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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Schneidwerkzeuge, und insbesondere ein Verbundschneidwerkzeug, wie eine Reibahle, einen Fräser, einen Scheibenfräser und dergleichen, mit einem rohrförmigen Körper aus Verbundwerkstoff, wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und dergleichen, zur Erhöhung des Verhältnisses von Steifigkeit zu Gewicht des leichten Verbundschneidwerkzeugs.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Bei einem Schneidvorgang ist es wesentlich, eine ungewollte Bewegung des Schneidwerkzeugs zu verhindern. Es hat sich gezeigt, dass ein Drehschneidwerkzeug, beispielsweise eine Reibahle, ein Scheibenfräser und dergleichen, nicht die gewünschte Steifigkeit aufweisen kann, um eine unerwünschte Bewegung während eines Schneidvorgangs zu verhindern. Zudem sind große Schneidwerkzeuge in der Regel zu schwer für eine ordnungsgemäße Handhabung durch Werkzeugwechsler. Es wäre daher wünschenswert, das Gewicht von großen Schneidwerkzeugen zu reduzieren, während die Steifigkeit erhalten bleibt oder erhöht wird, wodurch das Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht erhöht wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Das Problem beim Reduzieren des Gewichts eines großen Schneidwerkzeugs, wie einer Reibahle, eines Fräsers, eines Scheibenfräsers und dergleichen, bei gleichzeitigem Beibehalten oder Erhöhen der Steifigkeit kann gelöst werden durch Bereitstellen eines großen Schneidwerkzeugs mit einem rohrförmigen Körper aus einem Verbundwerkstoff, wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und dergleichen. Das leichte Verbundschneidwerkzeug weist einen oder mehrere Kassettenträger auf, die eine Schneideinsatzkassette aufnehmen können, die direkt an der Innenseite oder an der Außenseite des rohrförmigen Verbundkörpers befestigt ist.
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In einem Aspekt umfasst ein Verbundschneidwerkzeug einen rohrförmigen Körper. Eine hintere Tragstruktur umfasst eine zentrale Nabe und eine Vielzahl von Speichen, die sich von der zentralen Nabe radial nach außen erstrecken. Die hintere Tragstruktur ist an einer Innenfläche des rohrförmigen Körpers befestigt. An der hinteren Tragstruktur sind ein oder mehrere Kassettenträger befestigt. An der hinteren Tragstruktur ist ein hinteres Maschinenverbindungsglied befestigt.
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In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verbundschneidwerkzeug einen rohrförmigen Körper mit einer Innenfläche und einer Außenfläche. Eine vordere Tragstruktur umfasst eine zentrale Nabe und eine Vielzahl von Speichen, die sich von der zentralen Nabe radial nach außen erstrecken. Durch die Innenfläche und die Außenfläche des rohrförmigen Körpers erstreckt sich mindestens ein Schlitz. In dem mindestens einen Schlitz ist ein vorderer Kassettenträger aufgenommen. Der vordere Kassettenträger ist direkt an der vorderen Tragstruktur befestigt.
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In noch einem weiteren Aspekt umfasst ein Verbundschneidwerkzeug einen rohrförmigen Körper. Eine vordere Tragstruktur umfasst eine zentrale Nabe, und eine Vielzahl von Speichen erstrecken sich von der zentralen Nabe radial nach außen. Durch die Innenfläche und die Außenfläche des rohrförmigen Körpers erstreckt sich mindestens ein Schlitz. Ein vorderer Kassettenträger ist in dem mindestens einen Schlitz aufgenommen und ist direkt an der vorderen Tragstruktur befestigt. An einer Außenfläche des rohrförmigen Körpers ist eine Tragringstruktur angebracht. Die Tragringstruktur weist mindestens eine Aussparung auf, die einen hinteren Kassettenträger aufnehmen kann. Eine hintere Tragstruktur ist an einer Innenfläche des rohrförmigen Körpers befestigt. Die hintere Tragstruktur umfasst eine zentrale Nabe und eine Vielzahl von Speichen, die sich von der zentralen Nabe radial nach außen erstrecken. An der hinteren Tragstruktur ist ein hinteres Maschinenverbindungsglied befestigt.
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Figurenliste
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Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht sind, sollten die bestimmten gezeigten Ausführungsformen nicht derart ausgelegt werden, dass sie die Ansprüche einschränken. Es wird vorhergesehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang dieser Erfindung abzuweichen.
