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Die Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für die Aufnahme eines in einer Spindel einer Werkzeugmaschine einsetzbaren und bestimmungsgemäß um eine Drehachse rotierenden Werkzeugs in einem Werkzeugmagazin, wobei der Werkzeughalter einen Innenraum und eine den Innenraum längs einer Umfangsrichtung vollständig umgebenden Mantelwand aufweist und wobei der Innenraum einen in einer Einführungsrichtung verlaufenden Einführungskanal aufweist, durch den das Werkzeug in den Innenraum des Werkzeughalters eingeführt werden kann.
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Werkzeughalter werden bei Werkzeugmaschinen, die eine Werkzeugwechselstation aufweisen, zur Aufnahme und Lagerung eines Werkzeugs für die Dauer der Nichtbenutzung verwendet. Bei einer Werkzeugmaschine mit einer Werkzeugwechselstation werden üblicherweise mehrere verschiedene Werkzeuge vorgehalten, so dass für unterschiedliche Bearbeitungsschritte während der Bearbeitung eines Werkstücks das jeweils geeignete Werkzeug ausgewählt und für die Durchführung des Bearbeitungsschrittes verwendet werden kann, um anschließend in einem zugeordneten Werkzeughalter abgelegt und gelagert zu werden. Derartige Werkzeugwechselstationen sind insbesondere bei Werkzeugmaschinen vorteilhaft, bei denen bestimmungsgemäß um eine Drehachse rotierende Werkzeuge wie beispielsweise Bohrer oder Fräser zum Bearbeiten eines Werkstücks verwendet werden. Das Werkzeug wird für die Durchführung eines Bearbeitungsschrittes in einer Arbeitsspindel festgelegt und in Rotation versetzt, um zusammen mit der Arbeitsspindel relativ zu dem Werkstück verlagert zu werden und dabei das Werkstück zu bearbeiten.
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Es sind automatisierte Werkzeugwechselsysteme bekannt, bei denen nach einer Beendigung eines Bearbeitungsschritts das nicht mehr benötigte Werkzeug zusammen mit der Arbeitsspindel zu einem Werkzeughalter verfahren und dort abgelegt wird. Anschließend wird die Arbeitsspindel zu einem anderen Werkzeug verfahren, das in einem weiteren Werkzeughalter der Werkzeugwechselstation vorgehalten wird, um dort das Werkzeug mit der Arbeitsspindel zu ergreifen, aus dem Werkzeughalter herauszunehmen und für die Durchführung eines nachfolgenden Bearbeitungsschrittes zu verwenden.
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Ein für derartige Werkzeugmaschinen geeigneter Werkzeughalter muss das Werkzeug zuverlässig aufnehmen und in dem Werkzeughalter zurückhalten und lagern können. Für einen raschen und zuverlässigen Werkzeugwechsel ist es dabei von besonderer Bedeutung, dass das Werkzeug von dem Werkzeughalter mit einer ausreichenden Haltekraft zurückgehalten wird, wenn die Arbeitsspindel von dem Werkzeug gelöst und entfernt wird. Während der Benutzung wird das Werkzeug in der Arbeitsspindel oftmals erheblichen mechanischen Kräften und Momenten ausgesetzt, so dass sich das Werkzeug auch nach dem Lösen einer Befestigungsvorrichtung der Arbeitsspindel nur mit einem erheblichen Kraftaufwand von der Arbeitsspindel ablösen und entfernen lässt. Zudem führen der oftmals unvermeidliche Abrieb von Dichtungen in der Arbeitsspindel und eventuell eindringende Verunreinigungen dazu, dass sich das Werkzeug in der Arbeitsspindel festsetzt und auch nach dem Öffnen, bzw. Lösen der Arbeitsspindel nur mit einem merklichen Kraftaufwand entnommen werden kann.
