DE19800998C2 - Bohrfutter mit einem Futterkörper aus Kunststoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bohrfutter mit einem Futterkörper, in dem endseitig eine Spindelaufnahme für die Befestigung auf der Spindel einer Bohrmaschine sowie am entgegengesetzten Ende eine Werkzeugaufnahme ausgebildet sind, mit im Futterkörper in geneigt zur Futterachse verlaufenden Führungsaufnahmen geführten Spannbacken, die in die Werkzeugaufnahme vorstehen und die zum Öffnen und Schließen des Bohrfutters über eine Verzahnung mit einem am Futterkörper drehbar geführten Gewindering im Eingriff stehen.

Derartige Bohrfutter sind aus der Praxis bekannt und beispielsweise in der EP 0 785 041 A1 beschrieben. Die Futterkörper dieser bekannten Bohrfutter bestehen aus Stahl und weisen eine relativ komplizierte Gestalt auf, die mit den bekannten Methoden der Metallverarbeitung aus einem massiven Zylinderblock herausgearbeitet werden muß, was aufwendig und kostenintensiv ist und darüber hinaus Beschränkungen bietet betreffend die Form des auf diese Weise herzustellenden Futterkörpers.

In der DE 42 08 460 A1 ist ein Bohrfutter beschrieben, bei dem der metallene Futterkörper an seinem vorderen Ende eine rohrförmigen Abschnitt mit drei Durchbrüchen aufweist, durch die hindurch die Spannbacken in die Werkzeugaufnahme ragen. Die Durchbrüche sind für eine ausreichende Führung der Spannbacken zu kurz, so daß eine zusätzliche koaxial zum Futterkörper angeordnete Backenführungshülse erforderlich ist. Die Backenführungshülse besteht aus Kunststoff, in den metallene Kegelfedern eingespritzt sind.

Die DE 43 07 780 A1 zeigt ein Bohrfutter mit einem Futterkörper, an dem Futterbacken schwenkbar angelenkt sind, die mit ihrer Außenkontur an einer sich zum offenen Ende des Bohrfutters verengenden Hülse anliegen, die die auftretenden Kräfte beim Spannen aufnimmt. Der insoweit weniger belastete Futterkörper kann daher aus Kunststoff gefertigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bohrfutter der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Herstellung des Futterkörpers bei Erhalt von dessen Belastbarkeit vereinfacht ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Futterkörper aus einem Kunststoff besteht, in dem mindestens ein metallener Verstärkungskörper eingebettet ist, der durch eine die Führungsaufnahme an ihrem radial äußeren Rand einschließende Backenführungshülse gebildet ist.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß bei Bohrfuttern die Vorteile nutzbar sind, die bei der Kunststoffverarbeitung existieren. Der Futterkörper kann als Spritzgußteil hergestellt werden, was Kostenvorteile bietet und eine größere Variabilität bezüglich der Form des Futterkörpers ermöglicht. Darüber hinaus ist der Werkstoff Kunststoff billiger als der bisher verwendete Werkstoff Stahl. Der in den Kunststoff eingebettete Verstärkungskörper dient dazu, die hinsichtlich der Belastbarkeit des Futterkörpers bestehenden Nachteile des Werkstoffes Kunststoff gegenüber Stahl auszugleichen oder zumindest zu mildern, da bei dem erfindungsgemäßen Verbund aus Kunststoff und Metall für den Futterkörper der metallene Verstärkungskörper besonders starke Belastungen oder Belastungsspitzen aufnehmen kann. Dabei kann der metallene Verstärkungskörper auch in die beim Bohrfutter existierenden Kraftübertragungsketten eingebunden sein. Gemäß der Erfindung erstreckt sich dabei die Backenführungshülse längs der Führungsaufnahmen über einen großen Teil der axialen Gesamtlänge des Futterkörpers und wirkt so als metallenes Skelett des aus Kunststoff bestehenden Futterkörpers, wobei darüber hinaus die Spannbacken in ihren Führungsaufnahmen auf ihrer Verstellfläche radial nach außen abgestützt sind. Infolge der Neigung der Führungsaufnahmen und der dadurch bedingten Neigung der Backenführungshülse kann diese sowohl Kraftkomponenten in axialer als auch in radialer Richtung aufnehmen.

