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Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug umfassend einen Werkzeugschaft mit einer Aufnahme und einen Schneideinsatz, der austauschbar in der Aufnahme des Werkzeugschafts befestigt ist.
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Schneidwerkzeuge mit austauschbarem Schneideinsatz sind bekannt und werden auch als modulare Schneidwerkzeuge bezeichnet.
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Diese modularen Schneidwerkzeuge können sehr unterschiedliche Formen aufweisen und umfassen beispielsweise Bohrwerkzeuge, Fräswerkzeuge und dergleichen.
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Der Werkzeugschaft schließt dabei normalerweise eine Struktur in Form einer Aufnahme zum Halten und Drehen des Schneideinsatzes ein, während der Schneideinsatz eine ergänzende Struktur aufweist, um vom Werkzeugschaft gehalten und gedreht zu werden.
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Um den Schneideinsatz zuverlässig am Werkzeugschaft zu befestigen, ist üblicherweise ein komplex gestalteter Verschluss vorgesehen, der vergleichsweise großen Aufwand in der Herstellung sowie beim Austauschen des Schneideinsatzes erfordert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneidwerkzeug mit einem austauschbaren Schneideinsatz bereitzustellen, das kostengünstig herstellbar ist sowie bei dem der Schneideinsatz schnell und einfach ausgetauscht werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schneidwerkzeug umfassend einen Werkzeugschaft mit einer Aufnahme und einen Schneideinsatz, der austauschbar in der Aufnahme des Werkzeugschafts befestigt ist. Der Schneideinsatz ist hierbei mit dem Werkzeugschaft mittels eines Clipverschlusses verbunden, der einen Federring aufweist. Im Sinne der Erfindung ist ein Federring ein Ring, der eine radiale Federkraft bereitstellt, indem er radial komprimiert oder gedehnt wird. Ein derartiger Federring ist auch unter dem Begriff „Sprengring“ bekannt.
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Es wurde erfindungsgemäß erkannt, dass mittels des Clipverschlusses der Schneideinsatz in kurzer Zeit sowie zuverlässig am Werkzeugschaft angebracht werden kann. Zudem ist das Schneidwerkzeug mit geringem Aufwand herstellbar, da ein wesentlicher Teil des Clipverschlusses durch ein Standardbauteil in Form des Federrings gebildet ist. Sollte der Federring verschleißen, kann er mit geringem Aufwand ersetzt werden.
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Das Schneidwerkzeug kann ein drehbares Schneidwerkzeug bzw. Drehschneidwerkzeug sein, das dazu eingerichtet ist, im Betrieb um die Längsachse zu rotieren, insbesondere ein Bohrer oder Spiralbohrer.
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In einer Ausführungsform ist der Schneideinsatz mittels des Clipverschlusses mit dem Werkzeugschaft in einer Richtung verbindbar, in der sich eine Längsachse des Schneidwerkzeugs erstreckt. Im Fall eines drehbaren Schneidwerkzeugs bzw. Drehschneidwerkzeugs ist die Längsachse hierbei insbesondere eine Achse, um die das Drehschneidwerkzeug im Betrieb rotiert. Durch diese Gestaltung kann der Schneideinsatz frontal ausgetauscht werden, so dass es zum Austauschen des Schneideinsatzes nicht erforderlich ist, den Werkzeugschaft aus der Antriebsmaschine zu entfernen.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Clipverschluss eine Schraube aufweisen, die sich quer, insbesondere senkrecht, zu einer Längsachse des Schneidwerkzeugs sowie durch den Federring erstreckt, so dass der Federring mittels der Schraube am Werkzeugschaft befestigt ist. Mit anderen Worten erstreckt sich der Federring um die Schraube und zwar in einer Umfangsrichtung um die Längsachse der Schraube. Auf diese Weise ist der Federring mit einfachen Mitteln sowie wirkungsvoll am Werkzeugschaft angebracht.
