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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zwischenbüchse zum Einsetzen in die zentrale Aufnahme eines Spannfutters mit einem zylindrischen Büchsenkörper, der eine zentrale Spannbohrung aufweist, wobei in dem Büchsenkörper mehrere die Wandung vom Außenumfang zum Innenumfang durchgreifende und sich in Längsrichtung des Büchsenkörpers erstreckende Durchgangsschlitze ausgebildet sind. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Spannfutter mit einem Futterkörper, in dem eine zentrale Aufnahme für ein zu spannendes Bauteil ausgebildet ist, und einem Kühlmittelzuführkanal, der sich zwischen dem maschinenseitigen Ende des Futterkörpers und der Aufnahme erstreckt, um einem in die Aufnahme eingeschobenen Werkzeug ein Kühlmittel zuzuführen, wobei in die Aufnahme eine Zwischenbüchse eingesetzt ist.
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Spannfutter der vorgenannten Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und werden in der Praxis eingesetzt, um einen Werkzeugschaft wie beispielsweise einen Bohrer- oder Fräserschaft an der Arbeitsspindel einer entsprechenden Werkzeugmaschine zu fixieren. Bei den bekannten Spannfuttern, welche beispielsweise als Dehnspannfutter oder als Wärmeschrumpffutter ausgebildet sein können, ist der Spannweg sehr begrenzt, so dass die Durchmesser der Aufnahme einerseits und des zu spannenden Werkzeugs andererseits aufeinander abgestimmt werden müssen.
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Um mit einem Spannfutter auch Werkzeuge zu spannen, die einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Spannfutteraufnahme besitzen, werden sogenannte Zwischenbüchsen in die Spannfutteraufnahme eingeschoben, um den Spanndurchmesser zu verringern. Diese Zwischenbüchsen besitzen einen zylindrischen Büchsenkörper mit einer zentralen Spannbohrung, wobei in dem Büchsenkörper mehrere die Wandung vom Außenumfang zum Innenumfang durchgreifende und sich in Längsrichtung des Büchsenkörpers erstreckende Durchgangsschlitze ausgebildet sind. Die Schlitze dienen dabei dazu, der Zwischenbüchse die erforderliche Elastizität zur Übertragung der Spannkräfte zu geben.
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Die Zwischenbüchsen werden häufig auch in gattungsgemäßen Spannfuttern eingesetzt, die mit einem Kühlmittelzuführkanal versehen sind, durch welchen dem maschinenseitigen Ende eines gespannten Werkzeugs ein Kühlmittel zugeführt werden kann. Wenn Werkzeuge mit einer Innenkühlung eingesetzt werden, müssen die in die Aufnahme eingesetzten Zwischenbüchsen an ihrem werkstückseitigen vorderen Endbereich dicht ausgeführt sein, um zu verhindern, dass Kühlmittel an dem Werkzeug vorbeiströmt. Bei diesen Zwischenbüchsen enden die Durchgangsschlitze entsprechend vor der vorderen Stirnfläche der Zwischenbüchse. Bei dem Spannen von Werkzeugen ohne Innenkühlung hingegen erstrecken sich die Durchgangsschlitze bis zu der vorderen Stirnfläche, so dass die Werkzeuge über die Durchgangsschlitze mit Kühlmittel versorgt werden (sogenannte Peripheriekühlung). Diese offene Art von Zwischenbüchsen ist zwar leicht zu fertigen, jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass das Kühlmittel insbesondere bei höheren Drehzahlen nur unzureichend an die Schneide gelangt, weil die Strahlausformung nicht optimiert ist. Zudem ist bei den durchgeschlitzten Zwischenbüchsen die Stabilität am vorderen Ende der Zwischenbüchse im Vergleich zu der dichten Variante verringert.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zwischenbüchse der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass sie eine hohe Stabilität insbesondere am vorderen Endbereich besitzt. Des weiteren sollen die Zwischenbüchsen insbesondere auch bei hohen Drehzahlen im Betrieb der innenliegenden Schneide ausreichend Kühlmittel zuführen. Im Übrigen soll eine effiziente Fertigung von offenen und geschlossenen Zwischenbüchsen möglich sein.
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Diese Aufgabe ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass in einer vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers mit den Durchgangsschlitzen fluchtende Vertiefungen ausgebildet sind, wobei vorzugsweise in den Boden der Vertiefungen zumindest ein Teil der Durchgangsschlitze mündet.