Die Möglichkeit der Aufnahme in axialer Richtung wirkender Kräfte wird ausgenutzt, indem die Backenführungshülse an ihrem axial rückwärtigen, der Spindelaufnahme zugewandten Ende einen Ringbund aufweist, der bei einer den Gewindering aufnehmenden, im Futterkörper ausgebildeten Ringnut die axial vordere Nutwand verstärkt. Bei dieser Ausführungsform ist der Futterkörper zwar überwiegend aus Kunststoff gefertigt, dennoch besteht die Möglichkeit, die vom Futterkörper beim Öffnen und Schließen des Bohrfutters aufzunehmenden Kräfte auf den Verstärkungskörper zu leiten.

Zweckmäßigerweise weist die Backenführungshülse einen der Werkzeugaufnahme zugeordneten zylinderförmigen Abschnitt auf, der den Innenumfang des Futterkörpers im Bereich der Öffnung der Werkzeugaufnahme bildet. Die Öffnung der Werkzeugaufnahme ist der exponierteste Bereich des Futterkörpers. Durch die Öffnung der Werkzeugaufnahme wird das Werkzeug eingesetzt, und durch diesen Bereich dringt auch der beim Bohrbetrieb anfallende Bohrstaub in das Bohrfutter ein, so daß dieser Bereich einer besonders hohen Belastung ausgesetzt ist und verstärktem Verschleiß unterliegt. Die Kapselung der Öffnung der Werkzeugaufnahme mit dem zylinderförmigen Abschnitt der metallenen Backenführungshülse stellt eine zu einem metallenen Futterkörper vergleichbare Belastbarkeit des erfindungsgemäßen Bohrfutters sicher.

Um eine sichere und dauerhafte Kopplung zwischen der als Verstärkungskörper fungierenden Backenführungshülse und dem Futterkörper sicherzustellen, weist die Backenführungshülse im Bereich zwischen den gleichmäßig über den Umfang des Futterkörpers verteilt angeordneten Führungsaufnahmen Öffnungen auf. Durch diese Öffnungen kann beim Spritzgießen der Kunststoff durchtreten, so daß der Kunststoff die Backenführungshülse durchdringt und eine bessere gegenseitige Fixierung bewirkt.

Diesem Ziel dient auch, wenn die Backenführungshülse im Querschnitt in Umfangsrichtung wellenförmig gestaltet ist. Durch die wellenförmige Gestaltung wird die Oberfläche der Backenführungshülse vergrößert, so daß eine größere Kontaktfläche zwischen der Backenführungshülse und dem Futterkörper zur Verfügung steht.

Im Bereich der Spindelaufnahme wirken sehr große Kräfte auf den Futterkörper ein, da dies der Bereich ist, in dem das Bohrfutter mit der Spindel der Bohrmaschine gekoppelt ist und das Bohrfutter das von der Bohrmaschine erzeugte Drehmoment aufnehmen muß, wobei darüber hinaus unabhängig vom Drehsinn der Bohrspindel eine sichere Kopplung zwischen Bohrfutter und Spindel gesichert sein muß. Um in diesem Bereich eine ausreichende Belastbarkeit des Bohrfutters zu gewährleisten, ist in der Spindelaufnahme als Verstärkungskörper eine Metallhülse angeordnet. Diese Metallhülse kann nachträglich in die Spindelaufnahme eingesetzt werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, diese Metallhülse während des Spritzgießens des Futterkörpers gleich mit einzuspritzen.

Der Nutzen der in der Spindelaufnahme eingesetzte Metallhülse kann weiter gesteigert werden, wenn die Metallhülse auf der axial der Werkzeugaufnahme zugewandten Seite radial nach außen abstehende Hülsenzungen aufweist, die den Gewindering axial nach hinten abstützen. Die Abstützung kann dabei erfolgen, indem unmittelbar die Wand der Ringnut verstärkt wird, oder indem die Hülsenzungen an einem Stützring für das dem Gewindering zugeordnete Kugellager angreifen. Die Abstützung über die Hülsenzungen bietet auch an dieser Stelle der Kraftübertragungskette einen Kraftfluß über metallische Bauteile des Bohrfutters.

Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, wenn die Backenführungshülse einstückig mit der Metallhülse ausgebildet ist, da dann über die gesamte axiale Länge des Futterkörpers der metallene Verstärkungskörper wirksam ist.

Aus Gründen der Fertigung kann es dabei zweckmäßig sein, wenn die Backenführungshülse über eine Bajonettverriegelung mit der Metallhülse gekoppelt ist, da dann die relativ kompliziert geformte Metallhülse und Backenführungshülse separat gefertigt werden können, im in den Futterkörper integrierten Zustand aber einer einstückigen Ausführung gleichwertig sind.

