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Die
Erfindung betrifft einen Fräser
mit einer schaftartigen Grundform zum Fräsen eines Werkstückes, wobei
zumindest an der dem Werkstück
zugewandten Stirnfläche
des Fräsers
Schneiden angeordnet sind und wenigstens ein Kühlmittelkanal innerhalb des
Fräsers
angeordnet ist, wobei der Kühlmittelkanal
im Bereich der Stirnflächen
des Fräsers
in einen Austrittsbereich mündet.
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Aus
dem Stand der Technik sind Fräser
bekannt, an deren dem Werkzeug zugewandten Stirnfläche ein
innerhalb des Fräsers
verlaufender Kühlkanal
mündet
und das in ihm geführte
Kühlmittel
in Laufrichtung (Schneiderichtung) des Fräsers appliziert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fräser mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass der Verschleiß des Fräswerkzeuges
reduziert wird, die thermischen Belastungen des Fräsers vermindert
werden und damit die Standzeit des Fräswerkzeuges erhöht wird.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung den Fräser derart auszugestalten,
dass neben der Schonung des Fräswerkzeuges
auch eine schnelle, zuverlässige
und maßgenaue
Bearbeitung des Werkstücks
vollzogen werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–16.
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Als
Kern der Erfindung wird es angesehen, dass wenigstens ein Austrittsbereich
eines Kühlmittelkanals
derart ausgebildet ist, dass die Austrittsrichtung eines im Kühlmittelkanal
geführten
Kühlmittels entgegen
die Rotationsrichtung des Fräsers
gerichtet ist. Obwohl die Ausrichtung des Austrittsbereiches des
Kühlmittelkanals
den Nachteil eines Widerstandes (Pralleffekt) im Kontaktbereich
des Fräsers
mit dem Werkstück
hervorruft, birgt diese Lenkung des Kühlmittels den Vorteil einer erhöhten Kühlwirkung des
Kühlmittels
am Fräser.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Austrittsbereich derart ausgebildet, dass das Kühlmittel
direkt die den Materialabtrag am Werkzeug hervorrufenden Schneiden
des Fräsers
(damit die Hauptschneiden des Fräsers)
beaufschlagt. Durch die unmittelbare Lenkung des Kühlmittels durch
den Austrittsbereich des Kühlmittelkanals
an die Hauptschneiden des Werkzeugs kann das Kühlmittel an der Hauptschneide
eine große
Wärmemenge
aufnehmen. Im Stand der Technik kontaktiert das Kühlmittel,
bevor es die am stärksten
belastete Hauptschneide des Fräsers
berührt,
das Werkstück und
nimmt von diesem Wärmeenergie
auf. Damit wird im Stand der Technik die Fähigkeit der Wärmeaufnahme
an der anschließend
berührten
Hauptschneide des Fräsers
reduziert.
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In
Weiterbildung der Erfindung verläuft
der Kühlkanal
innerhalb des Fräsers
nach Art einer gegenläufigen
Wendelung oder einer gegenläufigen Helix
bezüglich
der Rotationsrichtung des Fräsers. Dadurch,
dass bereits innerhalb des Fräsers
die Führung
des Kühlmittels
und damit der Kühlmittelkanal entgegengesetzt
der Rotationsrichtung (Schneiderichtung) des Fräsers verläuft, wird einerseits die Lenkung
und Strömung
des Kühlmittels
am Austrittsbereich des Kühlmittelkanals
positiv beeinflusst, als auch eine verbesserte Kühlung des Fräsers erreicht.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens zwei Austrittsbereiche
von Kühlmittelkanälen am Fräser bezüglich der
Stirnfläche
des Fräsers
punktsymmetrisch zum Zentrum und/oder punktsymmetrisch zur Rotationsachse
des Fräsers
angeordnet. Die symmetrische Anordnung der Austrittsbereiche ermöglicht eine
gleichmäßige Verteilung
des Kühlmittels
während
des Arbeitsprozesses des Fräsers.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Querschnittsfläche des Kühlmittelkanals innerhalb des Fräsers im
Wesentlichen konstant ist. Durch den konstanten Querschnitt des
Kühlmittelkanals
wird während
des Durchflusses des Kühlmittels ein
konstanter Druck und eine konstante Fließgeschwindigkeit erreicht.