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Die Vertiefungen in der vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers vereinfachen die Fertigung. So können zunächst als Zwischenprodukte die Büchsenkörper mit der Ausnahme der Durchgangsschlitze gefertigt werden. Bei der anschließenden Endbearbeitung werden dann lediglich noch die Durchgangsschlitze in den Büchsenkörper beispielsweise in einem Erodiervorgang eingebracht. Durch eine geeignete Wahl der Länge dieser Durchgangsschlitze können dann in einfacher Weise geschlossene Büchsen für Werkzeuge mit Innenkühlung oder offene Zwischenbüchsen für Werkzeuge mit Peripheriekühlung hergestellt werden. Im letzteren Fall werden die Durchgangsschlitze in Richtung der vorderen Stirnfläche soweit durchgezogen, dass sie den Boden der Vertiefungen durchstoßen. Wenn die Durchgangsschlitze bis in die Vertiefungen durchgezogen sind, wird eine offene Zwischenbüchse für Werkzeuge mit Peripheriekühlung bereitgestellt, die in ihrem vorderen Endbereich stabil ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Außenfläche des Büchsenkörpers axial benachbart zu dem Verbindungsbereich zwischen den Durchgangsschlitzen und den Vertiefungen eine die Durchgangsschlitze miteinander verbindende Umfangsnut ausgebildet ist. Diese Umfangsnut kann zur Aufnahme eines O-Rings oder eines sonstigen Dichtungselementes dienen, wobei er bevorzugt eine Tiefe von 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,7 mm besitzt. Durch einen in die Umfangsnut eingelegten O-Ring werden die Durchgangsschlitze an ihrem äußeren Randbereich verschlossen und somit die durch die Durchgangsschlitze gebildeten Strömungskanäle für das Kühlmittel eingeschnürt. Diese Einschnürung hat zur Folge, dass der Kühlmittelstrom nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird und im Wesentlichen vollständig auf diese trifft.
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Wenn in die Ringnut ein Dichtungselement beispielsweise ein O-Ring eingelegt ist, können sämtliche Durchgangsschlitze in die Vertiefungen münden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine gerade Anzahl und insbesondere sechs Durchgangsschlitze in dem Büchsenkörper ausgebildet sind und nur jeder zweite Durchgangsschlitz in eine Vertiefung mündet. Bei dieser Ausführungsform kann, muss aber kein Dichtungselement in die Ringnut eingelegt sein. Versuche haben gezeigt, dass sich aufgrund der teilweise geschlossenen Ausführung der Durchgangsschlitze im Betrieb Kühlmittel in der Ringnut sammelt und diese kreisförmig durchströmt, wobei das zirkulierende Fluid dem axial die Durchgangsschlitze durchströmenden Fluid ein Hindernis entgegensetzt mit der Folge, dass der Kühlmittelstrom im Bereich der offenen Durchgangsschlitze nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird. Im Ergebnis lässt sich auch ohne ein Dichtungselement sicherstellen, dass das zugeführte Kühl- und/oder Schmiermittel im Wesentlichen vollständig auf die Schneide trifft.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefungen zum Innenumfang des Büchsenkörpers offen, zum Außenumfang jedoch geschlossen sind. Dabei können die Vertiefungen als radiale Nuten in der Stirnfläche des Büchsenkörpers ausgebildet sein. Bevorzugter Weise besitzen sie dabei einen halbkreisförmigen Querschnitt und/oder werden an ihrem radial äußeren Ende durch eine Stirnfläche begrenzt, die jeweils im Längsschnitt durch die entsprechende Nut eine abgerundete und insbesondere eine viertelkreisförmige Kontur besitzt. Es hat sich gezeigt, dass sich durch diese Ausgestaltung der Nuten ein in Richtung der Schneide gerichteter Fluidstrom begünstigen lässt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die vorstehend genannte Aufgabe bei einer offenen Zwischenbüchse, die zur vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers offene Durchgangsschlitze besitzt, dadurch gelöst, dass in der Außenfläche des Büchsenkörpers axial benachbart zu der vorderen Stirnfläche eine die Durchgangsschlitze miteinander verbindende Umfangsnut ausgebildet ist, welche zur Aufnahme eines O-Rings ausgebildet ist, wobei die Ringnut vorzugsweise eine Tiefe von wenigstens 0,5 mm und insbesondere von wenigstens 0,7 mm aufweist. Wie schon vorstehend erläutert, werden durch einen in die Umfangsrichtung eingelegten O-Ring die Durchgangsschlitze an ihrem äußeren Randbereich verschlossen und somit die Strömungskanäle für das Kühlmittel eingeschnürt mit der Folge, dass der Kühlmittelstrom nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird. Für diese Lenkung des Kühlmittelstroms ist es möglich, aber nicht erforderlich, an der vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers mit den Durchgangsschlitzen fluchtende Vertiefungen auszubilden, in deren Boden die Durchgangsschlitze münden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, dass eine gerade Anzahl und insbesondere sechs Durchgangsschlitze in dem Büchsenkörper ausgebildet sind, wobei jeder zweite Durchgangsschlitz zu der vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers offen ist, und dass in der Außenfläche des Büchsenkörpers axial benachbart zu der vorderen Stirnfläche eine die Durchgangsschlitze miteinander verbindende Umfangsnut ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist nur ein Teil der Durchgangsschlitze zu der vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers offen und der Rest der Durchgangsschlitze geschlossen. Wie schon erwähnt, hat sich gezeigt, dass sich aufgrund der teilweise geschlossenen Ausführung der Durchgangsschlitze im Betrieb Kühlmittel in der Ringnut sammelt und diese kreisförmig durchströmt, wobei das zirkulierende Fluid dem axial die Durchgangsschlitze durchströmenden Fluid ein Hindernis entgegensetzt mit der Folge, dass der Kühlmittelstrom im Bereich der offenen Durchgangsschlitze nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird, wie dies schon oben erläutert wurde. Dabei kann, muss aber kein O-Ring in die Umfangnut eingelegt sein. Ebenso können, müssen aber keine den Durchgangsschlitzen zugeordnete Vertiefungen in der vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers ausgebildet sein, wie dies bei der Zwischenbüchse gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
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Die Aufgabe ist gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass in einer vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers eine sich um die Spannbohrung erstreckende ringförmige Vertiefung ausgebildet ist, und in den Boden der Vertiefung zumindest ein Teil der Durchgangsschlitze mündet.
