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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Werkzeughalter, der
lösbar
mit der Spindel einer Werkzeugmaschine verbindbar ist, und insbesondere
auf einen Werkzeughalter, der aus einer Haupthülse, die an der Spindel eines
Bearbeitungswerkzeugs befestigbar ist und einem Teilhalter, der
mit der Haupthülse
verbindbar ist, gebildet ist.
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Die
Hauptwelle eines Maschinenwerkzeugs, wie z.B. eines Bearbeitungszentrums,
ist am vorderen Ende mit einer konischen Bohrung zur Aufnahme eines
Werkzeughalters versehen. Üblicherweise
wird ein Konus 7/24 verwendet, d.h. ein Konuswinkel, der etwas größer als
16° ist,
und ein internationaler Standard für die Konusbohrung ist. Entsprechend
weist das Konusteil jedes Werkzeughalters einen Konus von 7/24 auf,
um dem Konus der Konusbohrung zu entsprechen.
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Es
ist bereits ein Werkzeughalter mit einer Haupthülse und einem Teilhalter bekannt.
Die Haupthülse
des Werkzeughalters weist dabei einen konusförmigen Kegel auf, der in eine
Konusbohrung einer Spindel einsetzbar ist, und eine konusförmige Bohrung,
die am vorderen Ende des konusförmigen
Kegels ausgebildet ist, um den Teilhalter aufzunehmen. Der Konus
der Haupthülse
weist denselben steilen Konus auf wie die konusförmige Bohrung der Spindel (d.h.
einen Konus von 7/24), während
die konusförmige
Bohrung der Haupthülse
einen schwachen Konus von 1/10 aufweist, d.h. einen Konuswinkel,
der etwas größer als
5° ist.
Der Teilhalter weist einen hohlen konusförmigen Schaft auf, der den
gleichen Konuswinkel wie das konusförmige Loch der Haupthülse enthält. Der
Konusschaft des Teilhalters ist entfernbar in das konusförmige Loch
der Haupthülse einsetzbar,
um den Teilhalter in der Haupthülse
zu befestigen.
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Der
aus der Haupthülse
und dem Teilhalter gebildete Werkzeughalter kann an eine konusförmige Bohrung
angesetzt werden, die vielfach an Spindeln von Werkzeugmaschinen
verwendet wird. Da der konusförmige
Schaft des Teilhalters hohl ist, kann der konusförmige Schaft eng in das konusförmige Loch der
Haupthülse
durch Nutzung der elastischen Deformation des konusförmigen Schafts
eingesetzt werden. Dies erhöht
die Konzentrizität
zwischen der Haupthülse
und dem Teilhalter, die durch einen schwachen Konus von 1/10 miteinander
gekoppelt sind. Jedoch tendiert der hohle konusförmige Schaft des Teilhalters
dazu, sich aufgrund der Schneidkräfte in Radialrichtung elastisch
zu deformieren, so dass eine Abweichung und Verbiegung in dem Werkzeughalter
erzeugt wird. Es ist außerdem
schwierig, eine gut ausgewuchtete Rotation zu erhalten. Demgemäß weist
ein solcher Werkzeughalter den Nachteil auf, dass ein metallisches
Werkstück
nicht mit hoher Geschwindigkeit bearbeitet werden kann, bei dem
ein Schneidwerkzeug verwendet ist, das an einem Teilhalter befestigt
ist.
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In
der
DE 34 18 615 C2 ist
ein Werkzeughalter angegeben, der eine Haupthülse zum Einsetzen in eine Bohrung
einer Spindel eines Bearbeitungswerkzeuges aufweist, wobei die Haupthülse an ihrem rückwärtigen Ende
eine konische Bohrung zur Aufnahme einer entsprechend konisch verlaufenden Werkzeughülse aufweist.
Die Werkzeughülse
ist mittels eines Schraubrings an der Haupthülse befestigbar. Dadurch wird
zwar das Werkzeug über
eine konische Bohrung in der Haupthülse zentriert. Die Haupthülse selbst
ist jedoch zylindrisch ausgestaltet und in eine zylindrische Bohrung
der Werkzeugmaschine einsetzbar. Es findet dadurch zwar eine axiale Klemmung
der Haupthülse
statt, jedoch erfolgt keine präzise
radiale Klemmung der Haupthülse
in der Spindel der Bearbeitungsmaschine. Der Gegenstand dieser Entgegenhaltung
ist für
eine hochtourige, hochpräzise
Zentrierung eines Werkzeuges daher nicht geeignet.
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Aus
der
DE 1 477 222 C3 ist
ein Werkzeughalter mit einer Haupthülse mit einem konusförmigen Schaft,
der in eine entsprechende Bohrung einer Spindel der Werkzeugmaschine
einsetzbar ist, bekannt. Auch das in die Haupthülse einsetzbare Werkzeug wird über eine
konusförmige
Klemmung in der Haupthülse
befestigt. Diese Vorrichtung ist aber nicht für hochpräzise, hochtourige Werkzeugmaschinen geeignet,
da der gesamte Werkzeughalter als starre Werkzeugaufnahme keine
hochfrequenten Schwingungen ausgleichen kann.
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Die
DE 39 30 154 A1 zeigt
ebenfalls einen Werkzeugspannkopf mit einem konusförmigen Schaft
zur Aufnahme konusförmiger
Werkzeughalter.