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In einer weiteren Ausführungsform hat der Clipverschluss dabei eine geöffnete Stellung, in der der Schneideinsatz austauschbar ist, und eine geschlossene Stellung, in der der Schneideinsatz fixiert ist, insbesondere geklemmt. In der geöffneten Stellung wird der Schneideinsatz somit verliersicher vom Clipverschluss gehalten, wodurch der Schneideinsatz zuverlässig in kurzer Zeit ausgetauscht werden kann. In der geschlossenen Stellung ist der Schneideinsatz so am Werkzeugschaft befestigt, dass die Kräfte wirkungsvoll übertragen werden können, die im Betrieb des Schneidwerkzeugs wirken.
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Hierbei kann die Schraube in der geschlossenen Stellung weiter in ein Gewinde des Werkzeugschafts eingeschraubt sein als in der geöffneten Stellung. Mit anderen Worten kann der Clipverschluss aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung verstellt werden, indem die Schraube angezogen wird. Auf diese Weise kann der Clipverschluss mittels der Schraube mit geringem Aufwand zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung verstellt werden.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Schraube einen Einstich mit einem ersten axialen Abschnitt und einem zweiten axialen Abschnitt aufweist. Der erste axiale Abschnitt hat dabei einen ersten Außendurchmesser und der zweite axiale Abschnitt einen zweiten Außendurchmesser, wobei der zweite Außendurchmesser größer als der erste Außendurchmesser ist. Der Federring ist dabei in der geöffneten Stellung im ersten Abschnitt und in der geschlossenen Stellung im zweiten Abschnitt angeordnet. Hierdurch kann der Federring in der geschlossenen Stellung, d.h. im Abschnitt mit größerem Außendurchmesser, weniger stark radial komprimiert werden als in der geöffneten Stellung, d.h. im Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser. Somit wird gewährleistet, dass der Federring in der geöffneten Stellung so komprimierbar ist, dass die Clipfunktion des Clipverschlusses bereitgestellt ist, während der Federring in der geschlossenen Stellung nicht oder nur soweit komprimierbar ist, sodass der Schneideinsatz fixiert ist.
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Hierbei kann der erste Außendurchmesser kleiner sein als der Innendurchmesser des Federrings im unbelasteten Zustand und/oder der zweite Außendurchmesser mindestens so groß sein wie der Innendurchmesser des Federrings im unbelasteten Zustand. Im Sinne der Erfindung bezeichnet der unbelastete Zustand einen Zustand des Federrings, in dem keine äußeren Kräfte auf ihn einwirken, die den Federring radial komprimieren oder dehnen, d.h. seinen Durchmesser verändern. Indem der erste Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser des Federrings im unbelasteten Zustand, kann der Federring im ersten Abschnitt radial komprimiert werden. Im Gegensatz dazu kann der Federring im zweiten Abschnitt nicht radial komprimiert werden, wenn der zweite Außendurchmesser mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser des Federrings im unbelasteten Zustand. Somit ist gewährleistet, dass in der geschlossenen Stellung der Clipverschluss zuverlässig geschlossen und der Schneideinsatz sicher in der Aufnahme befestigt ist.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt der Schneideinsatz in der geschlossenen Stellung des Clipverschlusses an einem Taschenboden der Aufnahme in Längsrichtung des Schneidwerkzeugs an, insbesondere unter einer Vorspannung. Dies hat den Vorteil, dass die im Betrieb des Schneidwerkzeugs wirkenden Kräfte besonders wirkungsvoll vom Schneideinsatz in den Werkzeugschaft, bzw. umgekehrt, übertragen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat der Werkzeugschaft einen Spalt, der sich senkrecht zur Längsrichtung des Schneidwerkzeugs vollständig durch den Werkzeugschaft und in Längsrichtung des Schneidwerkzeugs erstreckt sowie der an einen Taschenboden der Aufnahme angrenzt. Insbesondere erstreckt sich der Spalt dabei wellenförmig in Längsrichtung des Schneidwerkzeugs und die den Spalt begrenzenden Wände des Werkzeugschafts liegen in der geschlossenen Stellung zumindest abschnittsweise aneinander an. Durch den Spalt ist der Werkzeugschaft so gestaltet, dass zwei einander gegenüberliegende Halteabschnitte der Aufnahme besonders gut elastisch gegeneinander verstellbar sind, um den Schneideinsatz wirkungsvoll in der geschlossenen Stellung zwischen sich klemmen zu können. Indem die wellenförmigen Wände des Werkzeugschafts in der geschlossenen Stellung zumindest abschnittsweise aneinander anliegen, stützen sich diese gegenseitig ab, insbesondere in Längsrichtung des Schneidwerkzeugs, wodurch die Stabilität des Werkzeugschafts erhöht ist.