DE202004010078U1 - rotor - Google Patents
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Abstract
Rotor, insbesondere rotierendes Werkzeug zur spanabtragenden Werkstückbearbeitung, umfassend einen Rotorgrundkörper (2) mit an dessen Umfang verteilt positionierten Aufnahmen (6), die zur Bestückung des Rotors mit Funktionselementen (7) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorgrundkörper (2) aus einem ersten, radial außen liegenden Grundkörperelement (3) und einem zweiten, radial innen liegenden Grundkörperelement (4) besteht, wobei das erste und zweite Grundkörperelement derart zueinander angeordnet sind, dass entlang einer zwischen diesen beiden ausgebildeten, umlaufenden Trennfuge (5), im nicht rotierenden Zustand des Rotors (1), ein Fugendruck vorherrscht, und das radial innere Grundkörperelement (4) einen höheren E-Modul aufweist als das radial äußere Grundkörperelement (3).Rotor, in particular rotating tool for machining workpiece machining, comprising a basic rotor body (2) with receptacles (6) positioned distributed around its circumference, those for assembly of the rotor are designed with functional elements (7), thereby characterized in that the rotor base body (2) consists of a first, radially outside lying basic body element (3) and a second radially inner base element (4), the first and second base body elements in this way relative to one another are arranged that along a circumferential formed between these two Parting line (5), in the non-rotating state of the rotor (1) Joint pressure prevails, and the radially inner base element (4) a higher one E-module has as the radially outer base element (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a rotor according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Bei schnell drehenden Rotoren stellt die, infolge der einwirkenden Fliehkraft auftretende, radiale Aufweitung des Rotorgrundkörpers eine Grenze für die zulässige Betriebsdrehzahl dar. Diese Aufweitung hängt bei konstruktiv vorgegebenen geometrischen Abmessungen (Innen-, Außendurchmesser, etc.) von der Steifigkeit der Einzelteile der für ihre Herstellung verwendeten Materialien ab.at the rapidly rotating rotors, due to the acting centrifugal force occurring radial expansion of the rotor base body a limit for the permissible operating speed This expansion depends given geometrically specified dimensions (interior, Outer diameter, etc.) of the rigidity of the individual parts used for their manufacture Materials.
Neben der Aufweitung müssen auch die Unwucht und die Trägheitskräfte eines Rotors möglichst gering gehalten werden. Daher werden in der Praxis häufig Leichtmetall-Werkstoffe für den Grundkörper verwendet, in welchen Funktionselemente eingesetzt werden.Next need to expand also the unbalance and the inertial forces of one Rotor as low as possible being held. Therefore, light metal materials are often used for the base body in practice, in which functional elements are used.
In der Werkzeugtechnik ist dies ein bekanntes Konstruktionsprinzip und wird z.B. bei der Herstellung von HSC-Fräswerkzeuge (High-Speed-Cutting) zugrunde gelegt. So sind im Grundkörper aus Leichtmetall z.B. Stahlkassetten eingesetzt, an welchen Schneiden aus Hartmetall, PKD (Poly- Kristalline-Diamanten) etc. befestigt sind. Die Trägheits- und Unwuchtkräfte können somit gering gehalten werden. Allerdings ist die Gesamtverformung des Systems in hohem Maße von der Eigenverformung des Leichtmetall-Grundkörpers abhängig. Die beispielsweise im Grundkörper angeschraubten Einbauteile verlagern sich im Betrieb neben ihrer Eigenverformung zusätzlich um den Betrag der Grundkörper-Aufweitung. Die betriebsbedingte Gesamtverformung setzt sich somit aus der Summe der Grundkörper-Verformung plus Einbauteil-Verformung zusammen.In this is a well-known design principle in tool technology and will e.g. in the manufacture of HSC milling tools (high-speed cutting) based on. For example, the base body made of light metal Steel cassettes are used, on which cutting edges made of hard metal, PCD (poly crystalline diamonds) etc. are attached. The inertia and unbalance forces can thus be kept low. However, the overall deformation of the Systems to a great extent dependent on the self-deformation of the light metal body. For example, in body Bolted built-in parts move next to yours during operation Additional deformation by the amount of basic body expansion. The operational Total deformation is therefore the sum of the deformation of the base body plus built-in part deformation together.
Aufgabe und Vorteile der ErfindungTask and Advantages of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Rotor der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass damit eine höhere Betriebssicherheit bzw. eine höhere Genauigkeit bei der Bearbeitung von Werkstücken erreicht wird.The The present invention has for its object a rotor to further develop the type mentioned at the outset in such a way that greater operational reliability or a higher one Accuracy when machining workpieces is achieved.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Aus den nachfolgenden, abhängigen Ansprüchen gehen weitere, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung hervor.This The object is solved by the features of claim 1. Out the subsequent dependent claims go further, advantageous embodiments and developments of the invention.