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Schließlich zeigt
die
DE 36 07 771 C2 die Ausbildung
eines Zugbolzens am vorderen Ende einer Werkzeugaufnahme.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeughalter anzugeben,
der mit einer Haupthülse
und einem Teilhalter ausgestattet ist und der bei hoher Drehzahl
eine hohe Präzision
der Zentrierung eines Werkzeuges in einer Werkzeugmaschine ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Die
vorliegende Erfindung gibt einen Werkzeughalter an, der eine Haupthülse, einen
Teilhalter und ein Klemmmittel enthält. Die Haupthülse weist
einen konusförmigen
Schaft auf, der in eine konusförmige
Bohrung einer Spindel einer Werkzeugmaschine einsetzbar ist, einen
Flansch, der am vorderen Ende des konusförmigen Schafts angeordnet ist
und der einen Durchmesser aufweist, der größer als der des konusförmigen Schafts
ist, und mit einer konusförmigen
Bohrung am vorderen Ende der Haupthülse, mit einem Konuswinkel,
der kleiner als der des konusförmigen
Schafts ist. Der Teilhalter enthält
einen Teilhalterkörper,
eine konusförmige
Buchse und ein elastisches Teil. Der Teilhalterkörper weist ein Schaftteil und
ein Flanschteil auf, die am vorderen Ende des Schaftteils angeordnet
sind. Die konusförmige
Hülse,
die elastisch in Radialrichtung deformierbar ist, ist auf dem äußeren Umfang
des Schaftteils des Teilhaltekörpers
axial beweglich aufgesetzt. Das elastische Teil befindet sich zwischen
der konusförmigen
Hülse und
dem Flanschteil im Teilhalterkörper. Das
Klemmmittel zieht den Teilhalter zum hinteren Ende der Haupthülse, so
dass das hintere Ende des Flanschteils des Teilhalterkörpers die
vordere Endfläche
der Haupthülse
eng kontaktiert, so dass der äußere Umfang
der konusförmigen
Hülse die
Umfangsfläche
der konusförmigen
Bohrung der Haupthülse eng
kontaktiert, wodurch der Teilhalter mit der Haupthülse eine
lösbare
Kupplung eingeht.
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Bei
dem Werkzeughalter der vorliegenden Erfindung weist der konusförmige Schaft
der Haupthülse
einen großen
Konuswinkel auf, d.h. einen steilen Konus, z.B. einen Konus von
7/24 bzw. etwa 16°. Entsprechend
kann der Konuswinkel der gleiche sein wie der der konusförmigen Bohrung,
welche üblicherweise
bei Spindeln von Werkzeugmaschinen, wie z.B. Bearbeitungszentren,
verwendet ist. Dies macht es möglich,
den konusförmigen
Schaft des Werkzeughalters an die Spindel des Maschinenwerkzeugs so
anzusetzen, dass der konusförmige
Schaft der Haupthülse
den Umfang der konusförmigen
Bohrung der Spindel eng kontaktiert, und das rückwärtige Ende des Flansches, der
am vorderen Ende des konusförmigen
Schafts ausgebildet ist, das vordere Ende der Spindel kontaktiert.
Diese Anordnung erhöht
die Stabilität
des Werkzeughalters.
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Die
konusförmige
Bohrung im vorderen Ende der Haupthülse und die konusförmige Hülse; die
an den Schaftbereich des Teilhalters angepasst ist, haben einen
Konuswinkel von 4°–12°, vorzugsweise
einen Konus von 5°.
In diesem Fall kontaktiert das hintere Ende des Flanschteils des
Teilhalters eng die vordere Endfläche der Haupthülse, wobei
der äußere Umfang
des konusförmigen
Schaftes die Umfangsfläche
des konusförmigen
Lochs der Haupthülse
eng kontaktiert und die Haupthülse
und der Teilhalter miteinander durch das Klemmmittel gekoppelt sind.
Aufgrund dieser Anordnung wird ein Unterschied zwischen der natürlichen
Frequenz der Haupthülse
und der natürlichen
Frequenz des Teilhalters erzeugt, wenn der Werkzeughalter verwendet wird.
Dies verringert Vibrationen aufgrund Resonanz, so dass es möglich ist,
die Erzeugung von Vibrationen, wie Zittern, zu vermeiden, welches
sonst beim Bearbeiten durch Verwendung eines Werkzeugs entsteht,
wie z.B. einer Endfräse
oder eines Bohrers, die an den Teilhalter angesetzt sind.
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Da
die elastisch deformierbare Konushülse auf das Schaftteil des
Teilhalterkörpers
des Teilhalters axial beweglich aufgesetzt ist, berühren die
innere Oberfläche
bzw. die äußere Oberfläche der
konusförmigen
Hülse eng
den Schaftbereich bzw. die Oberfläche der konusförmigen Bohrung
der Haupthülse, so
dass die Kupplungsstärke
erhöht
ist. Dadurch kann die Erzeugung von Vibrationen während hoher Arbeitsgeschwindigkeiten
verhindert werden.
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Da
das elastische Teil zwischen der konusförmigen Hülse und dem Flanschteil des
Teilhalterkörpers
des Teilhalters angeordnet ist, findet eine Pufferung statt zwischen
der konusförmigen
Hülse und
dem Flanschteil. Auch dieses verhindert die Erzeugung von Vibrationen
während
der Bearbeitung.
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Der
Werkzeughalter nach der vorliegenden Erfindung macht es möglich, ein
Werkstück
bei hoher Geschwindigkeit effektiv zu bearbeiten, wobei die bearbeitete
Oberfläche
keine Rauhigkeit aufweist und verhindert wird, dass ein Werkzeug
und die Welle aufgrund Abnutzung oder Brechen beschädigt wird, so
dass das Werkzeug und die Spindel für eine verlängerte Standzeit verwendbar
sind.
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Vorzugsweise
ist die Konushülse
mit einem Längsschlitz
versehen, und der Schlitz ist mit einem elastischen Material wie
Gummi ausgefüllt.
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Wenn
der Schlitz über
die gesamte Länge der
konusförmigen
Hülse ausgebildet
ist, kann die konusförmige
Hülse sich
leicht elastisch deformieren. Da das elastische Material in dem
Schlitz auch ein Dämpfungsfunktion
bewirkt, werden Vibrationen an dem Werkzeughalter verhindert.
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Das
Klemmmittel des Werkzeughalters kann aus einem Innengewinde in einer
Bohrung der Haupthülse
und einem Außengewinde
am rückwärtigen Ende
des Schaftteils des Teilhalters bestehen. Das Außengewinde des Teilhalters
wird mit dem Innengewinde der Haupthülse so verschraubt und befestigt, dass
der äußere Umfang
der konusförmigen
Hülse die
Umfangsfläche
der konusförmigen
Bohrung der Haupthülse
eng kontaktiert und die äußere Fläche des
Schaftteils die Umfangsfläche
der Bohrung in einer axialen Zwischenstellung des Schaftteils kontaktiert.
Diese Anordnung macht es möglich,
den Teilhalter mit der Haupthülse
zu koppeln, ohne dass ein Ziehbolzen oder ähnliches Teil verwendet werden muss.