- 1 ist eine perspektivische Vorderansicht eines Schneidwerkzeugs, wie z. B. einer leichten Reibahle, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ist eine perspektivische Rückansicht der leichten Reibahle aus 1;
- 3 ist eine Seitenaufrissansicht der leichten Reibahle aus 1;
- 4 ist eine Querschnittsansicht der leichten Reibahle entlang der Linie 4-4 aus 3;
- 5 ist eine Querschnittsansicht der leichten Reibahle entlang der Linie 5-5 aus 3;
- 6 ist eine Querschnittsansicht der leichten Reibahle entlang der Linie 6-6 aus 3;
- 7 ist eine perspektivische Vorderansicht des rohrförmigen Elements und der Tragringstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 8 ist eine perspektivische Vorderansicht der vorderen Tragstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 9 ist eine perspektivische Rückansicht der vorderen Tragstruktur aus 8;
- 10 ist eine rückseitige Aufrissansicht der vorderen Tragstruktur aus 8;
- 11 ist eine Seitenaufrissansicht der vorderen Tragstruktur aus 8;
- 12 ist eine perspektivische Vorderansicht der hinteren Tragstruktur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 13 ist eine perspektivische Rückansicht der hinteren Tragstruktur aus 12;
- 14 ist eine Rückansicht der hinteren Tragstruktur aus 12;
- 15 ist eine Seitenaufrissansicht der hinteren Tragstruktur aus 12;
- 16 ist eine perspektivische Vorderansicht des vorderen Kassettenträgers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 17 ist eine perspektivische Vorderansicht des ersten hinteren Kassettenträgers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 18 ist eine perspektivische Seitenansicht des ersten hinteren Kassettenträgers aus 17;
- 19 ist eine perspektivische Vorderansicht des zweiten hinteren Kassettenträgers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 20 ist eine perspektivische Seitenansicht des zweiten hinteren Kassettenträgers aus 19.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf 1-6 ist ein Schneidwerkzeug 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das große Schneidwerkzeug eine Reibahle, die sich im Betrieb um eine zentrale Drehachse RA dreht. Obwohl das große Schneidwerkzeug 10 in der veranschaulichten Ausführungsform eine Reibahle umfasst, versteht es sich, dass die Prinzipien der Erfindung auf jedes beliebige Schneidwerkzeug für Metallschneidvorgänge, wie z. B. einen Fräser und dergleichen, angewendet werden können. Außerdem sollte die Beschreibung spezifischer Anwendungen hierin keine Einschränkung des Umfangs und Ausmaßes des Gebrauchs des Schneidwerkzeugs sein.
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Wie in 1-6 dargestellt, weist das Schneidwerkzeug 10 der Erfindung einen modularen Aufbau mit fünf Grundkomponenten auf:
- 1) einen rohrförmigen Körper 12, der eine Innenfläche (12a) und eine Außenfläche (12b) aufweist;
- 2) eine vordere Tragstruktur 14;
- 3) eine hintere Tragstruktur 16;
- 4) einen oder mehrere Kassettenträger 18; und
- 5) ein hinteres Maschinenverbindungsglied 20.
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Die fünf Grundkomponenten können unter Verwendung eines beliebigen im Fachgebiet allgemein bekannten Mittels, wie z. B. mechanische Befestigungen, Aufschrumpfen, Hartlöten, Weichlöten, Schweißen, Klebstoff, Epoxid und dergleichen, aneinander befestigt werden. Alternativ können eine oder mehrere der fünf Grundkomponenten unter Verwendung additiver Fertigung (d. h. 3D-Druck) einstückig gebildet sein. Eine optionale Kühlmittelleitung 22 kann es dem großen Schneidwerkzeug 10 ermöglichen, Fluid, wie beispielsweise Kühlmittel und dergleichen, von dem hinteren Maschinenverbindungsglied 20 an die vordere Tragstruktur 14 und schließlich an die Schneideinsatz/Werkstück-Schnittstelle abzugeben.
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Zusätzlich kann eine optionale Tragringstruktur 24 zusätzliche Steifigkeit für das Schneidwerkzeug 10 bereitstellen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Tragringstruktur 24 an dem rohrförmigen Körper 12 befestigt. Es versteht sich jedoch, dass die Tragringstruktur 24 an der vorderen Tragstruktur 14, der hinteren Tragstruktur 16 oder einer beliebigen Kombination davon befestigt sein kann.
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Die hierin verwendeten Richtungsausdrücke, wie beispielsweise links, rechts, vorne, hinten, oben, unten und Ableitungen davon, beziehen sich auf die Ausrichtung der in den Zeichnungen gezeigten Elemente und schränken die Ansprüche nicht ein, es sei denn, es ist darin ausdrücklich angegeben. Identische Teile sind in allen Zeichnungen mit der gleichen Bezugsnummer versehen.
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Die Annäherungssprache, wie sie hierin in der gesamten Patentschrift und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewandt werden, um eine beliebige quantitative Darstellung zu modifizieren, die zulässig variieren könnte, ohne zu einer Änderung der grundlegenden Funktion zu führen, auf die sie sich bezieht. Dementsprechend soll ein Wert, der durch einen Begriff oder Begriffe wie „etwa“, „ungefähr“ und „im Wesentlichen“ modifiziert ist, nicht auf den exakten angegebenen Wert begrenzt werden. Zumindest in einigen Fällen kann die Annäherungssprache der Präzision eines Instruments zum Messen des Werts entsprechen. Hier und in der gesamten Patentschrift und den Ansprüchen können Bereichsgrenzen kombiniert und/oder untereinander ausgetauscht werden, und solche Bereiche werden identifiziert und umfassen alle Unterbereiche, die darin enthalten sind, es sei denn, dass Kontext oder Sprache es anderweitig angeben.