Die Bajonettverriegelung kann in einfacher Weise realisiert werden, indem das axial rückwärtige Ende der Backenführungshülse Rastzungen aufweist, die zur Bildung des Bajonettverschlusses mit in den Hülsenzungen ausgebildeten Rastaufnahmen zusammenwirken.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse mit einer den axial hinteren Rand der Ringnut verstärkenden Ringscheibe verbunden ist, wobei die Ringscheibe dazu dient, die Form der Metallhülse selber möglichst einfach zu halten.

Um für den Futterkörper selber eine möglichst große Grundbelastbarkeit zu erreichen, ist im Rahmen der Erfindung nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Kunststoff ein faserverstärkter Kunststoff ist, vorzugsweise ein faserverstärktes Polyamid. Dabei ist weiterhin vorgesehen, daß der Kunststoff durch Glasfasern und/oder Kohlefasern verstärkt ist. Als besonders geeignet hat sich dabei gezeigt, wenn der Glasfasergehalt zwischen 10% und 25% und der Kohlefasergehalt zwischen 5% und 15% beträgt.

Die durch die Werkstoffwahl bedingte Möglichkeit der Fertigung mittels Spritzgußverfahrens bietet weiterhin den Vorteil, daß der Futterkörper bezüglich der Zusammensetzung des Kunststoffes inhomogen ausgebildet ist und in unterschiedlicher Beanspruchung ausgesetzten Abschnitten eine entsprechend der Beanspruchung angepaßte Beimengung von Glasfasern und/oder Kohlefasern aufweist.

Im folgenden soll die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Bohrfutter,

Fig. 2 den Schnitt II-II aus Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III aus Fig. 1,

Fig. 4 ein Bohrfutter mit einer einstückig mit der Metallhülse ausgebildeten Backenführungshülse, in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellungsweise,

Fig. 5 der Schnitt V-V aus Fig. 4,

Fig. 6 der Schnitt VI-VI aus Fig. 4,

Fig. 7 ein Bohrfutter mit einer über einen Bajonettverschluß mit der Metallhülse gekoppelten Backenführungshülse, in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellungsweise,

Fig. 8 der Schnitt VIII-VIII aus Fig. 7, und

Fig. 9 der Schnitt IX-IX aus Fig. 7.

In Fig. 1 ist ein Bohrfutter gezeigt, das einen Futterkörper 1 aufweist, an dessen axial hinterem Ende eine Spindelaufnahme 2 ausgebildet ist, über die das Bohrfutter an der in der Zeichnung nicht dargestellten Spindel einer ebenfalls nicht gezeigten Bohrmaschine befestigt werden kann. Am entgegengesetzten, axial vorderen Ende des Futterkörpers 1 ist eine Werkzeugaufnahme 3 ausgebildet. Der Futterkörper 1 weist drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Führungsaufnahmen 4 auf, die geneigt zur Futterachse 5 ausgerichtet sind. In den Führungsaufnahmen 4 sind Spannbacken 6 verstellbar gelagert. Die Spannbacken 6 stehen in die Werkzeugaufnahme 3 vor und können in Längsrichtung der Führungsaufnahme 4 verstellt werden, wodurch die Spannbacken 6 sich zum Schließen des Bohrfutters und zum Spannen eines in die Werkzeugaufnahme 3 eingesetzten Werkzeuges auf die Futterachse 5 zustellen lassen bzw. zum Öffnen des Bohrfutters sich von dieser entfernen lassen. In den Fig. 1, 4 und 7 ist eine Spannbacke 6 in den Führungsaufnahmen 4 in ihrer axial vorderen Extremposition dargestellt; weiterhin sind strichliert zwei Spannbacken 6 in ihrer axial rückwärtigen Extremposition abgebildet. Zur Verstellung weisen die Spannbacken 6 eine an ihren Backenschäften ausgebildete Verzahnung 7 auf, in die ein Gewindering 8 eingreift, der axial unverschieblich und drehbar in einer in Umfangsrichtung des Futterkörpers 1 verlaufenden Ringnut 9 gelagert ist. Der Gewindering 8 ist drehfest mit einer Zwischenhülse 10 verbunden, die ihrerseits mit einer Spannhülse 11 gekoppelt ist, so daß eine Verdrehung der Spannhülse 11 in eine Verdrehung des Gewinderinges 8 resultiert und so die Verstellung der Spannbacken 6 bewirkt wird. Um den bei diesem Bohrfutter verwendeten Futterkörper 1 mit seiner relativ komplizierten Form kostengünstig herstellen zu können, ist der Futterkörper 1 aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt, nämlich aus einem durch Glasfasern und Kohlefasern verstärkten Polyamid. Hinsichtlich der Materialeigenschaften des Polyamids hat sich ein Glasfasergehalt von 20% und ein Kohlefasergehalt von 10% als besonders günstig gezeigt, je nach Anforderung an den Werkstoff und die zu erwartenden Belastungen kann der Glasfasergehalt aber auch zwischen 10 und 25% betragen, während der Kohlefasergehalt zwischen 5 und 15% liegen kann. Durch die Verwendung des neuen Werkstoffes für einen Futterkörper 1 stehen andere Fertigungsverfahren als bei konventionellen metallenen Futterkörpern 1 zur Verfügung und es ist möglich, den Futterkörper 1 durch Spritzguß herzustellen und dabei auch kompliziertere Formen sowie einen uneinheitlichen Aufbau des Futterkörpers 1 zu erreichen. Nach einer nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform ist der Futterkörper 1 bezüglich der Zusammensetzung des Kunststoffes inhomogen ausgebildet, wobei die unterschiedlicher Beanspruchung ausgesetzten Abschnitte des Futterkörpers 1 eine darauf abgestimmte Beimengung von Glasfasern und/oder Kohlefasern aufweisen.