Da auch die Außenfläche des
Schaftteils die Umfangsfläche
der Bohrung in einem axialen Zwischenbereich des Schaftteils eng
kontaktiert, d.h. zwischen dem Außengewinde und der konusförmigen Hülse, werden
Vibrationen verhindert.
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Das
Klemmteil des Werkzeughalters kann einen Ziehbolzen enthalten, der
in eine Bohrung eingesetzt ist, die am vorderen Ende der Haupthülse ausgebildet
ist und eine Gewindebohrung kann am rückwärtigen Endteil des Schaftteils
des Teilhalters angeordnet sein. Die Spitze des Ziehbolzens ist
in die Gewindebohrung des Teilhalters eingeschraubt und befestigt,
so dass die äußere Oberfläche der
konusförmigen
Hülse des
Teilhalters eng mit der äußeren Oberfläche der
konusförmigen
Bohrung der Haupthülse
in Verbindung steht.
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Diese
Struktur erleichtert die Herstellung des Teilhalters.
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Das
Klemmmittel kann eine Ziehstange enthalten, die einen Flanschteil
aufweist, der vom rückwärtigen Ende
der Haupthülse
gestützt
wird und ein Außengewinde,
das am vorderen Endteil angeordnet ist. Eine Gewindebohrung kann
am rückwärtigen Ende
des Schaftteils des Teilhalters angeordnet sein. Das Außengewinde
der Ziehstange ist in die Gewindebohrung des Teilhalters eingeschraubt
und so befestigt, dass die Außenfläche der
konusförmigen
Hülse des
Teilhalters eng mit der Außenfläche des
konusförmigen
Lochs in der Haupthülse
verbunden ist.
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Mit
dieser Anordnung kann das Ansetzen des Teilhalters durch Verwenden
einer Ziehstange ausgeführt
werden, die eine große
Länge aufweist, ohne
dass der oben genannte Ziehbolzen verwendet werden muss. Entsprechend
kann die Zahl der Teile reduziert werden.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine Explosionsseitenansicht
eines Werkzeughalters nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
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2 eine teilgeschnittene
Seitenansicht eines Werkzeughalters nach 1,
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3 eine untere Ansicht des
Werkzeughalters nach 1,
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4 eine Teilschnittseitenansicht
eines Werkzeughalters nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, und
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5 eine teilgeschnittene
Seitenansicht eines Werkzeughalters nach einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Die 1–3 zeigen
einen Werkzeughalter nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Werkzeughalter enthält
eine Haupthülse 1 und
einen Teilhalter 9.
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Die
Haupthülse 1 enthält einen
Hülsenkörper 2 mit
einem konusförmigen
Schaft 3, der an seinem Unterteil ausgebildet ist. Der
konusförmige
Schaft 3 weist eine große axiale Länge und einen steilen Konus
von 4/27 auf, d.h. einen Konuswinkel von 16°, 34', 40''. Ein Flansch 4,
der einen Durchmesser aufweist, der größer als der Konusschaft 3 ist,
ist am vorderen Ende des konusförmigen
Schaftes 3 angeordnet. Ferner ist ein ringförmiger Sitz 5 mit
einem Durchmesser, der kleiner als der Flansch 5 ist, an
der Vorderseite des Flansches 4 vorgesehen. Der Flansch 4 kann
mit dem Hülsenkörper 2 einstückig ausgebildet
sein oder an dem Hülsenkörper 2 durch Schrumpfbefestigung
des rückwärtigen Endteils
des Flansches 4 auf den Hülsenkörper 2 befestigt sein. Eine
Konusbohrung 6 ist vom vorderen Ende des Hülsenkörpers 2 her
ausgebildet. Diese Konusbohrung weist eine kurze axiale Länge und
einen schwachen Konus von 1/10 auf, d.h. einen Konuswinkel von 5°, 43'.
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Obgleich
eine Bohrung 7 in dem Hülsenkörper 2 in
der Weise ausgebildet ist, daß die
Bohrung 7 sich vom rückwärtigen Ende
des Hülsenkörpers 2 zum
rückwärtigen Ende
der Konusbohrung 6 erstreckt, ist der Hülsenkörper 2 im wesentlichen
ein fester Körper.
Eine Gewindebohrung 7a ist am rückwärtigen Endteil der Bohrung 7 ausgebildet
und ein Außengewinde 8a eines
Ziehbolzens 8 ist in die Gewindebohrung 7a eingeschraubt.
Der Ziehbolzen 8 ist mit einem Flanschbereich 8b versehen,
der in einer axialen Zwischenposition ausgebildet ist und der an
dem hinteren Ende des Hülsenkörpers 2 anliegt. Ein
Ziehteil 8c erstreckt sich nach Außen vom rückwärtigen Ende des Hülsenkörpers 2.
Im Ziehbolzen 8 ist auch ein Schneidflüssigkeitsdurchlaß 8d in
der Weise ausgebildet, daß der
Durchlaß 8d den
zentralen Bereich des Ziehbolzens 8 axial durchdringt.
Ein Innengewinde 7b ist im Zwischenbereich der Bohrung 7 ausgebildet
und zwischen dem Innengewinde 7b und der Konusbohrung 6 ist
ein Stützbereich 7c ausgebildet.
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Der
Flansch 4 ist mit einer Vertiefung 4a versehen,
die einen trapezförmigen
Querschnitt aufweist, mit dem der Arm eines automatischen Werkzeugwechslers
(ATC) in Verbindung steht. Der Flansch 4 weist auch ein
Paar von Keilnuten 4b auf.
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Der
Teilhalter 9 enthält
einen Teilhalterkörper 10.
Ein gerader Schaftteil 11 ist am rückwärtigen Ende des Teilhalters 10 ausgebildet.
Ein Flanschteil 12 weist einen Durchmesser auf, der größer ist
als der des Schaftteils 11 und der einstückig mit
dem vorderen Ende des Schaftbereichs 11 ausgeformt ist. Ein
nutenförmiger
Bereich 13 und ein Endbereich 14 stehen vom vorderen
Ende des Flanschteils 12 ab.
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Am
rückwärtigen Endteil
des geraden Schaftteils 11 ist ein Außengewinde 11a ausgeformt und
ist in das Innengewinde 7b des Hülsenkörpers 2 eingeschraubt.