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Im gesamten Text und den Ansprüchen soll der Gebrauch des Wortes „etwa“ in Bezug auf einen Wertebereich (z. B. „etwa 22 bis 35 Gew.-%“) sowohl die angegebenen hohen als auch niedrigen Werte modifizieren und reflektiert die Penumbra der Variation, die mit Messung, bedeutsamen Stellen und Austauschbarkeit verbunden ist, alles, wie es von einem Durchschnittsfachmann verstanden wird, den diese Erfindung betrifft.
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Zum Zwecke dieser Patentschrift (außer in den Betriebsbeispielen) sollen, sofern nicht anders angegeben, alle Zahlen, die Quantitäten und Bereiche von Bestandteilen, Prozessbedingungen usw. ausdrücken, in allen Fällen als durch den Begriff „etwa“ modifiziert verstanden werden. Dementsprechend sind die in dieser Patentschrift und den beigefügten Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter Annäherungen, die abhängig von den gewünschten Resultaten variieren können, die mit der vorliegenden Erfindung erlangt werden sollen. Letztlich, und nicht als ein Versuch, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche zu begrenzen, soll jeder numerische Parameter zumindest angesichts der Anzahl an angegebenen signifikanten Stellen und durch Anwenden gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden. Wie in dieser Patentschrift und den angefügten Ansprüchen verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ ferner die Pluralformen einschließen, soweit sie sich nicht ausdrücklich und eindeutig auf eine Form begrenzen.
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Ungeachtet dessen, dass die numerischen Bereiche und Parameter, die den breiten Umfang der Erfindung darlegen, Annäherungen sind, werden die in den spezifischen Beispielen dargelegten numerischen Werte so präzise wie möglich berichtet. Jeder numerische Wert enthält jedoch grundsätzlich bestimmte Fehler, die sich zwangsläufig aus der Standardabweichung ergeben, die sich in den jeweiligen entsprechenden Testmessungen ergibt, einschließlich der in dem Messinstrument vorhandenen. Es versteht sich außerdem, dass jeder hierin aufgeführte numerische Bereich alle darin zusammengefassten Unterbereiche umfassen soll. Ein Bereich von „1 bis 10“ soll beispielsweise alle Unterbereiche dazwischen, einschließlich des aufgeführten Minimalwerts von 1 und des aufgeführten Maximalwerts von 10, d. h. einen Bereich mit einem Minimalwert gleich oder größer als 1 und einem Maximalwert gleich oder kleiner als 10, umfassen. Da die offenbarten numerischen Bereiche kontinuierlich sind, umfassen sie jeden Wert zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert. Soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, sind die verschiedenen in dieser Anmeldung spezifizierten numerischen Bereiche Annäherungen.
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In der folgenden Patentschrift und den Ansprüchen wird auf eine Reihe von Begriffen Bezug genommen, welche die folgenden Bedeutungen aufweisen.
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Die Singularformen „ein“, „eine“ und „der/die/das“ umfassen den Plural, es sei denn, dass der Kontext eindeutig etwas anderes vorgibt.
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„Optional“ bedeutet, dass das anschließend beschriebene Ereignis oder der Umstand erfolgen kann oder auch nicht, und dass die Beschreibung Fälle umfasst, in denen das Ereignis erfolgt, und Fälle, in denen es nicht erfolgt.
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Wie hierin verwendet ist der Begriff „3D-Drucken“ einer von verschiedenen Prozessen, in denen Material unter Computersteuerung zusammengefügt oder verfestigt wird, um ein dreidimensionales Objekt zu erzeugen, wobei Material, wie beispielsweise flüssige Moleküle oder Pulverkörner, die miteinander verschmolzen werden, üblicherweise Schicht für Schicht zusammengefügt wird. In den 1990er Jahren wurden 3D-Drucktechniken als nur zur Herstellung funktioneller oder ästhetischer Prototypen geeignet betrachtet, und damals war Rapid Prototyping ein umfassenderer Begriff für 3D-Drucken. Heute haben sich die Präzision, die Wiederholbarkeit und das Materialspektrum so weit verbessert, dass der 3D-Druck als eine industrielle Produktionstechnologie mit dem offiziellen Begriff „additive Fertigung“ betrachtet wird.
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Unter Bezugnahme auf 1-3 und 7 ist der rohrförmige Körper 12 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der rohrförmige Körper 12 besteht aus einem Verbundwerkstoff, wie kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und dergleichen. In einem Aspekt reduziert der rohrförmige CFK-Körper 12 das Gewicht des Drehschneidwerkzeugs drastisch gegenüber einem Drehschneidwerkzeug, das vollständig aus einem anderen Material, wie Werkzeugstahl und dergleichen, hergestellt ist.
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Wie im Stand der Technik bekannt, handelt es sich bei kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (American English - carbon-fiberreinforced polymers; Commonwealth English - carbon-fibre-reinforced polymers) oder kohlenstofffaserverstärkte Polymere oder kohlenstofffaserverstärkter Thermoplast (CFK, CRP, CFRP, CFRTP, auch als Kohlefaser, Kohlenstoffverbund oder nur Carbon bekannt) um extrem starke und leichte faserverstärkte Kunststoffe, die Kohlenstofffasern enthalten. Das Bindungspolymer ist häufig ein duroplastisches Harz wie Epoxid, jedoch werden mitunter andere duroplastische oder thermoplastische Polymere, wie z. B. Polyester, Vinylester oder Nylon, verwendet. Die Eigenschaften des finalen CFK-Produkts können durch die Art der in die Bindematrix (Harz) eingebrachten Zusätze beeinflusst werden. Der gebräuchlichste Zusatz ist Siliciumdioxid, es können aber auch andere Zusätze wie Gummi und Kohlenstoff-Nanoröhren verwendet werden.