Bei den erfindungsgemäßen, in der Zeichnung dargestellten Bohrfuttern ist es wesentlich, daß für eine Verbesserung der Belastbarkeit des aus Kunststoff gefertigten Futterkörpers 1 in diesem metallene Verstärkungskörper 12, 13 eingebettet sind, nämlich zum einen eine Backenführungshülse 12, die die Führungsaufnahmen 4 an ihren radial äußeren Rand einschließt, die Führungsaufnahmen 4 also in den von der Backenführungshülse 12 gebildeten Ring einbeschrieben sind, so daß sich die Spannbacken 6 mit ihren Backenschäften, insbesondere der Verzahnung 7 an der Backenführungshülse 12 abstützen und aufgrund der Neigung der Führungsaufnahmen 4 auf die Backenführungshülse 12 in radialer und axialer Richtung wirkende Kräfte übertragen können. Die Backenführungshülse 12 wirkt auch als ein den Futterkörper 1 versteifendes Skelett.

Die Backenführungshülse 12 erstreckt sich von den geneigt im Futterkörper 1 verlaufenden Führungsaufnahmen 4 bis zum axial vorderen Rand des Futterkörpers 1. Im Bereich der Öffnung der Werkzeugaufnahme 3 weist die Backenführungshülse 12 einen zylinderförmigen Abschnitt 14 auf, der in diesem Bereich den Innenumfang des Futterkörpers 1 auskleidet.

Am axial rückwärtigen Ende der Backenführungshülse 12 ist diese zur Ausbildung eines Ringbundes 15 abgekröpft. Der Ringbund 15 dient der Verstärkung der axial vorderen Nutwand der im Futterkörper 1 ausgebildeten Ringnut 9.

Wie insbesondere aus den Fig. 3, 6 und 9 ersichtlich ist, besitzt die Backenführungshülse 12 im Bereich zwischen den gleichmäßig über den Umfang des Futterkörpers 1 verteilt angeordneten Führungsaufnahmen 4 Öffnungen 16, durch die der den Futterkörper 1 bildende Kunststoff hindurchtritt und so ein inniger Verbund zwischen Backenführungshülse 12 und Futterkörper 1 besteht. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 zeigt, daß die Backenführungshülse 12 zur Vergrößerung der Kontaktfläche zum Futterkörper 1 im Querschnitt in Umfangsrichtung wellenförmig ausgestaltet ist.

Neben der Backenführungshülse 12 ist in dem Futterkörper 1 ein weiterer metallener Verstärkungskörper eingebettet, nämlich eine in die Spindelaufnahme 2 eingesetzte bzw. unmittelbar mit eingespritzte Metallhülse 13, an der das Gewinde 17 für die Befestigung des Futterkörpers 1 an der Spindel der Bohrmaschine ausgebildet ist, so daß die Kraftübertragung von der Bohrmaschine zum Bohrfutter über eine hoch belastbare metallische Verbindung erfolgt. Die Metallhülse 13 besitzt auf der axial der Werkzeugaufnahme 3 zugewandten Seite radial nach außen abstehende Hülsenzungen 18, die in einfacher Weise dadurch gebildet werden können, daß die Metallhülse 13 aufgespreizt wird. Die Hülsenzungen 18 dienen der axial nach hinten gerichteten Abstützung des Gewinderinges 8, so daß dieser zusammen mit der Backenführungshülse 12 insgesamt in eine Kraftübertragungskette eingebunden ist, deren Teile aus metallischem Werkstoff bestehen.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Backenführungshülse 12 einstückig mit der Metallhülse 13 ausgebildet ist, so daß sich der metallene Verstärkungskörper 12, 13 axial über die gesamte Länge des Futterkörpers 1 erstreckt. In Fig. 7 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der das axial rückwärtige Ende der Backenführungshülse 12 Rastzungen 19 aufweist, die in in den Hülsenzungen 18 der Metallhülse 13 ausgebildete Rastaufnahmen 20 eingesetzt und dort nach Art einer Bajonettverriegelung arretiert werden können, so daß die Backenführungshülse 12 über eine Bajonettverriegelung mit der Metallhülse 13 gekoppelt ist.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist dort die axial nach hinten gerichtete Abstützung des Gewinderinges 8 über eine Ringscheibe 21 bewirkt, die mit der Metallhülse 13 verbunden ist, wobei die Ringscheibe 21 Öffnungen 22 für den Durchtritt der Spannbacken 6 aufweist.

