DE19861489B4

DE19861489B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug

Info

Publication number: DE19861489B4
Application number: DE19861489.6A
Authority: DE
Inventors: Achim Feinauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: DE19835677A1; DE19835677B4; DE19835677C5; DE19861306B4

Abstract

Verfahren zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug, das mit zumindest einem Innenliegenden Kanal (10) für das Kühl- und Schmiermittel ausgebildet und über eine Werkzeugaufnahme (8) mit einer Werkzeugmaschine lösbar verbindbar ist, die einen Anschluss (4) für die Einspeisung des Kühl- und Schmiermittels hat, wobei das Einspeisen des Kühl- und Schmiermittels vom Anschluss (4) her erfolgt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Führen des Kühl- und Schmiermittels zu dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) in einem einen definierten Strömungspfad ausbildenden Verbindungskanal unter Beibehaltung oder zunehmender Verringerung dessen Durchflussquerschnitts, indem die zentral über eine sich vom Endabschnitt des Werkzeugs hin zum Anschluss (4) erstreckende Verbindungshülse (16) mit einem werkzeugseitigen Hülsenteil (18) zugeführte Strömung a) auf der dem Werkzeug zugewandten Seite über zumindest einen Kanal (28) radial schräg nach außen zu einer Stelle geführt wird, die mit dem zumindest einem innenliegenden Kanal (10) fluchtet, und b) anschließend ohne weitere radiale Umlenkung in den zugeordneten, zumindest einen innenliegenden Kanal (10) im Werkzeug eingespeist wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zufuhr von Medien an ein Werkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 3.
Derartige Vorrichtungen werden dazu verwendet, um Kühl-/Schmiermittel von einer Werkzeugmaschine zu einem Bearbeitungswerkzeug zu führen, das mit einer Werkzeugaufnahme (Spannfutter, Schrumpffutter etc.) versehen oder als monolithisches Werkzeug ausgebildet ist. Derartige Hochleistungswerkzeuge haben sich in Axialrichtung zur Schneide hin erstreckende innenliegende Kühl-/Schmiermittelkanäle, durch die hindurch das Kühl-/Schmiermedium oder ein anderes Medium in den Zerspanungsbereich geleitet werden kann. Diese innenliegenden Kanäle sind vielfach außermittig angeordnet, beispielsweise dann, wenn sie in den wendelförmigen Bohrerstegen liegen. Häufig hat die Werkzeugmaschine einen axial verschiebbaren Auswerfer, über den das Werkzeug ausgestoßen werden kann. Die Übergabe des Mediums von der Maschine zum Werkzeug erfolgt vorzugsweise in zentrisch und in axialer Richtung.
Aus dem Dokument DE 36 11 998 A1 ist ein Werkzeug bekannt, bei dem keine lösbare Verbindung von Werkzeugteil und Schaftteil zur Anwendung kommt. Die Hauptbestandteile des Werkzeugs sind über ein Kanalübergangselement 30 miteinander fest verbunden, so dass ein als Einheit handhabbares Werkzeug entsteht.
Aus den Dokumenten DE 38 14 565 C2 , DE 87 04 477 U1 , EP 07 23 830 A2 und DE 37 06 534 C1 sind verschiedene gattungsbildende Ansätze zur Einspeisung von Kühl-/Schmiermittel in ein Werkzeug bekannt. Allerdings wird in diesen bekannten Fällen kein besonderes Augenmerk auf den Strömungspfad und die Strömungsverhältnisse gelegt.
Das Kühl-/Schmiermedium tritt in der Regel durch die Spindel und/oder den Auswerfer in den oder die Kanäle des Werkzeuges ein. Zur Verbesserung des Strömungsüberganges wird der werkzeugmaschinenseitige Anschluss als Düse ausgebildet, die in ein mit der Werkzeugaufnahme verbundenes Röhrchen eintaucht, so dass das Kühl-/Schmiermittel über das Röhrchen und den sich anschließenden Bereich der Werkzeugaufnahme hin zum Werkzeug geführt ist.
Insbesondere bei der Verwendung von Gas-/Flüssigkeitsgemischen (Fettalkohol, Öl) zeigte es sich, dass im Strömungsbereich zwischen der Düse und dem Werkzeug ein erheblicher Staudruck auftreten kann, der zu einer Entmischung des Gemisches führen kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die eine zuverlässige Zuführung eines Mediums von der Werkzeugmaschine zu einem Werkzeug gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Schritte des Patentanspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Patentanspruchs 3 gelöst.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird das dem Werkzeug zuzuführende Medium – im folgenden Kühl-/Schmiermedium genannt – gerichtet mit einem vorbestimmten, optimierten Strömungspfad vom Anschluss zum Werkzeug geführt, so dass definierte Durchflussbedingungen geschaffen werden. Die fluchtende Anordnung der Vorrichtung gemäß Anspruch 3 entspricht dem verfahrensgemäßen Merkmal, dass an dem Ende des Kanalabschnitts, der radial schräg nach außen geführt wird, keine radiale Umlenkung mehr stattfindet.
