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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanabtragenden Bearbeitung von Werkstücken, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 691 01 365 T2 geht ein Werkzeug der hier angesprochenen Art hervor. Das bekannte Werkzeug ist als Reibahle ausgebildet und weist einen Befestigungsabschnitt auf, der mit einer Motorvorrichtung koppelbar und mittels dieser in Drehung versetzt werden kann. Die Reibahle weist mehrere wendelförmig ausgebildete Schneiden und Spannuten auf. Des Weiteren ist ein axial verlaufender Zuführkanal vorgesehen, von dem mehrere Abzweigkanäle ausgehen, die an der Außenseite der Reibahle im Bereich der Spannuten münden. Die Öffnungen der Abzweigkanäle sind in Richtung der Längsachse der Reibahle in einem Abstand voneinander angeordnet. Die Abzweigkanäle selbst sind in Vorschubrichtung der Reibahle, also zu deren freien Ende hin geneigt. Über den Zuführkanal und die Abzweigkanäle kann dem Schneidenbereich der Reibahle wahlweise ein Schmiermedium und ein Druckgas, beispielsweise Druckluft, zugeführt werden, wobei das beispielsweise aus einer Mischung von Öl und Luft bestehende Schmiermedium unter einem geringeren Druck steht als das zum Abblasen von abgetragenen Werkstückspänen aus der Bohrung dienende Druckgas.
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Es hat sich gezeigt, dass die Spanabfuhr bei dem bekannten Werkzeug, welche durch die wendelförmigen Spannuten und damit bauartbedingt selbstständig entgegen der Vorschubrichtung des Werkzeugs erfolgen soll, trotz der vorgesehenen, in Vorschubrichtung die Späne aus der Bohrung herausdrückende Druckluftunterstützung nicht bei allen Werkstückmaterialien in ausreichendem Maße erfolgt.
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Bei der Bearbeitung von beispielsweise Verbundwerkstoffen, wie zum Beispiel glasfaser- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen oder Thermoplasten entsteht sehr feiner Staub, der die Spannuten sehr schnell füllt und verstopft, was vor allem bei Verbundwerkstoffen durch die darin enthaltenden Harze noch verstärkt wird. Sind die Spannuten gefüllt, kann es zum Bruch des Werkzeugs kommen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeug der hier angesprochenen Art zu schaffen, bei dem insbesondere bei der Bearbeitung von Werkstoffen, bei denen sehr feine Späne beziehungsweise Staub entstehen, eine verbesserte Spanabfuhr gewährleistet werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Werkzeug zur spanabtragenden Bearbeitung von Werkstücken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieses zeichnet sich dadurch aus, dass das aus der in der Spannut vorgesehenen Öffnung unter einem Winkel zur Längsmittelachse des Werkzeugs austretende, vorzugsweise gasförmige Medium, insbesondere Druckluft, in Richtung des Befestigungsabschnitts gerichtet ist. Die beim Spanabtrag entstehenden, gegebenenfalls sehr feinen Späne oder auch Staub werden/wird daher sehr effektiv aus der mindestens einen Spannut nach hinten, also anders als bei dem bekannten Werkzeug von dessen Arbeitsbereich im Werkstück weggerichtet ausgeblasen. Ein Auffüllen und Zusetzen der Spannut mit dem vom Werkstück abgetragenen Material, was zu einer verschlechterten Oberflächengüte des Werkstücks bis hin zu einem Bruch des Werkzeugs führen kann, ist aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Werkzeugs ohne weiteres vermeidbar.
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Um die Effektivität des Ausblasens der Späne aus der wenigstens einen Spannut zu erhöhen, ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Werkzeugs vorgesehen, dass die zumindest eine Öffnung, über die das vorzugsweise unter hohem Druck stehende Medium in die Spannut gelangt, als Düse ausgebildet ist. Die Öffnung weist also einen kleineren Strömungsquerschnitt auf als der mit einer geeigneten Druckmediumversorgungseinrichtung in Fluidverbindung stehende Zuführkanal. Aufgrund dieser Querschnittsverjüngung wird das strömende Medium beschleunigt, was gleichzeitig zu einem Druckabfall führt.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Werkzeugs ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Öffnung die Mündung eines mit dem Zuführkanal verbundenen Abzweigkanals ist. Der Zuführkanal, welcher üblicherweise den größten Querschnitt aufweist und daher den Werkzeugkörper besonders schwächt, ist also quasi eine Hauptverteilerleitung für das Medium und muss daher nicht bis an die Außenfläche des Werkzeugs geführt werden, sondern ist in der Mitte des Werkzeugs anordenbar, wodurch eine entsprechend gute Werkzeugstabilität erreicht wird. Der Abzweigkanal kann in einfacher Weise, beispielsweise mittels einer Stichbohrung, von der Außenseite des Werkzeugs her eingebracht werden.
