DE19861489B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Einspeisung von Kühl- und Schmiermittel in ein Werkzeug Download PDFInfo
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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 Kanalübergangselement30 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 undDE 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 Düsenkörper4 ausgebildeter Anschluss zur Kühl-/Schmiermediumzufuhr der Werkzeugmaschine axial verschiebbar geführt ist. Die axial verschiebbare Anordnung des Düsenkörpers4 ermöglicht es, dass dieser gleichzeitig auch als Auswerfer für ein Werkzeug6 wirken kann, das in einer an der Spindel2 befestigten Werkzeugaufnahme8 , beispielsweise einem hydraulischen Spannfutter eingespannt ist. - Das in der Figur dargestellte Werkzeug
6 hat Kanäle10 zur Zuführung von Kühl-/Schmiermedium zu einer nicht dargestellten Werkzeugschneide. Derartige Werkzeuge6 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 Werkzeugaufnahme8 ist eine Verbindungshülse16 gelagert, die sich von dem Endabschnitt des Werkzeugs6 hin zum Düsenkörper4 erstreckt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungshülse16 mit einem werkzeugseitigen Hülsenteil18 und einem düsenseitigen Hülsenteil20 ausgebildet. Das in der Figur links angeordnete Hülsenteil18 hat einen radial zurückgesetzten Führungsvorsprung22 , der abschnittsweise in einen entsprechend ausgebildeten Führungsvorsprung24 des düsenseitigen Hülsenteils20 eintaucht. Die beiden vom Überlappungsabschnitt entfernten Endabschnitte der Hülsenteile18 ,20 sind in Radialrichtung vergrößert. Der vergrößerte Teil des Hülsenteils18 bildet einen Aufnahmeabschnitt für einen auswechselbaren Einsatz26 , in dem Kanäle28 ausgebildet sind. Die Geometrie dieser Kanäle28 ist an diejenige der eingespannten Werkzeuge6 angepasst. Die Auswechselbarkeit der Einsätze26 ermöglicht es, die Verbindungshülse16 auf einfache Weise an unterschiedliche Werkzeuggeometrien anzupassen. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Einsatz26 in den Endabschnitt des Hülsenteils18 eingeschraubt. - Bei dem in der
1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Hülsenteil18 mit einem Außengewinde des in1 linken Endabschnitts in die Axialbohrung14 eingeschraubt, Durch diese Schraubverbindung ist die Axialposition des Hülsenteils18 zur Anpassung an unterschiedliche Werkzeuggeometrien einstellbar. Bei monolithischen Werkzeugen mit integrierter Werkzeugaufnahme wird das Hülsenteil18 von rechts auf Anschlag eingeschraubt, da eine Axialanpassung nicht erforderlich ist. - An den einander zuweisenden Stirnflächen des Werkzeugs
6 und des Hülsenteils18 bzw. des Einsatzes20 sind gestrichelt angedeutete Verzahnungselemente12 angebracht, die eine Relativpositionierung der Kanäle10 ,28 ermöglichen. Bei einfachen Konstruktionen kann das Verzahnungselement12 auch als Kegel-/Konuskombination ausgeführt werden. - Der Einsatz
26 kann auch einstückig mit dem Hülsenteil16 ausgeführt werden. - Der radial vergrößerte Endabschnitt des Hülsenteils
20 ist mit einer Anlagefläche30 ausgebildet, dessen Geometrie an die entsprechende Anlagefläche des Düsenkörpers4 angepasst ist. In der Anlagefläche30 können am Hülsenteil24 geeignete Dichteinrichtungen, beispielsweise ein O-Ring32 aufgenommen werden. - An den einander zuweisenden Radialschultern
34 und36 der Hülsenteile18 ,20 ist eine Druckfeder38 abgestützt, über die das Hülsenteil20 gegen die Anlagefläche des Düsenkörpers4 vorgespannt ist. - Wie des weiteren aus der Figur entnehmbar ist, hat die Werkzeugaufnahme
8 an ihrem düsenkörperseitigen Abschnitt ein Röhrchen40 zur Kühlmediumzufuhr, in das der Düsenkörper4 sowohl in seiner Grundposition als auch in seiner Auswurfstellung eintaucht oder das vom Düsenkörper4 durchsetzt ist. Das Röhrchen40 ist beispielsweise über zwei O-Ringe elastisch in der Werkzeugaufnahme8 gelagert, so dass es beim Ansetzen ausweichen kann. Die Befestigung des Röhrchens40 erfolgt über eine Fixiermutter44 . In1 ist mit durchgezogenen Linien die Variante dargestellt, bei der die Verbindungshülse16 in das Röhrchen40 eintaucht. Bevorzugt wird die gestrichelt angedeutete Ausführungsform, bei der das Hülsenteil20' das Röhrchen40' durchsetzt und aus diesem hervorsteht. Der Endabschnitt des Röhrchens40' ist umgebördelt und dient als Verliersicherung für ein Dichtungselement49 . - In der Innenbohrung des Röhrchens
40 für die erstgenannte Variante ist ein Axialanschlag46 für den düsenkörperseitigen Hülsenteil20 ausgebildet. - Der obere Teil der Figur zeigt die Verbindungshülse
16 in ihrer Grundposition bei gespannter Werkzeugaufnahme, d. h. bei unbetätigtem Auswerfer50 . Bei Betätigung des Auswerfers50 läuft dieser auf eine Anschlagschulter52 der Werkzeugaufnahme8 auf, so dass diese ausgestoßen wird. Bei dieser Auswerfbewegung wird auch der Düsenkörper4 nach links (1 ) bewegt und schiebt die Verbindungshülse16 zusammen. Der untere Teil der Figur zeigt die zusammengeschobene Verbindungshülse16 bei betätigtem Auswerfer. Wie die Darstellung zeigt, verjüngt sich der Strömungsquerschnitt der Verbindungshülse vom Düsenkörper4 weg hin zum Werkzeug6 , so dass die eingangs genannten Entmischungsvorgänge nicht oder nur vermindert auftreten können. Der Düsenkörper4 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 (7)
- 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.
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