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Die Vertiefung in der vorderen Stirnfläche des Büchsenkörpers vereinfacht die Fertigung. So können zunächst als Zwischenprodukte die Büchsenkörper mit der Ausnahme der Durchgangsschlitze gefertigt werden. Bei der anschließenden Endbearbeitung werden dann lediglich noch die Durchgangsschlitze in den Büchsenkörper beispielsweise in einem Erodiervorgang eingebracht. Durch eine geeignete Wahl der Länge dieser Durchgangsschlitze können dann in einfacher Weise geschlossene Büchsen für Werkzeuge mit Innenkühlung oder offene Zwischenbüchsen für Werkzeuge mit Peripheriekühlung hergestellt werden. Im letzteren Fall werden die Durchgangsschlitze in Richtung der vorderen Stirnfläche soweit durchgezogen, dass sie den Boden der Vertiefung durchstoßen. Wenn die Durchgangsschlitze bis in die Vertiefung durchgezogen sind, wird eine offene Zwischenbüchse für Werkzeuge mit Peripheriekühlung bereitgestellt, die in ihrem vorderen Endbereich stabil ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Außenfläche des Büchsenkörpers axial benachbart zu dem Verbindungsbereich zwischen den Durchgangsschlitzen und der Vertiefung eine die Durchgangsschlitze miteinander verbindende Umfangsnut ausgebildet ist. Diese Umfangsnut kann zur Aufnahme eines O-Rings oder eines sonstigen Dichtungselementes dienen, wobei er bevorzugt eine Tiefe von 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,7 mm besitzt. Durch einen in die Umfangsnut eingelegten O-Ring werden die Durchgangsschlitze an ihrem äußeren Randbereich verschlossen und somit die durch die Durchgangsschlitze gebildeten Strömungskanäle für das Kühlmittel eingeschnürt. Diese Einschnürung hat zur Folge, dass der Kühlmittelstrom nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird und im Wesentlichen vollständig auf diese trifft.