Die Erfindung geht von einem Rotor aus, insbesondere von einem rotierenden Werkzeug zur spanabtragenden Werkstückbearbeitung, umfassend einen Rotorgrundkörper mit an dessen Umfang verteilt positionierten Aufnahmen, die zur Bestückung des Rotors mit Funktionselementen ausgebildet sind. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass der Rotorgrundkörper aus einem ersten, radial außen liegenden Grundkörperelement und aus einem zweiten, radial innen liegenden Grundkörperelement besteht, wobei das erste und zweite Grundkörperelement derart zueinander angeordnet sind, dass entlang einer zwischen diesen beiden ausgebildeten, umlaufenden Trennfuge, in nicht rotierendem Zustand des Rotors, ein Fugendruck vorherrscht, und das radial innere Grundkörperelement einen größeren E-Modul aufweist, als das radial äußere Grundkörperelement.The The invention is based on a rotor, in particular a rotating one Tool for machining workpiece machining, comprising a Rotor body with recordings distributed around its circumference, which for assembly of the rotor are designed with functional elements. The core of the Invention lies in the fact that the basic rotor body consists of a first, radial Outside lying basic body element and from a second, radially inner base element there, the first and second base body elements to each other are arranged that along a circumferential parting line formed between these two, when the rotor is not rotating, there is a joint pressure, and the radially inner base element a larger modulus of elasticity has, as the radially outer base member.
Daraus ergibt sich ein Rotor in einer Verbundkonstruktion aus Werkstoffen unterschiedlicher E-Module, wobei der in den Rotorgrundkörper eingefügte vorzugsweise ringförmige Körper mit seinem gegenüber dem Grundkörper höherem E-Modul eine versteifende Eigenschaft auf diesen ausübt.from that the result is a rotor in a composite construction made of materials different moduli of elasticity, the one inserted into the rotor base body preferably annular body with his opposite the basic body higher E-module exerts a stiffening property on this.
Dem Aufbau eines solchen Rotors liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein aus zwei Teilen mit unterschiedlichen E-Modulen gefertigter Körper über einen bestimmten Belastungsbereich hinweg Verformungseigenschaften aufweist, die, belastungsbezogen, deutlich günstiger sind als die Verformungseigenschaften eines einstückigen Körpers, sofern in einer zwischen den beiden Grundkörperelementen umlaufend ausgebildeten Trennfuge ein Fugendruck vorherrscht.the The construction of such a rotor is based on the knowledge that a body made of two parts with different E-modules over one has deformation properties across a certain load range, which, in relation to the load, are significantly cheaper than the deformation properties one piece body, if provided in a circumferential form between the two basic body elements A joint pressure prevails.
Für rotierende Körper wurde in diesem Zusammenhang herausgefunden, dass dabei eine Anordnung mit einem ersten, radial innen liegenden und einem zweiten, radial außen liegenden Grundkörperelement, beispielsweise für einen Fräskopf, das radial innere Grundkörperelement den höheren E-Modul aufweisen muss, also die geringeren Verformungseigenschaften. Wichtig ist dabei, dass zwischen dem inneren Grundkörperelement, welches jedoch nicht zwingend einstückig ausgebildet sein muss, und dem äußeren Grundkörperelement mit dem gegenüber dem ersten aus einem niedrigeren E-Modul gefertigten Werkstoff, ein derartiger Fugendruck in der Trennfuge herrschen muss, dass sowohl radiale als auch tangentiale Kraftübertragungen zwischen diesen beiden Grundkörperelementen möglich sind. Die beiden Grundkörperelemente wirken daher vorteilhafterweise so zusammen, dass ein Fugendruck über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich des rotierenden Körpers vorherrscht, wenigstens jedoch über einen Teilbereich.For rotating body In this context it was found that an arrangement with a first, radially inside and a second, radially Outside lying basic body element, for example for a milling head, the radially inner base element the higher Have modulus of elasticity must, so the lower deformation properties. Important is doing that between the inner body element, which, however not necessarily in one piece must be formed, and the outer body element with the opposite first material made from a lower modulus of elasticity such joint pressure in the parting line must prevail that both radial as well as tangential power transmission between them two basic body elements possible are. The two basic body elements therefore advantageously work together so that a joint pressure over the entire operating speed range of the rotating body prevails, at least over a section.
