DE102020210471A1

DE102020210471A1 - Schutzvorrichtung zur Verwendung mit einem Bearbeitungswerkzeug und Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102020210471A1
Application number: DE102020210471.9A
Authority: DE
Inventors: Fabian Huth
Original assignee: August Rueggeberg GmbH and Co KG
Current assignee: August Rueggeberg GmbH and Co KG
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-02-24
Also published as: WO2022037983A1

Abstract

Eine Schutzvorrichtung (18) zur Verwendung mit einem Bearbeitungswerkzeug (3) umfasst ein Schutzrohr (19) zum Umhüllen eines Schafts (15) des Bearbeitungswerkzeugs (3) und eine Befestigungseinheit (20) zum Befestigen des Schutzrohrs (19) an einem Werkzeugantrieb (A₆). Das Schutzrohr (19) ist ausschließlich über die Befestigungseinheit (20) gelagert. Die Schutzvorrichtung (18) ermöglicht in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zur Verwendung mit einem Bearbeitungswerkzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung sowie eine Bearbeitungsvorrichtung mit einer derartigen Schutzvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks.
Bei der Werkstückbearbeitung kann es erforderlich sein, Werkstücke an schwer zugänglichen Stellen, beispielsweise in tiefen Bohrungen, zu bearbeiten. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Bearbeitungswerkzeuge bekannt, die einen langen Schaft aufweisen. Bei derartigen Bearbeitungswerkzeugen besteht das Risiko, dass der lange Schaft aufgrund von Unwuchten, Rundlauffehlern bzw. Masseexzentrizitäten und der daraus resultierenden Zentrifugalkräfte bei höheren Drehzahlen ausbiegt und im schlechtesten Fall abknickt. In der Folge kann es zu einem Bruch bzw. Abriss des Schafts kommen, wodurch in der Umgebung Personen gefährdet bzw. Gegenstände beschädigt werden können. Um dies zu vermeiden, werden Bearbeitungswerkzeuge mit einem langen Schaft nur bei vergleichsweise geringen Drehzahlen eingesetzt, was sich wiederum negativ auf die Leistungsfähigkeit des Bearbeitungswerkzeugs auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bearbeitungswerkzeug beim Bearbeiten einer schwer zugänglichen Stelle eines Werkstücks in einfacher Weise sicher und mit einer hohen Drehzahl zu betreiben.
Diese Aufgabe wird durch eine Schutzvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das Schutzrohr umhüllt im Betrieb des Bearbeitungswerkzeugs den rotierenden Schaft zumindest teilweise. Das Schutzrohr ist im Querschnitt vorzugsweise ringförmig ausgebildet. Mittels der Befestigungseinheit ist das Schutzrohr derart an dem Werkzeugantrieb befestigt, dass das Schutzrohr nicht-rotierend ist und somit nicht mit dem Bearbeitungswerkzeug mitrotiert. Die Schutzvorrichtung ist somit ausschließlich mittels der Befestigungseinheit fixiert. Eine Verlagerung der Schutzvorrichtung ist insbesondere ausschließlich zusammen mit einem nicht-rotierenden bzw. stationären Bauteil des Werkzeugantriebs möglich. Das Schutzrohr ist mit der Befestigungseinheit verbunden. Hierdurch ist das Schutzrohr ausschließlich über die Befestigungseinheit gelagert. Im Bereich des Schutzrohrs ist insbesondere kein Lager zur Lagerung an dem Schaft des Bearbeitungswerkzeugs angeordnet. Vorzugsweise ist das Schutzrohr lösbar mit der Befestigungseinheit verbunden. Hierdurch wird ein Austausch des Schutzrohrs ermöglicht. Die Schutzvorrichtung bildet eine Mittellängsachse aus. Das Schutzrohr und die Befestigungseinheit sind insbesondere koaxial zu der Mittellängsachse angeordnet.