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Aus der Praxis sind verschiedene Ausgestaltungen von Werkzeughaltern bekannt, die üblicherweise eine Aufnahmeplatte oder eine Aufnahmezange aufweisen, die eine an das aufzunehmende Werkzeug angepasste Ausnehmung aufweisen und mit Klemmelementen einen Eingriff mit einer an dem Werkzeug angeordneten Eingriffsnut ermöglichen, um das Werkzeug mindestens längs eines halben Umfangs in der Umfangsnut zu umgreifen und zurückzuhalten. Das Werkzeug muss dabei seitlich in die Ausnehmung eingeführt und an einen die Ausnehmung begrenzenden Rand der Aufnahmeplatte oder der Aufnahmezange angedrückt werden, um den für ein Abziehen der Arbeitsspindel erforderlichen Eingriff der Eingriffsnut des Werkzeugs mit den um die Ausnehmung herum angeordneten Klemmelementen des Werkzeughalters zu ermöglichen.
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Bei einem derartigen Werkzeughalter wird es in einigen Fällen als nachteilig erachtet, dass das Werkzeug seitlich in die Ausnehmung des Werkzeughalters eingeführt werden muss, da an der Arbeitsspindel weitere Vorrichtungen beispielsweise zur Beleuchtung, zur Kühlung oder Schmierung des Werkstücks, zur Reinigung oder zur weiteren Bearbeitung des Werkstücks in einer unmittelbaren Umgebung des aus der Arbeitsspindel herausragenden Werkzeugs angeordnet sein können. Derartige das Werkzeug umgebende Vorrichtungen können ein seitliches Einführen des Werkzeugs in den Werkzeughalter erschweren oder sogar unmöglich werden lassen.
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Aus der Praxis sind auch im Wesentlichen hülsenförmige Werkzeughalter bekannt, bei denen eine Mantelwand einen üblicherweise zylinderförmigen Innenraum umgibt, in welchem das Werkzeug durch eine Einführungsöffnung eingeführt werden kann. Die den Innenraum umgebende Mantelwand weist in einer Einführungsrichtung des Werkzeugs verlaufende Längsschlitze auf, so dass die Mantelwand im Bereich der Einführungsöffnung durch elastisch verformbare Rastzungenelemente gebildet wird, die im Bereich der Einführungsöffnung radial nach innen vorspringende Rastelemente aufweisen, die mit der Eingriffsnut des Werkzeugs in Eingriff treten und das Werkzeug an dem Werkzeughalter zurückhalten können. Wenn das in dem Werkzeughalter abzulegende Werkzeug durch die Einführungsöffnung in den Innenraum des Werkzeughalters eingeführt wird, werden die dem Werkzeug zugewandten Rastzungen radial aufgeweitet, bis die an den Rastzungen radial nach innen vorspringenden Rastelemente mit der Eingriffsnut des Werkzeugs in Eingriff treten und die Rastzungen das Werkzeug in dem Werkzeughalter zurückhalten. Die Arbeitsspindel kann dann von dem Werkzeug abgezogen und entfernt werden. Zum erneuten Ergreifen des Werkzeugs muss die Arbeitsspindel wieder herangeführt werden und das Werkzeug ergreifen, um es gegen die Rückhaltewirkung der Rastzungen aus dem Werkzeughalter herauszuziehen.
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Ein derartiger Werkzeughalter ist auf Grund seiner im Wesentlichen hülsenförmigen Ausgestaltung auch zur Verwendung mit Arbeitsspindeln und darin aufgenommenen Werkzeugen geeignet, bei denen weitere Komponenten und Vorrichtungen das in der Arbeitsspindel gelagerte Werkzeug umgeben, da das Werkzeug längs der Einführungsrichtung durch die Einführungsöffnung in den Werkzeughalter hineingeschoben und aus dem Innenraum wieder herausgezogen wird. Ein seitlicher Versatz in dem Werkzeughalter ist nicht möglich und nicht vorgesehen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Rastelemente bereits nach einer verhältnismäßig kurzen Nutzungsdauer dauerhaft verformt werden und einen Teil der elastischen Rückstellkraft einbüßen, so dass ein zuverlässiges Zurückhalten eines in den Werkzeughalter eingeführten Werkzeugs bereits nach einer vergleichsweise kurzen Nutzungsdauer nicht mehr zuverlässig gewährleistet werden kann.