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Der rohrförmige Körper 12 weist ein nach vorne weisendes oder vorderes Ende 26 und ein dem vorderen Ende 26 gegenüberliegendes nach hinten weisendes hinteres Ende 28 auf. Der rohrförmige Körper 12 weist eine Innenfläche 12a und eine Außenfläche 12b auf. Der rohrförmige Körper 12 enthält einen oder mehrere Schlitze 30, die sich durch die Innenfläche 12a und die Außenfläche 12b erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform erstrecken sich der eine oder die mehreren Schlitze 30 von dem vorderen Ende 26 und sind in der Lage, einen jeweiligen vorderen Kassettenträger 18a aufzunehmen, wie in 1, 4 und 6 gezeigt. In der veranschaulichten Ausführungsform weist der rohrförmige Körper 12 zwei Schlitze 30 auf, die zueinander in einem Winkel AS, der nicht gleich 180 Grad, sondern geringfügig anders als 180 Grad ist, angeordnet sind, wie in 4 gezeigt. Beispielsweise kann der Winkel AS im Bereich von etwa 165 Grad bis etwa 179 Grad liegen. Es hat sich gezeigt, dass die Anbringung der vorderen Kassettenträger 18a in einem Winkel AS, der nicht gleich 180 Grad ist, eine Schwingung des Schneidwerkzeugs 10 während Schneidvorgängen reduziert.
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Der rohrförmige Körper 12 weist außerdem eine Vielzahl von versenkten Bohrungen 32 nahe dem vorderen Ende 26 des rohrförmigen Körpers 12 auf. Die versenkten Bohrungen 32 dienen dazu, ein Gewindebefestigungselement 34 zum Befestigen der vorderen Tragstruktur 14 an dem rohrförmigen Körper 12 aufzunehmen, wie in 1 gezeigt. Es sei angemerkt, dass der vordere Kassettenträger 18a an der Innenseite des rohrförmigen Körpers 12 und an der Außenseite der vorderen Tragstruktur 14 befestigt ist. Das Gewindebefestigungselement 34 spannt den vorderen Kassettenträger 18a zwischen dem rohrförmigen Körper 12 und der vorderen Tragstruktur 14 ein. Mit anderen Worten ist die vordere Tragstruktur 18a zwischen dem rohrförmigen Körper 12 und der vorderen Tragstruktur 14 angeordnet, wie in 1 gezeigt.
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Unter Bezugnahme auf 7 ist die Tragringstruktur 24 in der Nähe des hinteren Endes 28 des rohrförmigen Körpers 12 angeordnet. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Tragringstruktur 24 eine Aussparung 36 auf, die in der Lage ist, einen oder mehrere erste, hintere Kassettenträger 18b und einen oder mehrere zweite, hintere Kassettenträger 18c aufzunehmen, wie in 1 gezeigt. Jede Aussparung 36 dient als ein Sitz für einen jeweiligen Kassettenträger 18b, 18c. Ähnlich wie die Schlitze 30 weist die Tragringstruktur 24 zwei Aussparungen 36 auf, die in einem Winkel AR von nicht gleich 180 Grad angeordnet sind, wie in 5 gezeigt. Beispielsweise kann der Winkel AR im Bereich von etwa 165 Grad bis etwa 179 Grad liegen. Es hat sich gezeigt, dass das Anordnen des ersten und des zweiten hinteren Kassettenträgers 18a, 18b in einem Winkel AR, der nicht gleich 180 Grad ist, eine Schwingung des Schneidwerkzeugs 10 während Schneidvorgängen reduziert.
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Jede Aussparung 36 weist eine oder mehrere Öffnungen 38 zur Aufnahme eines Gewindebefestigungselements 34 zum Befestigen eines jeweiligen ersten und zweiten hinteren Kassettenträgers 18b, 18c an der Tragringstruktur 24 auf, wie in 2 und 7 gezeigt. Somit sind der erste und der zweite hintere Kassettenträger 18b, 18c an einer Außenseite der Tragringstruktur 24 befestigt, im Gegensatz zu dem vorderen Kassettenträger 18a, der an der Innenseite des rohrförmigen Körpers 12 und der Außenseite der vorderen Tragstruktur 14 befestigt ist. Jede Aussparung 36 kann eine optionale Kühlmittelbohrung 40 zum Zuführen von Kühlmittel von dem hinteren Maschinenverbindungsglied 20 zu dem ersten und dem zweiten hinteren Kassettenträger 18b, 18c beinhalten. Es sei angemerkt, dass der erste hintere Kassettenträger 18b in Bezug auf den zweiten hinteren Kassettenträger 18c axial vorne (d. h. näher an der vorderen Tragstruktur 14) angeordnet ist, wie in 1-3 gezeigt.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die Anordnung der Schlitze 30 und der Aussparungen 36, wie in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, beschränkt ist. Die Schlitze 30 können beispielsweise an einer beliebigen Stelle zwischen dem vorderen Ende 26 und dem hinteren Ende 28 des rohrförmigen Körpers 12 angeordnet sein. Beispielsweise können ein oder mehrere Schlitze 30 im mittleren Bereich des rohrförmigen Körpers 12 angeordnet sein. In ähnlicher Weise können die Tragringstruktur 24 und die darin ausgebildeten Aussparungen 36 an jeder gewünschten Stelle zwischen dem vorderen Ende 26 und dem hinteren Ende 28 des rohrförmigen Körpers 12 angeordnet sein. Beispielsweise können die Tragringstruktur 24 und die Aussparungen 36 im mittleren Bereich des rohrförmigen Körpers 12 angeordnet sein.