Durch die mechanischen Zwangsbedingungen in der Trennfuge sind die radialen Spannungen sowie die tangentialen Dehnungen des äußeren und des inneren Grundkörperelements am Fügedurchmesser DF der Trennfuge gleich groß. Die für die Aufweitung des äußeren Grundkörperelementes maßgebende Tangentialspannung entspricht bei unterschiedlichen E-Modulen neben einem untergeordneten radialen Spannungsteil, im Wesentlichen der, um den Faktor E-Modul (äußeres Grundkörperelement) zu E-Modul (inneres Grundkörperelement) Ea/Ei verminderten Tangentialspannung des Innenteils, und liegt bei ausreichendem Fugendruck und geeigneten geometrischen Abmessungen, stets unter dem Wert eines einteiligen Vergleichsrotors.Due to the mechanical constraints in the parting line, the radial stresses and the tangential expansions of the outer and the inner body element at the joint diameter DF of the parting line are the same. The measured for the expansion of the outer body element In different E-modules, the tangential tension corresponding to a subordinate radial tension part essentially corresponds to the tangential tension of the inner part reduced by the factor E-module (outer basic body element) to E-module (inner basic body element) Ea / Ei, and lies with sufficient joint pressure and suitable geometric dimensions, always below the value of a one-piece comparison rotor.
Die Erzeugung des Fugendrucks zwischen den beiden Grundkörperelementen kann beispielsweise durch einen Pressverband realisiert werden. Als weitere Möglichkeiten der Erzeugung eines Fugendruckes in der Trennfuge zwischen den beiden Grundkörperelementen bieten sich Schraubverbände oder Übermaße im Bereich der Trennfuge an.The Generation of the joint pressure between the two basic body elements can be realized, for example, by a press association. As More options the generation of a joint pressure in the parting line between the two basic body elements offer screw bandages or oversize in the area the parting line.
Durch eine über den gesamten Umfangsbereich der Trennfuge verteilte Kraftübertragung ergibt sich eine gleichmäßig stützende Wirkung des Grundkörperelementes mit dem höheren E-Modul auf das Grundkörperelement mit niedrigem E-Modul.By one over Power transmission distributed over the entire circumferential area of the joint there is an even supportive effect of the basic element with the higher E-module on the base element with low modulus of elasticity.
Zur Erzielung dieser verbesserten Verformeigenschaften des Rotorgrundkörpers sollte wenigstens über einen Teilabschnitt der axialen Erstreckung des Rotors eine Verbindung unter Fugendruck zwischen den beiden Grundkörperelementen vorherrschen. Vorteilhafterweise ist dies zumindest der Bereich, in welchem während des Einsatzes des Rotors die größten Belastungsmomente auf diesen einwirken.to Achievement of these improved deformation properties of the rotor base body should at least about a portion of the axial extent of the rotor a connection prevail under joint pressure between the two basic body elements. Advantageously, this is at least the area in which during the Use of the rotor the greatest load moments act on it.
Beispielsweise kann dies der Bereich der axialen Erstreckung des Rotors sein, der sich mit dem Bereich deckt, in welchem an seinem Umfang verteilt die Funktionselemente angeordnet sind, im Falle eines Fräskopfs wäre dies beispielsweise der Aufnahmebereich für die Schneidplattenhalter.For example this can be the area of the axial extension of the rotor that coincides with the area in which is distributed over its circumference the functional elements are arranged, in the case of a milling head this would be for example the receiving area for the insert holder.
Um die zu beschleunigenden Massen des Grundkörpers bei sinnvollen Abmessungen möglichst gering halten zu können, kann es vorteilhaft sein, das innere Grundkörperelement ringförmig auszubilden. Da der Rotor auch in seinem äußeren Umfang vorteilhafterweise rund ausgebildet ist, ergibt sich zumindest in dem Bereich, in dem die beiden Grundkörperelemente axial übereinanderliegend zusammengefügt sind, zumindest ein zweiteiliger, ringförmiger Aufbau mit unterschiedlichen Durchmessern für die einzelnen Funktionselemente. Vorteilhafterweise liegt dabei das Verhältnis eines Durchmessers (DF), auf dem die ringförmige Trennfuge verläuft, zu einem Außendurchmesser (DA) des radial außen liegenden Grundkörperelementes etwa im Bereich zwischen 0,3 und 0,9. Die Erkenntnis der verbesserten Betriebseigenschaften gilt zwar auch in einem breiteren Verhältnisbereich, dieser Bereich hat sich jedoch aus der zu betrachtenden Parameterschar im Verlaufe umfangreicher numerischer und analytischer Untersuchungen als besonders vorteilhaft herausgestellt.Around the masses of the base body to be accelerated with reasonable dimensions preferably to be able to keep low it may be advantageous to design the inner base element in a ring shape. Because the rotor is also in its outer circumference is advantageously round, results at least in the area in which the two basic body elements lie axially one above the other together are, at least a two-part, ring-shaped structure with different Diameters for the individual functional elements. This is advantageous The relationship of a diameter (DF) on which the annular parting line runs an outer diameter (DA) of the radially outside lying basic body element approximately in the range between 0.3 and 0.9. The realization of the improved Operating characteristics also apply in a wider ratio range, however, this area has emerged from the group of parameters to be considered in the course of extensive numerical and analytical investigations turned out to be particularly advantageous.