Das werkzeugseitige Hülsenteil kann mit einem Einsat ausgestattet werden, welches dann in optimaler Weise an die Geometrie der Werkzeuge angepasst werden kann, so dass in diesen keine Einrichtungen zur Verbesserung des Strömungsüberganges, wie beispielsweise Dichteinrichtungen, trichterförmige Einführöffnungen, etc. ausgebildet werden müssen. Dies hat insbesondere bei Werkzeugen aus Hartmetall erhebliche Kostenvorteile zur Folge, da die Ausbildung dieser Einrichtungen einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand erfordern würde. Die Anpassung der Verbindungshülse an die Werkzeuggeometrie ist wesentlich einfacher, da diese aus vergleichsweise einfach zu bearbeitenden Materialen herstellbar ist. Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn als Kühl-/Schmiermittel Gas-/Flüssigkeitsgemische eingesetzt werden. Denn in diesem Fall wird die Kühl-/Schmiermittelwirkung gerade dadurch verbessert, weil der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals vom werkzeugmaschinenseitigen Anschluss zum Werkzeug hin gleich bleibt oder aber abnimmt, weil hierdurch ein Staudruck durch eine Querschnittsverengung verhindert wird. Folglich kann die Emulsion in dem vorbestimmten Mischungsverhältnis in die Werkzeugkanäle eintreten.
Eine optimale Anlage der Verbindungshülse sowohl am Werkzeug als auch an dem werkzeugmaschinenseitigen Anschluss ist gewährleistet, wenn diese federnd in der Werkzeugaufnahme oder an der Werkzeugmaschine gelagert ist.
Diese federnde Lagerung kann beispielsweise über eine mechanische Feder, durch geeignete hydraulisch oder pneumatisch wirkende Einrichtungen oder auf sonstige Weise erfolgen.
Die dichtende Anlage der Verbindungshülse lässt sich weiter verbessern, wenn diese zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Hülsenteile über eine Druckfeder gegen die jeweiligen Anlageflächen gespannt werden. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der werkzeugmaschinenseitige Hülsenteil den werkzeugseitigen Hülsenteil überlappend umgreift.
Bevorzugterweise können zumindest im Übergangsbereich zum werkzeugmaschinenseitigen Anschluss Dichtungseinrichtungen vorgesehen sein.
Werkzeugaufnahmen und monolithische Werkzeuge werden in der Regel mit Leitungen oder Röhrchen zur Kühlmittelzufuhr ausgeführt, die in dichtende Anlage an den werkzeugmaschinenseitigen Anschluss bringbar sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für derartige Werkzeugaufnahmen taucht die Verbindungshülse in das Röhrchen ein oder durchsetzt dieses.
Die erfindungsgemäße Verbindungshülse lässt sich besonders vorteilhaft bei Konstruktionen einsetzen, bei denen der werkzeugmaschinenseitige Anschluss als Düsenkörper ausgebildet ist, der gleichzeitig als Auswerfer für das Werkzeug dient.
Sonstige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch die Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine. Diese hat eine Spindel 2, in der ein als Düsenkörper 4 ausgebildeter Anschluss zur Kühl-/Schmiermediumzufuhr der Werkzeugmaschine axial verschiebbar geführt ist. Die axial verschiebbare Anordnung des Düsenkörpers 4 ermöglicht es, dass dieser gleichzeitig auch als Auswerfer für ein Werkzeug 6 wirken kann, das in einer an der Spindel 2 befestigten Werkzeugaufnahme 8, beispielsweise einem hydraulischen Spannfutter eingespannt ist.
Das in der Figur dargestellte Werkzeug 6 hat Kanäle 10 zur Zuführung von Kühl-/Schmiermedium zu einer nicht dargestellten Werkzeugschneide. Derartige Werkzeuge 6 sind in der Regel aus Hartmetall oder sonstigen besonders verschleißfesten Materialien hergestellt.
Die hydraulische Spannkupplung ist mit einer Hydrodehnhülse ausgeführt, über die das Werkzeug 6 festgespannt wird. Derartige Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine weitere Beschreibung verzichtet werden kann.
In der Axialbohrung 14 der Werkzeugaufnahme 8 ist eine Verbindungshülse 16 gelagert, die sich von dem Endabschnitt des Werkzeugs 6 hin zum Düsenkörper 4 erstreckt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungshülse 16 mit einem werkzeugseitigen Hülsenteil 18 und einem düsenseitigen Hülsenteil 20 ausgebildet. Das in der Figur links angeordnete Hülsenteil 18 hat einen radial zurückgesetzten Führungsvorsprung 22, der abschnittsweise in einen entsprechend ausgebildeten Führungsvorsprung 24 des düsenseitigen Hülsenteils 20 eintaucht. Die beiden vom Überlappungsabschnitt entfernten Endabschnitte der Hülsenteile 18, 20 sind in Radialrichtung vergrößert. Der vergrößerte Teil des Hülsenteils 18 bildet einen Aufnahmeabschnitt für einen auswechselbaren Einsatz 26, in dem Kanäle 28 ausgebildet sind. Die Geometrie dieser Kanäle 28 ist an diejenige der eingespannten Werkzeuge 6 angepasst. Die Auswechselbarkeit der Einsätze 26 ermöglicht es, die Verbindungshülse 16 auf einfache Weise an unterschiedliche Werkzeuggeometrien anzupassen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Einsatz 26 in den Endabschnitt des Hülsenteils 18 eingeschraubt.
Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hülsenteil 18 mit einem Außengewinde des in 1 linken Endabschnitts in die Axialbohrung 14 eingeschraubt, Durch diese Schraubverbindung ist die Axialposition des Hülsenteils 18 zur Anpassung an unterschiedliche Werkzeuggeometrien einstellbar. Bei monolithischen Werkzeugen mit integrierter Werkzeugaufnahme wird das Hülsenteil 18 von rechts auf Anschlag eingeschraubt, da eine Axialanpassung nicht erforderlich ist.
An den einander zuweisenden Stirnflächen des Werkzeugs 6 und des Hülsenteils 18 bzw. des Einsatzes 20 sind gestrichelt angedeutete Verzahnungselemente 12 angebracht, die eine Relativpositionierung der Kanäle 10, 28 ermöglichen. Bei einfachen Konstruktionen kann das Verzahnungselement 12 auch als Kegel-/Konuskombination ausgeführt werden.
Der Einsatz 26 kann auch einstückig mit dem Hülsenteil 16 ausgeführt werden.
Der radial vergrößerte Endabschnitt des Hülsenteils 20 ist mit einer Anlagefläche 30 ausgebildet, dessen Geometrie an die entsprechende Anlagefläche des Düsenkörpers 4 angepasst ist. In der Anlagefläche 30 können am Hülsenteil 24 geeignete Dichteinrichtungen, beispielsweise ein O-Ring 32 aufgenommen werden.
An den einander zuweisenden Radialschultern 34 und 36 der Hülsenteile 18, 20 ist eine Druckfeder 38 abgestützt, über die das Hülsenteil 20 gegen die Anlagefläche des Düsenkörpers 4 vorgespannt ist.
Wie des weiteren aus der Figur entnehmbar ist, hat die Werkzeugaufnahme 8 an ihrem düsenkörperseitigen Abschnitt ein Röhrchen 40 zur Kühlmediumzufuhr, in das der Düsenkörper 4 sowohl in seiner Grundposition als auch in seiner Auswurfstellung eintaucht oder das vom Düsenkörper 4 durchsetzt ist. Das Röhrchen 40 ist beispielsweise über zwei O-Ringe elastisch in der Werkzeugaufnahme 8 gelagert, so dass es beim Ansetzen ausweichen kann. Die Befestigung des Röhrchens 40 erfolgt über eine Fixiermutter 44. In 1 ist mit durchgezogenen Linien die Variante dargestellt, bei der die Verbindungshülse 16 in das Röhrchen 40 eintaucht. Bevorzugt wird die gestrichelt angedeutete Ausführungsform, bei der das Hülsenteil 20' das Röhrchen 40' durchsetzt und aus diesem hervorsteht. Der Endabschnitt des Röhrchens 40' ist umgebördelt und dient als Verliersicherung für ein Dichtungselement 49.
In der Innenbohrung des Röhrchens 40 für die erstgenannte Variante ist ein Axialanschlag 46 für den düsenkörperseitigen Hülsenteil 20 ausgebildet.
Der obere Teil der Figur zeigt die Verbindungshülse 16 in ihrer Grundposition bei gespannter Werkzeugaufnahme, d. h. bei unbetätigtem Auswerfer 50. Bei Betätigung des Auswerfers 50 läuft dieser auf eine Anschlagschulter 52 der Werkzeugaufnahme 8 auf, so dass diese ausgestoßen wird. Bei dieser Auswerfbewegung wird auch der Düsenkörper 4 nach links (1) bewegt und schiebt die Verbindungshülse 16 zusammen. Der untere Teil der Figur zeigt die zusammengeschobene Verbindungshülse 16 bei betätigtem Auswerfer. Wie die Darstellung zeigt, verjüngt sich der Strömungsquerschnitt der Verbindungshülse vom Düsenkörper 4 weg hin zum Werkzeug 6, so dass die eingangs genannten Entmischungsvorgänge nicht oder nur vermindert auftreten können. Der Düsenkörper 4 kann bei einer vereinfachten Ausführungsform als Rohr ausgebildet sein. Für die Erfindung ist es unerheblich, ob das Öl-/Gasgemisch in der Spindel oder außerhalb, beispielsweise im Bereich der Werkzeugaufnahme, gebildet wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, dass es entscheidend darauf ankommt, den Strömungskanal vom Anschluss 4 zum Werkzeug definiert und mit gleichbleibendem oder sich verjüngendem Querschnitt auszubilden, wodurch ein definierter Strömungspfad für das Medium geschaffen wird, Dadurch gelingt es, unerwünschte Entmischungen eines aus Luft und Öl bestehenden Gemischs, wie es z. B. bei der MMS-(Mininimalmengenschmierung)Technologie verwendet wird, zu vermeiden und die Qualität des Schmiermittels an der Schneide gleich bleibend gut zu halten.