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Wenn in die Ringnut ein Dichtungselement beispielsweise ein O-Ring eingelegt ist, können sämtliche Durchgangsschlitze in die Vertiefung münden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine gerade Anzahl und insbesondere sechs Durchgangsschlitze in dem Büchsenkörper ausgebildet sind und nur jeder zweite Durchgangsschlitz in die Vertiefung mündet. Bei dieser Ausführungsform kann, muss aber kein Dichtungselement in die Ringnut eingelegt sein. Versuche haben gezeigt, dass sich aufgrund der teilweise geschlossenen Ausführung der Durchgangsschlitze im Betrieb Kühlmittel in der Ringnut sammelt und diese kreisförmig durchströmt, wobei das zirkulierende Fluid dem axial die Durchgangsschlitze durchströmenden Fluid ein Hindernis entgegensetzt mit der Folge, dass der Kühlmittelstrom im Bereich der offenen Durchgangsschlitze nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird. Im Ergebnis lässt sich auch ohne ein Dichtungselement sicherstellen, dass das zugeführte Kühl- und/oder Schmiermittel im Wesentlichen vollständig auf die Schneide trifft.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vertiefung zum Innenumfang des Büchsenkörpers offen, zum Außenumfang jedoch geschlossen ist. In bevorzugter Weise wird die Vertiefung an ihrem radial äußeren Ende durch eine Stirnfläche begrenzt, die im Längsschnitt durch die Zwischenbüchse eine abgerundete und insbesondere eine viertelkreisförmige Kontur besitzt.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie nachfolgende Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
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1 im Längsschnitt ein Spannfutter mit einer ersten Ausführungsform einer Zwischenbüchse gemäß der vorliegenden Erfindung,
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2 den Ausschnitt X aus 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 die Zwischenbüchse des Dehnspannfutters auf 1 in perspektivischer Darstellung,
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4 die Zwischenbüchse aus 3 in Vorderansicht,
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5 die Zwischenbüchse im Längsschnitt entlang der Linie V-V in 4,
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6 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Zwischenbüchse entlang der Linie VI-VI in 4 im Bereich einer Vertiefung,
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7 den Ausschnitt aus 6 in vergrößerter Darstellung,
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8 eine zweite Ausführungsform einer Zwischenbüchse gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung,
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9 die Zwischenbüchse aus 8 in Vorderansicht,
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10 die Zwischenbüchse im Längsschnitt entlang der Linie X-X von 9,
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11 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Zwischenbüchse entlang der Linie XI-XII in 9 im Bereich einer Vertiefung,
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12 den Ausschnitt von 11 in vergrößerter Darstellung,
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13 eine dritte Ausführungsform einer Zwischenbüchse gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung,
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14 die Zwischenbüchse aus 13 in Vorderansicht,
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15 die Zwischenbüchse im Längsschnitt entlang der Linie XV-XV von 14,
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16 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Zwischenbüchse entlang der Linie XVI-XVI in 14,
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17 den Ausschnitt aus 16 in vergrößerter Darstellung,
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18 die Zwischenbüchse aus den 13 bis 17 eingebaut in ein Dehnspannfutter,
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19 den Ausschnitt W aus 18 in vergrößerter Darstellung,
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20 den Ausschnitt X aus 18 in vergrößerter Darstellung,
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21 eine vierte Ausführungsform einer Zwischenbüchse gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung,
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22 eine fünfte Ausführungsform einer Zwischenbüchse gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung,
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23 die Zwischenbüchse aus 22 in Vorderansicht,
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24 die Zwischenbüchse im Längsschnitt entlang der Linie XXIV-XXIV aus 23,
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25 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Zwischenbüchse entlang der Linie XXV-XXV in 23,
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26 den Ausschnitt aus 25 in vergrößerter Darstellung,
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27 im Längsschnitt ein Dehnspannfutter mit einer eingebauten Zwischenbüchse gemäß den 23 bis 26,
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28 den Ausschnitt W aus 27 in vergrößerter Darstellung,
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29 den Ausschnitt X aus 27 in vergrößerter Darstellung,
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30 im Längsschnitt ein Spannfutter mit einer sechsten Ausführungsform einer Zwischenbüchse gemäß der vorliegenden Erfindung,
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31 den Ausschnitt X aus 30 in vergrößerter Darstellung,
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32 die Zwischenbüchse des Dehnspannfutters auf 30 in perspektivischer Darstellung,
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33 die Zwischenbüchse aus 32 in Vorderansicht,
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34 die Zwischenbüchse im Längsschnitt entlang der Linie V-V in 33,
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35 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Zwischenbüchse entlang der Linie VI-VI in 33 im Bereich einer Vertiefung,
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36 den Ausschnitt aus 35 in vergrößerter Darstellung,
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37 eine siebte Ausführungsform einer Zwischenbüchse gemäß der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung,
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38 die Zwischenbüchse aus 37 in Vorderansicht,
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39 die Zwischenbüchse im Längsschnitt entlang der Linie X-X von 38,
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40 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Zwischenbüchse entlang der Linie XI-XI in 38 im Bereich einer Vertiefung, und
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41 den Ausschnitt von 40 in vergrößerter Darstellung.
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In der 1 ist ein Spannfutter gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Dieses Spannfutter besitzt einen Futterkörper 1 aus einem formsteifen Material, der an seinem einen Endbereich in an sich bekannter Weise einen Befestigungskonus 2 zur Einspannung an einer drehangetriebenen Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufweist. An dem anderen Ende des Futterkörpers 1 ist ein Anschlussschaft 3 mit einer zentralen Aufnahme 4 vorgesehen, und zwischen dem Befestigungskonus 2 und dem Anschlussschaft 3 liegt ein Mittelteil 5 vergrößerten Durchmessers.
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Das dargestellte Spannfutter ist als Dehnspannfutter ausgebildet, d. h. die Aufnahme 4 wird durch eine dünne Wandung 6 des Futterkörpers 1 begrenzt, die außenseitig von einer Druckkammer 6a umgeben ist, welche mit einem Hydraulikmittel beaufschlagt werden kann, um in der Druckkammer 6a einen Druck aufzubauen und auf diese Weise die dünne Wandung 6 elastisch nach innen zu verformen und so ein in die Aufnahme 4 eingesetztes Bauteil zu spannen. Alternativ kann auch ein Wärmeschrumpffutter oder ein Spannfutter mit einem anderen Spannmechanismus vorgesehen sein.