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass der Schneideinsatz eine Ausnehmung für den Federring aufweist. Die Ausnehmung hat hierbei eine Öffnung, über die der Federring in komprimierter Form in die Ausnehmung eingeschoben wird, wenn der Schneideinsatz mit dem Werkzeugschaft mittels des Clipverschlusses verbunden wird. Ferner hat die Ausnehmung dabei einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des komprimierten Federrings, wenn dieser durch die Öffnung in die Aufnahme geschoben wird. Diese Gestaltung gewährleistet, dass der Clipverschluss zuverlässig funktioniert und der Schneideinsatz sicher von diesem in der Aufnahme gehalten ist.
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Der Schneideinsatz kann ferner eine erste Schulter und eine zweite Schulter aufweisen, die in axialer Richtung der Schraube gegenüberliegend zueinander sowie angrenzend an die Ausnehmung angeordnet sind. Die erste Schulter und die zweite Schulter sind hierbei in der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung in axialer Richtung der Schraube gegenüberliegend zum Federring angeordnet. Der Abstand in axialer Richtung der Schraube zwischen der ersten Schulter und der zweiten Schulter ist dabei kleiner als die Summe aus der Distanz, um die die Schraube in axialer Richtung verstellt wird, wenn die Schraube aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung verstellt wird, und der Dicke des Federrings in axialer Richtung der Schraube. Insbesondere ist hierbei der Abstand größer als die Dicke des Federrings. Durch diese Gestaltung ist die Ausnehmung schmal genug, so dass die Schultern als Mitnehmer fungieren und den Federring beim Verstellen zwischen der geschlossenen und der geöffneten Stellung mitnehmen, d.h. in axialer Richtung der Schraube verschieben. Dies ist insbesondere beim Verstellen von der geschlossenen in die geöffnete Stellung von Vorteil, damit sich der Federring vom zweiten Abschnitt mit dem größeren Durchmesser löst und dort nicht klemmen bzw. stecken bleiben kann. Andererseits ist die Ausnehmung breit genug, dass der Federring in der geöffneten Stellung in axialer Richtung der Schraube begrenzt beweglich ist, wodurch der Schneideinsatz besonders einfach in die Aufnahme einsetzbar ist, da sich so die Position des Federrings an die Ausnehmung des Schneideinsatzes anpassen kann.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug mit einem Werkzeugschaft und einem Schneideinsatz, in einem voneinander getrennten Zustand,
- - 2 in einer perspektivischen Darstellung das Schneidwerkzeug aus 1 in einem Zustand, in dem der Schneideinsatz mit dem Werkzeugschaft mittels eines Clipverschlusses verbunden sind,
- - 3 in einer Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Schneidwerkzeugs steht und in der die Längsachse einer Schraube des Clipverschlusses verläuft, den Clipverschluss des Schneidwerkzeugs aus 2 in einer geöffneten Stellung,
- - 4 in einer Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse des Schneidwerkzeugs steht und in der die Längsachse der Schraube des Clipverschlusses verläuft, den Clipverschluss des Schneidwerkzeugs aus 2 in einer geschlossenen Stellung,
- - 5 in einer perspektivischen Darstellung den Schneideinsatz des Schneidwerkzeugs aus 1, und
- - 6 in einer Schnittansicht entlang einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse der Schraube des Clipverschlusses steht und in der die Längsachse des Schneidwerkzeugs verläuft, das Schneidwerkzeug aus 2 mit dem Clipverschluss in der geschlossenen Stellung.