Dies vereinfacht die thermische Berechnung und Auslegung des erfindungsgemäßen Fräswerkzeugs.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist die Querschnittsfläche
des Kühlmittelkanals
innerhalb des Fräswerkzeuges über dessen
Länge mit
einem sich verändernden
Querschnitt versehen. Dies bedeutet, dass der Querschnitt in einem
ersten Kühlmittelkanalabschnitt
geringer ist als der Querschnitt in einem zweiten Kühlmittelkanalabschnitt
innerhalb des Fräswerkzeuges.
Zwar wird durch diese Maßnahme
die Berechnung der Kühlwirkung
innerhalb des Fräswerkzeuges
schwieriger, jedoch kann durch diese Maßnahme eine gezielte Steuerung,
insbesondere der Fließgeschwindigkeit
des Kühlmittels
innerhalb entsprechender Bereiche des Fräswerkzeuges gesteuert werden.
Damit kann erreicht werden, dass an definierten Bereichen mehr Wärmeenergie
vom Werkzeug an das Kühlmittel übergeht
als an anderen Bereichen.
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Ein
weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Fräser mehrere
Austrittsbereiche eines Kühlmittelkanals
aufweist und diese innerhalb des Fräsers mit einem gemeinsamen
Einlasskanal verbunden sind, wobei der Einlasskanal an der in Gebrauchsstellung
dem Werkstück
abgewandten Stirnfläche
des schaftartigen Fräsers
angeordnet ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen,
dass wenigstens ein weiterer Austrittsbereich eines Kühlmittelkanals
derart angeordnet ist, dass die Austrittsrichtung eines im Kühlmittelkanal
geführten
Kühlmittels
in Richtung der Rotationsrichtung des Fräsers ausgerichtet ist. Damit wird
neben wenigstens einem Austrittsbereichs eines Kühlkanals des Fräsers ein
Kühlmittel
gegen die Rotationsrichtung des Fräsers und über einen weiteren Austrittsbereich
appliziertes Kühlmittel
in Richtung der Rotationsrichtung des Fräsers ausgegeben. Den jeweiligen
Austrittsbereichen und den aus diesen austretenden Kühlmittel
können
unterschiedliche Funktionen zugeordnet werden. Beispielsweise kann das gegen
die Rotationsrichtung des Fräsers
gerichtete Kühlmittel
in erster Linie die Funktion der Kühlung der Schneiden des Fräsers (insbesondere
der Hauptschneiden) und das Kühlmittel,
welches in Rotationsrichtung des Fräsers aus dem Fräser austritt, die
Funktion des Spülens
der Spanabtragräume
(zwischen den Schneiden) des Fräsers
ausführen.
Unter der Spülfunktion
wird die Wirkung verstanden, dass das Spülmittel, in dem Fall das Kühlmedium,
die von den Schneiden des Fräsers
abgescherten Späne durch
die Spanabraumräume
verstärkt
transportiert.
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Im Übrigen sei
darauf hingewiesen, dass der Fräser
vorteilhafterweise wenigstens zwei Gruppen von Austrittsbereichen
aufweist, wobei bei einer ersten Gruppe die Austrittsbereiche das
aus ihnen austretende Kühlmittel
entgegen der Rotationsrichtung des Fräsers richtet und die Austrittsbereiche
der zweiten Gruppe das in ihnen geführte Kühlmittel in Rotationsrichtung
des Fräsers
lenkt. Die in Rotationsrichtung des Fräsers ausgerichteten Austrittsbereiche
des Kühlmittelkanals
können
wie oben beschrieben eine Spülfunktion
ausführen
und die entgegen die Rotationsrichtung des Fräsers gerichteten Austrittsbereiche
des Kühlmittelkanals
können
eine Kühlfunktion
insbesondere für
die Schneiden des Fräsers
ausführen.
In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn die erste
und die zweite Gruppe der Austrittsbereiche einzeln oder akkumuliert
zu der jeweiligen Gruppe miteinander verglichen einen unterschiedlichen
Volumenstrom an Kühlmittel und/oder
Kühlmittel
in unterschiedlichem Druck und/oder Fließgeschwindigkeit ausgibt. So
können beispielsweise
die Querschnittskonturen einer ersten Gruppe der Austrittsbereiche
kleiner sein als die der zweiten Gruppe und damit der Austritt des
Kühlmittels
unter erhöhtem
Druck vollzogen werden. Ein erhöhter
Druck des austretenden Kühlmittels
erleichtert dessen Lenkung beispielsweise auf die Schneiden des
Fräswerkzeugs
(Kühlfunktion).
