DE112021006850T5

DE112021006850T5 - Rotierendes Schneidwerkzeug mit einer Energy-Harvesting-Anordnung

Info

Publication number: DE112021006850T5
Application number: DE112021006850.4T
Authority: DE
Inventors: Lior BENILUZ
Original assignee: Iscar Ltd
Current assignee: Iscar Ltd
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-11-02
Also published as: KR20230129994A; US20220226914A1; TW202228902A; CN116829301A; IL303487A; WO2022157755A1

Abstract

Ein rotierendes Schneidwerkzeug weist einen Werkzeughalter (22) und einen lösbar am Werkzeughalter befestigten Schneidabschnitt auf. Der Werkzeughalter weist einen Montageabschnitt (34) auf, der dafür konfiguriert ist, an einer Spindel befestigt zu werden. Das rotierende Schneidwerkzeug weist außerdem einen Fluidkanal (46) und eine Energy-Harvesting-Anordnung (58) auf, die eine im Fluidkanal angeordnete Turbine (60) aufweist. Der Fluidkanal mündet in eine Kanaleinlassöffnung (48) für die Zufuhr von Fluid, die sich am Montageabschnitt befindet, und eine Kanalauslassöffnung (50), die mit der Kanaleinlassöffnung in Fluidverbindung steht.

Description

Erfindungsgebiet
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft rotierende Schneidwerkzeuge und insbesondere rotierende Schneidwerkzeuge, die eine Energy-Harvesting-Anordnung aufweisen, insbesondere Energy-Harvesting-Anordnungen mit einer durch ein Fluid betriebenen Turbine.
Hintergrund der Erfindung
Schneidwerkzeuganordnungen können eine Energy-Harvesting-Anordnung mit einer durch ein Fluid betriebenen Turbine aufweisen.
EP 2 095 897 offenbart eine Werkzeughalteranordnung. Von einer Hauptleitung, die eine unter Druck stehende Schmier-/Kühlmittelströmung in den Bearbeitungsbereich zuführt, ist eine Nebenleitung abgeleitet. Ein Generator ist an der Nebenleitung angeordnet. Auf diese Weise wird ein Teil der Strömung, die für die Schmierung/Kühlung im Bearbeitungsbereich vorgesehen ist, zum Betreiben der Turbine genutzt, die einen Generator in Drehbewegung versetzt. Das Fluid am Ausgang des Generators wird durch die Nebenleitung zu einem Ausgabeauslass geleitet.
US 2015/125230 offenbart eine Vorrichtung mit einer Spindel und einem Werkzeug mit einem Werkzeughalter, der in einer Eingriffsbeziehung mit einem Ende der Spindel gesichert ist. Das Werkzeug weist ein Werkstückende auf, das durch eine Energy-Harvesting-Vorrichtung vollständig mit Energie versorgt wird. In einer ersten Ausführungsform (2) erstreckt sich ein zweiter Fluidströmungskanal durch den Werkzeughalter, um der Energy-Harvesting-Vorrichtung Fluid zuzuführen. Die Energy-Harvesting-Vorrichtung versorgt einen Sensor, der zum Prüfen des Werkstücks als Teil des Bearbeitungsprozesses verwendet wird, mit Energie. Die Energy-Harvesting-Vorrichtung gewinnt Energie aus der Drehbewegung der Spindel, die auf eine Welle des Werkzeugs und des Werkzeughalters übertragen wird.
US 4716657 offenbart eine Maschine mit einem beweglichen Element, das in der Lage ist, ein Werkzeug zum Ausführen eines Arbeitsvorgangs an einem Werkstück zu tragen, und mit einem Vorrat für unter Druck stehendes Fluid. Das Werkzeug weist eine elektrische Schaltung auf, die Energie von einem elektrischen Generator erhält, der antriebsmäßig mit einer Turbine verbunden ist, die durch den in der Maschine vorgesehenen Vorrat für unter Druck stehendes Fluid angetrieben wird. In einer ersten Ausführungsform (1) weist die Maschine eine Messsonde auf. In einer zweiten Ausführungsform (2) weist die Maschine eine Bohrstange mit einer Schneideinrichtung auf. Die Turbine in der Form eines Pelton-Turbinenrades ist um den Außenumfang einer Manschette herum vorgesehen.