Im normalen Betrieb rotiert das Bearbeitungswerkzeug kontaktfrei innerhalb des Schutzrohrs. Bei einem Ausbiegen des Schafts stützt das Schutzrohr den Schaft und verhindert ein weiteres Ausbiegen und Abknicken. Ein mit dem Schaft verbundener Werkzeugkopf wird durch das Schutzrohr nicht beeinträchtigt. Durch die Stützwirkung des Schutzrohrs kann das Bearbeitungswerkzeug mit einer im Vergleich zum Stand der Technik höheren Drehzahl betrieben werden. Dadurch, dass das Schutzrohr den Schaft umhüllt, kann das Schutzrohr den Schaft über eine gesamte Umdrehung stützen. Einer auf den Schaft und radial nach außen wirkenden Zentrifugalkraft wirkt somit umlaufend und/oder ständig eine Stützkraft entgegen. Durch die Schutzvorrichtung wird somit in einfacher Weise die Sicherheit erhöht. Darüber hinaus kann das Bearbeitungswerkzeug bei der Werkstückbearbeitung mit einer vergleichsweise höheren Drehzahl betrieben werden, wodurch die Leistungsfähigkeit des Bearbeitungswerkzeugs verbessert wird.
Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Der rohrförmige Befestigungsabschnitt ist vorzugsweise formschlüssig und/oder reibschlüssig mit dem Werkzeugantrieb verbunden. Vorzugsweise umfasst die Befestigungseinheit ein Befestigungselement zum Befestigen des Befestigungsabschnitts an dem Werkzeugantrieb. Das Befestigungselement ist beispielsweise als Schraube ausgebildet. Der Befestigungsabschnitt ist im Querschnitt insbesondere ringförmig ausgebildet. Der Befestigungsabschnitt und das Schutzrohr können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Der Befestigungsabschnitt und das Schutzrohr sind insbesondere koaxial angeordnet. Der Befestigungsabschnitt weist insbesondere einen Innendurchmesser und/oder eine axiale Länge derart auf, dass der Befestigungsabschnitt ein Spannfutter des Werkzeugantriebs aufnehmen kann. Mittels des rohrförmigen Befestigungsabschnitts wird die Schutzvorrichtung an dem nicht-rotierenden Teil des Werkzeugantriebs befestigt. Hierzu bildet der Befestigungsabschnitt insbesondere eine Anlagefläche zum Anliegen an dem Werkzeugantrieb aus.
Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 3 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Der Verbindungsabschnitt dient zum Verbinden des Schutzrohrs mit der Befestigungseinheit, insbesondere mit einem rohrförmigen Befestigungsabschnitt. Ein Innendurchmesser des Verbindungsabschnitts ist zumindest abschnittsweise kleiner als ein Innendurchmesser des Befestigungsabschnitts. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser des Verbindungsabschnitts mindestens so groß wie ein Innendurchmesser des Schutzrohrs. Der Verbindungsabschnitt umfasst vorzugsweise einen Wandabschnitt und einen Rohrabschnitt. Der Wandabschnitt verläuft senkrecht zu einer Mittellängsachse der Schutzvorrichtung, wohingegen der Rohrabschnitt parallel zu der Mittellängsachse verläuft. Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt zumindest bereichsweise rohrförmig ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt hat vorzugsweise einen ringförmigen Querschnitt. Der Verbindungsabschnitt kann einteilig mit dem Befestigungsabschnitt und/oder dem Schutzrohr ausgebildet sein. Ferner kann der Verbindungsabschnitt formschlüssig und/oder reibschlüssig mit dem Befestigungsabschnitt und/oder dem Schutzrohr verbunden sein. Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt einteilig mit dem Befestigungsabschnitt ausgebildet und das Schutzrohr lösbar an dem Verbindungsabschnitt befestigt. Zum lösbaren Befestigen dient beispielsweise eine Schraubverbindung. Der Verbindungsabschnitt und/oder der Befestigungsabschnitt und/oder das Schutzrohr sind vorzugsweise koaxial angeordnet.
Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Durch die Länge Ls ermöglicht das Schutzrohr über die im Wesentlichen gesamte Länge des Schafts eine Abstützwirkung im Falle eines Ausbiegens des Schafts. Die Länge Ls wird in Abhängigkeit einer Länge des Schafts gewählt.
Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Der Innendurchmesser ds des Schutzrohrs wird in Abhängigkeit eines Außendurchmessers D_L des Schafts gewählt. Der Innendurchmesser ds ist hierbei geringfügig größer als der Außendurchmesser D_L des Schafts. Der Innendurchmesser ds gewährleistet einerseits einen kontaktfreien Rundlauf des Bearbeitungswerkzeugs und andererseits eine zuverlässige Abstützung des Schafts im Falle eines Ausbiegens. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser ds über eine Länge Ls des Schutzrohrs konstant.
Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 6 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Die Wanddicke ws gewährleistet einerseits eine ausreichende Stabilität des Schutzrohrs zum Abstützen des Schafts im Falle eines Ausbiegens. Andererseits gewährleistet die Wanddicke ws eine einfache Zugänglichkeit der zu bearbeitenden Stelle des Werkstücks. Je größer die Wanddicke ws ist, desto größer ist die Stabilität des Schutzrohrs. Die Zugänglichkeit zum Werkstück ist mit geringerer Wanddicke ws besser. Für einen Außendurchmesser Ds des Schutzrohrs gilt: D_S = d_S + 2·w_S, wobei ds der Innendurchmesser des Schutzrohrs ist. Der Außendurchmesser Ds kann über eine Länge Ls des Schutzrohrs konstant sein oder sich verjüngen.
Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 7 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Durch das Verhältnis der Länge Ls zu der Wanddicke ws des Schutzrohrs wird einerseits eine ausreichende Stabilität des Schutzrohrs zum Abstützen des Schafts im Falle eines Ausbiegens gewährleistet. Andererseits wird durch das Verhältnis der Länge Ls zu der Wanddicke ws eine geringe Abmessung des Schutzrohrs quer zu der Mittellängsachse der Schutzvorrichtung bzw. zu der Drehachse des Bearbeitungswerkzeugs gewährleistet, so dass eine zu bearbeitende Stelle eines Werkstücks einfach zugänglich ist. Je kleiner das Verhältnis ist, desto größer ist die Stabilität. Je größer das Verhältnis ist, desto besser ist die Zugänglichkeit.
Eine Schutzvorrichtung nach Anspruch 8 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Das Material gewährleistet eine hohe Stabilität des Schutzrohrs. Aufgrund des Materials kann das Schutzrohr insbesondere mit einer geringen Wanddicke ws ausgebildet werden.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der Schutzvorrichtung.
Die Schutzvorrichtung weist eine Mittellängsachse auf, die insbesondere koaxial zu einer Drehachse des Bearbeitungswerkzeugs angeordnet ist. Das Bearbeitungswerkzeug ist vorzugsweise abrasiv und/oder spanabhebend ausgebildet. Das Bearbeitungswerkzeug umfasst vorzugsweise einen Spannabschnitt zum Spannen in einem Werkzeugantrieb, den Schaft und den Werkzeugkopf. Der Schaft und der Werkzeugkopf können einteilig ausgebildet sein oder mehrteilig ausgebildet und miteinander verbunden sein. Das Schutzrohr umgibt den Schaft um 360 ° zumindest abschnittsweise entlang einer Länge des Schafts. Der Schaft ist zumindest abschnittsweise innerhalb eines Innenraums angeordnet, den das Schutzrohr umgibt. Das Bearbeitungswerkzeug rotiert im Betrieb relativ zu der Schutzvorrichtung.
Eine Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung nach Anspruch 10 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Das Spaltmaß S gewährleistet einerseits einen kontaktfreien Rundlauf des Bearbeitungswerkzeugs. Andererseits gewährleistet das Spaltmaß S eine zuverlässige Abstützwirkung im Falle eines Ausbiegens des Schafts.