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Nach einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der freie Strömungsquerschnitt des Abzweigkanals kleiner ist als der freie Strömungsquerschnitt des Zuführkanals. Hierdurch ist in besonders einfacher Weise eine Querschnittsveränderung im Strömungspfad zwischen dem Zuführkanal und der Öffnung herstellbar.
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Sofern mehrere Abzweigkanäle für eine oder mehrere Spannuten des Werkzeugs vorgesehen sind, die jeweils in der beziehungsweise den Spannuten münden, können diese gegebenenfalls in Abhängigkeit ihrer axialen Lage, beispielsweise in Bezug zu der mindestens einen Schneide, einen unterschiedlichen großen freien Strömungsquerschnitt aufweisen, was dazu führt, dass das aus den Öffnungen gerichtet in die Spannut(en) eingeblasene Medium über die axiale Erstreckung der Spannut unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweist.
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Weiterhin wird ein Ausführungsbeispiel des Werkzeugs bevorzugt, bei dem die mindestens eine, am Außenumfang eines Grundkörpers vorgesehene Spannut gerade ausgebildet ist. Die Spannut und vorzugsweise auch mindestens eine Schneidkante der Schneide verlaufen parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander und zur Längsmittelachse des Werkzeugs. Anders als bei bekannten Werkzeugen mit schräg verlaufenden beziehungsweise gewendelten Spannuten und Schneidkanten, bei denen aufgrund der schrägen Anordnung und den schrägen Austritt der Schneiden aus dem Werkstück auch Kräfte an der Oberfläche des Werkstücks wirken, die beispielsweise bei Faserverbundwerkstoffen ein Herausreißen der Fasern aus der Werkstückoberfläche bewirken, so dass keine sauberen Schnittkanten entstehen, kann mittels des gerade Spannuten aufweisenden Werkzeugs auch bei zur Faserbildung neigenden Werkstoffen, beispielsweise Faserverbundwerkstoffe oder Holz, eine sehr saubere Schnittkante erzeugt werden. Der sich aufgrund dieser Ausrichtung und Ausgestaltung der mindestens einen Spannut ergebende Nachteil, dass die sehr feinen Späne beziehungsweise der Staub nicht allein durch die Rotation des Werkszeugs aus der Spannut herausgefördert wird, kann mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen Einblasen des Mediums über die wenigstens eine Öffnung in die Spannut in Richtung des Befestigungsabschnitts des Werkzeugs ohne weiteres kompensiert werden.
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Weiterhin wird ein Ausführungsbeispiel des Werkzeugs bevorzugt, bei dem die vorzugsweise zur Stirnseite des Werkzeugs hin offene Spannut an ihrem der Stirnseite des Werkzeugs abgewandten Ende einen Auslaufbereich mit einer rampenförmigen, vorzugsweise gekrümmten Auslauffläche aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass die über die Öffnung in die Spannut austretende Mediumströmung die in der Spannut vorhandenen Späne und Materialstaub am Ende der Spannut in radialer Richtung nach außen transportiert und damit aus der Spannut heraus, wobei aufgrund der rampenförmigen Ausgestaltung des Auslauffläche die Späne gezielt radial nach außen umgelenkt werden, so ein Verstopfen der Spannut sicher vermieden werden kann.
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Damit sich die feinen Späne beziehungsweise der Staub nicht am Ende der Spannut ansammeln, aufstauen oder verfangen können, ist die Auslauffläche stufenlos ausgebildet und erstreckt sich bis zu einer Außenumfangsfläche des Werkzeugs.
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Die wenigstens eine Schneide des Werkzeugs kann an einem Grundkörper desselben ausgebildet sein. Denkbar ist auch, den Grundkörper mit einem die Schneide aufweisenden Schneideinsatz zu versehen, welcher beispielsweise mit dem Grundkörper verlötet wird. Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Werkzeugs, bei dem die Schneide an einer Messerplatte vorgesehen ist, wobei Messerplatte in der Spannut angeordnet und mit geeigneten Mitteln fixiert ist.