Dabei wurde auch festgestellt, dass die Wandstärke des inneren Grundkörperelementes vorteilhafterweise mindestens 5 % des Außendurchmessers des radial außen liegenden Grundkörperelementes beträgt.there it was also found that the wall thickness of the inner base element advantageously at least 5% of the outer diameter of the radial Outside lying basic body element is.
Für spezielle Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, dass das radial innere Grundkörperelement als Teil einer Werkzeugaufnahme bzw. als Kupplungselement zur Adaption an eine Werkzeugmaschinenspindel ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise den Vorteil haben, dass der Rotor in dem Bereich, in dem er selbst fest gespannt wird, aus einem seine Betriebszeit verlängernden, widerstandsfähigem Material ausgebildet ist.For special use cases it can be advantageous for the radially inner base element as part of a tool holder or as a coupling element for adaptation is formed on a machine tool spindle. For example have the advantage that the rotor in the area in which it itself is tightly tensioned, from an extension of its operating time, resistant Material is formed.
Als zusätzlich vorteilhafte Eigenschaft kann das radial innere Grundkörperelement Befestigungselemente zur Fixierung der Funktionselemente aufweisen und/oder zur Aufnahme solcher Befestigungselemente geeignet sein. Dadurch können die Funktionselemente auch an dem mechanisch stabileren Grundkörperelement fixiert werden. Solche Befestigungselemente können beispielsweise als Widerlager, Schraubgewinde, Klammern, Haken und dergleichen mehr ausgebildet sein. Die Widerlager können Bohrungen oder Schlitze zum radialen Durchgang durch den Innenring aufweisen. An Gewinden in radial ausgerichteten Bohrungen können Schrauben die Funktionselemente fixieren. Mittels Klammern, Haken und dgl. kann eine Fixierung aber auch seitlich an dem Innenring erfolgen, insbesondere in Zusammenwirkung mit weiteren Mitteln zur Befestigung der Funktionselemente. Vorteilhaft ist dabei, dass mindestens der größere Teil der Befestigungskräfte durch das Grundkörperelement mit den höheren E-Modul aufgenommen werden kann. Insbesondere bei hohen Drehzahlen mit Drehzahlbereichen von 15.000 Umdrehungen pro Minute bis 20.000 Umdrehungen pro Minute und mehr, wie sie derzeit in der industriellen Fertigung üblich sind, kann sich eine solche Fixierung vorteilhaft auswirken.As additionally The radially inner base element can be an advantageous property Have fastening elements for fixing the functional elements and / or be suitable for receiving such fasteners. This allows the functional elements also on the mechanically more stable base element be fixed. Such fasteners can be used, for example, as abutments, Screw threads, clamps, hooks and the like are formed more his. The abutments can Bores or slots for radial passage through the inner ring exhibit. Screws can be screwed onto threads in radially aligned bores fix the functional elements. By means of brackets, hooks and the like. can also be fixed laterally on the inner ring, especially in cooperation with other fastening means of the functional elements. It is advantageous that at least the bigger part the fastening forces through the base element with the higher ones E-module can be included. Especially at high speeds with speed ranges from 15,000 revolutions per minute to 20,000 Revolutions per minute and more as they are currently used in industrial Manufacturing common such a fixation can have an advantageous effect.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert. Die beigefügten Figuren zeigen eine mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.On embodiment of the invention is in the accompanying Drawing with further advantages and details explained. The attached Figures show one possible embodiment of the present invention.
Es zeigen:It demonstrate:
In
der Stirnansicht des erfindungsgemäßen Rotors
Der
erforderliche Fugendruck ist dabei wenigstens über umfänglich an der Trennfuge verteilt angeordnete
Fixierpunkte oder -bereiche im Rotorgrundkörper eingeleitet. Vorzugsweise
kann dies im vorliegenden Beispiel im Bereich um die Befestigungselemente
Die
In
der
Diese
Ausführungsform
nach den
- 11
- Rotorrotor
- 22
- RotorgrundkörperRotor body
- 33
- GrundkörperelementBody member
- 44
- GrundkörperelementBody member
- 55
- Trennfugeparting line
- 66
- Aufnahmeadmission
- 77
- Funktionselementfunctional element
- 88th
- Befestigungselementfastener
- 99
- Kopfhead
Claims (14)
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