Eine Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung nach Anspruch 11 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Das Verhältnis der Länge Ls des Schutzrohrs zu der Länge L des Schafts ermöglicht eine zuverlässige Abstützwirkung des Schutzrohrs ohne eine Beeinträchtigung der Werkstückbearbeitung mittels des Werkzeugkopfs. Die Länge Ls des Schutzrohrs ist höchstens gleich der Länge L des Schafts, so dass der Werkzeugkopf durch das Schutzrohr nicht beeinträchtigt ist. Je länger das Schutzrohr ist, desto besser ist der Schaft abgestützt. Demgegenüber kann ein kürzeres Schutzrohr hinsichtlich der Handhabung des Bearbeitungswerkzeugs vorteilhaft sein.
Die Aufgabe wird ferner durch eine Bearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der Schutzvorrichtung und der Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung.
Das Bearbeitungswerkzeug rotiert im Betrieb relativ zu der Schutzvorrichtung, insbesondere relativ zu dem Schutzrohr. Die Schutzvorrichtung ist an einem nicht-rotierenden Bauteil des Werkzeugantriebs befestigt. Die Bearbeitungsvorrichtung kann manuell geführt sein oder stationär angeordnet und/oder automatisiert sein. Ein Ausbiegen des Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere des Schafts, findet vorzugsweise im Leerlauf statt. Leerlauf bedeutet, dass sich das Bearbeitungswerkzeug nicht in Kontakt mit dem zu bearbeitenden Werkstück befindet. Stationäre Bearbeitungsvorrichtungen werden insbesondere so betrieben, dass das Bearbeitungswerkzeug bereits vor einem Kontakt mit dem Werkstück mittels des Werkzeugantriebs drehangetrieben wird, insbesondere mit der für die Werkstückbearbeitung erforderlichen Drehzahl. Durch die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung wird der Einsatzbereich von stationären Bearbeitungsvorrichtungen erweitert.
Eine Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Durch die erfindungsgemäße Schutzvorrichtung wird der Einsatzbereich von Bearbeitungsvorrichtungen mit einer Positioniereinrichtung wesentlich erweitert. Die Positioniereinrichtung ist insbesondere als Mehrachs-Roboter ausgebildet. Der Mehrachs-Roboter weist insbesondere eine Anzahl M von Bewegungsachsen auf, wobei gilt: 3 ≤ M ≤ 6, insbesondere 4 ≤ M ≤ 5. Es gilt vorzugsweise: 4 ≤ M ≤ 6. Die Bewegungsachsen sind insbesondere als Schwenkachsen und/oder Drehachsen ausgebildet. Die Positioniereinrichtung kann den Werkzeugantrieb umfassen, so dass das Bearbeitungswerkzeug um eine Drehachse der Positioniereinrichtung drehantreibbar ist. Weiterhin kann der Werkzeugantrieb an der Positioniereinrichtung befestigt sein.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks zu schaffen, das in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung. Das Verfahren kann insbesondere auch mit den Merkmalen der Schutzvorrichtung und/oder den Merkmalen der Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung weitergebildet werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 15 gewährleistet in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen Drehzahl. Das Bearbeitungswerkzeug wird insbesondere mit einer Drehzahl n von mindestens 15000 U/min, insbesondere von mindestens 30000 U/min, insbesondere von mindestens 40000 U/min, und insbesondere von mindestens 50000 U/min betrieben. Beispielsweise gilt für die Drehzahl n: 5000 U/min ≤ n ≤ 45000 U/min.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einer BearbeitungswerkzeugS chutzvorrichtung-Anordnung,
2 eine vergrößerte Ansicht der Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung in 1,
3 eine teilweise geschnittene Ansicht der Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung in 2, und
4 eine vergrößerte Ansicht der Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung in 3.

Die in 1 dargestellte Bearbeitungsvorrichtung 1 dient zum Bearbeiten eines Werkstücks 2 mittels eines Bearbeitungswerkzeugs 3. Das Werkstück 2 weist eine tiefe Bohrung 4 auf, die für das Bearbeitungswerkzeug 3 schwer zugänglich ist. Das Werkstück 2 ist in 1 zur Veranschaulichung der Bohrung 4 geschnitten dargestellt.