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Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Werkzeugs, das sich dadurch auszeichnet, dass mehrere Schneiden vorgesehen sind, denen jeweils eine Spannut zugeordnet ist, wobei in jeder Spannut jeweils mindestens eine Mediumöffnung vorgesehen ist, und dass eine erste Öffnung, die in einer ersten Spannut angeordnet ist, und eine zweite Öffnung, die in einer zweiten Spannut angeordnet ist, einen – in Richtung der Längsmittelachse des Werkzeugs gesehen – axialen Versatz zueinander aufweisen. Hierdurch ergibt sich eine geringere Schwächung des Querschnitts des Werkzeugs, was zu einer besonders guten Stabilität des Werkzeugs trotz der vorhandenen Kanäle beiträgt. Grundsätzlich ist es selbstverständlich auch möglich, die ersten und zweiten Öffnungen in gleicher axialer Position anzuordnen, was wie gesagt zu einer relativ starken Schwächung des Werkzeugkörpers führt, wobei ein derartiges Werkzeug zwar nicht für alle, jedoch für bestimmte Materialien und Bearbeitungsparameter eine ausreichend hohe Stabilität aufweisen kann.
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Zur weiteren Verbesserung des Ausblasens der feinen Späne beziehungsweise des Staubs aus der mindestens einen Spannut ist bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Werkzeugs vorgesehen, dass der mindestens eine Abzweigkanal – im Querschnitt durch das Werkzeug gesehen – von der Schneide beziehungsweise Messerplatte weggerichtet ist, vorzugsweise in Richtung der Mitte der Spannut. Dadurch wird erreicht, dass die aus der Öffnung austretende Mediumströmung zumindest im Wesentlichen ein Freistrahl ist, also eine Strömung, die in die freie Umgebung ohne Wandbegrenzung austritt. Dabei werden die Umgebungsluft und die Späne angesaugt und mitgerissen.
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Als Medium zum Austragen von Spänen und sonstigen Partikeln aus der Spannut hat sich Luft als geeignet herausgestellt, die unter vorzugsweise hohem Druck über die Öffnung in die Spannut eingeblasen wird. Zur Versorgung der Spannut mit Druckluft wird das beispielsweise in einer Werkzeugmaschine eingespannte Werkzeug mit einer Druckluft- oder Blaslufteinrichtung verbunden, die den Zuführkanal mit dem unter Druck stehenden Medium versorgt, das gegebenenfalls über vorgesehene Abzweigkanäle und Öffnungen in die Spannuten strömt.
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Das Werkzeug kann ein Fräser sein, mittels dessen beispielsweise ein Werkstück an seinen Rändern auf eine gewünschte Form beschnitten werden kann. Der Fräser kann beispielsweise auch so ausgebildet sein, dass Nuten, Ausnehmungen oder Öffnungen, auch Bohrungen im Werkstück hergestellt und/oder bearbeitet werden können. Der Fräser kann beispielsweise als Schaftfräser ausgebildet sein.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Werkzeugs ergeben sich aus Kombinationen der aus den Unteransprüchen hervorgehenden Merkmale.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine erste Seitenansicht eines Ausführungsbeispiel eines Werkzeugs zur spanabtragenden Bearbeitung von Werkstücken;
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2 eine zweite Seitenansicht des Werkzeugs nach 1 mit einem Teilschnitt in einem Kanäle aufweisenden Bereich des Werkzeugs;
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3 einen Querschnitt durch das Werkzeug nach den 1 und 2 in dessen Kanäle aufweisenden Bereich bei der Herstellung einer Nut und
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4 einen Querschnitt durch das Werkzeug nach den 1 und 2 in dessen Kanäle aufweisenden Bereich bei der Bearbeitung des Randes eines Bauteils.
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Das im Folgenden beschriebene Werkzeug ist besonders geeignet zur spanabtragenden Bearbeitung von Werkstücken aus Holz, aus Verbundwerkstoff, beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) oder kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), oder aus einem Thermoplast. Diese Materialien werden unter anderem in Formen laminiert und anschließend am Rand mit dem hier als Fräser ausgebildeten Werkzeug bearbeitet und auf die entsprechende Form beschnitten. Der Fräser ist also so ausgebildet, dass der Rand und ebene Flächen des Werkstücks bearbeitet werden können und auch die Herstellung von Nuten beziehungsweise die Bearbeitung von Nutoberflächen möglich ist.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des Werkzeugs 1, welches hier als einen Grundkörper 3 aufweisender Schaftfräser ausgebildet ist. An den Grundkörper 3 schließt sich ein Befestigungsabschnitt 5 zur Kopplung des Werkzeugs 1 an einen nicht dargestellten Antrieb, beispielsweise dem einer Werkzeugmaschine an. In Abhängigkeit der Ausgestaltung der Maschinenschnittstelle kann das Werkzeug 1 an seinem Befestigungsabschnitt 5 beispielsweise eingespannt und dabei mit dem Antrieb gekoppelt werden. Derartige Schnittstellen sind allgemein bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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Am vorderen Ende des Grundkörpers 3 des Werkzeugs 1 sind hier mehrere identisch ausgebildete, jeweils eine Spannut 7 bildende Ausnehmungen vorgesehen, die jeweils zu einer Stirnseite 9 des Werkzeugs 1 und zur Umfangsfläche 11 des Grundkörpers 3 hin offen ausgebildet sind, parallel zur Längsmittelachse 13 des Werkzeugs 1 verlaufen und eine definierte Länge aufweisen, die bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel etwas mehr als der halben Länge des Grundkörpers 3 entspricht. Wie aus 1 ersichtlich, sind die Spannuten 7 gerade ausgebildet. Es handelt sich hier also um ein sogenanntes gerade genutetes Werkzeug, dessen Drehachse mit der Längsmittelachse 13 zusammenfällt.