Claims (16)

1. Bohrfutter mit einem Futterkörper (1), in dem endseitig eine Spindelaufnahme (2) für die Befestigung auf der Spindel einer Bohrmaschine sowie am entgegengesetzten Ende eine Werkzeugaufnahme (3) ausgebildet sind, mit im Futterkörper (1) in geneigt zur Futterachse (5) verlaufenden Führungsaufnahmen (4) geführten Spannbacken (6), die in die Werkzeugaufnahme (3) vorstehen und die zum Öffnen und Schließen des Bohrfutters über eine Verzahnung (7) mit einem am Futterkörper (1) drehbar geführten Gewindering (8) im Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Futterkörper (1) aus einem Kunststoff besteht, in dem mindestens ein metallener Verstärkungskörper (12, 13) eingebettet ist, der durch eine die Führungsaufnahmen (4) an ihrem radial äußeren Rand einschließende Backenführungshülse (12) gebildet ist.

2. Bohrfutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenführungshülse (12) an ihrem axial rückwärtigen, der Spindelaufnahme (2) zugewandten Ende einen Ringbund (15) aufweist, der bei einer den Gewindering (8) aufnehmenden, im Futterkörper (1) ausgebildeten Ringnut (9) die axial vordere Nutwand verstärkt.

3. Bohrfutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenführungshülse (12) einen der Werkzeugaufnahme (3) zugeordneten zylinderförmigen Abschnitt (14) aufweist, der den Innenumfang des Futterkörpers (1) im Bereich der Öffnung der Werkzeugaufnahme (3) bildet.

4. Bohrfutter nach einem der Anspüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenführungshülse (12) im Bereich zwischen den gleichmäßig über den Umfang des Futterkörpers (1) verteilt angeordneten Führungsaufnahmen (4) Öffnungen (16) aufweist.

5. Bohrfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenführungshülse (12) im Querschnitt in Umfangsrichtung wellenförmig gestaltet ist.

6. Bohrfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Spindelaufnahme (2) als Verstärkungskörper eine Metallhülse (13) angeordnet ist.

7. Bohrfutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (13) auf der axial der Werkzeugaufnahme (3) zugewandten Seite radial nach außen abstehende Hülsenzungen (18) aufweist, die den Gewindering (8) axial nach hinten abstützen.

8. Bohrfutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenführungshülse (12) einstückig mit der Metallhülse (13) ausgebildet ist.

9. Bohrfutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Backenführungshülse (12) über eine Bajonettverriegelung mit der Metallhülse (13) gekoppelt ist.

10. Bohrfutter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das axial rückwärtige Ende der Backenführungshülse (12) Rastzungen (19) aufweist, die zur Bildung des Bajonettverschlusses mit in den Hülsenzungen (18) ausgebildeten Rastaufnahmen (20) zusammenwirken.

11. Bohrfutter nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhülse (13) mit einer den axial hinteren Rand der Ringnut (9) verstärkenden Ringscheibe (21) verbunden ist.

12. Bohrfutter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein faserverstärkter Kunststoff, vorzugsweise ein faserverstärktes Polyamid ist.

13. Bohrfutter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff durch Glasfasern und/oder Kohlefasern verstärkt ist.

14. Bohrfutter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasfasergehalt zwischen 10% und 25% beträgt.

15. Bohrfutter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlefasergehalt zwischen 5% und 15% beträgt.

16. Bohrfutter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Futterkörper (1) bezüglich der Zusammensetzung des Kunststoffes inhomogen ausgebildet ist und in unterschiedlicher Beanspruchung ausgesetzten Abschnitten eine entsprechend der Beanspruchung angepaßte Beimengung von Glasfasern und/oder Kohlefasern aufweist.