Die Bearbeitungsvorrichtung 1 ist stationär ausgebildet. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Positioniereinrichtung 5 zum Positionieren des Bearbeitungswerkzeugs 3 relativ zu dem Werkstück 2. Die Positioniereinrichtung 5 ist an einer Basis 6 befestigt. Die Basis 6 ist beispielsweise ein Fundament.
Die Positioniereinrichtung 5 ist als Mehrachs-Roboter ausgebildet. Der Mehrachs-Roboter ist beispielsweise ein Industrieroboter. Der Mehrachs-Roboter weist ein Grundgestell 7 und mehrere daran angeordnete und paarweise miteinander verbundene Gelenkbauteile 8, 9, 10, 11, 12 auf. Der Mehrachs-Roboter bildet insgesamt sechs Bewegungsachsen aus, die im Einzelnen mit B₁ bis B₆ bezeichnet sind. Die Bewegungsachsen B₁ bis B₆ werden mittels zugehöriger elektrischer Antriebsmotoren betätigt, die im Einzelnen mit A₁ bis A₆ bezeichnet sind. Die jeweilige Bearbeitungsachse B₁ bis B₆ ist als Schwenkachse oder Drehachse ausgebildet.
An dem letzten Gelenkbauteil 12 ist ein Spannfutter 13 zum Spannen des Bearbeitungswerkzeugs 3 angeordnet. Das Spannfutter 13 wird mittels des Antriebsmotors A₆ um die Drehachse B₆ drehangetrieben. Der Antriebsmotor A₆ bildet somit einen Werkzeugantrieb aus.
Das Bearbeitungswerkzeug 3 umfasst einen Spannabschnitt 14 zum Spannen in dem Spannfutter 13, einen Schaft 15 und einen Werkzeugkopf 16.
Der Schaft 15 ist starr ausgebildet. Der Schaft 15 verbindet den Spannabschnitt 14 mit dem Werkzeugkopf 16. Der Schaft 15 ist einteilig mit dem Spannabschnitt 14 und dem Werkzeugkopf 16 ausgebildet. Der Schaft 15 weist in Richtung der Drehachse B₆ eine Länge L auf, wobei gilt: 75 mm ≤ L ≤ 1000 mm, insbesondere 100 mm ≤L ≤ 900 mm, und insbesondere 150 mm ≤ L ≤ 800 mm.
Der Werkzeugkopf 16 dient beispielsweise zur abrasiven und/oder spanabhebenden Bearbeitung des Werkstücks 2.
Die Bearbeitungsvorrichtung 1 umfasst eine Schutzvorrichtung 18, die zusammen mit dem Bearbeitungswerkzeug 3 eine Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung 17 ausbildet. Die Schutzvorrichtung 18 umfasst ein Schutzrohr 19 zum Umhüllen des Schafts 15 und eine Befestigungseinheit 20 zum Befestigen des Schutzrohrs 19 an einem nicht-rotierenden Bauteil 21 des Werkzeugantriebs A₆. Das Schutzrohr 19 umhüllt den Schaft 15 um 360°. Das Schutzrohr 19 und die Befestigungseinheit 20 sind starr ausgebildet.
Die Befestigungseinheit 20 umfasst einen Befestigungsabschnitt 22 und einen Verbindungsabschnitt 23, die einteilig miteinander ausgebildet sind. Der Befestigungsabschnitt 22 ist rohrförmig ausgebildet und weist einen ringförmigen Querschnitt auf. Der Befestigungsabschnitt 22 ist reibschlüssig und/oder formschlüssig an dem nicht-rotierenden Bauteil 21 befestigt. Hierzu dient eine Anlagefläche A und ein Befestigungselement 24. Das Befestigungselement 24 ist als Schraube ausgebildet. Der Befestigungsabschnitt 22 weist einen Innendurchmesser d_B und eine Länge L_B in Richtung der Drehachse B₆ auf. Der Innendurchmesser d_B und die Länge L_B sind derart gewählt, dass das Spannfutter 13 innerhalb des Befestigungsabschnitts 22 aufgenommen ist.