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Wie aus 3 ersichtlich, weist das Werkzeug 1 insgesamt fünf Spannuten 7 auf, die über die Umfangsfläche 11 des Grundkörpers 3 gleichmäßig verteilt angeordnet sind, das heißt, der Abstand zwischen jeweils benachbart angeordneten Spannuten 7 ist gleich. Im Folgenden wird die Ausgestaltung der Spannuten 7 anhand einer einzelnen Spannut 7 näher erläutert.
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Die Spannut 7 weist über einen Grossteil ihrer Länge einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Dabei bildet eine erste Wand einen Nutgrund 15 und eine zweite Wand eine erste Seitenfläche 17 sowie eine dritte Wand eine zweite Seitenfläche 19. Die ersten und zweiten Seitenflächen 17, 19 sind bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Werkzeugs eben ausgebildet.
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Der zumindest im Wesentlichen parallel zur Längsmittelachse 13 oberhalb dieser verlaufende Nutgrund 15 ist über einen wesentlichen Teil seiner Länge eben ausgebildet. Die Spannut 7 weist an ihrem der Stirnseite 13 abgewandten Ende einen Auslaufbereich 21 auf, in dem sie zur Umfangsfläche 11 des Grundkörpers 3 hin ausläuft. Der Auslaufbereich 21 ist durch eine am Nutgrund 15 der Spannut 7 ausgebildete Auslauffläche 23 gebildet, die – wie aus 1 ersichtlich – gekrümmt ausgebildet ist, derart, dass sie in Richtung des Befestigungsabschnitts 5 hin quasi eine Rampe bildet. Die Spannut 7 läuft also an diesem Ende aus. Dabei ist die Auslauffläche 23 vorzugsweise stufenlos ausgebildet.
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Die erste Seitenfläche 17 steht senkrecht zum Nutgrund 15 und verläuft parallel zur Längsmittelachse 13 des Werkzeugs 1. Die zweite Seitenfläche 19 ist gegenüber der ersten Seitenfläche 17 zur Umfangsfläche 11 hin geneigt und schließt dabei mit dem Nutgrund 15 einen Winkel β ein, der größer 90° ist und bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel circa 150° beträgt. Die Schrägstellung der zweiten Seitenfläche 19 begünstigt das Ausblasen der Späne aus der Spannut, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird.
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In jeder der Spannuten ist jeweils eine Messerplatte 25 angeordnet, die zumindest eine geometrisch definierte Schneide 27 mit einer geraden Schneidkante 29 aufweist. Dabei verläuft die Schneidkante 29 parallel oder im Wesentlichen parallel zur Längsmittelachse 13 des Werkzeugs 1. Die leistenförmig ausgebildete Messerplatte 25 weist eine erste, einen Messerrücken bildende Anlagefläche 31 und eine senkrecht zur ersten Anlagefläche 31 stehende zweite Anlagefläche 33 auf, die eben ausgebildet sind. Die Messerplatte 25 liegt mit ihrer ersten Anlagefläche 31 flächig an der ersten Seitenfläche 17 der Spannut 7 und mit ihrer zweiten Anlagefläche 33 flächig am Nutgrund 15 an. Hierdurch wird die Messerplatte 25 selbstständig in der Spannut 7 ausgerichtet, so dass keine aufwändige Ausrichtung der Messerplatte 25 erforderlich ist. Durch den passgenauen Sitz, gebildet zwischen dem Nutgrund 15 und der ersten Seitenfläche 17, ist die Lage der Schneide 27 beziehungsweise der Schneidkante 29, welche einen radialen Überstand zur Umfangsfläche 11 des Grundkörpers 3 aufweist, exakt und reproduzierbar festgelegt. Die Messerplatte 25 beziehungsweise die Schneide 27 steht ferner über eine an der Stirnseite 13 des Werkzeugs vorhandene Stirnfläche 34 über, so dass die Schneiden 27 jeweils gleichzeitig mehrere Wände einer Ausnehmung, beispielsweise randoffenen Nut, oder Öffnung, beispielsweise Bohrung eines Werkstücks, bearbeiten können.