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Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, einen Werkzeughalter der eingangs genannten Gattung so auszugestalten, dass das Werkzeug ohne einen übermäßigen seitlichen Versatz in den Werkzeughalter eingebracht und in dem Werkzeughalter zuverlässig zurückgehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Werkzeughalter einen seitlich versetzt und parallel zu dem Einführungskanal angeordneten und ebenfalls von der Mantelfläche umgebenen Haltebereich für das Werkzeug mit einer den Einführungskanal teilweise überlappenden Auszugsöffnung aufweist, wobei entlang eines Rands der Auszugsöffnung ein formstabiles Eingriffselement für einen formschlüssigen Eingriff in eine in Umfangsrichtung des Werkzeugs umlaufende Eingriffsnut des Werkzeugs angeordnet ist, dass der Einführungskanal eine Einführungsöffnung zum Einführen des Werkzeugs in einer senkrecht zu der Einführungsöffnung gerichteten Einführungsrichtung aufweist, wobei die Einführungsöffnung die Auszugsöffnung teilweise überlappt, jedoch außerhalb des formstabilen Eingriffselements in der Auszugsöffnung angeordnet ist, und dass das Werkzeug von dem Einführungskanal so in den Haltebereich verlagert werden kann, dass das formstabile Eingriffselement der Auszugsöffnung des Haltebereichs in Eingriff mit der Eingriffsnut des Werkzeugs tritt und ein Herausziehen des Werkzeugs in einer entgegen der Einführungsrichtung gerichteten Auszugsrichtung verhindert.
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In dem Haltebereich wird das Werkzeug durch den Eingriff des formstabilen Eingriffselements mit der Eingriffsnut des Werkzeugs zuverlässig zurückgehalten. Ein Herausziehen des Werkzeugs in einer der Einführungsrichtung entgegengesetzten Richtung, der Auszugsrichtung, wird durch das formstabile Eingriffselement verhindert. Die Verwendung eines formstabilen Eingriffselements, welches bei dem Einführung des Werkzeugs in den Haltebereich nicht verformt werden muss, weist Vorteile gegenüber elastischen Rastzungen auf, die bei herkömmlichen Werkzeughaltern in Umfangsrichtung angeordnet sind, das eingeführte Werkzeug umgeben und mit einem Rastelement in die Eingriffsnut des Werkzeugs eingreifen. Diese elastischen Rastzungen müssen bei jedem Einführen und Herausziehen des Werkzeugs verformt werden, so dass eine von diese elastischen Rastzungen auf das Werkzeug ausgeübte Rückhaltekraft begrenzt ist. Zudem verlieren derartige Rastzungen bereits nach einer vergleichsweise kurzen Verwendungsdauer einen merklichen Anteil der ursprünglich möglichen Rückhaltekraft und können dann keine zuverlässige Werkzeugaufnahme mehr gewährleisten.
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Im Gegensatz zu den ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeughaltern mit einer Aufnahmezange, bei welcher das Werkzeug quer zu der Einführungsrichtung in die Aufnahmezange eingeführt und klemmend dort festgelegt werden muss, ermöglicht es der erfindungsgemäße Werkzeughalter, dass das Werkzeug raumsparend in der Einführungsrichtung und damit senkrecht zu einer Einführungsöffnung in den von der Mantelwand vollständig umgebenen Innenraum eingeführt werden kann, um anschließend quer zu der Einführungsrichtung in den Haltebereich verlagert zu werden und dort mit dem formstabilen Eingriffselement in Eingriff gebracht zu werden. Der hierfür notwendige seitliche Versatz quer zu der Einführungsrichtung, der bei der Einführung des Werkzeugs bis zu der formschlüssigen Festlegung in dem Haltebereich erforderlich ist, ist gering und im Wesentlichen durch die Tiefe, bzw. durch die radialen Abmessungen der Eingriffsnut des Werkzeugs vorgegeben und begrenzt. Der für das Einführen und Entnehmen des Werkzeugs aus dem erfindungsgemäßen Werkzeughalter erforderliche Raumbedarf um den betreffenden Werkzeughalter herum ist demzufolge sehr gering.