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Darüber hinaus versteht es sich, dass die Erfindung nicht durch die Stelle, an der die Kassettenträger 18a, 18b, 18c an dem rohrförmigen Körper 12 befestigt sind, beschränkt ist, und dass die Erfindung durch Befestigen des vorderen Kassettenträgers 18a an der Außenfläche 12b des rohrförmigen Körpers 12, ähnlich dem ersten und dem zweiten hinteren Kassettenträger 18b, 18c, umgesetzt werden kann. Ferner kann die Erfindung durch Befestigen der ersten und des zweiten hinteren Kassettenträgers 18b, 18c, ähnlich dem vorderen Kassettenträger 18a, an der Innenfläche 12a des rohrförmigen Körpers 12 umgesetzt werden.
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Unter Bezugnahme auf 8-11 ist die vordere Tragstruktur 14 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Grundsätzlich umfasst die vordere Tragstruktur 14 einen Naben- und Speichenaufbau, der eine zentrale Nabe 42 mit einer Vielzahl von Speichen 44 beinhaltet, die sich von der zentralen Nabe 42 radial nach außen erstrecken. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die vordere Tragstruktur 14 insgesamt sechs Speichen 44 auf. Die Erfindung ist jedoch nicht durch die Anzahl der Speichen 44 beschränkt, und die Erfindung kann, abhängig von den Aufbauanforderungen, mit einer beliebigen Anzahl von Speichen 44 umgesetzt werden. Die vordere Tragstruktur 14 kann aus jedem geeigneten leichten Material, wie Aluminium und dergleichen, hergestellt sein.
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In der veranschaulichten Ausführungsform gibt es zwei Typen von Speichen 44: einen ersten Speichentyp 44a mit einer ersten Art von Radialplatte 46a und einen zweiten Speichentyp 44b mit einer zweiten Art von Radialplatte 46b.
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Der erste Speichentyp 44a ist im Allgemeinen hohl mit einer Kühlmittelleitung 48, die mit der Kühlmittelleitung 22 in Fluidverbindung steht. Wie in 4 und 6 dargestellt, ist die Kühlmittelleitung 22 in der Lage, Kühlmittel von dem hinteren Maschinenverbindungsglied 20 zu der zentralen Nabe 42 der vorderen Tragstruktur 14 zu transportieren, wie in 4 und 6 gezeigt. Die erste Art von Radialplatte 46a weist eine Vielzahl von Öffnungen 50 auf, die in der Lage sind, das Gewindebefestigungselement 34 zur direkten Befestigung an dem vorderen Kassettenträger 18a aufzunehmen. Die erste Art von Radialplatte 46a weist außerdem eine Kühlmittelaustrittsbohrung 52 zum Zuführen von Kühlmittel auf, das sich von der zentralen Nabe 42 durch die Kühlmittelleitung 48 hindurch und hin zu dem vorderen Kassettenträger 18a bewegt.
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Es sei angemerkt, dass zwischen der Anzahl von ersten Speichentypen 44a mit Kühlmittelleitung 48 und der Anzahl der vorderen Kassettenträger 18a eine Eins-zu-Eins-Entsprechung besteht. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die vordere Tragstruktur 14 eine Gesamtanzahl von zwei ersten Speichentypen 44a (und zwei Kühlmittelleitungen 48) auf, die der Gesamtanzahl der vorderen Kassettenträger 18a entspricht. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl von vorderen Kassettenträgern 18a beschränkt ist, und dass die Erfindung mit einer beliebigen Anzahl von vorderen Kassettenträgern 18a, in Abhängigkeit von den Aufbauanforderungen, umgesetzt werden kann.
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Da der erste Speichentyp 44a im Wesentlichen radial mit dem vorderen Kassettenträger 18a ausgerichtet ist, der innerhalb des Schlitzes 30 angeordnet ist, sind die ersten Speichentypen 44a ebenfalls in dem Winkel AS, der nicht gleich 180 Grad beträgt, sondern geringfügig von 180 Grad verschieden ist, zueinander angeordnet, wie in 4 gezeigt. Beispielsweise kann der Winkel AS im Bereich von etwa 165 Grad bis etwa 179 Grad liegen. Zusätzlich kann der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten zweiten Speichentypen 44b nicht gleich dem Winkelabstand zwischen einem ersten Speichentyp 44a und einem benachbarten zweiten Speichentyp 44b sein. Mit anderen Worten können die Speichen 44 in Bezug aufeinander ungleich beabstandet sein, um Schwingungen während der Schneidvorgänge zu reduzieren.