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Die Messerplatte 25 kann beispielsweise durch eine Stoffschlussverbindung, insbesondere durch Löten, am Grundkörper 3 befestigt sein. Andere Befestigungsvarianten sind alternativ oder zusätzlich möglich, beispielsweise eine Schraubverbindung, sofern ein Austausch der Messerplatte gewünscht sein sollte.
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Festzuhalten ist, dass die Schneidkante 29 in einer gedachten, senkrecht zur Bildebene der 3 verlaufende Ebene angeordnet ist, in der auch die Längsmittelachse 13 liegt. Die Messerplatte 25 weist ferner eine parallel zur ersten Anlagefläche 31 verlaufende, eine Messerbrust bildende Wand 35 und eine diese Wand 35 mit der ersten Anlagefläche 31 verbindende weitere Wand 37 auf, welche zusammen die Schneidkante 29 bilden. Die Wand 37 fällt ausgehend von der Schneidkante 29 in Richtung auf die erste Anlagefläche 31 ab, also entgegen der mit einem Pfeil 39 angedeuteten Drehrichtung des Werkzeugs 1, wodurch eine Freifläche der Messerplatte 1 gebildet ist.
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Aus den Erläuterungen wird deutlich, dass die Schneidkante 29 auch unmittelbar am Grundkörper 3 des Werkzeugs 1 ausgebildet werden kann, der beispielsweise aus Vollhartmetall gefertigt sein kann. Auch bei einem derartigen monolithischen Werkzeug kann die erfindungsgemäße Lösung des Spanabtransports sehr wohl realisiert werden.
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Wie aus 2 ersichtlich, weist das Werkzeug 1 einen zentralen Zuführkanal 41 für ein flüssiges oder gasförmiges Medium auf, der ausgehend von einer auf der Seite des Befestigungsabschnitts 5 angeordneten Stirnseite 43 des Werkzeugs 1 sich im Wesentlichen entlang der Längsmittelachse 13 erstreckt und der beispielsweise über ein hier nicht dargestelltes Aufnahmeelement mit dem Medium versorgt wird. Im Folgenden wird beispielhaft davon ausgegangen, dass es sich bei dem Medium um Druckluft handelt. Der Zuführkanal 41 verläuft hier durch den Befestigungsabschnitt 5 bis in den Grundkörper 3 des Werkzeugs 1, wobei er in einem Abstand vor der Stirnfläche 34 endet. Der Zuführkanal 41 ist also als Sackloch ausgebildet.
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Es ist vorgesehen, dass jede Spannut 7 jeweils mindestens eine Öffnung 45 aufweist, aus der die durch den Zuführkanal 41 zuführte Druckluft unter einem Winkel α zur Längsmittelachse 13 des Werkzeugs 1 gerichtet austritt und zwar in Richtung des Befestigungsabschnitts 5, so dass in den Spannuten 7 vorhandene, abgetragene Späne vom Werkzeugende und insbesondere aus den Spannuten 7 weggeblasen beziehungsweise ausgeblasen werden.
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Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 1 ist vorgesehen, dass jede der Spannuten 7 zwei Öffnungen 45 aufweist, wie aus den 1 und 2 ersichtlich. Jede der Öffnungen 45 ist hier von der Mündung jeweils eines Abzweigkanals 47 gebildet, der ausgehend vom zentralen Zuführkanal 41 in die jeweilige Spannut 7 mündet. Dabei ist vorgesehen, dass die Öffnungen 45 im Nutgrund 15 liegen. Die in einer Spannut 7 vorgesehenen Öffnungen 45 weisen zueinander einen relativ kleinen Abstand auf, der bei diesem Ausführungsbeispiel kleiner ist als der Abstand der der Stirnseite 9 näherliegenden Öffnung 45 von der Stirnseite 9.