US 6840723 offenbart eine Arbeitseinheit, die dazu vorgesehen ist, auf einem beweglichen, maschinenbetriebenen Werkzeugträger montiert zu werden. Die Arbeitseinheit weist ein Gehäuse auf, das am Werkzeugträger befestigt ist und einen pneumatischen Turbinenmotor mit einem Rotor trägt, ein Bearbeitungswerkzeug des Schaftfräsertyps mit einem Schneidabschnitt, der sich aus dem Gehäuse heraus erstreckt, und einem Schaftabschnitt, der im Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Schaftabschnitt des Bearbeitungswerkzeugs ist mit einem Turbinenlaufrad starr integral ausgebildet, um den Turbinenrotor zu bilden. Ferner ist ein Durchflussregelventil zum Zuführen von Druckluft zum Turbinenmotor vorgesehen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt des Gegenstands der vorliegenden Erfindung wird ein rotierendes Schneidwerkzeug mit einer Werkzeugmittelachse bereitgestellt, die eine Vorwärts- und eine Rückwärtsrichtung definiert, die einander entgegengesetzt sind, und um die das rotierende Schneidwerkzeug drehbar ist, wobei das rotierende Schneidwerkzeug aufweist:

einen Werkzeughalter mit einem Montageabschnitt und einem Schneidabschnittaufnahmeabschnitt, die sich an einem hinteren bzw. einem vorderen Ende des Werkzeughalters befinden, die einander entgegengesetzt sind;
einen lösbar am Schneidabschnittaufnahmeabschnitt befestigten Schneidabschnitt, wobei der Schneidabschnitt eine Schneidkante aufweist;
einen Fluidkanal, der aufweist:
1. a) eine Kanaleinlassöffnung, die am Montageabschnitt angeordnet und dafür konfiguriert ist, einen Fluidvorrat aufzunehmen;
2. b) eine Kanalauslassöffnung, die mit der Kanaleinlassöffnung in Fluidverbindung steht und dafür konfiguriert ist, an der Kanaleinlassöffnung eintretendes Fluid auszugeben; und
3. c) eine zwischen der Kanaleinlass- und der Kanalauslassöffnung angeordnete Kanalturbinenkammer; und
eine Energy-Harvesting-Anordnung, die aufweist:
- eine in der Kanalturbinenkammer angeordnete Turbine, wobei die Turbine dafür konfiguriert ist, durch Fluid, das von der Kanaleinlassöffnung in einer Vorwärtsströmungsrichtung zur Kanalauslassöffnung strömt, in Drehbewegung versetzt zu werden.

Es versteht sich, dass der vorstehend erwähnte Sachverhalt eine Kurzbeschreibung ist, und dass nachstehend beschriebene Merkmale in jeder Kombination auf den Gegenstand der vorliegenden Erfindung anwendbar sein können, beispielsweise kann jedes der folgenden Merkmale auf das rotierende Schneidwerkzeug anwendbar sein:
Das rotierende Schneidwerkzeug kann einen einzelnen Fluidkanal aufweisen.
Das rotierende Schneidwerkzeug kann nur eine einzelne Kanaleinlassöffnung und eine einzelne Kanalauslassöffnung aufweisen, und der Fluidkanal darf sich zwischen der Kanaleinlassöffnung und der Kanalauslassöffnung nicht verzweigen.
Die Kanalauslassöffnung kann sich entweder am Schneidabschnitt oder am vorderen Ende des Werkzeughalters befinden.
Die Kanalauslassöffnung kann sich am Schneidabschnitt befinden.
Die Kanalauslassöffnung kann derart ausgerichtet sein, dass Fluid in der Nähe der Schneidkante austritt.
Der Fluidkanal kann ein innerhalb des rotierenden Schneidwerkzeugs ausgebildeter Durchgangskanal sein.
Der Schneidabschnitt kann integral ausgebildet sein, so dass er eine einheitliche, einteilige Konstruktion hat.
Der Werkzeughalter kann integral ausgebildet sein, so dass er eine einheitliche, einteilige Konstruktion hat.
Der Werkzeughalter kann eine hintere und eine vordere Halterfläche sowie eine Halterumfangsfläche aufweisen, die sich dazwischen um die Mittelachse des Werkzeugs erstreckt. Die hintere Halterfläche kann sich am hinteren Ende des rotierenden Schneidwerkzeugs befinden. Die Kanaleinlassöffnung kann sich an der hinteren Halterfläche befinden.
Der Fluidkanal kann durch die vordere Halterfläche verlaufen.
Das rotierende Schneidwerkzeug kann ferner eine Befestigungsanordnung mit einer Spannmutter und einem Spannfutter aufweisen. Der Schneidabschnitt kann durch die Spannmutter und das Spannfutter lösbar am Werkzeughalter befestigt werden.
Der Fluidkanal kann eine Kanalturbinenvorkammer aufweisen, die an die Kanalturbinenkammer angrenzt und in Bezug auf die Vorwärtsströmungsrichtung dahinter angeordnet ist. In einem radialen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugmittelachse durch den Fluidkanal kann eine Querschnittsfläche des Fluidkanals an der Kanalturbinenkammer größer sein als an der Kanalturbinenvorkammer.
Der Fluidkanal kann eine Kanalturbinennachkammer aufweisen, die an die Kanalturbinenkammer angrenzt und in Bezug auf die Vorwärtsströmungsrichtung davor angeordnet ist. Der Schneidabschnitt kann sich in die Kanalturbinennachkammer erstrecken und ist von der Turbine beabstandet.
Die Kanalturbinenkammer kann mit der Werkzeugmittelachse ausgerichtet sein.
Die Turbine kann eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Turbinenschaufeln aufweisen. Die Vielzahl von sich radial erstreckenden Turbinenschaufeln können aus Aluminium hergestellt sein.