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Im Gegensatz zum ersten Speichentyp 44a ist der zweite Speichentyp 44b massiv und transportiert daher kein Kühlmittel von der zentralen Nabe 42 zum vorderen Kassettenträger 18a. Außerdem ist die zweite Art von Radialplatte 46b in der Oberfläche kleiner als die erste Art von Radialplatte 46a. Dies liegt daran, dass die zweite Art von Radialplatte 46b direkt an dem rohrförmigen Körper 12 befestigt, und nicht wie bei der ersten Art von Radialplatte 46a an dem vorderen Kassettenträger 18a, wie in 1 gezeigt.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl der ersten und zweiten Speichentypen 44a, 44b begrenzt ist, und dass die Erfindung, abhängig von den Aufbauanforderungen, mit einer beliebigen gewünschten Anzahl von Speichentypen umgesetzt werden kann. Beispielsweise kann die Erfindung durch Weglassen des ersten Speichentyps 44a umgesetzt werden, sodass alle Speichen 44 massiv sind. In einem anderen Beispiel kann die Erfindung durch Weglassen des zweiten Speichentyps 44b umgesetzt werden, sodass alle Speichen 44 hohl sind und daher Kühlmittel durch sie hindurch transportieren können.
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Unter Bezugnahme auf 5 und 12-15 ist die hintere Tragstruktur 16 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ähnlich der vorderen Tragstruktur 14 umfasst die hintere Tragstruktur 16 einen Naben- und Speichenaufbau, der eine zentrale Nabe 54 mit einer Vielzahl von Speichen 56 beinhaltet, die sich von der zentralen Nabe 54 radial nach außen erstrecken und an einem umlaufenden Tragring 58 enden. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die hintere Tragstruktur 16 insgesamt zehn Speichen 56 auf. Die Erfindung ist jedoch nicht durch die Anzahl der Speichen 56 beschränkt, und die Erfindung kann, abhängig von den Aufbauanforderungen, mit einer beliebigen gewünschten Anzahl von Speichen 56 umgesetzt werden. Die hintere Tragstruktur 16 kann aus jedem geeigneten leichten Material, wie Aluminium und dergleichen, hergestellt sein.
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Die zentrale Nabe 54 weist eine Vielzahl von Öffnungen 68 auf, die in der Lage sind, ein Gewindebefestigungselement 34 aufzunehmen, wenn die hintere Tragstruktur 16 an dem hinteren Maschinenverbindungsglied 20 befestigt wird. Zusätzlich weist die zentrale Nabe 54 eine oder mehrere Kühlmitteleinlassbohrungen 70 auf, die mit einem Kühlmittelzuführkanal 72 in Fluidverbindung stehen, beispielsweise eine Hochdruck-Kühlmittelzufuhr und dergleichen, die sich durch das hintere Maschinenverbindungsglied 20 (6) bewegt.
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In der veranschaulichten Ausführungsform gibt es zwei Typen von Speichen 56: einen ersten Speichentyp 56a und einen zweiten Speichentyp 56b. Der erste Speichentyp 56a ist im Allgemeinen hohl mit einer Kühlmittelleitung 74, die mit dem Kühlmittelzuführkanal 72 in dem hinteren Maschinenverbindungsglied 20 (6) in Fluidverbindung steht. Wie in 6 gezeigt, ist die Kühlmittelleitung 74 in der Lage, Kühlmittel von dem Kühlmittelzuführkanal 72 des hinteren Maschinenverbindungsglieds 20 zu dem zweiten hinteren Kassettenträger 18c der hinteren Tragstruktur 16 zu transportieren.
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Es sei angemerkt, dass zwischen der Anzahl von ersten Speichentypen 56a mit Kühlmittelleitung 74 und der Anzahl von zweiten hinteren Kassettenträgern 18c eine Eins-zu-Eins-Entsprechung besteht. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die hintere Tragstruktur 16 eine Gesamtanzahl von zwei ersten Speichentypen 56a (und zwei Kühlmittelleitungen 74) auf, die der Gesamtanzahl der zweiten hinteren Kassettenträger 18c entspricht. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl von ersten und zweiten hinteren Kassettenträgern 18b, 18c beschränkt ist, und dass die Erfindung mit einer beliebigen gewünschten Anzahl von ersten und zweiten hinteren Kassettenträgern 18b, 18c, abhängig von den Aufbauanforderungen, umgesetzt werden kann.
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Im Gegensatz zum ersten Speichentyp 56a ist der zweite Speichentyp 56b massiv und transportiert daher kein Kühlmittel von dem hinteren Maschinenverbindungsglied 20 zu dem zweiten hinteren Kassettenträger 18c. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht durch die Anzahl von ersten und zweiten Speichentypen 56, 56b begrenzt ist, und dass die Erfindung, abhängig von den Aufbauanforderungen, mit einer beliebigen gewünschten Anzahl von Speichentypen umgesetzt werden kann. Beispielsweise kann die Erfindung durch Weglassen des ersten Speichentyps 56a umgesetzt werden, sodass alle Speichen 56 massiv sind. In einem anderen Beispiel kann die Erfindung durch Weglassen des zweiten Speichentyps 56b umgesetzt werden, sodass alle Speichen 56 hohl sind und daher Kühlmittel durch sie hindurch transportieren können.