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Wie aus 2 ersichtlich, sind die Abzweigkanäle 47 nicht exakt radial ausgerichtet, sondern verlaufen unter einem Winkel α von weniger als 90°, hier in etwa 70° zur Längsmittelachse 13 und damit zum Zuführkanal 41. Die Neigung der Abzweigkanäle 47 ist so gewählt, dass sie ausgehend vom zentralen Zuführkanal 41 in Richtung zum Befestigungsabschnitt 5 geneigt sind. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Neigung der Abzweigkanäle 47 gleich groß ist. Durch diese Anordnung der Abzweigkanäle 47 wird sichergestellt, dass die Druckluft nach hinten strömt, also weg von der Stirnseite 9 des Werkzeugs 1.
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In den 1 und 2 ist ein Bauteil BT dargestellt. Es handelt sich hier um ein plattenförmiges Element, welches mit dem hier als Fräser ausgebildeten Werkzeug 1 bearbeitet wird. Dabei ist es möglich, dass zumindest Bereiche der Ränder des Bauteils BT oder Ränder von in das Bauteil BT eingebrachten Nuten bearbeitet werden. Schließlich ist es auch möglich, mit dem hier beschriebenen Werkzeug 1 Nuten in dem Bauteil BT herzustellen.
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Insbesondere dann, wenn das Bauteil BT ein Verbundwerkstoff ist, beispielsweise glasfaser- oder kohlefaserverstärkter Kunststoff, oder wenn es sich um ein Bauteil BT aus Thermoplast handelt, entsteht sehr feiner Staub, der die Spannuten 7 des Werkzeugs 1 schnell füllt und verstopft. Grundsätzlich ist es, anders als beim Bohren ins Volle, bei der Bearbeitung von Bauteilen BT mittels eines Fräsers vorteilhaft, dass das Werkzeug 1 mit seinen Schneiden bei der Bearbeitung des Bauteils BT während einer Umdrehung mit seinen Schneiden in das Material des Bauteils BT eintritt und wieder heraustritt. Von dem Bauteil BT abgetragene Späne, die sich in der Spannut 7 sammeln, werden üblicherweise durch die Fliehkraft aus der Spannut 7 herausgeschleudert. Bei der Bearbeitung von Thermoplasten und insbesondere von faserverstärkten Kunststoffen hat es sich allerdings gezeigt, dass der entstehende feine Staub, der von dem Bauteil BT abgetragen wird, zusammen mit den Harzen, die in den Verbundwerkstoffen verwendet werden, in den Spannuten 7 haften oder kleben bleiben, also nicht zuverlässig aus den Spannuten 7 ausgeworfen werden. Taucht eine Schneide mit ihrer Spannut 7 wieder in das Material des Bauteils ein, so ist in vielen Fällen die Spannut nicht vollständig entleert, sodass sich mehr und mehr Material in der Spannut 7 ansammelt. Dies führt schließlich zu einem Bruch des Werkzeugs 1, weil die neu abgetragenen Späne beziehungsweise der Staub keinen Platz mehr in der Spannut 7 finden.
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Bei der Bearbeitung von Bauteilen BT aus Thermoplast können sich diese erwärmen, sodass die Späne beziehungsweise der abgetragene Staub, wie bei den faserverstärkten Kunststoffmaterialien, in den Spannuten 7 haften bleibt. Die Austragung beim Heraustreten des Werkzeugs aus dem Material des Bauteils BT ist daher in vielen Fällen mangelhaft, sodass schließlich, wie oben beschrieben, die Spannuten 7 so voll sind, dass sie kein weiteres Material aufnehmen können. Dies führt dann schließlich zu einem Bruch des Werkzeugs 1.
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Die Austragung des Materials aus den Spannuten 7 wird durch das aus den Öffnungen 45 austretende Medium so weit gefördert, dass die Spannuten bei Austritt aus dem Material des Bauteils BT freigeblasen werden.
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Aus den 1 und 2 wird deutlich, dass das Werkzeug 1 vorzugsweise so im Bauteil BT geführt wird, dass die Öffnungen 45 sich unmittelbar in dem Bereich befinden, in dem die Schneiden mit dem Material des Bauteils BT in Eingriff treten. Das vom Bauteil BT abgetragene Material wird vorzugsweise in Richtung auf den Befestigungsabschnitt 5 ausgetragen, was durch die Pfeile P verdeutlicht wird. Es ist daher möglich, dass die der Stirnseite 9 näherliegende Öffnung 45 – gemäß Ansicht in 1 – im Bereich der rechten Oberseite des Bauteils BT angeordnet ist oder rechts davon in einem geringen Abstand. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Späne beziehungsweise der bei der Bearbeitung des Bauteils BT entstehende Staub, vollständig von dem aus den Öffnungen austretenden Medium erfasst und nach links in Richtung auf den Befestigungsabschnitt 5 aus den Spannuten 7 ausgetragen werden.