Der Befestigungsabschnitt 22 bildet an einem ersten Ende eine Öffnung 25 aus. Diese Öffnung 25 dient zum Einführen des Spannfutters 13 in den Befestigungsabschnitt 22. Die Anlagefläche A ist im Bereich der Öffnung 25 ausgebildet. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende des Befestigungsabschnitts 22 ist der Verbindungsabschnitt 23 angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 23 umfasst einen Wandabschnitt 26, der quer zu der Drehachse B₆ verläuft, und einen Rohrabschnitt 27, der parallel bzw. konzentrisch zu der Drehachse B₆ verläuft. Der Rohrabschnitt 27 weist einen ringförmigen Querschnitt auf. Der Verbindungsabschnitt 23 bildet eine Durchgangsöffnung 28 zu dem Innenraum des Befestigungsabschnitts 22 aus. Der Rohrabschnitt 27 weist einen Innendurchmesser dv auf. Es gilt: d_B > dv.
Das Schutzrohr 19 ist mittels einer Schraubverbindung 28 mit dem Rohrabschnitt 27 lösbar verbunden. Das Schutzrohr 19 kann mittels eines nicht näher dargestellten Arretiermittels an der Befestigungseinheit 20 lösbar arretiert sein. Das Arretiermittel ist beispielsweise als Schraube, insbesondere als Madenschraube ausgebildet. Das Schutzrohr 19 weist einen ringförmigen Querschnitt auf. Das Schutzrohr 19 und die Befestigungseinheit 20 sind koaxial zueinander angeordnet und bilden eine gemeinsame Mittellängsachse M aus. Die Mittellängsachse M verläuft koaxial zu der Drehachse B₆.
Das Schutzrohr 19 weist in Richtung der Mittellängsachse M bzw. der Drehachse B₆ eine Länge Ls auf, wobei gilt: 50 mm ≤ Ls ≤ 800 mm, insbesondere 100 mm ≤ L_S ≤ 700 mm, und ins-besondere 150 mm ≤ L_S ≤ 600 mm. Für das Verhältnis der Länge Ls zu der Länge L gilt: 0,5 ≤ Ls/L ≤ 1, insbesondere 0,6 ≤ L_S/L < 0,9, und insbesondere 0,7 ≤ L_S/L ≤ 0,8.
Das Schutzrohr 19 ist ausschließlich über die Befestigungseinheit 20 gelagert. Über die gesamte Länge Ls ist zwischen dem Schaft 15 und dem Schutzrohr 19 ein Spalt 29 ausgebildet. Der Schaft 15 weist einen Außendurchmesser D_L auf, der um ein Spaltmaß S kleiner als ein Innendurchmesser ds des Schutzrohrs 19 ist. Es gilt somit: D_L = d_S - 2·S. Für das Spaltmaß S gilt: 0,2 mm ≤ S ≤ 5 mm, insbesondere 0,5 mm ≤ S ≤ 4 mm, und insbesondere 1 mm ≤ S ≤ 3 mm. Für den Innendurchmesser ds gilt: 2,5 mm ≤ ds ≤ 17 mm, insbesondere 3 mm ≤ ds ≤ 16 mm, und insbesondere 3,5 mm ≤ ds < 15 mm. Der Innendurchmesser ds des Schutzrohrs 19 ist über die gesamte Länge Ls konstant. Im Ruhezustand ist der Außendurchmesser D_L und das Spaltmaß S ebenfalls konstant. Für den Außendurchmesser D_L gilt vorzugsweise: 2,3 mm ≤D_L ≤ 16 mm, insbesondere 2,7 mm ≤D_L ≤ 15 mm, und insbesondere 3 mm ≤ D_L ≤ 14 mm.