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Da der erste hintere Speichentyp 56a im Wesentlichen radial mit dem ersten und dem zweiten Kassettenträger 18b, 18c ausgerichtet ist, der innerhalb der Aussparung 36 angebracht ist, sind die ersten Speichentypen 56a ebenfalls in dem Winkel AR, der nicht gleich 180 Grad beträgt, sondern geringfügig von 180 Grad verschieden ist, zueinander angeordnet, wie in 5 gezeigt. Beispielsweise kann der Winkel AR im Bereich von etwa 165 Grad bis etwa 179 Grad liegen. Zusätzlich kann der Winkelabstand zwischen zwei benachbarten zweiten Speichentypen 56b nicht gleich dem Winkelabstand zwischen einem ersten Speichentyp 56a und einem benachbarten zweiten Speichentyp 56b sein. Mit anderen Worten können die Speichen 44 in Bezug aufeinander ungleich beabstandet sein, um Schwingungen während der Schneidvorgänge zu reduzieren.
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Die hintere Tragstruktur 16 beinhaltet ferner einen Führungsring 60, der sich axial von dem umlaufenden Tragring 58 in einer axialen Vorwärtsrichtung (d. h. hin zu der vorderen Tragstruktur 14) erstreckt. Der Führungsring 60 hat die Aufgabe, beim Einsetzen der hinteren Tragstruktur 16 in den rohrförmigen Körper 12 als Führung zu dienen. Der Führungsring 60 beinhaltet eine Vielzahl von Öffnungen 62, die mit den Öffnungen 38 (7) in der Tragringstruktur 24 ausgerichtet werden können, sodass das Gewindebefestigungselement 34 (1 und 2) durch diese hindurchtreten kann, wenn der erste und der zweite hintere Kassettenträger 18b, 18c an dem Schneidwerkzeug 10 befestigt werden.
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Zusätzlich weist der Führungsring 60 eine Kühlmittelbohrung 64 auf, die mit der Kühlmittelbohrung 40 (7) in der Tragringstruktur 24 ausgerichtet werden kann, sodass Kühlmittel von dem hinteren Maschinenverbindungsglied 20 zu dem zweiten hinteren Kassettenträger 18c übertragen werden kann. Die hintere Tragstruktur 16 umfasst außerdem einen Flansch 66, der sich radial von dem Führungsring 60 erstreckt und als ein Anschlag beim Einsetzen der hinteren Tragstruktur 16 in den rohrförmigen Körper 12 während der Montage wirkt.
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Unter Bezugnahme auf 16 ist der vordere Kassettenträger 18a gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der vordere Kassettenträger 18a enthält eine Tasche 76, die zur Aufnahme einer Schneideinsatzkassette 112 (1-3) ausgebildet ist. Die Tasche 76 weist eine Gewindeöffnung 78 auf, die eine Befestigungsschraube 110 zum Anbringen der Schneideinsatzkassette 112 in der Tasche 76 aufnehmen kann. Die Tasche 76 weist außerdem eine Kühlmittelaustrittsbohrung 80 in Fluidverbindung mit der Kühlmittelbohrung 52, die in der ersten Art von Radialplatte 46a der vorderen Tragstruktur 14 ausgebildet ist, um Kühlmittel für die Schneideinsatz/Werkstück-Schnittstelle bereitzustellen. Die Tasche 76 befindet sich zwischen einem Paar von Flanschen 82, die sich von der Tasche 76 nach außen erstrecken. Die Flansche 82 sind zwischen der Innenwand des rohrförmigen Körpers 12 und der ersten Art von Radialplatte 46a der vorderen Tragstruktur 14 angeordnet. Jeder Flansch 82 beinhaltet eine oder mehrere Öffnungen 84, die in der Lage sind, das Gewindebefestigungselement 34 aufzunehmen, um die vordere Tragstruktur 14 direkt an der ersten Art von Radialplatte 46a der vorderen Tragstruktur 14 zu befestigen.
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Unter Bezugnahme auf 17 und 18 ist der erste hintere Kassettenträger 18b gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Wie zuvor erwähnt, ist der erste hintere Kassettenträger 18b in Bezug auf den zweiten hinteren Kassettenträger 18c axial vorne (d. h. näher an der vorderen Tragstruktur 14) angeordnet. Der erste hintere Kassettenträger 18a enthält eine Tasche 86, die zur Aufnahme einer Schneideinsatzkassette 112 (1-3) ausgebildet ist. Die Tasche 86 weist eine Gewindeöffnung 88 auf, die eine Befestigungsschraube 110 (1-3) zum Anbringen der Schneideinsatzkassette 112 in der Tasche 86 aufnehmen kann.
