Druckzylinder 48 an. In der Ruheposition 14 des Reinigungspropellers 12, welcher im Schnitt in 8 dargestellt ist, wird der Druckzylinder 48 in eine äußere Position durch das Rückstellelement 49 ausgefahren. Dadurch wird über den Hebelarm 51 der Flügel 32 am Werkzeuggrundkörper 17 anliegend positioniert. Um bei einer Bearbeitungsdrehrichtung der Werkzeugaufnahme 11 auch die Ruheposition 14 der Flügel 32 sicherzustellen, erfolgt eine Kühlmittelzufuhr unter Druck. Dadurch wird der Druckzylinder 48 unterstützend in der ausgefahrenen Position gemäß 8 gehalten.
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Sobald die Bearbeitung des Werkstücks durch das Werkzeug 21 beendet ist, bedarf es keiner Kühlung mehr. Die Kühlmittelzufuhr wird gestoppt. Bei einer darauffolgenden Beaufschlagung der Werkzeugaufnahme 11 in Reinigungsdrehrichtung ist die Fliehkraft beim Ausklappen der Flügel 32 größer als die Rückstellkraft des Rückstellelementes 49, sodass der Druckzylinder 48 nach innen wandern kann. Dadurch können die Flügel 32 in die Arbeitsposition 11 übergeführt werden. Sobald ein Antreiben der Werkzeugaufnahme 11 in Reinigungsdrehrichtung beendet wird und die Werkzeugaufnahme 11 stillsteht, überwiegt die Kraft des Rückstellelementes 39 und führt die Flügel 32 unabhängig der Lage und Ausrichtung der Werkzeugaufnahme 11 im Raum in die Ruheposition gemäß 6 über und wird in dieser Position gehalten.
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Aufgrund der hohen Drehzahlen während einer Werkstückbearbeitung wird die Werkzeugaufnahme 11 mit dem Reinigungspropeller 12 vorteilhafterweise ausgewuchtet. Dadurch wird der Rundlauf verbessert und die Bearbeitungsqualität der Werkstücke erhöht. Bevorzugt können einzelne Auswuchtelemente am Grundkörper 30 des Reinigungspropellers 12 fixiert werden. Auch kann eine Wuchtgüte durch Einbohren in die Werkzeugaufnahme 11, insbesondere in den Werkzeuggrundkörper 17, durch ein Wuchtgerät erzielt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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