Auch kann zumindest eine Gruppe der Austrittsbereiche nach Art einer
Düse geformt
sein, wobei dadurch ein vergleichbarer Effekt erreicht wird.
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Die
Querschnittskonturform des Kühlmittelkanals
kann vorteilhafterweise punkt- und/oder
liniensymmetrisch ausgebildet sein. Konkrete Querschnittskonturformen
des Kühlmittelkanals
können beispielsweise
kreisrunde oder sternförmige
Formen sein. Auch länglich
ausgebildete Querschnittskonturformen sind für wenigstens einen Austrittsbereich
realisierbar, beispielsweise ist die Querschnittskonturform hierbei
oval, rechteckig oder nierenförmig
ausgebildet. Insbesondere, wenn die Querschnittskonturform wenigstens
eines Austrittsbereiches eines Kühhmittelkanals
länglich
ausgebildet ist und die gegebenenfalls Längsachse mit der aus dem Zentrum des
Fräsers
sich weg erstreckenden Radiuslinie einen Winkel ungleich 0° einschließt, kann
hierdurch ein vorteilhafter Effekt für die Kühlfunktion und/oder die Spülfunktion
des austretenden Kühlmittels
erreicht werden, weil Späne
aus dem Schneidenbereich mit der Wirkung eines „Sprühfächers” entfernt werden. Beispielsweise
beträgt
der Winkel γ zwischen
0,5 und 10°.
Der zusätzliche
Austrittsbereich des Kühlmittelkanals
der in erster Linie eine Spülfunktion
der Spanabtragräume
vollzieht, kann vorteilhafterweise zentrisch aus der Stirnfläche des
Fräsers austreten.
Dies ermöglicht
eine einfache Fertigung dieses Austrittsbereiches bzw. des mit ihm
verbundenen Kühlmittelkanals
innerhalb des Fräswerkzeugs.
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Der
hier verwendete Begriff „Kühlmittel” umfasst
allgemein ein Medium also sowohl Flüssigkeiten als auch Gase, wobei
die Flüssigkeiten
oder die Gase sowohl grundsätzlich
eine Kühlfunktion,
d. h. eine Wärmeaufnahme
ausgehend von dem Werkzeug und/oder dem Werkstück zu dem Medium als auch eine
Spülfunktion
ausführen,
wobei eine Spülfunktion
derart zu verstehen ist, dass beispielsweise Span, der im Zwischenraum
des Fräswerkzeugs
und des Werkstückes
platziert ist, aus diesem Bereich forttransportiert werden kann.
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen
in den Zeichnungsfiguren näher
erläutert. Diese
zeigen
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1 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Fräsers während seiner Verwendung beim
Fräsen
eines Werkstückes;
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2 eine
schematische Seitenansicht des Fräsers gemäß 1;
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3 eine
schematische Ansicht des Schaftendes des Fräsers in einer vereinfachten
Darstellung;
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4 eine
schematische Darstellung des Schaftendes des Fräsers gemäß 3 mit dargestellten
Schneiden;
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5 eine
schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Schaftendes
mit Kühl-
und Spülkanälen;
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6 eine
schematische Darstellung des Fräserschaftendes
einer weiteren alternativen Ausführungsform;
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7 eine
schematische Darstellung des Fräserschaftendes
einer alternativen Ausführungsform;
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8 eine
schematische perspektivische Darstellung des Fräsers mit austretendem Kühlmittel.
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Aus
den dargestellten Zeichnungsfiguren 1–7 ist
ein Fräser 1 mit
einer schaftartigen Grundform zum Fräsen eines Werkstückes 2 dargestellt.
Der Fräser 1 steht
mit den an der Stirnfläche 3 angeordneten
Schneiden 4 mit dem Werkstück 2 in Eingriff und
trägt von
diesem in einem trennenden Verfahren Span ab. Der Fräser 1 ist
mit wenigstens einem Kühlmittelkanal 5,
der innerhalb des Fräsers 1 angeordnet
ist, versehen, wobei der Kühlmittelkanal 5 im
Bereich 6 der Stirnfläche 3 des
Fräsers 1 in
einen Austrittsbereich 7 mündet.