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Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn, wie vorzugsweise vorgesehen, im Bereich einer den Befestigungsabschnitt 5 aufnehmenden Spindel eine Absaugvorrichtung für die Späne beziehungsweise den entstehenden Staub vorgesehen ist.
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Aus den Erläuterungen zeigt sich, dass die hier beschriebenen Austragrichtung auch dann besonders vorteilhaft ist, wenn das Werkzeug 1 als Bohrer verwendet wird, insbesondere auch dann, wenn ins Volle gebohrt wird.
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Gerade dann, wenn wie hier beschrieben, zwei Öffnungen 45 in einem axialen Abstand in der Spannut 7 angeordnet sind, verstärkt sich die Austragwirkung des aus den Öffnungen 45 austretenden, in Richtung auf den Befestigungsabschnitt 5 gerichteten Mediums.
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Die Austragwirkung sowohl bei der Verwendung des Werkzeugs 1 als Fräser als auch bei der Verwendung als Bohrer lässt sich noch dadurch steigern, dass das aus den Öffnungen 45 austretende Medium unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweist, beispielsweise dadurch, dass die den Öffnungen 45 zugeordneten Abzweigkanäle 47 unterschiedliche Strömungsquerschnitte aufweisen. Wie in 3 ersichtlich, sind die zum Befestigungsabschnitt 5 hin geneigten Abzweigkanäle 47 auch von der Schneide 27 beziehungsweise Messerplatte 25 weggerichtet, so dass die aus den Öffnungen 45 austretende Druckluft nicht auf die Messerplatte 25 auftrifft, sondern vielmehr in etwa in Richtung auf die Mitte der Spannut 7 gerichtet ist. Dadurch wird erreicht, dass von der Schneide 29 der Messerplatte 25 abgetragene Späne sehr effektiv von der Messerplatte 25 entfernt aus der Spannut 7 nach hinten weg herausgeblasen werden, was durch die Schrägstellung der zweiten Seitenfläche 19 der Spannut 7 noch verbessert wird, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur Druckluftströmung verläuft. Ein Verstopfen oder Auffüllen der Spannuten 7 mit Spänen, was zu einem Bruch des Werkzeugs 1 führen kann, ist mittels der Druckluftbeaufschlagung der Spannuten und gezielten Beförderung der Späne aus den Spannuten heraus praktisch ausgeschlossen.
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Eine gewisse Kühlung der Schneiden 7 mittels der eingeblasenen Druckluft wird auch bereits dann erreicht, wenn die Druckluft nicht direkt auf die Messerplatte 25 gerichtet ist, sondern daran vorbeistreicht und somit Luft aus der Umgebung nachströmt, wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Sofern mittels der eingeblasenen Druckluft die Kühlwirkung weiter erhöht werden soll, kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der in einer der Spannuten 7 mündenden Abzweigkanäle 47 nach hinten in Richtung auf den Befestigungsabschnitt 5 und zugleich in Richtung auf die Messerplatte 25 geneigt ist, so dass zumindest ein Teil der in die Spannut eingeblasenen Druckluft direkt auf die Messerplatte auftrifft.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass alle Abzweigkanäle 47 die gleiche axiale Position aufweisen, was jedoch zu einer relativ starken Schwächung des Grundkörpers 3 führt. Daher ist bei dem in den Figuren darstellten Ausführungsbeispiel des Werkzeugs 1 vorgesehen, dass zumindest einige der Abzweigkanäle 47 einen axialen Versatz zueinander aufweisen. In 2 führen vom Zuführkanal 41 Abzweigkanäle 47A und 47B zu einer Spannut 7/1 und versorgen diese mit Druckluft, während weitere Abzweigkanäle 47C und 47D vom Zuführkanal 41 zu einer zweiten Spannut 7/2 führen. Die Abzweigkanäle 47A und 47B und die Abzweigkanäle 47C und 47D sind in Richtung der Längsmittelachse 13 jeweils in einem Abstand voneinander angeordnet, wobei in dem Zwischenraum zwischen den Abzweigkanäle 47A und 47B sich der Abzweigkanal 47C befindet, das heißt in den Zuführkanal 41 mündet. Der Abzweigkanal 47D ist gemäß der Darstellung der 2 in einem axialen Abstand zum Abzweigkanal 47B angeordnet. Die Abzweigkanäle 47A bis 47D weisen also jeweils eine andere axiale Position entlang der Längsmittelachse 13 des Werkzeugs 1 auf. Die den anderen Spannuten 7 zugeordneten Abzweigkanäle können zu den Abzweigkanälen 47A bis 47D jeweils einen axialen Versatz aufweisen. Gegebenenfalls können auch einige der anderen Abzweigkanäle die gleiche Position wie einer der Abzweigkanäle 47A bis 47D aufweisen.