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Um mit dem Spannfutter 1 auch Schäfte von Werkzeugen spannen zu können, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Aufnahme 4 ist, ist in die Aufnahme 4 eine Zwischenbüchse 7 eingesetzt. Diese Zwischenbüchse 7 besitzt einen zylindrischen Büchsenkörper 8, dessen Außendurchmesser dem Durchmesser der Aufnahme 4 entspricht und der eine als Durchgangsbohrung ausgebildete Spannbohrung 8a mit einem Durchmesser aufweist, welcher etwa dem Durchmesser des zu spannenden Werkzeuges entspricht. Wie insbesondere in den 3 bis 7 erkennbar ist, weist die Zwischenbüchse 7 entlang ihres Außenumfangs verteilt insgesamt sechs Durchgangsschlitze 9 auf, welche die Wandung des Büchsenkörpers 8 vom Außenumfang zum Innenumfang durchsetzen und sich ausgehend von einer Anfangsbohrung 9a am maschinenseitigen hinteren Endbereich des Büchsenkörpers 8 in Längsrichtung des Büchsenkörpers 8 zu dem werkzeugseitigen vorderen Endbereich erstrecken.
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Zur axialen Positionierung der Zwischenbüchse 7 bzw. eines in der Zwischenbüchse 7 gehaltenen Werkzeuges – hier eines Fräsers B – ist in der Aufnahme ein Axialanschlagelement 10 vorgesehen, das zum Futterkörper 1 axial verstellbar gehalten ist. Konkret ist das axiale Anschlagelement 10 in der dargestellten Ausführungsform als Voreinstellschraube ausgebildet, die in eine sich an die Aufnahme 4 maschinenseitig anschließende axiale Durchgangsbohrung 11 des Futterkörpers 1 eingeschraubt ist.
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Die Voreinstellschraube 10 weist eine Durchgangsbohrung auf. Diese dient dazu, dem maschinenseitigen Endbereich der Aufnahme 4 über einen in dem Futterkörper 1 vorgesehenen Kühlmittelkanal ein Kühl- und/oder Schmiermittel zuzuführen. Der Kühlmittelkanal kann beispielsweise von einem Kühlmittelzuführrohr gebildet sein, das sich zwischen einem Übergabeelement der Arbeitsspindel und der Voreinstellschraube 10 erstreckt. Das der Aufnahme 4 zugeführte Kühl- und/oder Schmiermittel, das beispielsweise ein Luft/Öl-Gemisch in Form eines Ölnebels sein kann, wird der Schneide des gespannten Fräsers B über die Durchgangsschlitze 9 der Zwischenbüchse 7 nach Art einer Peripheriekühlung zugeführt. Wie insbesondere in den 3 bis 7 gut erkennbar ist, sind die Durchgangsschlitze 9 zu der vorderen Stirnfläche 12 der Zwischenbüchse 7 offen ausgebildet, so dass das Kühlmittel aus den Durchgangsschlitzen 9 stirnseitig austreten kann. Dabei ist jedem Durchgangsschlitz 9 eine in der vorderen Stirnfläche 12 des Büchsenkörpers 8 vorgesehene Vertiefung 13 zugeordnet, in deren Boden die Durchgangsschlitze 9 münden. Die Vertiefungen 13 sind als radiale Nuten mit einem halbkreisförmigen Querschnitt (siehe 7) ausgebildet, die zum Innenumfang des Büchsenkörpers 8 offen, jedoch zum Außenumfang geschlossen sind, wobei sie an ihrem radial äußeren Ende durch eine Stirnfläche 13a begrenzt werden, die im Längsschnitt durch die entsprechende Nut 13 eine abgerundete und insbesondere eine viertelkreisförmige Kontur besitzen (siehe 2).
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Ferner ist in der Außenfläche des Büchsenkörpers 8 axial benachbart zu dem Verbindungsbereich zwischen den Durchgangsschlitzen 9 und den radialen Nuten 13 in der Stirnfläche 12 des Büchsenkörpers 8 eine die Durchgangsschlitze 9 miteinander verbindende Umfangsnut 14 ausgebildet. Diese Umfangsnut 14 dient zur Aufnahme eines O-Rings 15 und besitzt eine Tiefe von wenigstens 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,7 mm. Durch den eingelegten O-Ring 15 werden, wie insbesondere in der vergrößerten Darstellung der 2 gut erkennbar ist, die Durchgangsschlitze 9 an ihrem äußeren Randbereich verschlossen und somit die Strömungskanäle für das Kühlmittel eingeschnürt. Diese Einschnürung hat zur Folge, dass der Kühlmittelstrom nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird und im Wesentlichen vollständig auf diese trifft, wie in der 2 angedeutet ist.