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Der erste hintere Kassettenträger 18b beinhaltet außerdem eine Kühlmitteleinlassbohrung 90 in einer Seitenwand 92 nahe und benachbart zu dem zweiten hinteren Kassettenträger 18c. Die Kühlmitteleinlassbohrung 90 steht in Fluidverbindung mit dem zweiten hinteren Kassettenträger 18c und ist in der Lage, ein Dichtungselement (nicht gezeigt), wie beispielsweise einen O-Ring und dergleichen, aufzunehmen. Die Kühlmitteleinlassbohrung 90 führt Kühlmittel von dem zweiten hinteren Kassettenträger 18c einer oder mehreren Kühlmittelaustrittsbohrungen 94, die in der Tasche 86 ausgebildet sind, und der Schneideinsatz/Werkstück-Schnittstelle zu. Der erste hintere Kassettenträger 18b beinhaltet außerdem eine oder mehrere Öffnungen 96, die das Gewindebefestigungselement 34 aufnehmen können, um die erste hintere Tragstruktur 18b direkt an der Tragringstruktur 24 zu befestigen, wie in den 1 und 2 gezeigt.
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Unter Bezugnahme auf 19 und 20 ist der zweite hintere Kassettenträger 18b gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der zweite hintere Kassettenträger 18c ist in Bezug auf den ersten hinteren Kassettenträger 18b axial hinten (d. h. näher an der hinteren Tragstruktur 16) angeordnet. Der zweite hintere Kassettenträger 18c enthält eine Tasche 98, die zur Aufnahme einer Schneideinsatzkassette 112 (1-3) konfiguriert ist. Die Tasche 98 weist eine Gewindeöffnung 100 auf, die eine Befestigungsschraube 110 (1-3) zum Anbringen der Schneideinsatzkassette 112 in der Tasche 98 aufnehmen kann. Die Tasche 98 beinhaltet außerdem eine oder mehrere Kühlmittelaustrittsbohrungen 102 in Fluidverbindung mit der Kühlmittelleitung 74, die in dem ersten Speichentyp 56a der hinteren Tragstruktur 16 ausgebildet ist, um Kühlmittel für die Schneideinsatz/Werkstück-Schnittstelle bereitzustellen. Der zweite hintere Kassettenträger 18c beinhaltet außerdem eine Kühlmittelaustrittsbohrung 104 in einer Seitenwand 106 nahe und benachbart zu der Kühlmitteleinlassbohrung 90, die in der Seitenwand 92 des ersten hinteren Kassettenträgers 18b ausgebildet ist. Der zweite hintere Kassettenträger 18c beinhaltet außerdem eine oder mehrere Öffnungen 108, die das Gewindebefestigungselement 34 aufnehmen können, um die zweite hintere Tragstruktur 18c direkt an der Tragringstruktur 24 zu befestigen, wie in 1 und 2 gezeigt.
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Es versteht sich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, dass der zweite hintere Kassettenträger 18c in Fluidverbindung mit der Kühlmittelleitung 74 des ersten Speichentyps 56a der hinteren Tragstruktur 16 steht, und dass die Erfindung mit dem ersten hinteren Kassettenträger 18b in Fluidverbindung mit der Kühlmittelleitung 74 umgesetzt werden kann.
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Es versteht sich auch, dass die Erfindung ist nicht durch die Anzahl der vorderen Tragstrukturen 14 und der hinteren Tragstrukturen 16 beschränkt ist, und dass die Erfindung kann mit einer beliebigen Anzahl von vorderen Tragstrukturen 14 und hinteren Tragstrukturen 16, abhängig von den Abmessungen des Schneidwerkzeugs 10, umgesetzt werden kann. Außerdem ist die Erfindung nicht durch die Anordnung der vorderen Tragstruktur 14 und/oder der hinteren Tragstruktur 16 beschränkt, und die Erfindung kann mit der vorderen Tragstruktur 14 und/oder der hinteren Tragstruktur 16, die an einer beliebigen Stelle zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des rohrförmigen Körpers 12 befestigt sind, umgesetzt werden. Beispielsweise kann die Erfindung so umgesetzt werden, dass die vordere Tragstruktur 14 und/oder die hintere Tragstruktur 16 an einem mittleren Abschnitt des rohrförmigen Körpers 12 befestigt sind.
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Wie oben beschrieben, reduziert der rohrförmige Körper 12 des Schneidwerkzeugs 10 aus Verbundwerkstoff, wie CFK und dergleichen, das Gewicht des Schneidwerkzeugs 10 erheblich gegenüber einem herkömmlichen, vollständig aus Stahl hergestellten Schneidwerkzeug, bei gleichzeitigem Beibehalten und Erhöhen der Steifigkeit des Schneidwerkzeugs 10. Dadurch wird das Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht des Schneidwerkzeugs 10 deutlich erhöht. Außerdem können die Kassettenträger 18a, 18b, 18c, abhängig von Aufbauanforderungen, entweder an der Innenseite oder an der Außenseite des rohrförmigen Körpers 12 befestigt werden. Ferner stellt das hintere Maschinenverbindungsglied 20 den Kassettenträger 18a, 18b, 18c Kühlmittel zur Verfügung.
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Die Patentschriften und Veröffentlichungen, auf die hierin Bezug genommen wird, werden hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
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Obgleich gegenwärtig bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, kann die Erfindung innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche anderweitig ausgestaltet werden.