Das Innengewinde 76 und das Außengewinde 11a bilden
eine Klammer 15, durch die der Teilhalter 9 mit
der Haupthülse 1 eine
lösbare Kupplung
bildet.
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An
der Außenfläche des
geraden Schaftteils 11 ist an einer axialen Stelle entfernt
von dem axialen zentralen Bereich zum Flanschbereich 12 hin
eine ringförmige
Vertiefung 11b ausgeformt. Außerdem ist eine ringförmige Vertiefung 12a im
rückwärtigen Ende
des Flanschbereichs 12 ausgebildet, so daß die ringförmige Vertiefung 12a sich
neben der äußeren Oberfläche des
Schaftbereichs 11 befindet. Ein elastisches Teil 16,
das später
noch beschrieben wird, wird in die ringförmige Vertiefung 12a eingesetzt.
Eine konusförmige
Hülse 17 wird
auf die äußere Oberfläche des
Schaftbereichs 11 drehbar und axial verschieblich aufgesetzt.
Das Vorderende der konusförmigen
Hülse 17 stößt gegen
das elastische Teil 16 an. Eine Scheibe 18 ist
auf den Schaftbereich 11 zur Vorlasteinstellung aufgesetzt,
so daß diese
das rückwärtige Ende
der konusförmigen
Hülse 17 kontaktiert.
Außerdem
ist ein Schnappring 19 in die ringförmige Vertiefung 11b des
Schaftbereichs 11 eingesetzt, um die konusförmige Hülse 17 gegen
das elastische Teil 16 über
die Scheibe 18 anzudrücken,
wodurch das elastische Teil 16 zusammengedrückt wird und
sich eine Vorlast ergibt.
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Das
elastische Teil 16 ist durch Kombination einer Mehrzahl
von nicht komprimierbaren Ringen 16a aus Metall, z.B. Stahl,
und einer Mehrzahl von komprimbieraren Ringen 16b aus synthetischem Gummi,
einem Weichurethanharz oder einem Weichfluorin enthaltenen Harz
ausgebildet. Obgleich auch Federinge verwendet werden können als
komprimierbare Ringe, werden jedoch Ringe aus synthetischem Gummi
oder einem Weichharz bevorzugt.
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Die
konusförmige
Hülse 17 hat
eine gerade innere Oberfläche
und eine konusförmige äußere Oberfläche, die
den gleichen Konuswinkel wie die Konusbohrung 6 des Hülsenkörpers 2 aufweist.
Die konusförmige
Hülse 17 weist
eine kurze axiale Länge auf
und ein Schlitz 17a ist über die gesamte Länge der
konusförmigen
Hülse 17 geformt,
so daß der Schlitz 17a mit
Bezug auf die Zentralachse der konusförmigen Hülse 17 schräg verläuft. Der
Schlitz 17a ist mit einem elastischen Material 17b ausgefüllt, wie
Silikon, Nylon oder synthetischen Gummi. Diese Stuktur ermöglicht es,
daß die
konusförmige
Hülse 17 sich
in Radialrichtung elastisch deformiert. Das elastische Material 17b wird
in den Schlitz 17a in der Weise eingefüllt, daß es nicht von der äußeren Fläche der
konusförmigen
Hülse 16 vorsteht.
Das elastische Material 17b kann auch in den Schlitz 17a in der
Weise eingeführt
sein, daß es
den Schlitz 17a expandiert, so daß die konusförmige Hülse 17 in
radialer Richtung expandiert wird.
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Auf
dem Umfang des Schaftteils 11 ist an einer axialen Stelle,
an der die konusförmige
Hülse 17 angeordnet
ist, eine Haltevertiefung 11c für eine Schmierung vorgesehen,
die eine sägezahnförmige Ausbildung
ausweist und die umlaufend ausgebildet ist. Die Schmierung, wie
z.B. Schmieröl
oder Fett, wird in die Schmierölhaltevertiefung 11c eingefüllt. Dies
garantiert ein weiches relatives Bewegen zwischen dem Schaftteil 11 und
der konusförmigen
Hülse 17 für eine verlängerte Standzeit.
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Eine
Futterhaltebohrung 20 mit einem Konus von 7/24 ist in dem
Teilhaltekörper 10 ausgebildet,
so daß diese
durch den zentralen Bereich des Flanschbereichs 12 durchtritt
und das vordere Ende des spitzen Teils 14 erreicht. Eine
Bolzeneinführöffnung 22 mit
einem kleinen Durchmesser ist am rückwärtigen Ende des Teilhalterkörpers 10 ausgebildet
und eine gerade Bohrung 21 ist zwischen der Bolzeneinführöffnung 22 und
der Futterhaltebohrung 20 vorgesehen. D.h., die Futterhaltebohrung 20,
die gerade Bohrung 21 und die beiden Öffnungen 22 werden
nacheinander koaxial mit der zentralen Achse des Teilhaltekörpers 10 ausgeformt.
Die Zwischen- und Endbereiche der geraden Bohrung 21 haben
etwas größere Durchmesser.
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Eine
konusförmige
Hülse 23 dient
als Werkzeughaltemittel und wird in die Futterhaltebohrung 20 vom
vorderen Ende eingesetzt. Ein Hülsenziehbolzen 24 mit
einem Außengewinde 24e im
Schaftbereich 24a wird in die Bolzeneinführöffnung 22 vom rückwärtigen Ende
eingesetzt. Das Außengewinde 24e wird
dann in das Innengewinde 23a eingeschraubt. Die Hülse 23 ist
mit einem Konusbereich 23b am vorderen Ende versehen. Der
Konusbereich 23b hat eine äußere Umfangsfläche mit
einem Konus von 7/24, welches der gleiche ist, wie die Futterhaltebohrung 20.
Drei Schlitze 23c sind in der Hülse 23 in gleichen
Intervallen in Umfangsrichtung ausgebildet. Außerdem ist eine Schneidflüssigkeitszufuhröffnung 23d zwischen
jeweils zwei nebeneinander liegenden Schlitzen 23c in Umfangsrichtung
vorgesehen.