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Neben der vorbeschriebenen Peripheriekühlung der Werkzeugschneiden können auch Werkzeuge mit einer Innenkühlung eingesetzt werden. Diese besitzen eine zentrale Durchgangsbohrung, die sich vom aufnahmeseitigen Ende bis zur Schneide des Werkzeuges erstreckt, um der Werkzeugschneide ein Kühl- und/oder Schmiermittel zuzuführen. Beim Einsatz solcher Werkzeuge mit Innenkühlung muss verhindert werden, dass das zugeführte Kühl- und/oder Schmiermittel an einem in die Spannbohrung der Zwischenbüchse eingesetzten Werkzeug vorbei über die Durchgangsschlitze der Zwischenbüchse 7 aus dem Spannfutter austreten kann. In diesem Fall werden gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung Zwischenbüchsen 7 eingesetzt, bei denen die Durchgangsschlitze 9 wie in den 8 bis 12 dargestellt, vor den radialen Nuten 12 in der vorderen Stirnfläche 11 der Zwischenbüchse 7 enden.
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In den 13 bis 17 ist eine alternative dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zwischenbüchse 7 dargestellt. Diese hat den gleichen Aufbau wie die in den
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3 bis 7 dargestellte Zwischenbüchse 7. Sie besitzt einen zylindrischen Büchsenkörper 8, entlang dessen am Außenumfang verteilt insgesamt sechs Durchgangsschlitze 9 vorgesehen sind, welche die Wandung des Büchsenkörpers 8 vom Außenumfang zum Innenumfang durchsetzen und sich ausgehend von einer Anfangsbohrung 9a am maschinenseitigen hinteren Endbereich des Büchsenkörpers 8 in Längsrichtung des Büchsenkörpers 8 zu dem werkzeugseitigen vorderen Endbereich erstrecken.
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Wie schon bei der in den 3 bis 7 dargestellten ersten Ausführungsform sind den Durchgangsschlitzen 9 Vertiefungen in der Form von radialen Nuten 13 zugeordnet, die in der vorderen Stirnfläche 12 des Büchsenkörpers 8 ausgebildet sind. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist jedoch nur jedem zweiten der sechs Durchgangsschlitze 9 eine Vertiefung 13 zugeordnet, in welche korrespondierende Durchgangsschlitze 9 münden und damit stirnseitig offen sind, während die dazwischenliegenden Durchgangsschlitze 9 geschlossen sind, wie insbesondere ein Vergleich der 19 und 20 gut erkennen lässt. Auch bei dieser Zwischenbüchse 7 ist in der Außenfläche des Büchsenkörpers 8 axial benachbart zu dem Verbindungsbereich zwischen den Durchgangsschlitzen 9 und den radial Nuten 13 eine sämtliche Durchgangsschlitze 9 miteinander verbindende Umfangsnut 14 ausgebildet. In diese Umfangsnut 14 kann, muss aber kein O-Ring eingelegt sein. Versuche haben gezeigt, dass sich aufgrund der teilweise geschlossenen Ausführung der Durchgangsschlitze 9 im Betrieb Kühlmittel in der Umfangsnut 14 sammelt und diese kreisförmig durchströmt, wobei das zirkulierende Fluid dem axial die Durchgangsschlitze 9 durchströmenden Fluid ein Hindernis entgegensetzt mit der Folge, dass der Kühlmittelstrom im Bereich der offenen Durchgansschlitze 9 nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird, wie dies in der 19 angedeutet ist. Im Ergebnis lässt sich auch ohne einen O-Ring sicherstellen, dass das zugeführte Kühl- und/oder Schmiermittel im Wesentlichen vollständig auf die Schneide trifft.
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In der 21 ist eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zwischenbüchse 7 dargestellt. Diese entspricht der zuvor anhand der 13 bis 20 vorbeschriebenen Zwischenbüchse 7 ist jedoch für den Einsatz von Werkzeugen mit einer Innenkühlung modifiziert. Entsprechend enden hier alle Durchgangsschlitze 9 vor den radialen Nuten 12, wie dies auch bei der in den 8 bis 12 dargestellten Zwischenbüchse 7 der Fall ist.
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Die vorbeschriebenen vier Ausführungsformen von Zwischenbüchsen 7 lassen sich effizient herstellen. Dazu wird zunächst der Büchsenkörper 8 angefertigt und mit den Anfangsbohrungen 9a sowie den radialen Nuten 12 versehen. In einem anschließenden Erodierprozess werden dann die Durchgangsschlitze 9 gefertigt, wobei durch eine geeignete Wahl der Länge der Durchgangsschlitze 9 entschieden wird, welche der vier Varianten realisiert werden sollen.