Die Energy-Harvesting-Anordnung kann ferner einen elektrischen Generator aufweisen, der sich in der Kanalturbinenkammer befindet und antriebsmäßig mit der Turbine verbunden ist.
Die Energy-Harvesting-Anordnung kann ferner zwei Kabel aufweisen, die sich vom elektrischen Generator erstrecken und an zwei elektrischen Verbindern enden, die am Werkzeughalter montiert sind.
Ein Abschnitt jedes der beiden Kabel kann im Fluidkanal angeordnet sein.
Der Werkzeughalter kann eine hintere und eine vordere Halterfläche sowie eine Halterumfangsfläche aufweisen, die sich dazwischen um die Werkzeugmittelachse erstreckt, wobei die hintere Halterfläche am hinteren Ende des rotierenden Schneidwerkzeugs angeordnet sein kann. Die Halterumfangsfläche kann eine darin eingelassene seitliche Haltervertiefung aufweisen. Das rotierende Schneidwerkzeug kann eine elektrische Anordnung aufweisen, an der die beiden elektrischen Verbinder angeordnet sind. Die elektrische Anordnung kann in der seitlichen Haltervertiefung angeordnet sein.
Die elektrische Anordnung kann einen Sensor aufweisen, der dafür konfiguriert ist, das Schneidwerkzeug und/oder einen Schneidvorgang zu überwachen.
Die elektrische Anordnung kann ferner eine wiederaufladbare Batterie aufweisen, die dafür konfiguriert ist, den Sensor mit Energie zu versorgen, wobei die wiederaufladbare Batterie Energie vom elektrischen Generator empfängt.
Der Fluidkanal kann die Werkzeugmittelachse über die gesamte Länge des Fluidkanals durch den Werkzeughalter enthalten.
Der Fluidkanal kann die Werkzeugmittelachse über die gesamte Länge des Fluidkanals sowohl durch den Werkzeughalter als auch den Schneidabschnitt enthalten.
Das rotierende Schneidwerkzeug kann ferner einen Turbinenaufnahmeabschnitt aufweisen, der vom Werkzeughalter trennbar und in diesem angeordnet ist. Die Kanalturbinenkammer kann innerhalb des Turbinenaufnahmeabschnitts ausgebildet sein.
Kurze Beschreibung der Figuren
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese in der Praxis ausgeführt werden kann, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen; es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen rotierenden Schneidwerkzeugs, teilweise im Aufriss;
2 eine perspektivische Explosionsansicht des in 1 dargestellten rotierenden Schneidwerkzeugs;
3 eine axiale Querschnittansicht des in 1 dargestellten rotierenden Schneidwerkzeugs; und
4 ein Detail von 3.

Der Einfachheit und Klarheit halber sind die in den Figuren dargestellten Elemente nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. So können beispielsweise die Abmessungen einiger Elemente aus Gründen der Übersichtlichkeit im Verhältnis zu anderen Elementen übertrieben sein, oder es können mehrere physikalische Komponenten in einem Funktionsblock oder Element enthalten sein. Darüber hinaus können, wenn dies als geeignet betrachtet wird, sich in den Figuren Bezugszeichen wiederholen, um entsprechende oder analoge Elemente zu kennzeichnen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte des Gegenstands der vorliegenden Erfindung erläutert. Zu Erläuterungszwecken werden spezifische Konfigurationen und Details so detailliert beschrieben, dass ein umfassendes Verständnis des Gegenstands der vorliegenden Erfindung möglich ist. Für Fachleute wird jedoch offensichtlich sein, dass der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch ohne die hierin dargestellten spezifischen Konfigurationen und Details in die Praxis umgesetzt werden kann.
Die Aufmerksamkeit wird zunächst auf die 1 und 2 gelenkt, die ein rotierendes Schneidwerkzeug 20 zeigen, das einen Aspekt der vorliegenden Anmeldung darstellt. In diesem in den Zeichnungen dargestellten, nicht einschränkenden Beispiel kann das rotierende Schneidwerkzeug 20 ein Bohrwerkzeug bilden, das für Bohrschneidvorgänge geeignet ist. Das rotierende Schneidwerkzeug weist eine Werkzeugmittelachse A auf. Die Werkzeugmittelachse A definiert eine Vorwärts- und eine Rückwärtsrichtung D_F, D_R, die einander entgegengesetzt sind. Die Werkzeugmittelachse A bildet eine Drehachse, um die das rotierende Schneidwerkzeug 20 in einer Drehrichtung R drehbar ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Begriffe „vorwärts“ und „rückwärts“ in der Beschreibung und in den Ansprüchen in der folgenden Diskussion in Bezug auf das rotierende Schneidwerkzeug 20 auf eine relative Position in einer Richtung der Werkzeugmittelachse A nach rechts bzw. nach links in den 3 und 4 beziehen. Außerdem beziehen sich die Begriffe „axial“ und „radial“ auf die Werkzeugmittelachse A, sofern nichts anderes angegeben ist.