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In 1 ist ein modulares Schneidwerkzeug 10 mit einem Werkzeugschaft 12, einem austauschbaren Schneideinsatz 14 und einer Längsachse R gezeigt.
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Das Schneidwerkzeug 10 ist hierbei ein Drehschneidwerkzeug, das dazu ausgebildet ist, im Betrieb um die Längsachse R zu rotieren, um Schneidvorgänge an einem Werkstück durchzuführen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Schneidwerkzeug 10 ein Spiralbohrer.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das Schneidwerkzeug 10 ein beliebiges Schneidwerkzeug sein, insbesondere ein beliebiges Drehschneidwerkzeug, beispielsweise ein Bohrer oder Fräser.
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Der Werkzeugschaft 12 hat eine Aufnahme 16, in die der Schneideinsatz 14, wie in 2 gezeigt, einsetzbar ist, um den Schneideinsatz 14 mit dem Werkzeugschaft 12 für den Betrieb zu verbinden und drehmomentübertragend zu koppeln.
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Die Aufnahme 16, die auch als Tasche bezeichnet wird, ist axial von einem Taschenboden 18 sowie seitlich bzw. radial von einem ersten Halteabschnitt 21 und einem zweiten Halteabschnitt 22 des Werkzeugschafts 12 begrenzt, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind.
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Um den Schneideinsatz 14 am Werkzeugschaft 12 zu befestigen, hat das Schneidwerkzeug 10 einen Clipverschluss 24 mit einer Schraube 26, die sich senkrecht zur Längsachse R von dem ersten Halteabschnitt 21 durch die Aufnahme 16 in den zweiten Halteabschnitt 22 erstreckt, und einem Federring 28, der innerhalb der Aufnahme 16 an der Schraube 26 befestigt ist.
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Die Schraube 26 hat eine Längsachse L, einen Schraubenkopf 30 und ein Außengewinde 32 (siehe 3), mittels dem die Schraube 26 über ein entsprechend gestaltetes Innengewinde 34 mit dem zweiten Halteabschnitt 22 verschraubt ist.
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Der Schraubenkopf 30 erstreckt sich hierbei abschnittsweise durch einen Kanal 36 des ersten Halteabschnitts 21.
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Der Kanal 36 ist dabei so gestaltet, dass er einen axialen Anschlag für den Schraubenkopf 30 bildet, so dass der Abstand zwischen den Halteabschnitten 21, 22 verringert wird, wenn die Schraube 26 in einer Richtung S (siehe 4) angezogen wird, während sie mit dem Schraubenkopf 30 am axialen Anschlag anliegt. Auf diese Weise wirken die Halteabschnitte 21, 22 als Klemmbacken, die den Schneideinsatz 14 in der Aufnahme 16 klemmen können.
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In diesem Zusammenhang weist der Werkzeugschaft 12 einen Spalt 38 (siehe 1) auf, der sich vom Taschenboden 18 in axialer Richtung A wellenförmig in den Werkzeugschaft 12 hinein sowie in radialer Richtung vollständig durch den Werkzeugschaft 12 hindurch erstreckt.
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Der Spalt 38 ist hierbei so gestaltet, dass die den Spalt 38 begrenzenden Wände 40, 41 des Werkzeugschafts 12 zumindest abschnittsweise aneinander anliegen, wenn der Schneideinsatz 14 mittels der Halteabschnitte 21, 22 in der Aufnahme 16 geklemmt ist.
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Zwischen dem Schraubenkopf 30 und dem Außengewinde 32 weist die Schraube 26 einen Einstich 42 mit einem ersten axialen Abschnitt 44 und einem zweiten axialen Abschnitt 46 auf.
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Der Federring 28 ist im Einstich 42 angeordnet bzw. erstreckt sich der Federring 28 am Einstich 42 in Umfangsrichtung um die Schraube 26 herum. Das bedeutet, der Einstich 42 ist in der Aufnahme 16 angeordnet.