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In den 22 bis 29 ist schließlich eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zwischenbüchse 7 dargestellt. Auch diese Zwischenbüchse 7 besitzt den gleichen Grundaufbau wie die, zuvor beschriebenen vier Varianten von Zwischenbüchsen 7 mit einem zylindrischen Büchsenkörper 8, der entlang seines Außenumfangs verteilt insgesamt sechs Durchgangsschlitze aufweist, welche die Wandung des Büchsenkörpers 8 vom Außenumfang zum Innenumfang durchsetzen und sich ausgehend von einer Anfangsbohrung 9 am maschinenseitigen hinteren Endbereich des Büchsenkörpers 8 in Längsrichtung des Büchsenkörpers 8 erstrecken. Bei dieser fünften Ausführungsform sind sämtliche Durchgangsschlitze 9 zur vorderen Stirnseite 12 der Zwischenbüchse 7 offen ausgestaltet, jedoch sind in der vorderen Stirnfläche keine Vertiefungen in Form von radialen Nuten 13 vorgesehen. Damit entspricht die Zwischenbüchse 7. in ihrem Grundaufbau herkömmlichen Zwischenbüchsen. Wie insbesondere die 27 bis 29 gut erkennen lassen, ist jedoch in der Außenfläche des Büchsenkörpers 8 axial benachbart zu der vorderen Stirnfläche 12 des Büchsenkörpers 8 eine die Durchgangsschlitze 9 miteinander verbindende Umfangsnut 14 ausgebildet. Diese Umfangsnut 14 dient zur Aufnahme eines O-Rings 15 und besitzt eine Tiefe von wenigstens 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,7 mm. Durch den eingelegten O-Ring 15 werden, wie insbesondere in den vergrößerten Darstellungen der 28 und 29 gut erkennbar ist, die Durchgangsschlitze 9 an ihrem äußeren Randbereich unter gleichzeitiger Abdichtung eines zwischen der Aufnahme 4 und dem Büchsenkörper 8 gebildeten Spaltes verschlossen und somit die Strömungskanäle für das Kühlmittel eingeschnürt. Diese Einschnürung hat zur Folge, dass der Kühlmittelstrom nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird und im Wesentlichen vollständig auf diese trifft, wie in den 28 und 29 angedeutet ist.
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In der 30 ist ein weiteres Spannfutter gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Dieses Spannfutter besitzt einen Futterkörper 1 aus einem formsteifen Material, der an seinem einen Endbereich in an sich bekannter Weise einen Befestigungskonus 2 zur Einspannung an einer drehangetriebenen Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine aufweist. An dem anderen Ende des Futterkörpers 1 ist ein Anschlussschaft 3 mit einer zentralen Aufnahme 4 vorgesehen, und zwischen dem Befestigungskonus 2 und dem Anschlussschaft 3 liegt ein Mittelteil 5 vergrößerten Durchmessers.
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Das dargestellte Spannfutter ist als Dehnspannfutter ausgebildet, d. h. die Aufnahme 4 wird durch eine dünne Wandung 6 des Futterkörpers 1 begrenzt, die außenseitig von einer Druckkammer 6a umgeben ist, welche mit einem Hydraulikmittel beaufschlagt werden kann, um in der Druckkammer 6a einen Druck aufzubauen und auf diese Weise die dünne Wandung 6 elastisch nach innen zu verformen und so ein in die Aufnahme 4 eingesetztes Bauteil zu spannen. Alternativ kann auch ein Wärmeschrumpffutter oder ein Spannfutter mit einem anderen Spannmechanismus vorgesehen sein.
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Um mit dem Spannfutter 1 auch Schäfte von Werkzeugen spannen zu können, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Aufnahme 4 ist, ist in die Aufnahme 4 eine Zwischenbüchse 7 eingesetzt. Diese Zwischenbüchse 7 besitzt einen zylindrischen Büchsenkörper 8, dessen Außendurchmesser dem Durchmesser der Aufnahme 4 entspricht und der eine als Durchgangsbohrung ausgebildete Spannbohrung 8a mit einem Durchmesser aufweist, welcher etwa dem Durchmesser des zu spannenden Werkzeuges entspricht. Wie insbesondere in den 32 bis 36 erkennbar ist, weist die Zwischenbüchse 7 entlang ihres Außenumfangs verteilt insgesamt sechs Durchgangsschlitze 9 auf, welche die Wandung des Büchsenkörpers 8 vom Außenumfang zum Innenumfang durchsetzen und sich ausgehend von einer Anfangsbohrung 9a am maschinenseitigen hinteren Endbereich des Büchsenkörpers 8 in Längsrichtung des Büchsenkörpers 8 zu dem werkzeugseitigen vorderen Endbereich erstrecken.