Insbesondere weist in den 2 und 3 das rotierende Schneidwerkzeug 20 einen Werkzeughalter 22 auf. Der Werkzeughalter 22 weist ein hinteres Ende 24 und ein dem hinteren Ende 24 gegenüberliegendes vorderes Ende 26 auf. Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann der Werkzeughalter 22 aus Stahl hergestellt sein. Der Werkzeughalter 22 kann integral ausgebildet sein, so dass er eine einheitliche, einteilige Konstruktion hat. Der Werkzeughalter 22 kann eine hintere und eine vordere Halterfläche 28, 30 sowie eine Halterumfangsfläche 32 aufweisen, die sich zwischen der hinteren und der vorderen Halterfläche 28, 30 erstreckt. Die Halterumfangsfläche 32 kann sich um die Haltermittelachse A erstrecken. Die hintere Halterfläche 28 kann sich am hinteren Ende 24 des rotierenden Schneidwerkzeugs 20 befinden.
Der Werkzeughalter 22 weist einen Montageabschnitt 34 auf, der am hinteren Ende 24 des Werkzeughalters 22 angeordnet ist. Der Montageabschnitt 34 ist dafür konfiguriert, an einer Spindel (nicht dargestellt) befestigt zu werden, die eine Antriebseinrichtung zum Drehen des Schneidwerkzeugs 20 bereitstellt.
Wie in 2 am besten zu sehen ist, weist der Werkzeughalter 22 einen Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 auf, der sich am vorderen Ende 24 des Werkzeughalters 22 befindet. Der Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 ist dafür konfiguriert, den Schneidabschnitt 20 aufzunehmen. Der Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 ist axial gegenüber dem Montageabschnitt 34 angeordnet.
Das rotierende Schneidwerkzeug 20 weist einen Schneidabschnitt 36 auf. Der Schneidabschnitt 36 ist lösbar am Werkzeughalter 22 befestigt. Insbesondere ist der Schneidabschnitt 36 am Werkzeughalter 22 am Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 des Werkzeughalters befestigt. Der Schneidabschnitt 36 weist eine Schneidkante 38 zum Schneiden eines Werkstücks auf. Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann der Schneidabschnitt 36 integral ausgebildet sein, so dass er eine einheitliche, einteilige Konstruktion hat. In einer solchen Konfiguration kann der Schneidabschnitt 36 aus Sinterkarbid hergestellt sein. Alternativ kann der Schneidabschnitt 36 einen Schaftabschnitt mit mindestens einem lösbar daran befestigten Schneideinsatz an einem vorderen Ende des Schaftabschnitts aufweisen. In einer derartigen Konfiguration kann der Schneidabschnitt aus Sinterkarbid und der Schaftabschnitt aus Stahl hergestellt sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann das rotierende Schneidwerkzeug 20 eine Befestigungsanordnung aufweisen. In diesem in den Zeichnungen dargestellten, nicht-einschränkenden Beispiel kann die Befestigungsanordnung 40 eine Spannmutter 42 und ein Spannfutter 44 aufweisen. Der Schneidabschnitt 36 kann durch die Spannmutter 42 und das Spannfutter 44 lösbar am Werkzeughalter 22 befestigt werden. Der Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 kann eine konische Vertiefung 45 zum Aufnehmen des Spannfutters 44 aufweisen. Insbesondere kann die konische Vertiefung 45 in der vorderen Halterfläche 30 ausgebildet sein.
Das rotierende Schneidwerkzeug 20 weist einen Fluidkanal 46 auf. Der Fluidkanal 46 dient dazu, Fluid zum Betreiben einer Turbine zu befördern, wie später in der Beschreibung beschrieben wird. Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann das Fluid z.B. Öl, Wasser oder eine Emulsion sein. Der Fluidkanal 46 kann ein Durchgangskanal sein, der innerhalb des rotierenden Schneidwerkzeugs 20 ausgebildet ist.
Der Fluidkanal 46 kann die Werkzeugmittelachse A über die gesamte Länge des Fluidkanals durch den Werkzeughalter 22 enthalten. Der Fluidkanal 46 kann die Werkzeugmittelachse A über die gesamte Länge des Fluidkanals sowohl durch den Werkzeughalter 22 als auch durch den Schneidabschnitt 36 enthalten. Alternativ kann der Fluidkanal 46 die Werkzeugmittelachse A über eine Teillänge des Fluidkanals durch den Werkzeughalter 22 enthalten. Der Fluidkanal 46 kann die Werkzeugmittelachse A über eine Teillänge des Fluidkanals sowohl durch den Werkzeughalter 22 als auch durch den Schneidabschnitt 36 enthalten.
Der Fluidkanal 46 weist eine am Montageabschnitt 34 angeordnete Kanaleinlassöffnung 48 auf. Die Kanaleinlassöffnung 48 ist dafür konfiguriert, einen Fluidvorrat aufzunehmen. Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann die Kanaleinlassöffnung 48 am hinteren Ende 24 des Werkzeughalters 22 angeordnet sein. Insbesondere kann die Kanaleinlassöffnung 48 an der hinteren Halterfläche 28 angeordnet sein. Das heißt, der Fluidkanal 46 kann sich an der Kanaleinlassöffnung 48 zur Halterrückfläche 28 hin öffnen.