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Der erste axiale Abschnitt 44 hat hierbei einen ersten Außendurchmesser dA1 (siehe 3) und der zweite axiale Abschnitt 46 hat einen zweiten Außendurchmesser dA2 (siehe 4), der größer ist als der erste Außendurchmesser dA1.
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Der erste Außendurchmesser dA1 ist hierbei kleiner als der Innendurchmesser dI1 des Federrings 28 im unbelasteten Zustand.
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Der zweite Außendurchmesser dA2 ist hingegen mindestens so groß wie der Innendurchmesser dI1 des Federrings 28 im unbelasteten Zustand.
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In einer Ausführungsform ist der zweite Außendurchmesser dA2 genauso groß wie der Innendurchmesser dI1 des Federrings 28 im unbelasteten Zustand.
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Der Einstich 42 hat in der vorliegenden Ausführungsform einen bogenförmigen Querschnitt.
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Grundsätzlich kann der Einstich 42 jedoch einen beliebig geformten Querschnitt aufweisen, solange die Beweglichkeit des Federrings 28 zwischen den axialen Abschnitten 44, 46 und damit die nachfolgend erläuterte Funktion des Clipverschlusses 24 gewährleistet bleibt.
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Während der Federring 28 einen männlichen Teil des Clipverschlusses 24 bildet, wird ein dem männlichen Teil zugeordneter weiblicher Teil des Clipverschlusses 24 durch eine Ausnehmung 48 (siehe 5) im Schneideinsatz 14 gebildet, die an einer dem Taschenboden 18 zugewandten Stirnseite 50 des Schneideinsatzes 14 eine Öffnung 52 aufweist.
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Um den Schneideinsatz 14 mit dem Werkzeugschafts 12 zu verbinden, wird der Schneidansatz 14 in axialer Richtung A mit der Stirnseite 50 voraus in die Aufnahme 16 eingesetzt.
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Der Federring 28, der hierbei im ersten axialen Abschnitt 44 des Einstichs 42 angeordnet ist, wird dabei über die Öffnung 52 in die Ausnehmung 48 eingeschoben.
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Der Schneidansatz 14 ist in diesem Zusammenhang derart gestaltet, dass bei diesem Vorgang der Federring 28 radial vom Schneideinsatz 14 zusammengedrückt wird, wenn der Federring 28 die Öffnung 52 passiert, und anschließend aufgrund der Eigenelastizität des Federrings 28 in der Ausnehmung 48 radial expandiert.
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Die Ausnehmung 48 hat somit einen Innendurchmesser dI2, der größer ist als der Außendurchmesser dA3 des Federrings 28, wenn dieser im radial komprimiertem Zustand die Öffnung 52 passiert. Mit anderen Worten hat die Öffnung 52 einen Querschnittsdurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser dI2 der Ausnehmung und der kleiner ist als der Außendurchmesser dA3 des Federrings 28 im unbelasteten Zustand.
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In dieser Stellung, die eine geöffnete Stellung des Clipverschlusses 24 bildet (siehe 3), ist die Schraube 26 nur maximal soweit in den Werkzeugschaft 12 eingeschraubt, dass der Schneideinsatz 14 im Wesentlichen nicht zwischen den Halteabschnitten 21, 22 geklemmt ist.
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Somit lässt sich der Schneideinsatz 14 werkzeugfrei und mit geringem Kraftaufwand mittels des Clipverschlusses 24 frontal mit dem Werkzeugschaft 12 verliersicher koppeln sowie entkoppeln.
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Um den Schneidansatz 14 für den Betrieb am Werkzeugschaft 12 zu fixieren, wird der Clipverschluss 24 in eine geschlossene Stellung verstellt (siehe 4), indem die Schraube 26 um die Distanz D in Richtung S angezogen und somit weiter in das Innengewinde 34 eingeschraubt wird.