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Zur axialen Positionierung der Zwischenbüchse 7 bzw. eines in der Zwischenbüchse 7 gehaltenen Werkzeuges – hier eines Fräsers B – ist in der Aufnahme ein Axialanschlagelement 10 vorgesehen, das zum Futterkörper 1 axial verstellbar gehalten ist. Konkret ist das axiale Anschlagelement 10 in der dargestellten Ausführungsform als Voreinstellschraube ausgebildet, die in eine sich an die Aufnahme 4 maschinenseitig anschließende axiale Durchgangsbohrung 11 des Futterkörpers 1 eingeschraubt ist.
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Die Voreinstellschraube 10 weist eine Durchgangsbohrung auf. Diese dient dazu, dem maschinenseitigen Endbereich der Aufnahme 4 über einen in dem Futterkörper 1 vorgesehenen Kühlmittelkanal ein Kühl- und/oder Schmiermittel zuzuführen. Der Kühlmittelkanal kann beispielsweise von einem Kühlmittelzuführrohr gebildet sein, das sich zwischen einem Übergabeelement der Arbeitsspindel und der Voreinstellschraube 10 erstreckt. Das der Aufnahme 4 zugeführte Kühl- und/oder Schmiermittel, das beispielsweise ein Luft/Öl-Gemisch in Form eines Ölnebels sein kann, wird der Schneide des gespannten Fräsers B über die Durchgangsschlitze 9 der Zwischenbüchse 7 nach Art einer Peripheriekühlung zugeführt. Wie insbesondere in den 32 bis 36 gut erkennbar ist, sind die Durchgangsschlitze 9 zu der vorderen Stirnfläche 12 der Zwischenbüchse 7 offen ausgebildet, so dass das Kühlmittel aus den Durchgangsschlitzen 9 stirnseitig austreten kann. Dabei ist in der vorderen Stirnfläche 12 des Büchsenkörpers 8 eine sich um die Spannbohrung 8a erstreckende, ringförmige Vertiefung 13 vorgesehen, in deren Boden die Durchgangsschlitze 9 münden. Die Vertiefung 13 ist zum Innenumfang des Büchsenkörpers 8 offen, jedoch zum Außenumfang geschlossen ausgebildet. Die Vertiefung 13 wird dabei an ihrem radial äußeren Ende durch eine Stirnfläche 13a begrenzt, die im Längsschnitt durch die Zwischenbüchse 7 eine abgerundete, hier eine viertelkreisförmige Kontur besitzt.
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Ferner ist in der Außenfläche des Büchsenkörpers 8 axial benachbart zu dem Verbindungsbereich zwischen den Durchgangsschlitzen 9 und den radialen Nuten 13 in der Stirnfläche 12 des Büchsenkörpers 8 eine die Durchgangsschlitze 9 miteinander verbindende Umfangsnut 14 ausgebildet. Diese Umfangsnut 14 dient zur Aufnahme eines O-Rings 15 und besitzt eine Tiefe von wenigstens 0,5 mm, insbesondere von wenigstens 0,7 mm. Durch den eingelegten O-Ring 15 werden, wie insbesondere in der vergrößerten Darstellung der 2 gut erkennbar ist, die Durchgangsschlitze 9 an ihrem äußeren Randbereich verschlossen und somit die Strömungskanäle für das Kühlmittel eingeschnürt. Diese Einschnürung hat zur Folge, dass der Kühlmittelstrom nach innen in Richtung der Werkzeugschneide gelenkt wird und im Wesentlichen vollständig auf diese trifft, wie in der 31 angedeutet ist.
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Neben der vorbeschriebenen Peripheriekühlung der Werkzeugschneiden können auch Werkzeuge mit einer Innenkühlung eingesetzt werden. Diese besitzen eine zentrale Durchgangsbohrung, die sich vom aufnahmeseitigen Ende bis zur Schneide des Werkzeuges erstreckt, um der Werkzeugschneide ein Kühl- und/oder Schmiermittel zuzuführen. Beim Einsatz solcher Werkzeuge mit Innenkühlung muss verhindert werden, dass das zugeführte Kühl- und/oder Schmiermittel an einem in die Spannbohrung der Zwischenbüchse eingesetzten Werkzeug vorbei über die Durchgangsschlitze der Zwischenbüchse 7 aus dem Spannfutter austreten kann. In diesem Fall werden gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung Zwischenbüchsen 7 eingesetzt, bei denen die Durchgangsschlitze 9 wie in den 37 bis 41 dargestellt, vor der Vertiefung in der vorderen Stirnfläche 11 der Zwischenbüchse 7 enden.