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Mit
einem schwarzen Balken, der mit dem Bezugszeichen 8 versehen
ist, ist in Zeichnungsfigur 2 das aus
dem Austrittsbereich 7 des Kühlmittelkanals 5 austretende
Kühlmittel 8 schematisch
dargestellt. Hierbei ist wesentlich, dass die Austrittsrichtung
(Pfeil 9) des im Kühlmittelkanal 5 geführten Kühlmittels 8 entgegen
die Rotationsrichtung (Pfeil 10) des Fräsers 1 gerichtet ist.
Dies lässt
sich insbesondere daran in Zeichnungsfigur 2 erkennen, dass
die Austrittsrichtung 9 des Kühlmittels 8 ausgehend
von der Stirnfläche 3 in
eine andere Richtung wie der Winkel β der Schneiden 4 des
Fräsers 1 geneigt
ist. So ist beispielsweise erkennbar, dass der Winkel α der zwischen
der Stirnfläche 3 und
dem Richtungspfeil 9 der Kühlmittelaustrittsrichtung einbeschrieben
ist, einen Winkel von 0–90° einschließt und der
den Verlauf der Schneide 4 zur Stirnfläche 3 beschreibende
Winkel β einen
Winkel von 90–180° einschließt, vgl.
die in Zeichnungsfigur 2 dargestellte Hilfskonstruktion
A zur verbesserten Darstellung des Winkels β. In einer weiteren Ausführungsform
ist die Austrittsrichtung 9 nahezu rechtwinklig zur Schneidkante 11 der
Schneide 4 ausgerichtet. Damit ist der Austrittsbereich 7 derart
ausgebildet, dass das Kühlmittel 8 direkt
die den Materialabtrag am Werkstück 2 hervorrufenden
Schneiden 11 (Hauptschneiden) beaufschlagt werden.
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Der
Kühlmittelkanal
verläuft
innerhalb des Fräsers 1 nach
Art einer gegenläufigen
Wendelung oder einer gegenläufigen
Helix bezüglich
der Rotationsrichtung 10 des Fräsers 1 (nicht dargestellt).
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Wie
aus den Darstellungen der Stirnflächen 3 des Fräsers 1 erkennbar
ist, sind an der Stirnfläche 3 drei
Austrittsbereiche 7 von Kühlkanälen 5 angeordnet,
wie beispielsweise in Zeichnungsfigur 3 dargestellt,
sind die Austrittsbereiche 7 bezüglich des Zentrums 12 der
Stirnfläche 3 äquidistant
angeordnet. Beispielsweise sind – wie in Zeichnungsfigur 3 dargestellt – die Austrittsbereiche 7 nierenförmig im
Querschnitt ausgebildet und liegen mit ihren jeweiligen Zentren 13, 13', 13'' auf einer gemeinsamen Kreislinie
mit einem konstanten Abstand vom Zentrum 12. Im Fall von
Zeichnungsfigur 3 sind die Austrittsbereiche 7 um
120° zueinander
versetzt und bilden dabei nach Art einer Kongruenzabbildung eine
Drehspiegelung um das Zentrum 12. Das Zentrum 12 bildet
einen Punkt auf der Geraden der Rotationsachse 14 des Fräsers 1,
vgl. 1.
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Zeichnungsfigur 4 zeigt
die Seitenansicht des Fräsers
ergänzend
zu der Darstellung in Zeichnungsfigur 3 die Schneiden 4 des
Fräsers 1.
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Die
Längsachse
des in Zeichnungsfigur 3 länglich ausgebildeten Austrittsbereiches 7 schließt einen
Winkel γ mit
der Radiallinie 15 des Fräsers 1 ein. Als Radiallinie 15 wird
hierbei die Radiuslinie verstanden, die das Zentrum 12 geradlinig
mit dem Kreisbogen (Außenkontur
des Fräsers)
verbindet. Durch den Winkelversatz γ wird die entgegen die Rotationsrichtung 10 des
Fräsers
gerichtete Austrittsrichtung 9 des Kühlmittels 8 begünstigt.
Insbesondere geht dies aus Zeichnungsfigur 4 hervor, dort
sind zusätzlich
zu Zeichnungsfigur 3 die Hauptschneiden 4 des
Fräsers 1 dargestellt.