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Die
Schlitze 23c sind derart ausgebildet, daß sie sich
axial vom vorderen Ende der Hülse 23 zu
einer Stelle nahe dem rückwärtigen Ende
des Konusbereichs 23b erstrecken, während die Zufuhröffnungen 23d für die Schneidflüssigkeit
in der Weise ausgeformt sind, daß sie eine längliche
Form haben, die sich vom vorderen Ende des Konusbereichs 23b bis zu
einer Stelle nahe dem rückwärtigen Ende
der Schlitze 23c erstrecken. In dem Hülsenziehbolzen 24 ist
ein Sechseckloch 24c im Kopfbereich 24b ausgeformt
und ein Schneidflüssigkeitsdurchlaß 24d ist
im Zentrum des Hülsenziehbolzens 24 vorgesehen,
in der Weise, daß die
Flüssigkeitspassage 24d den Zentralbereich
des Bolzens 24 axial vom Boden des seckseckförmigen Lochs 24c zum
vorderen Ende des Schaftbereichs 24e durchdringt. Die Ziffer 32 bezeichnet
eine Scheibe.
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Das
Teilhalterglied 10 des Teilhalters 9 wird in den
Hülsenkörper 2 der
Haupthülse 1 eingesetzt, so
daß die
konusförmige
Hülse 17 auf
dem geraden Schaftteil 11 des Teilhaltergliedes 10 durch
das konusförmige
Loch 6 des Hülsenkörpers 2 aufgenommen
wird. Nach geeigneter Befestigung des Hülsenkörpers 2 wird ein Schlüssel oder ähnliches
an das nutförmige
Teil 13 des Teilhalterkörpers 10 angesetzt und
der Teilhalterkörper 10 wird
gedreht. Hierdurch wird das Außengewinde 11a am
hinteren Ende des geraden Schaftteils 11 in das Innengewinde 7b am Innenumfang
des Hülsenkörpers 2 eingeschraubt und
dann festgezogen, so daß der
Teilhalter 9 mit der Haupthülse 1 verbunden ist,
wodurch die Anordnung des Werkzeughalters komplettiert wird. Danach
wird der Schlüssel
oder ähnliches
entfernt und der Hülsenkörper wird
aus dem festen Zustand freigegeben.
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Die
Kupplung zwischen der Haupthülse 1 und
dem Teilhalter 9 ist derart ausgebildet, daß die gesamte
vordere Endoberfläche
des Hülsenkörpers 2 eng
an der hinteren Endfläche
des Flanschteils 12 des Teilhalterkörpers 10 anliegt.
Die gesamte äußere Fläche der
konusförmigen
Hülse 17 liegt
auf dem geraden Schaftteil 11 des Teilhalterkörpers 10 in
engem Kontakt mit der umgebenden Fläche des konusförmigens
Lochs des Hülsenkörpers 2.
Außerdem
kontaktiert die äußere Umfangsfläche des
Schaftteils 11 direkt die Umfangsfläche des erhöhten Tragteils 7c der Bohrung 7 im
axialen mittleren Bereich zwischen dem Außengewinde 11a und
der konusförmigen
Hülse 17.
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Wenn
die konusförmige
Hülse 17 in
das hintere Ende des konusförmigen
Lochs 6 eingedrückt wird,
wird das elastische Teil 16 axial komprimiert und die konusförmige Hülse 17 verformt
sich elastisch in radialer Richtung, da der Spalt 17a über die
gesamte Länge
der konusförmigen
Hülse 17 ausgebildet
ist. Als Resultat kontaktiert die innere Umfangsfläche der konusförmigen Hülse 17 eng
das Schaftteil 11, während
die äußere Umfangsfläche der
konusförmigen Hülse 17 die
Umfangsfläche
des konusförmigen Lochs 6 eng
kontaktiert.
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Das
Schaftteil 25a des Werkzeugs 25, wie z.B. eine
Endfräse
oder ein Bohrer, wird in die in dem Teilerkörper 10 befestigte
konusförmige
Hülse 23 eingesetzt.
Danach wird die Spitze eines Handwerkzeugs, wie z.B. ein L-förmiger Schlüssel mit einem sechseckigen
Querschnitt (nicht dargestellt), in den Schneidflüssigkeitsdurchgang 8d des
Ziehbolzens 8, der am Hülsenkörper 2 befestigt
ist, vom hinteren Ende des Durchgangs eingesetzt. Die Spitze des Handwerkzeugs
greift dann in das sechseckförmige Loch 24c des
Kragenziehbolzens 24 ein. Dann wird das Werkzeug manuell
gedreht, um den konusförmigen
Schaft 23 zum hinteren Ende des Teilhalterkörpers 10 zu
ziehen, so daß die
Hülse 23 sich
zur Reduzierung des inneren Durchmessers elastisch verformt. Hierdurch
wird das Schaftteil 25 durch die Hülse 23 eingeklemmt.
Auf diese Weise ist das Anbringen des Werkzeugs 25 an den
Teilhalter 9 auf die oben beschriebene Art durchgeführt.
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Nach
dem Einsetzen des Werkzeugs 25 wird das Handwerkzeug aus
dem Werkzeughalter entfernt. Wenn das Werkzeug 25 entfernt
ist, wird der Ziehbolzen 24 durch Verwendung des oben genannten
Schlüssels
oder ähnlichem
gelöst,
um die Hülse 23 in
die Originalform zurückkehren
zu lassen. Danach wird das Werkzeug 25 aus der Hülse 23 herausgezogen.
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Wenn
der Werkzeughalter der ersten Ausführungsform, an dem das Werkzeug 25 angesetzt wird,
verwendet wird, wird der Werkzeughalter in ein Werkzeugaufnahmemagazin
eines automatischen Werkzeugwechslers eingesetzt, die an einer Werkzeugmaschine,
wie z.B. einem Bearbeitungszentrum, vorgesehen ist. Während einer
Bearbeitung ergreift ein Werkzeugwechselarm eines automatischen Werkzeugwechslers
die trapezförmige
Vertiefung 4a des Flansches 4 der Haupthülse 1 entnimmt
den Werkzeughalter aus dem Werkzeugaufnahmemagazin und überträgt diesen
auf die Spindel 26 der Bearbeitungsanlage. Dann setzt der
automatische Werkzeugwechsler den Werkzeughalter auf die konusförmige Bohrung 26a,
welche am vorderen Ende der Spindel 26 ausgebildet ist.
Wie beschrieben, weist die konusförmige Bohrung 26a der
Spindel 26 einen Konus von 7/24 auf.