Der Fluidkanal 46 weist außerdem eine Kanalauslassöffnung 50 auf. Die Kanalauslassöffnung 50 steht in Fluidverbindung mit der Kanaleinlassöffnung 48. Fluid strömt im Fluidkanal 46 von der Kanaleinlassöffnung 48 zur Kanalauslassöffnung 50, wodurch eine Vorwärtsströmungsrichtung F_F definiert wird. Die Kanalauslassöffnung 50 ist dafür konfiguriert, das an der Kanaleinlassöffnung 48 eintretende Fluid abzuleiten. Die Vorwärtsströmungsrichtung F_F erstreckt sich in einer Richtung entlang des Fluidkanals 46 von der Kanaleinlassöffnung 48 zur Kanalauslassöffnung 50. Eine Rückwärtsströmungsrichtung F_R ist eine der Vorwärtsströmungsrichtung F_F entgegengesetzte Richtung. Das heißt, die Rückwärtsströmungsrichtung F_R erstreckt sich in einer Richtung entlang des Fluidkanals 46 von der Kanalauslassöffnung 50 zur Kanaleinlassöffnung 48. Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung können die Vorwärts- und die Rückwärtsströmungsrichtung F_F, F_R ungeachtet der Fluidströmung durch die Turbine allgemein linear sein. Die Kanalauslassöffnung 50 kann entweder am Schneidabschnitt 36 oder am vorderen Ende 24 des Werkzeughalters 22 angeordnet sein.
Der Fluidkanal 46 weist, wie insbesondere in den 3 und 4 dargestellt ist, eine Kanalturbinenkammer 52 auf. Das heißt, die Kanalturbinenkammer 52 befindet sich im Fluidkanal 46 und bildet einen Teil davon. Die Kanalturbinenkammer 52 ist zum Aufnehmen mindestens einer Turbine ausgelegt, wie später in der Beschreibung beschrieben wird. Die Kanalturbinenkammer 52 befindet sich zwischen der Kanaleinlass- und der Kanalauslassöffnung 48, 50. Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann das rotierende Schneidwerkzeug 20 einen Turbinenaufnahmeabschnitt 53 aufweisen, der vom Werkzeughalter 22 trennbar und in diesem angeordnet ist. Die Kanalturbinenkammer 52 kann innerhalb des Turbinenaufnahmeabschnitts 53 ausgebildet sein. Die Kanalturbinenkammer 52 kann zwischen dem hinteren Ende 24 des Werkzeughalters 22 und dem Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 angeordnet sein. Die Kanalturbinenkammer 52 kann mit der Werkzeugmittelachse A ausgerichtet sein. Anders ausgedrückt, die Kanalturbinenkammer 52 kann um die Mittelachse A des Werkzeugs herum zentriert sein und von ihr geschnitten werden. Daher ist eine in der Kanalturbinenkammer 52 angeordnete Turbine ebenfalls mit der Werkzeugmittelachse A ausgerichtet, wodurch ermöglicht wird, dass das rotierende Schneidwerkzeug 20 ausbalanciert ist.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann der Fluidkanal 46 eine Kanalturbinenvorkammer 54 aufweisen, die an die Kanalturbinenkammer 52 angrenzt und in Bezug auf die Vorwärtsströmungsrichtung F_F hinter dieser angeordnet ist. Das heißt, dass die Kanalturbinenvorkammer 54 der Kanalturbinenkammer 52 in Bezug auf die Vorwärtsströmungsrichtung F_F vorgelagert ist. In einem radialen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugmittelachse A durch den Fluidkanal 46 kann eine Querschnittsfläche des Fluidkanals 46 an der Kanalturbinenkammer 52 größer sein als an der Kanalturbinenvorkammer 54. Ähnlich wie die Kanalturbinenkammer 52 kann auch die Kanalturbinenvorkammer 54 mit der Werkzeugmittelachse A ausgerichtet sein. Anders ausgedrückt kann die Kanalturbinenvorkammer 54 um die Werkzeugmittelachse A zentriert sein und von dieser geschnitten werden. Die Kanalturbinenkammer 52 und die Kanalturbinenvorkammer 54 sind vorzugsweise zylindrisch, obwohl zumindest die Kanalturbinenvorkammer 54 mit einer Verjüngung in der Vorwärtsströmungsrichtung F_F konisch ausgebildet sein kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann der Fluidkanal 46 eine Kanalturbinennachkammer 56 aufweisen, die an die Kanalturbinenkammer 52 angrenzt und die in Bezug auf die Vorwärtsströmungsrichtung FF vor dieser angeordnet ist. Die Kanalturbinennachkammer 56 kann durch eine Ringnut 57 von der Kanalturbinenkammer 52 getrennt sein. In einem radialen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugmittelachse A durch den Fluidkanal 46 kann die Querschnittsfläche des Fluidkanals 46 am vordersten Abschnitt der Kanalturbinenkammer 52 kleiner sein als an der Kanalturbinennachkammer 56. Der Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 und/oder die konische Vertiefung 45 können sich in der Rückwärtsrichtung D_R zur Kanalturbinennachkammer 56 erstrecken. Der Schneidabschnitt 36 kann sich in die Kanalturbinenkammer 52 erstrecken. Der Schneidabschnitt 36 kann von der Turbine 60 beabstandet sein.