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Einführungskanal eine Einführungsöffnung mit einem Einführungsöffnungsmaß aufweist, welches größer als ein Durchmesser einer Umfangsfläche einer radial vorspringenden Umfangswulst des Werkzeugs ist, der die Eingriffsnut begrenzt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das Werkzeug bei einem Einführen in den Einführungskanal mit dem Umfangswulst, der üblicherweise die größte radiale Erstreckung aufweist, nicht auf einem Randabschnitt der Einführungsöffnung aufsitzt und dadurch die Einführungsbewegung des Werkzeugs in den von der Mantelwand umgebenen Innenraum des Werkzeughalters durch einen formschlüssigen Anschlag des Werkzeugs an der Einführungsöffnung blockiert oder behindert wird. Die Mantelwand kann unmittelbar im Anschluss an die Einführungsöffnung radial nach innen in den Einführungskanal vorspringende Bereiche oder Ausformungen aufweisen, sodass bei einem weiteren Einführen des Werkzeugs in den Innenraum hinein die Mantelwand oder die nach innen vorspringenden Ausformungen verformt werden und eine Rückstellkraft auf das Werkzeug ausüben. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Mantelwand im Bereich des Einführungskanals kann eine anschließende Verlagerung in den Haltebereich des Werkzeughalters begünstigt und unterstützt werden. Der Einführungskanal und insbesondere die Einführungsöffnung müssen jedoch erfindungsgemäß so ausgebildet sein, dass eine Einführung des Werkzeugs in der Einführungsrichtung senkrecht zu der Einführungsöffnung nicht durch eine formschlüssige Anlage des Werkzeugs an der Einführungsöffnung oder an nach innen in den Einführungskanal ragenden Komponenten blockiert werden kann.
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Die Einführungsöffnung ist erfindungsgemäß parallel zu der Auszugsöffnung, bzw. in derselben Ebene wie die Auszugsöffnung angeordnet. Die Einführungsrichtung verläuft senkrecht zu dieser Ebene. Das Werkzeug kann dabei bei einer geeigneten Anordnung des Werkzeughalters in der Einführungsrichtung von oben senkrecht nach unten in den Einführungskanal eingeführt werden, so dass seitlich neben dem Werkzeug an der Spindel angeordnete Komponenten wie beispielsweise Luftdüsen oder Kühlmitteldüsen die Einführung des Werkzeugs in den Werkzeughalter nicht behindern oder erschweren. Sobald das Werkzeug vollständig in den Einführungskanal eingeführt ist, so dass sich die Eingriffsnut des Werkzeugs in Höhe des Rands der Auszugsöffnung befindet, kann das Werkzeug durch eine seitliche Verlagerung in den seitlich versetzt und parallel zu dem Einführungskanal angeordneten Haltebereich verlagert werden, wobei die Eingriffsnut mit dem formstabilen Eingriffselement in Eingriff tritt, das an dem Rand der Auszugsöffnung angeordnet ist. Durch den Eingriff des Eingriffselements mit der Eingriffsnut wird das Werkzeug in dem Haltebereich zurückgehalten, wenn das Werkzeug von der Spindel gelöst und die Spindel senkrecht nach oben in der entgegengesetzten Einführungsrichtung abgezogen wird.
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Der Eingriff des Eingriffselements mit der Eingriffsnut des Werkzeugs erzeugt ausreichend große Rückhaltekräfte, um auch bei einem an der Spindel festhängenden Werkzeug das Werkzeug in dem Werkzeughalter zurückzuhalten und das Werkzeug von der Spindel zu lösen. Da das Eingriffselement nicht elastisch federnd oder verformbar, sondern formstabil ausgebildet ist, muss keine ansonsten oftmals eintretende Materialermüdung befürchtet werden, so dass die für eine zuverlässige Festlegung des Werkzeugs in dem Werkzeughalter erforderlichen Rückhaltekräfte des formstabilen Eingriffselements über die gesamte Nutzungsdauer des Werkzeughalters beibehalten werden können. Dabei wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als formstabiles Eingriffselement jedes Eingriffselement angesehen, welches bei einer bestimmungsgemäßen Benutzung des Werkzeughalters und insbesondere bei der Einführung eines Werkzeugs nicht verformt oder ausgelenkt werden muss. Das formstabile Eingriffselement kann und soll ortsfest an dem Werkzeughalter angeordnet und bei einer bestimmungsgemäßen Benutzung nicht verlagert oder verformt werden müssen.