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Dann
wird das Ziehteil 8c des Ziehbolzens 8 der Haupthülse 1 durch
ein Ziehmittel 27, das an der Spindel 26 vorgesehen
ist, erfaßt
und dann gegen das Innere der Spindel 26 bezogen. Hierdurch
kontaktiert die äußere Oberfläche des
konusförmigen Schafts 3 der
Haupthülse 1 eng
die Umfangsfläche der
konusförmigen
Bohrung 26a, und die hintere Endfläche des Flansches 4 der
Haupthülse 1 kontaktiert
eng die vordere Endfläche
der Spindel 26. Außerdem
greift ein Paar von nicht dargestellten Antriebskeilen, die an der
Spindel 26 befestigt sind, in ein Paar von Keilnuten 4b in
dem Flansch 4 ein.
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Danach
gibt der Werkzeugwechselarm den Flansch 4 frei und kehrt
in seine Ursprungsstellung zurück.
Die Spindel 26 der Werkzeugmaschine wird dann gedreht,
um ein Werkstück
unter Verwendung des Werkzeugs 25 an dem Werkzeughalter
zu bearbeiten.
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Wenn
eine Schneidflüssigkeit
während
der oben genannten Bearbeitung zugeführt werden muß, wird
die Schneidflüssigkeit
von der Spindel 26 an den Werkzeughalter über den
Schneidflüssigkeitsdurchgang 8d des
Ziehbolzens 8 zugeführt.
Die Schneidflüssigkeit
fließt
durch das Innere des Hülsenkörpers 2,
die sechseckige Bohrung 24c und den Schneidflüssigkeitsdurchgang 24d des
Hülsenziehbolzens 24 und
tritt in das Innere der konusförmigen
Hülse 23 ein.
Die Schneidflüssigkeit
wird dann zum Werkzeug 25 durch die Zuführöffnungen 23d für Schneidflüssigkeit
zugeführt.
Die Schneidflüssigkeit
aus den Schneidflüssigkeits-Zufuhröffnungen 23d wird
außerdem
dem Bereich des Werkstücks
zugeführt,
an dem eine Bearbeitung durch das Werkzeug 25 erfolgt.
Wenn der Werkzeughalter an die Spindel 26 angesetzt ist,
wird eine dargestellte Druckluftzufuhreinrichtung in Betrieb gesetzt,
um Druckluft in die konusförmige
Bohrung 26a zu blasen, um die konusförmige Bohrung 26a und ähnliches
zu reinigen.
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Nach
Erledigung der Bearbeitung des Werkstücks wird der Werkzeughalter
in seine Ursprungsposition zusammen mit der Spindel 26 zurückgebracht.
Danach gibt das Ziehmittel 27 den Ziehbolzen 8 frei
und der Arm des automatischen Werkzeugwechslers entnimmt den Werkzeughalter
von der Spindel 26 und bringt ihn zurück zum Werkzeugaufnahmemagazin.
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Zweite Ausführungsform:
-
Ein
Werkzeughalter nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun im Hinblick auf 4 beschrieben.
In 4 kennzeichnen die
gleichen Bezugsziffern wie in den 1–3 die gleichen oder entsprechende
Teile.
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Bei
dem Werkzeughalter nach der zweiten Ausführungsform ist auf der inneren
Umfangsfläche des
Hülsenkörpers 2 der
Haupthülse 1 an
einer axialen Stelle entfernt von dem Flansch 4 gegen das rückwärtige Ende
des Hülsenkörpers 2 ein
vorderer Stützbereich 28 ausgebildet.
Der Schaftbereich 29a eines Teilhalterziehbolzens 29 wird
durch ein Loch 28a in den Stützbereich 28 eingesetzt.
Ein Außengewinde 29e des
Schaftbereichs 29a wird in das Gewindeloch 30 eingeschraubt,
das am rückwärtigen Ende des
geraden Schaftteils 11 des Teilhalterkörpers 10 in der Weise
eingeschraubt ist, daß das
Gewindeloch 30 sich entlang der zentralen Achse des Schaftbereichs 11 erstreckt.
Der Teilhalterziehbolzen 29 wird dann an dem Teilhalterkörper 10 gegen
das hintere Ende des Hülsenkörpers 2 gezogen.
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Hierdurch
berührt
die gesamte äußere Umfangsfläche der
konusförmigen
Hülse 17,
die auf dem geraden Schaftteil 11 des Teilhalterkörpers 10 befestigt
ist, die Umfangsfläche
des konusförmigen
Loches 6 des Hülsenkörpers 2 und
die gesamte vordere Endfläche
des Hülsenkörpers 2 berührt die
hintere Endfläche
des Flanschteils 12 des Teilhalterkörpers 10. Der Teilhalterziehbolzen 29 und
die Gewindebohrung 30 des geraden Schaftbereichs 11,
mit dem der Teilhalterziehbolzen 29 in Eingriff steht,
bilden ein Klemmittel.
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Die
Länge des
geraden Schaftteils 11 ist kürzer als in der ersten Ausführungsform
und der Durchmesser der Gewindebohrung 30 ist größer als
der Durchmesser des Konusbereichs 24b des Hülsenziehbolzens 24.
Außerdem
sind ein sechseckiges Loch 29c und eine Schneidflüssigkeitspassage 29d in
dem Teilhalterziehbolzen 29 ausgebildet. Diese Struktur
macht es möglich,
die Bolzen 29 und 24 vom hinteren Ende des Werkzeughalters
durch Verwendung großer
und kleiner Schlüssel
zu betätigen.
-
Die übrigen Teile
des Werkzeughalters der zweiten Ausführungsform entsprechenden denen
der ersten Ausführungsform.
-
Dritte Ausführungsform:
-
Ein
Werkzeughalter nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird nun im Hinblick auf 5 beschrieben.
In 5 entsprechenden
die Bezugsziffern den gleichen wie in den 1–4 an den gleichen oder entsprechenden
Teilen.
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Bei
dem Werkzeughalter nach der dritten Ausführungsform erstreckt sich ein
Ziehstab 31 zum vorderen Ende des Werkzeughalters und ein
Außengewinde 31a ist
am vorderen Ende des Ziehstabs 31 angeordnet. Das Außengewinde 31a wird
in das Gewindeloch 30 eingeschraubt, das im hinteren Endteil des
geraden Schaftteils 11 des Teilhalters 10 ausgebildet
ist, und festgezogen. Ein Flanschbereich 31b des Ziehstabs 31 liegt
auf dem hinteren Ende des Hülsenkörpes 2 der
Haupthülse 1.