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Aus den 1 bis 3 ist ohne weiteres ersichtlich, dass die Öffnungen 45 beziehungsweise die Abzweigkanäle 47 und der Zuführkanal 41 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der freie Strömungsquerschnitt der Abzweigkanäle 47 kleiner ist als der freie Strömungsquerschnitt des Zuführkanals 41, wodurch sich an der Öffnung 45 ein Düseneffekt einstellt, der den Spanaustrag aus den Spannuten 7 verbessert. Es ist vorzugsweise auch möglich, Öffnungen 45 mit einem elliptischen Querschnitt zu realisieren, wobei deren große Halbachse im Wesentlichen parallel zur Längsmittelachse 13 des Werkzeugs 1 verläuft.
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In 3 ist wiederum das Bauteil BT angedeutet. Das Werkzeug 1, das hier wiederum als Fräser ausgebildet ist, tritt hier von unten in den Rand des Bauteils BT ein und erzeugt dadurch eine Nut N. Die Messerplatten 25 tauchen nacheinander in das Material des Bauteils BT ein und tragen Späne ab, die in den den Messerplatten zugeordneten Spannuten 7 aufgefangen werden. Sobald bei einer weiteren Drehung des Werkzeugs 1 die Schneiden und die zugehörigen Spannuten aus dem Material des Bauteils BT austreten, werden die Späne beziehungsweise Staub in den Spannuten durch die Fliehkraft herausgeschleudert. Zusätzlich sorgt das aus den Abzweigkanälen 47 austretende Medium dafür, dass Späne und Staub aus den Spannuten ausgetragen werden, während sich das Werkzeug 1 in Richtung des Pfeils V in der Nut N vorwärts bewegt.
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Bei der Darstellung gemäß 3 wird davon ausgegangen, dass das als Fräser ausgebildete Werkzeug 1 eine Nut N im Bauteil BT herstellt. Derselbe Effekt, nämlich die effektive Austragung von Spänen und Staub aus den Spannuten 7 ergibt sich auch dann, wenn eine Nut bearbeitet wird, deren Breite größer ist, als der Wirkdurchmesser des Werkzeugs 1. Auch dann tauchen die Schneiden 27 der Messerplatten 25 in das Material des Bauteils BT ein, sodass der Rand der Nut bearbeitet wird. Sie treten aber bei einer Drehung des Werkzeugs 1 in Richtung des Pfeils 39 aus dem Material des Bauteils BT wieder aus, sodass Späne und Staub aus den Spannuten 7 herausgeschleudert werden können. Zusätzlich wird das Material durch das aus den Abzweigkanälen 47 austretende Medium, das durch die Löcher 45 in die Spannut 7 gelangt, sehr effektiv ausgetragen.
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Entsprechendes gilt natürlich auch dann, wenn mit Hilfe des als Fräser ausgebildeten Werkzeugs 1 der Rand eines Bauteils BT bearbeitet wird, wie dies in 4 dargestellt ist. Hier sind gleiche und funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen, wie sie bei den 1 bis 3 verwendet wurden. Daher wird auf die Beschreibung zu diesen Figuren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass bei dem anhand der Figuren beschriebenen, gerade genuteten als Fräser ausgebildeten Werkzeug der Frässtaub beziehungsweise die gegebenenfalls sehr feinen Frässpäne gezielt nach hinten, also in Richtung des Befestigungsabschnitts 5 (Fräseraufnahme beziehungsweise Einspannstelle) und in radialer Richtung nach außen aus den Spannuten heraus befördert werden, was mittels des Zuführkanals 41, in den die Druckluft eingespeist wird, und den Öffnungen 45 in den Spannuten 7 in Höhe der Schneiden erreicht wird.
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Selbstverständlich ist es bei Bedarf auch möglich, über den Zuführkanal 41 und die Abzweigkanäle 47 den Spannuten 7 auch ein flüssiges Medium, beispielsweise eine Schmierflüssigkeit, oder ein Flüssigkeitsgasgemisch zuzuführen, so dass neben der Hauptfunktion des Mediumstroms beziehungsweise der Mediumsströme, nämlich der Austrag von Spänen aus den Spannuten 7 nach hinten in Richtung des Befestigungsabschnitts und nach außen auch eine Kühlung und/oder Schmierung der Schneiden möglich ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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