Das Schutzrohr 19 hat einen Außendurchmesser D_S, so dass für eine Wanddicke ws gilt: ws = (D_S - d_S) / 2. Die Wanddicke ws ist über die gesamte Länge Ls des Schutzrohrs 19 konstant. Für die Wanddicke ws gilt: 0,5 mm ≤ ws ≤ 10 mm, insbesondere 1 mm ≤ ws ≤ 5 mm, und insbesondere 1,5 mm ≤ws < 3 mm. Für ein Verhältnis der Länge Ls zu der Wanddicke ws gilt: 5 ≤ Ls/ws ≤ 1200, insbesondere 20 ≤ Ls/ws ≤ 500, insbesondere 50 ≤ L_S/w_S ≤ 400, und insbesondere 100 ≤ L_S/w_S ≤ 300.
Das Schutzrohr 19 ist aus Metall oder einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, hergestellt.
Nachfolgend ist die Bearbeitung des Werkstücks 2 beschrieben:

Die Schutzvorrichtung 18 wird zunächst mittels der Befestigungseinheit 20 an dem nicht-rotierenden Bauteil 21, beispielsweise einem Gehäuse, des Werkzeugantriebs A₆ befestigt. Anschließend wird das Bearbeitungswerkzeug 3 mit dem Spannabschnitt 14 in das Schutzrohr 19 eingeführt und in dem Spannfutter 13 gespannt.

Das Bearbeitungswerkzeug 3 wird vor einem Kontakt mit dem Werkstück 2 mittels des Werkzeugantriebs A₆ auf eine Drehzahl n beschleunigt. Für die Drehzahl n gilt: 5000 U/min ≤ n ≤150000 U/min, insbesondere 10000 U/min ≤ n ≤120000 U/min, insbesondere 12000 U/min ≤ n ≤100000 U/min.
Bei Betrieb mit der Drehzahl n kann es aufgrund von Unwuchten, Rundlauffehlern und/oder Masseexzentrizitäten und daraus resultierenden Zentrifugalkräften Fz zu einem Ausbiegen des Schafts 15 kommen. Der ausgebogene Schaft 15' ist in 4 durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Der Schaft 15 kann so lange ausbiegen, bis der Schaft 15 in Kontakt mit dem Schutzrohr 19 kommt. Das Schutzrohr 19 übt eine Gegenkraft F_A zu der wirkenden Zentrifugalkraft Fz aus, so dass das Schutzrohr 19 den ausgebogenen Schaft 15' abstützt. Durch die Abstützwirkung kann sich der Schaft 15' nicht weiter ausbiegen und wird stabilisiert.
Die Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung 17 wird mittels der Positioniereinrichtung 5 in die Bohrung 4 eingeführt, wo das Bearbeitungswerkzeug 3 an einer schwer zugänglichen Stelle das Werkstück 2 bearbeiten kann. Sobald der Werkzeugkopf 16 in Kontakt mit dem Werkstück 2 ist, wirkt die Kontaktstelle bzw. Bearbeitungsstelle als zusätzliche Lagerung für das Bearbeitungswerkzeug 3, so dass sich das Ausbiegen des Schafts 15 reduziert und das Bearbeitungswerkzeug 3 zumindest annähernd rund läuft. Der Schaft 15 ist während der Werkstückbearbeitung somit nicht in Kontakt mit dem Schutzrohr 19 und läuft in dem Schutzrohr 19 kontaktfrei.
Die Schutzvorrichtung 18 ermöglicht somit in einfacher Weise eine sichere Werkstückbearbeitung mit einer hohen und insbesondere im Vergleich zum Stand der Technik höheren Drehzahl n. Aufgrund der Schraubverbindung 28 kann das Schutzrohr 19 an die Länge L des Schafts 15 angepasst werden. Der Außendurchmesser im Bereich des Schafts 15 ist durch den Außendurchmesser Ds des Schutzrohrs 19 selbst bei einem Ausbiegen des Schafts 15 eindeutig festgelegt, so dass das Bearbeitungswerkzeug 3 vergleichsweise einfach in der Bohrung 4 positionierbar ist, selbst wenn diese einen geringen Durchmesser hat. Der Einsatzbereich von stationären Bearbeitungsvorrichtungen 1 wird durch die Schutzvorrichtung 18 erheblich erweitert.