Die verbleibenden Bereiche des Werkzeughalters der dritten Ausführungsform
sind die gleichen wie die in der zweiten Ausführungsform. Der Ziehstab 31 und
das Gewindeloch 30 des geraden Schaftbereichs 11,
mit dem der Ziehstab 31 in Verbindung steht, bilden ein
Klemmittel.
-
Die
Werkzeughalter gemäß der zweiten
und dritten Ausführungsformen
können
in gleicher Weise wie die erste Ausführungsform verwendet werden.
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Bei
den Werkzeughaltern nach der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform
weist der konusförmige
Schaft 3 des Hülsenkörpers 2 der
Haupthülse 1 einen
Konus von 7/24 auf, d.h. einen Konuswinkel etwas größer als
16°. Entsprechend
können die
Werkzeughalter an die Konusbohrung 26a der Spindel 26 angesetzt
werden, die allgemein bei Werkzeugmaschinen verwendet wird. Außerdem weist
das konusförmige
Loch im vorderen Ende des Hülsenkörpers 2 der
Haupthülse 1 und
die konusförmige
Buchse 17, die auf dem geraden Schaftteil 11 des
Teilhalterkörpers 10 des
Teilhalters 9 befestigt ist, einen Konus von 1/10 auf,
d.h. einen Konuswinkel von etwas größer als 5°. Darüber hinaus wird der Teilhalter 9 in
die Haupthülse 1 eingesetzt
und gehalten in einem Zustand, in dem das hintere Ende des Flanschbereichs 12 des
Teilhalterkörpers 10 die
vordere Endfläche
des Hülsenkörpers 2 eng
berührt,
wobei die äußere Umfangsfläche der
konusförmigen Buchse 17 des
Teilhalterkörpers 10 die
Umfangsfläche
des konusförmigen
Lochs 6 des Hülsenkörpers 2 eng
berührt.
Aufgrund dieser Anordnung wird bei der Nutzung ein Unterschied zwischen
der natürlichen Frequenz
der Haupthülse 1 und
der natürlichen
Frequenz des Teilhalters 9 erzeugt. Dies verringert Vibrationen
aufgrund Resonanz, so daß es
möglich
ist, die Erzeugung von Vibrationen, wie Zittern, zu vermeiden, die
sonst während
der Bearbeitung durch Verwendung eines Werkzeugs an dem Teilhalter 9 entstehen
würden.
-
Außerdem ist
der Teilhalter 9 mit einem elastischen Teil 16 versehen,
das durch Kombination der komprimierbaren Ringe 16b und
der nicht komprimierbaren Ringe 16a ohne axialen Freiraum
gebildet ist. Daher kontaktieren die innere Umfangsfläche und die äußere Umfangsfläche der
konusförmigen
Hülse 17 des
Teilhalterkörpers 10 eng
den Schaftbereich 11 des Teilhalterkörpers 10 und die Umfangsfläche des konusförmigen Lochs 6 in
der Haupthülse 1,
so daß die
Kupplungskraft erhöht
ist, und daher die Erzeugung von Vibrationen aufgrund hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit
verhindert werden kann.
-
Da
außerdem
das elastische Teil 16 zwischen der konusförmigen Hülse 17 und
dem Flanschbereich 12 des Teilhalterkörpers 10 angeordnet
ist, tritt eine Pufferung zwischen der konusförmigen Hülse 17 und dem Flanschbereich 12 auf.
Dies vermeidet ferner die Erzeugung von Vibrationen während der
Bearbeitung.
-
Da
die konusförmige
Hülse 17 mit
einem Schlitz 17a über
ihre gesamte Länge
versehen ist, deformiert sich die konusförmige Hülse 17 elastisch. D.h.,
wenn der Teilhalter 9 mit der Haupthülse 1 gekoppelt ist,
der Durchmesser der konusförmigen
Hülse 17 abnimmt,
und die Kupplung zwischen dem Teilhalter 9 und der Haupthülse 1 sich
löst, der
Durchmesser der konusförmigen
Hülse 17 sich
vergrößert. Demgemäß kontaktiert
im gekuppelten Zustand die konusförmige Hülse 17 eng die äußere Umfangsfläche des
Schaftteils 11 und die Umfangsfläche des konusförmigen Lochs
in dem Hülsenkörper 2.
In einem Zustand, in dem die Kupplung gelöst wird, kann die konusförmige Hülse 17 im
Durchmesser durch elastische Rückstellkraft
sich vergrößern. Dies
unterstützt das
Herausdrücken
der konusförmigen
Hülse 17 aus dem
konusförmigen
Loch des Hülsenkörpers 2.
Da außerdem
die konusförmige
Hülse 17 in
Axialrichtung relativ zum Schaftbereich 11 leicht bewegt
werden kann durch eine Schmierung, kann der Teilhalter 9 leicht
aus der Haupthülse 1 entnommen
werden.
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In
der ersten, zweiten und dritten Ausführungsform weist die konusförmige Hülse 17 einen leichten
Konus von 1/10 auf. So kann eine hohe Kupplungskraft erreicht werden.
D.h., die Kupplungskraft kann erhöht werden durch Verringerung
des Konuswinkels. Es ist bevorzugt, daß die Konushülse 17 einen
Konuswinkel im Bereich von 4–12° aufweist.
-
Außerdem wird
das elastische Material 17b, wie Gummi, in den Spalt 17a eingegeben,
der sich über
die gesamte Länge
der konusförmigen
Hülse 17 erstreckt.
Dieses elastische Material 17b ergibt auch eine Dämpfungsfunktion,
die Vibrationen des Werkzeughalters verhindert.
-
In
dem Werkzeughalter der ersten Ausführungsform, ist der Teilhalter 9 mit
der Haupthülse 1 durch
Festziehen des Außengewindes 11a am
hinteren Ende des Schaftbereichs 11 des Teilhalterkörpers 11 gekoppelt,
der in das Innengewinde 7b des Hülsenkörpers 2 der Haupthülse 1 eingeschraubt
ist. Entsprechend ist kein zusätzliches
Teil erforderlich, um den Teilhalter 9 mit der Haupthülse 1 zu
koppeln. Außerdem
kontaktiert die äußere Oberfläche des Schaftbereichs 11 eng
die Umfangsfläche
der Bohrung 7 des Hülsenkörpers 2 in
einer axialen Zwischenstellung des Schaftbereichs 11. Diese
Ausbildung ist außerdem
nützlich,
um Vibrationen aufgrund Resonanz zu vermeiden.