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Bei diesem Vorgang verschiebt sich die Schraube 26 axial relativ zum Federring 28, so dass der Federring 28 aus dem ersten axialen Abschnitt 44, in dem der Federring 28 in der geöffneten Stellung angeordnet war, in den zweiten axialen Abschnitt 46 verstellt wird.
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Hierbei wird der Federring 28 von einer ersten Schulter 54 des Schneideinsatzes 14 in axialer Richtung der Schraube 26 zurückgehalten.
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In der geschlossenen Stellung ist der Federring 28 somit im zweiten axialen Abschnitt 46 angeordnet, dessen Außendurchmesser dA2, wie bereits erwähnt wurde, mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser dI1 des Federrings 28 im unbelasteten Zustand. Hierdurch ist der Federring 28 radial gesperrt, d.h. nicht radial komprimierbar, und kann daher über die Öffnung 52 nicht aus der Ausnehmung 48 herausgezogen werden. Somit ist der Schneideinsatz 14 in axialer Richtung des Schneidwerkzeugs 10 fixiert.
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Der Clipverschluss 24 ist hierbei derart gestaltet, dass der Schneideinsatz 14 mit seiner Stirnseite 50 unter einer Vorspannung am Taschenboden 18 anliegt. Hierzu ist die Ausnehmungen 48 so gestaltet, dass der Federring 28 in der geschlossenen Stellung den Schneideinsatz 14 in axialer Richtung A gegen den Werkzeugschaft 12 drückt.
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Ferner ist das Schneidwerkzeug 10 derart gestaltet, dass in der geschlossenen Stellung der Schneidansatz 14 zwischen den Halteabschnitten 21, 22 seitlich, d.h. in axialer Richtung der Schraube 26, geklemmt ist.
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Wie zuvor erwähnt, liegen hierbei die den Spalt 38 begrenzenden Wände 40, 41 einander an, wodurch die Stabilität des Schneidwerkzeugs 10 erhöht ist.
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Über den Clipverschluss 24 ist der Schneideinsatz 14 in der geschlossenen Stellung bereits drehmomentübertragend mit dem Werkzeugschaft 12 gekoppelt. Damit auch große Drehmomente zuverlässig und wirkungsvoll übertragen werden können, ist die Aufnahme 16 abschnittsweise komplementär zum Schneidansatz 14 gestaltet, so dass in der geschlossenen Stellung seitliche Kontaktflächen 56 des Schneideinsatzes 14 an zugeordneten seitlichen Kontaktflächen 58 der Halteabschnitte 21, 22 anliegen.
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Um den Clipverschluss 24 aus der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung zu verstellen, wird die Schraube 26 um die Distanz D entgegen der Richtung S aus dem Innengewinde 34 herausgeschraubt, wodurch sich die Schraube 26 axial relativ zum Federring 28 verschiebt und der Federring 28 aus dem zweiten axialen Abschnitt 46 in den ersten axialen Abschnitt 44 verstellt wird.
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Hierbei wird der Federring 28 von einer zweiten Schulter 60 des Schneideinsatzes 14 in axialer Richtung der Schraube 26 zurückgehalten.
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Die erste Schulter 54 und die zweite Schulter 60 sind hier gegenüberliegend zueinander sowie benachbart zu Ausnehmung 48 angeordnet.
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In diesem Zusammenhang haben die erste Schulter 54 und die zweite Schulter 60 einen Abstand B in axialer Richtung der Schraube 26 voneinander, der größer ist als die Dicke C des Federrings 28 in axialer Richtung der Schraube 26.
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Ferner ist hierbei die Summe aus der Dicke C des Federrings 28 und der Distanz D größer als der Abstand B.
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Auf diese Weise ist ein Schneidwerkzeug 10 mit einem austauschbaren Schneideinsatz 14 bereitgestellt, der mittels des Clipverschlusses 24 mit geringem Aufwand ausgetauscht werden kann.
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Ferner ist das Schneidwerkzeug 10 einfach aufgebaut und somit kostengünstig herstellbar.