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Der seitliche Versatz des Werkzeugs von dem Einführungskanal in den Haltebereich kann vergleichsweise gering sein und lediglich einige wenige Millimeter oder sogar 1 mm und weniger betragen. Der seitliche Versatz wird im Wesentlichen durch den gewünschten oder maximal möglichen Eingriff des formschlüssigen Eingriffselements in dem Haltebereich des Werkzeughalters mit der Eingriffsnut in dem Werkzeug vorgegeben. Der Werkzeughalter muss demzufolge keinen großen Innenraum aufweisen, sondern lediglich einen an die Größe des aufzunehmenden Werkzeugs angepassten Einführungskanal und einen seitlich versetzten Haltebereich, der jedoch weitgehend mit dem Einführungskanal überlappen kann und lediglich einen geringen seitlichen Versatz aufweisen muss, um das formstabile Eingriffselement an einem nicht von dem Einführungskanal überdeckten Randbereich der Auszugsöffnung des Haltebereichs anordnen zu können.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Eingriffselement mindestens eine nach innen vorspringende und in die Auszugsöffnung ragende Wulst aufweist, deren Abmessungen an die Eingriffsnut des Werkzeugs angepasst sind. Die nach innen ragende Wulst weist zweckmäßigerweise eine Breite, bzw. Dicke auf, die an die Breite der Eingriffsnut angepasst ist, so dass das Werkzeug mit der Eingriffsnut seitlich in die Wulst eingeführt werden kann und in der Eingriffsposition eine senkrecht dazu gerichtete Bewegung des Werkzeugs nahezu spielfrei verhindert. Eine derartige Wulst kann ohne größeren Aufwand entlang eines nicht mit der Einführungsöffnung überlappenden Abschnitts des Öffnungsrands der Auszugsöffnung ausgebildet werden und weist auch bei einer geringen Breite der Wulst eine hohe Formstabilität und mechanische Belastbarkeit auf. Es ist ebenfalls möglich, dass entlang des Öffnungsrands der Auszugsöffnung mehrere Wulstabschnitte angeordnet sind, die jeweils einen Abstand zueinander aufweisen und insgesamt beispielsweise einen Öffnungswinkel von 90° bis 180° oder mehr überdecken. Die Anordnung und die Erstreckung einer Wulst oder mehrerer Wulstabschnitte kann in Abhängigkeit von der Überlappung der Auszugsöffnung mit der Einführungsöffnung so vorgegeben sein, dass die Wulst oder die mehreren Wulstabschnitte nicht in die Einführungsöffnung ragen und eine senkrecht dazu bewirkte Einführung des Werkzeugs behindern.
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Um die Einführung des Werkzeugs in den Einführungskanal zu erleichtern kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Mantelwand in einem dem Einführungskanal zugeordneten Umfangsabschnitt eine sich von der Einführungsöffnung aus in die Einführungsrichtung erstreckende Wandausnehmung aufweist. Da der Einführungskanal lediglich dazu dient, eine Einführung des Werkzeugs in den Innenraum des Werkzeughalters zu ermöglichen, muss die Mantelwand den Einführungskanal nicht vollständig umschließen. Dadurch können gegebenenfalls seitlich das Werkzeug in Umfangsrichtung umgebende und an der Spindel oder seitlich neben der Spindel angeordnete Werkzeugkomponenten wie beispielsweise Düsen oder Abschirmungen näher an dem Werkzeug angeordnet sein, ohne die Einführung und Lagerung des Werkzeugs in dem Werkzeughalter zu behindern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass sich die Wandausnehmung in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich von mehr als 90°, vorzugsweise von mehr als 135° erstreckt. Durch die Wandausnehmung kann auch eine nicht nur vollständig senkrechte, sondern gleichzeitig auch seitlich gerichtete und schräg in die Einführungsöffnung hineingeführte Bewegung des Werkzeugs in den Einführungskanal hinein ermöglicht werden. Die Wandausnehmung kann sich erfindungsgemäß in der Einführungsrichtung bis zu einem Werkzeughaltersitz erstrecken, mit welchem der Werkzeughalter an einer Werkzeugmaschine festgelegt werden kann.