-
Bei
dem Werkzeughalter der zweiten Ausführungsform kann der Teilhalter
leicht hergestellt werden. Bei dem Werkzeughalter der dritten Ausführungsform
wird der Teilhalter 9 mit der Haupthülse 1 durch Verwendung
eines Ziehstabs 31 gekoppelt, der eine große Länge aufweist.
Entsprechend kann der Teilhalterziehbolzen der zweiten Ausführungsform weggelassen
werden, um die Zahl von Teilen zu verringern.
-
Der
Werkzeughalter der ersten Ausführungsform
wurde wie folgt getestet: Er wurde an einer Welle eines Maschienenzentrums
angesetzt mit einem Spindelmotor von 5,5 kw und einer Vierblatt
zementierten Hartmetallendfräse
mit einem Durchmesser von 16 mm, die an einem Teilhalter befestigt
wurde. Ein trockenes Schneidfräsen
von 200 m/min wurde für
ein Werkstück
aus S55C in einem Zustand durchgeführt, in dem die Welle mit 4000
Umdrehungen/min gedreht wurde. Es wurden keine Vibrationen festgestellt
und die Bearbeitung wurde glatt durchgeführt. Außerdem wurden die Späne kontinuierlich
erzeugt und wurden glatt abgegeben. Die Schärfe der zementierten Hartmetallendfräse war nach
der Verwendung gut. Die zementierte Hartmetallendfräse hatte eine
Standzeit von mehr als 3–5
mal der Standzeit oder der Lebensdauer in dem Fall, in dem ein konventioneller
Werkzeughalter verwendet wurde.
-
Außerdem wurde
unter Verwendung des oben genannten Werkzeughalters auch eine Bohrung
durchgeführt.
In diesem Fall war ein Bohrer mit einer Schneide am Werkzeughalter
befestigt und die Bohrung wurde bei einem Werkstück aus SCM21 bei einer Geschwindigkeit
von 160–500
m/min durchgeführt.
Es wurde keine Schneidenbeschädigung
beobachtet.
-
Die
Werkzeughalter der zweiten und dritten Ausführungsform wurden in ähnlicher
Weise getestet. Es wurden Resultate ähnlich dem Ergebnis der Verwendung
der Werkzeughalter der ersten Ausführungsform erreicht. Die Resultate
dieser Tests demonstrieren, daß die
Drehgeschwindigkeit der Welle und die Bearbeitungsgeschwindigkeit
durch Verwendung des Werkzeughalters nach der vorliegenden Erfindung
erhöht
werden können.
-
Die
Konstruktion des Werkzeughalters gemäß der vorliegenden Erfindung
kann modifiziert werden, um die Antriebskraft sicher von der Haupthülse zu dem
Teilhalter zu übertragen.
D.h., ein Paar von Antriebskeilen kann an der vorderen Endfläche der
Haupthülse
ausgebildet werden und ein Paar von Keilnuten, mit denen die Antriebskeile
in Verbindung stehen, kann in dem Flanschbereich des Teilhalters ausgeformt
sein.
-
In
der oben beschriebenen Ausführungsform wird
die Antriebskraft von der Spindel zur Haupthülse über die Antriebskeile übertragen.
Es sind jedoch auch andere Mittel verwendbar, um die Antriebskraft zu übertragen.
-
Das
Werkzeughaltemittel ist außerdem
in dem Teilhalter nicht begrenzt auf eine konusförmige Hülse, und andere Haltemechanismen
können
verwendet werden.
-
Es
sind auch andere Modifikationen und Variationen der vorliegenden
Erfindung im Licht der oben genannten Lehre möglich. Innerhalb des Schutzumfangs
der Ansprüche
kann die vorliegende Erfindung anders als speziell dargestellt ausgeführt sein.
-
- 1
- Haupthülse
- 2
- Hülsenkörper
- 3
- Schaft
- 4
- Flansch
- 4a
- Vertiefung
- 4b
- Keilnut
- 5
- Sitz
- 6
- Kegelbohrung
- 7
- Bohrung
- 7a
- Gewindebohrung
- 7b
- Innengewinde
- 7c
- Tragteil
- 8
- Ziehbolzen
- 8a
- Außengewinde
- 8b
- Flanschbereich
- 8c
- Ziehteil
- 8d
- Schneidflüssigkeitsdurchlaß
- 9
- Teilhalter
- 10
- Teilhalterkörper
- 11
- Schaftteil
- 11a
- Außengewinde
- 11b
- Vertiefung
- 11c
- Haltevertiefung
- 12
- Flanschbereich
- 12a
- Vertiefung
- 13
- Nutbereich
- 14
- Spitzteil
- 15
- Klammer
- 16
- elastisches
Teil
- 16a
- Ring
- 16b
- Ring
- 17
- Hülse
- 17a
- Schlitz
- 17b
- Material
- 18
- Scheibe
- 19
- Schnappring
- 20
- Futterhaltebohrung
- 21
- Bohrung
- 22
- Bolzeneinführöffnung
- 23
- Hülse
- 23a
- Innengewinde
- 23b
- Kegelbereich
- 23c
- Schlitz
- 23d
- Zufuhröffnung
- 24
- Hülsenziehbolzen
- 24a
- Schaftbereich
- 24b
- Kopfbereich
- 24c
- Sechseckloch
- 24d
- Durchlaß
- 24e
- Außengewinde
- 25
- Werkzeug
- 25a
- Schaftteil
- 26
- Spindel
- 26a
- Bohrung
- 27
- Ziehmittel
- 28
- Stützbereich
- 28a
- Loch
- 29
- Teilhalterziehbolzen
- 29a
- Schaftbereich
- 29b
- Kopfbereich
- 29c
- Loch
- 29d
- Durchlaß
- 30
- Gewinde
- 31
- Ziehstab
- 31a
- Außengewinde
- 31b
- Flanschbereich
- 32
- Scheibe