Claims

Schutzvorrichtung zur Verwendung mit einem Bearbeitungswerkzeug mit - einem Schutzrohr (19) zum Umhüllen eines Schafts (15) des Bearbeitungswerkzeugs (3), - einer Befestigungseinheit (20) zum Befestigen des Schutzrohrs (19) an einem Werkzeugantrieb (A₆), dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (19) ausschließlich über die Befestigungseinheit (20) befestigbar ist.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinheit (20) einen rohrförmigen Befestigungsabschnitt (22) umfasst.
Schutzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinheit (20) einen Verbindungsabschnitt (23) umfasst.
Schutzvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (19) eine Länge Ls hat, wobei gilt: 50 mm ≤ Ls ≤ 800 mm, insbesondere 100 mm ≤ L_S ≤ 700 mm, und insbesondere 150 mm ≤ L_S ≤ 600 mm.
Schutzvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (19) einen Innendurchmesser ds hat, wobei gilt: 2,5 mm ≤ ds ≤ 17 mm, insbesondere 3 mm ≤ ds ≤ 16 mm, und insbesondere 3,5 mm ≤ ds ≤ 15 mm.
Schutzvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (19) eine Wanddicke ws hat, wobei gilt: 0,5 mm ≤ ws ≤ 10 mm, insbesondere 1 mm ≤ ws ≤ 5 mm, und insbesondere 1,5 mm ≤ ws ≤ 3 mm.
Schutzvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (19) eine Länge Ls und eine Wanddicke ws hat, wobei gilt: 5 ≤ Ls/ws ≤ 1200, insbesondere 20 ≤ Ls/ws ≤ 500, insbesondere 50 ≤ L_S/w_S ≤ 400, und insbesondere 100 ≤ L_S/w_S ≤ 300.
Schutzvorrichtung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (19) aus einem Material hergestellt ist, das ausgewählt ist aus den Materialien Metall und faserverstärkter Kunststoff.
Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung umfassend - ein Bearbeitungswerkzeug (3) mit einem Schaft (15) und einem Werkzeugkopf (16), und - einer Schutzvorrichtung (18) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8.
Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaft (15) und dem Schutzrohr (19) ein Spalt (29) mit einem Spaltmaß S ausgebildet ist, wobei gilt: 0,2 mm ≤ S ≤ 5 mm, insbesondere 0,5 mm ≤ S ≤ 4 mm, und insbesondere 1 mm ≤ S ≤ 3 mm.
Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (19) eine Länge Ls und der Schaft (15) eine Länge L hat, wobei gilt: 0,5 ≤ Ls/L ≤ 1, insbesondere 0,6 ≤ L_S/L ≤ 0,9, und insbesondere 0,7 ≤ L_S/L ≤ 0,8.
Bearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks umfassend - eine Bearbeitungswerkzeug-Schutzvorrichtung-Anordnung (17) nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, und - einen Werkzeugantrieb (A₆) zum Drehantreiben des Bearbeitungswerkzeugs (3).
Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Positioniereinrichtung (5), insbesondere einen Mehrachs-Roboter, zum Positionieren des Bearbeitungswerkzeugs (3).
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks mit den Schritten: - Bereitstellen einer Bearbeitungsvorrichtung (1) nach mindestens einem der Ansprüche 12 oder 13, und - Bearbeiten eines Werkstücks (2) mittels des Bearbeitungswerkzeugs (3).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (3) mit einer Drehzahl n betrieben wird, wobei gilt: 5000 U/min ≤ n ≤ 150000 U/min, insbesondere 10000 U/min ≤ n ≤ 120000 U/min, insbesondere 12000 U/min ≤ n ≤ 100000 U/min.