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In
Zeichnungsfigur 5 sind zusätzlich zu den Austrittsbereichen 7 weitere
Austrittsbereiche 16 dargestellt. Die weiteren Austrittsbereiche 16 haben einen
kreisrunden Querschnitt und sind derart ausgebildet, dass die Austrittsrichtung 17 eines
in ihnen geführten
Kühlmittels 8 in
Richtung der Rotationsrichtung 10 des Fräsers 1 ausgerichtet
ist. Damit wird während
der Bearbeitung des Werkstückes 2 durch den
Fräser 1 gemäß Zeichnungsfigur 5 einmal über die
Austrittsbereiche 7 ein Kühlmittel 8 entgegen die
Rotationsrichtung 10 des Fräsers 1 appliziert
und gleichzeitig über
die weiteren Austrittsbereiche 16 ein Kühlmittel 8 in Austrittsrichtung
(Pfeil 17) in Richtung der Rotationsrichtung (Pfeil 10)
ausgegeben. Damit weist der Fräser 1 zwei
Gruppen von Austrittsbereichen 7, 16 auf, wobei
bei einer ersten Gruppe die Austrittsbereiche 7 das aus
ihnen austretende Kühlmittel 8 entgegen
die Rotationsrichtung 10 des Fräsers 1 richtet und
die Austrittsbereiche 16 der zweiten Gruppe das in ihnen
geführte
Kühlmittel 8 in
Rotationsrichtung 10 des Fräsers 1 gerichtet lenkt.
Hierbei können
die Austrittsbereiche 7, 16 einzeln oder akkumuliert
zu der jeweiligen Gruppe miteinander verglichen einen unterschiedlichen
Volumenstrom an Kühlmittel
ausgeben.
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Zeichnungsfigur 6 lehrt
eine weitere Ausführung,
in der die Austrittsbereiche 7 auf zwei Kreislinien zum
Zentrum 12 liegend angeordnet sind, wobei die beiden Kreislinien
einen unterschiedlichen Abstand zum Zentrum 12 aufweisen.
Sowohl die auf der ersten Kreislinie liegenden Austrittsbereiche 7 als auch
die auf der zweiten Kreislinie liegenden Austrittsbereiche 7 lenken
das aus ihnen applizierte Kühlmittel 8 entgegen
die Rotationsrichtung 10 des Fräsers auf die Schneiden 4 des
Fräsers 1.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist in Zeichnungsfigur 7 dargestellt. Dort ist der
Austrittsbereich 7 und/oder der mit dem Austrittsbereich 7 verbundene
Kühlmittelkanal 5 zentrisch
und sternförmig im
Fräser 1 angeordnet.
Die Sternform 1 erfährt über ihre
Länge innerhalb
des Fräsers
eine Wendelung, so dass das im Austrittsbereich 7 austretende
Kühlmittel 8 einen
Drall in der Austrittsrichtung 9 erfährt, der entgegen der Rotationsrichtung 10 des
Fräsers gerichtet
ist.
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In
Zeichnungsfigur 8 ist die Ausführungsform
des Fräsers 1 mit
im Querschnitt nierenförmigen
Austrittsbereichen 7 gemäß Zeichnungsfigur 4 perspektivisch
dargestellt. Aus der Darstellung geht hervor, dass das Kühlmittel 8 eine
Ausrichtung 9 entgegen der Rotationsrichtung 10 des
Fräsers 1 erfährt. Damit
werden die Hauptschneiden 11 z. B. direkt mit dem Kühlmittel 8 beaufschlagt.
Das austretende Kühlmittel 8 ist
mit den nierenförmigen „Strängen” schematisch
dargestellt. Auch die Spanabraumräume 19 gehen aus Zeichnungsfigur 8 erkennbar
hervor.
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- 1
- Fräser
- 2
- Werkstück
- 3
- Stirnfläche
- 4
- Schneide
- 5
- Kühlmittelkanal
- 6
- Bereich
- 7
- Austrittsbereich
- 8
- Kühlmittel
- 9
- Pfeil
(Austrittsrichtung)
- 10
- Pfeil
(Rotationsrichtung)
- 11
- Schneidkante
- 12
- Zentrum
v. 3
- 14
- Rotationsachse
- 15
- Radiallinie
- 16
- weiterer
Austrittsbereich
- 17
- Pfeil
(Austrittsrichtung v. 16)
- 18
- Langsachse
- 19
- Spanabraumraum
- α
- v. 3 und 9
- β
- v. 3 und 10
- γ
- v. 15 und 18