Claims

Verfahren zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug, das mit zumindest einem Innenliegenden Kanal (10) für das Kühl- und Schmiermittel ausgebildet und über eine Werkzeugaufnahme (8) mit einer Werkzeugmaschine lösbar verbindbar ist, die einen Anschluss (4) für die Einspeisung des Kühl- und Schmiermittels hat, wobei das Einspeisen des Kühl- und Schmiermittels vom Anschluss (4) her erfolgt, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: Führen des Kühl- und Schmiermittels zu dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) in einem einen definierten Strömungspfad ausbildenden Verbindungskanal unter Beibehaltung oder zunehmender Verringerung dessen Durchflussquerschnitts, indem die zentral über eine sich vom Endabschnitt des Werkzeugs hin zum Anschluss (4) erstreckende Verbindungshülse (16) mit einem werkzeugseitigen Hülsenteil (18) zugeführte Strömung a) auf der dem Werkzeug zugewandten Seite über zumindest einen Kanal (28) radial schräg nach außen zu einer Stelle geführt wird, die mit dem zumindest einem innenliegenden Kanal (10) fluchtet, und b) anschließend ohne weitere radiale Umlenkung in den zugeordneten, zumindest einen innenliegenden Kanal (10) im Werkzeug eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühl- und Schmiermittel von einem zentrischen Anschluss (4) über konzentrische Hülsenteile (22, 24) zu dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) im Werkzeug geführt wird.
Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug, das mit zumindest einem innenliegenden Kanal (10) für das Medium ausgebildet und über eine Werkzeugaufnahme (8) mit einer Werkzeugmaschine lösbar verbindbar ist, die einen Anschluss (4) für das Kühl-/Schmiermittel hat, dadurch gekennzeichnet, dass in der Werkzeugaufnahme eine das von einem zentrischen Anschluss (4) kommende Kühl- und Schmiermittel zu dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) führende Verbindungshülse (16) mit einem werkzeugseitigen Hülsenteil (18) vorgesehen ist, welches a) Bestandteil eines Verbindungskanals mit einem vom Anschluss (4) zum Werkzeug (6) hin gleichbleibenden oder abnehmenden Durchflussquerschnitt ist und b) auf der dem Werkzeug zugewandten Seite zumindest einen Kanal (28) definiert, der radial schräg nach außen zu einer Stelle geführt ist, die axial mit dem zumindest einen innenliegenden Kanal (10) im Werkzeug fluchtet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Werkzeug an einem Einsatz (26) im werkzeugseitigen Hülsenteil (18) abstützt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das werkzeugseitige Hülsenteil (18) axial verstellbar in der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das werkzeugseitige Hülsenteil (18) einen auswechselbaren Einsatz (26) hat, dessen Geometrie an die Kanalgeometrie und -anordnung des Werkzeuges (6) angepasst ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (4) als axial verschiebbarer Düsenkörper (4) ausgebildet ist.