Das rotierende Schneidwerkzeug 20 weist eine Energy-Harvesting-Anordnung 58 auf. Die Energy-Harvesting-Anordnung 58 ist dafür konfiguriert, elektrische Energie zu gewinnen. Eine solches Energie-Harvesting kann beispielsweise zum Versorgen einer elektrischen Anordnung, beispielsweise eines Sensors und/oder einer wiederaufladbaren Batterie (die optional zur Stromversorgung eines solchen Sensors konfiguriert ist), verwendet werden. Im letztgenannten Fall entfällt die Notwendigkeit, Batterien auszutauschen, was nur durch Unterbrechung des Schneidvorgangs erfolgen kann.
Wie in 4 dargestellt ist, weist die Energy-Harvesting-Anordnung 58 eine Turbine 60 auf. Die Turbine 60 befindet sich im Fluidkanal 46 an der Kanalturbinenkammer 52. Anders ausgedrückt befindet sich die Turbine 60 in der Kanalturbinenkammer 52. Die Turbine 60 ist derart konfiguriert, dass sie in Reaktion auf die Fluidströmung von der Kanaleinlassöffnung 48 zur Kanalauslassöffnung 50 in der Vorwärtsströmungsrichtung F_F in Drehbewegung versetzt wird. Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann die Turbine 60 eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Turbinenschaufeln 62 aufweisen. Die Vielzahl von sich radial erstreckenden Turbinenschaufeln 62 können aus einem Metall hergestellt sein, insbesondere können die Vielzahl von sich radial erstreckenden Turbinenschaufeln 62 aus Aluminium hergestellt sein. Diese Konfiguration bietet vorteilhaft eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit, so dass die Turbinenschaufeln 62 nicht brechen oder sich verbiegen.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann die Energy-Harvesting-Anordnung 58 auch einen elektrischen Generator 64 aufweisen, der antriebsmäßig mit der Turbine 60 verbunden ist. Der elektrische Generator 64 kann in der Kanalturbinenkammer 52 angeordnet sein. Der elektrische Generator 64 kann zum Versorgen einer elektrischen Anordnung mit Strom verwendet werden.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann die Energy-Harvesting-Anordnung 58 zwei Kabel 66 aufweisen, die sich vom elektrischen Generator 64 erstrecken und an zwei elektrischen Verbindern 70 enden, die am Werkzeughalter 22 montiert sind. Ein Abschnitt jedes der beiden Kabel 66 kann im Fluidkanal 46 angeordnet sein. Insbesondere kann ein Abschnitt jedes der beiden Kabel 66, die sich unmittelbar von der Turbine 60 (d.h. daran angrenzend) erstrecken, im Fluidkanal 46 angeordnet sein. Es versteht sich, dass auch ein einziges elektrisches Kabel mit zwei Drähten, das sich vom Generator zu einem einzigen elektrischen Verbinder mit zwei Klemmen erstreckt, verwendet werden kann.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann das rotierende Schneidwerkzeug 20 eine elektrische Anordnung 72 aufweisen. Die beiden elektrischen Verbinder 70 können an der elektrischen Anordnung 72 angeordnet sein. Wenn sich die Turbine 62 dreht, gibt der elektrische Generator 64 elektrische Energie über die beiden Kabel 66 ab, um die elektrische Anordnung 72 mit Strom zu versorgen. Anders ausgedrückt, der elektrische Generator 64 kann mit der elektrischen Anordnung 72 elektrisch verbunden sein. Die elektrische Anordnung 72 kann ein Sensor sein, der dafür konfiguriert ist, den Zustand des Schneidwerkzeugs und/oder den Schneidvorgang zu überwachen. Der Sensor kann zum Beispiel ein axiales Herausziehen des Schneidabschnitts 36 aus dem Schneidabschnittaufnahmeabschnitt 35 erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Anordnung 72 eine wiederaufladbare Batterie enthalten, die z.B. den Sensor mit Strom versorgt. Eine solche Konfiguration vermeidet vorteilhaft, dass der Benutzer das Werkzeug für einen Batteriewechsel stoppen muss, wenn ein solcher Sensor durch eine nicht wiederaufladbare Batterie mit Strom versorgt wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung kann die Halterumfangsfläche 32 eine darin eingelassene seitliche Haltervertiefung 68 aufweisen. Die elektrische Anordnung 72 kann in der seitlichen Haltervertiefung 68 aufgenommen sein, wodurch die elektrische Anordnung 72 vor Stößen, z.B. durch abgetragene Späne, geschützt wird.
Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, kann sich der Fluidkanal 46 gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung in den Schneidabschnitt 36 erstrecken. Daher kann die Kanalauslassöffnung 50 am Schneidabschnitt 36 angeordnet sein. Insbesondere kann die Kanalauslassöffnung 50 an einer vordersten Schneidabschnittfläche 76 des Schneidabschnitts 36 angeordnet sein. Das heißt, der Fluidkanal 46 kann sich an der Kanalauslassöffnung 50 zur vordersten Schneidabschnittfläche 76 öffnen. Die Kanalauslassöffnung 50 kann derart ausgerichtet sein, dass Fluid in der Nähe der Schneidkante 38 ausgegeben wird. Die Kanalauslassöffnung 50 kann in der Nähe der Schneidkante 36 angeordnet sein. Die Kanalauslassöffnung 50 kann in die Vorwärtsrichtung D_F weisen. Das heißt, eine Normale, die sich senkrecht zu einer durch die Kanalauslassöffnung 50 definierten Ebene erstreckt, kann sich allgemein parallel zur Werkzeugmittelachse A erstrecken. In der Konfiguration mit der Spannmutter 42 und dem Spannfutter 44 kann der Fluidkanal 46 sich durch die vordere Halterfläche 30 an der konischen Vertiefung 45 erstrecken. Die Kanalauslassöffnung 50 kann am Spannfutter 44 und/oder der Spannmutter 42 (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Erfindung ist das rotierende Schneidwerkzeug 20 frei von einem Sekundärkanal mit eigenem Ein- und Auslass. Das heißt, das rotierende Schneidwerkzeug 20 weist nur eine einzelne Kanaleinlassöffnung 48 und eine einzelne Kanalauslassöffnung 50 auf (d.h., das rotierende Schneidwerkzeug 20 weist einen einzelnen (d.h. genau einen) Fluidkanal 46 auf). Darüber hinaus könnte sich der Fluidkanal 46 zwischen der Kanaleinlassöffnung 48 und der Kanalauslassöffnung 50 nicht verzweigen (um in einen anderen Auslass zu münden), wie beispielsweise in der EP 2 095 15 897 dargestellt ist. Dadurch wird vorteilhafterweise ein einziger Fluidkanal 46 zum Zuführen von Kühlmittel zur Schneidkante 38 und auch zum Zuführen von Fluid zum Betreiben der Turbine 60 verwendet.
Obwohl der Gegenstand der vorliegenden Erfindung mit einem gewissen Grad an Genauigkeit beschrieben wurde, können innerhalb des durch die Patentansprüche definierten Schutzumfangs der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2095897 [0003]
US 2015125230 [0004]
US 4716657 [0005]
US 6840723 [0006]
EP 209515897 [0057]

Claims

Rotierendes Schneidwerkzeug (20) mit einer Werkzeugmittelachse (A), die eine Vorwärts- und eine Rückwärtsrichtung (D_F, D_R) definiert, die einander entgegengesetzt sind, und um die das rotierende Schneidwerkzeug (20) drehbar ist, wobei das rotierende Schneidwerkzeug (20) aufweist: einen Werkzeughalter (22), der einen Montageabschnitt (34) und einen Schneidabschnittaufnahmeabschnitt (35) aufweist, die sich an einem hinteren und einem vorderen Ende (24, 26) des Werkzeughalters (22) befinden, die einander entgegengesetzt sind; einen Schneidabschnitt (36), der lösbar am Schneidabschnittaufnahmeabschnitt (35) befestigt ist, wobei der Schneidabschnitt (36) eine Schneidkante (38) aufweist; einen Fluidkanal (46), der aufweist: a) eine Kanaleinlassöffnung (48), die am Montageabschnitt (34) angeordnet und dafür konfiguriert ist, einen Fluidvorrat aufzunehmen; b) eine Kanalauslassöffnung (50), die mit der Kanaleinlassöffnung (48) in Fluidverbindung steht und dafür konfiguriert ist, an der Kanaleinlassöffnung (48) eintretendes Fluid abzugeben; und c) eine Kanalturbinenkammer (52), die zwischen der Kanaleinlass- und der Kanalauslassöffnung (48, 50) angeordnet ist; und eine Energy-Harvesting-Anordnung (58), die aufweist: eine in der Kanalturbinenkammer (52) angeordnete Turbine (60), wobei die Turbine (60) dafür konfiguriert ist, durch Fluid, das von der Kanaleinlassöffnung (48) in einer Vorwärtsströmungsrichtung (F_F) zur Kanalauslassöffnung (50) strömt, in Drehbewegung versetzt zu werden.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 1, wobei das rotierende Schneidwerkzeug (20) einen einzelnen Fluidkanal (46) aufweist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das rotierende Schneidwerkzeug (20) nur eine einzige Kanaleinlassöffnung (48) und eine einzige Kanalauslassöffnung (50) aufweist, und wobei der Fluidkanal (46) sich zwischen der Kanaleinlassöffnung (48) und der Kanalauslassöffnung (50) nicht verzweigt.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kanalauslassöffnung (50) entweder am Schneidabschnitt (36) oder am vorderen Ende (26) des Werkzeughalters (22) angeordnet ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 4, wobei die Kanalauslassöffnung (50) am Schneidabschnitt (36) angeordnet ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kanalauslassöffnung (50) derart ausgerichtet ist, dass Fluid in der Nähe der Schneidkante (38) abgegeben wird.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Fluidkanal (46) ein im rotierenden Schneidwerkzeug (20) ausgebildeter Durchgangskanal ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schneidabschnitt (36) integral ausgebildet ist, so dass er eine einheitliche, einteilige Konstruktion hat.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Werkzeughalter (22) integral ausgebildet ist, so dass er eine einheitliche, einteilige Konstruktion hat.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei: der Werkzeughalter (22) eine hintere und eine vordere Halterfläche (28, 30) und eine Halterumfangsfläche (32) aufweist, die sich dazwischen um die Werkzeugmittelachse (A) erstreckt, die hintere Halterfläche (28) am hinteren Ende (24) des rotierenden Schneidwerkzeugs (20) angeordnet ist, und der Kanaleinlass (32) an der hinteren Halterfläche (28) angeordnet ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 10, wobei der Fluidkanal (46) sich durch die vordere Halterfläche (30) erstreckt.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner mit einer Befestigungsanordnung (40), die eine Spannmutter (42) und ein Spannfutter (44) aufweist, wobei: der Schneidabschnitt (36) durch die Spannmutter (42) und das Spannfutter (44) lösbar am Werkzeughalter (22) befestigt ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei: der Fluidkanal (46) eine Kanalturbinenvorkammer (54) aufweist, die an die Kanalturbinenkammer (52) angrenzt und in Bezug auf die Vorwärtsströmungsrichtung (F_F) hinter dieser angeordnet ist, und in einem radialen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Werkzeugmittelachse (A) durch den Fluidkanal (46) eine Querschnittsfläche des Fluidkanals (46) an der Kanalturbinenkammer (52) größer ist als an der Kanalturbinenvorkammer (54).
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei: der Fluidkanal (46) eine Kanalturbinennachkammer (56) aufweist, die an die Kanalturbinenkammer (52) angrenzt und in Bezug auf die Vorwärtsströmungsrichtung (F_F) vor dieser angeordnet ist, und der Schneidabschnitt (36) sich in die Kanalturbinennachkammer (56) erstreckt und von der Turbine (60) beabstandet ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Kanalturbinenkammer (52) mit der Werkzeugmittelachse (A) ausgerichtet ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei: die Turbine (60) eine Vielzahl von sich radial erstreckenden Turbinenschaufeln (62) aufweist, und die Vielzahl von sich radial erstreckenden Turbinenschaufeln (62) aus Aluminium hergestellt sind.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Energy-Harvesting-Anordnung (58) ferner einen elektrischen Generator (64) aufweist, der in der Kanalturbinenkammer (52) angeordnet und antriebsmäßig mit der Turbine (60) verbunden ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 17, wobei die Energy-Harvesting-Anordnung (58) ferner zwei Kabel (66) aufweist, die sich vom elektrischen Generator (64) erstrecken und an zwei elektrischen Verbindern (70) enden, die am Werkzeughalter (22) montiert sind.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 18, wobei ein Abschnitt jedes der beiden Kabel (66) im Fluidkanal (46) angeordnet ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 17, wobei: der Werkzeughalter (22) eine hintere und eine vordere Halterfläche (28, 30) und eine Halterumfangsfläche (32) aufweist, die sich dazwischen um die Werkzeugmittelachse (A) erstreckt, wobei die hintere Halterfläche (28) am hinteren Ende (24) des rotierenden Schneidwerkzeugs (20) angeordnet ist, die Halterumfangsfläche (32) eine darin eingelassene seitliche Haltervertiefung (68) aufweist, das rotierende Schneidwerkzeug (20) eine elektrische Anordnung (72) aufweist, wobei die beiden elektrischen Verbinder (70) daran angeordnet sind, und die elektrische Anordnung (72) in der seitlichen Haltervertiefung (68) angeordnet ist.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 20, wobei die elektrische Anordnung (72) einen Sensor aufweist, der dafür konfiguriert ist, das Schneidwerkzeug und/oder einen Schneidvorgang zu überwachen.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 21, wobei die elektrische Anordnung (72) ferner eine wiederaufladbare Batterie aufweist, die dafür konfiguriert ist, den Sensor mit Strom zu versorgen, wobei die wiederaufladbare Batterie Energie vom elektrischen Generator (64) erhält.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei der Fluidkanal (46) die Werkzeugmittelachse (A) über die gesamte Länge des Fluidkanals (46) durch den Werkzeughalter (22) enthält.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach Anspruch 23, wobei der Fluidkanal (46) die Werkzeugmittelachse (A) über die gesamte Länge des Fluidkanals (46) durch sowohl den Werkzeughalter (22) als auch den Schneidabschnitt (36) enthält.
Rotierendes Schneidwerkzeug (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, ferner mit einem Turbinenaufnahmeabschnitt (53), der vom Werkzeughalter (22) trennbar und in diesem angeordnet ist, wobei: die Kanalturbinenkammer (52) innerhalb des Turbinenaufnahmeabschnitts (53) ausgebildet ist.