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Um eine formstabile Ausgestaltung und Anordnung des Eingriffselements in dem Haltebereich des Werkzeughalters zu begünstigen ist es gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zweckmäßig, wenn sich die Mantelwand in einem dem Haltebereich zugeordneten und nicht mit dem Einführungskanal überlappenden Bereich von dem Öffnungsrand der Auszugsöffnung bis zu dem Werkzeughaltersitz erstreckt. Die Mantelwand kann dabei durchgehend oder mit einzelnen beabstandet zueinander angeordneten Ausnehmungen oder Aussparungen versehen sein, um beispielsweise das Werkzeug in dem Werkzeughalter von allen Seiten gut sichtbar anordnen zu können.
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Um das Werkzeug möglichst zuverlässig in dem Haltebereich fixieren zu können ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Werkzeughalter mindestens ein elastisch verformbares Rastelement aufweist, welches bei einem Einführen des Werkzeugs in den Einführungskanal gegen eine Federkraft verdrängt wird und das Werkzeug in den Haltebereich drückt. In vorteilhafter Weise ist dabei vorgesehen, dass das Rastelement eine überwiegend oder ausschließlich seitlich gerichtete Federkraft auf das in dem Innenraum des Werkzeughalters angeordnete Werkzeug ausübt und das Werkzeug in den Haltebereich drückt. Das elastisch verformbare Rastelement kann in einem Bereich an oder benachbart zu dem Öffnungsrand der Auszugsöffnung angeordnet sein. Sofern die Mantelwand des Werkzeughalters eine Wandausnehmung aufweist, kann das Rastelement an einem Rand der Wandausnehmung angeordnet sein.
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Es ist ebenfalls möglich, dass der Rand der Wandausnehmung als ein geringfügig in den Innenraum des Werkzeughalters hineinragendes Rastelement ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann die Wandausnehmung in einem nur dem Einführungskanal zugeordneten Bereich der Mantelwand angeordnet sein und der auf beiden Seiten der Wandausnehmung verlaufende Rand der Wandausnehmung in einem Überlappungsbereich des Einführungskanals mit dem Haltebereich verlaufen. Mit einer zur Einführungsöffnung hinführenden Fase wird eine Blockade des Werkzeugs bei dessen Einführung in den Einführungskanal verhindert. Sobald das Werkzeug ausreichend weit in der Einführungsrichtung in den Einführungskanal eindringt müssen die radial nach innen in den Einführungskanal ragenden Ränder der Wandausnehmung radial nach außen verformt werden, um ein weiteres Einführen des Werkzeugs zu ermöglichen. Diese Verformung erzeugt eine Rückstellkraft, die das Werkzeug quer zu der Einführungsrichtung in Richtung des Haltebereichs des Werkzeughalters drückt.
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Es ist ebenfalls möglich und für viele Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeughalters vorteilhaft, dass zwei oder mehr Rastelemente so angeordnet sind, dass das Werkzeug in den Haltebereich gedrückt und dort fixiert wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Rastelement eine an der Mantelwand angeordnete nach innen ragende Rastzunge ist. Eine nach innen ragende Rastzunge kann in einfacher Weise und materialsparend hergestellt bzw. ausgebildet werden.
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In besonders vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass das Rastelement durch einen Randabschnitt der Wandausnehmung in der Mantelwandung gebildet ist. Der Randabschnitt kann in den Innenraum hineinragen bzw. gekrümmt in den Innenraum auslaufen und das Werkzeug in dem Innenraum in Richtung des Haltebereichs drücken.
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Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass eine von der Auszugsöffnung beabstandete und senkrecht zu der Einführungsrichtung ausgerichtete Querschnittsfläche des Innenraums des Werkzeughalters eine langlochförmige Formgebung aufweist. Bei einer langlochförmigen Formgebung können der Einführungskanal und der seitlich versetzte Haltebereich jeweils eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen, die in den beiden entgegengesetzten Enden des Langlochs angeordnet sind und sich teilweise bzw. fast vollständig überlappen. Eine ovale oder langlochförmige Formgebung mit einer entsprechend ausgebildeten Mantelwand lässt sich einfach und kostengünstig herstellen und ermöglicht in einfacher Weise eine formstabile Anordnung und Ausgestaltung des Eingriffselements.
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Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine mit einem in einer Spindel rotierenden Werkzeug, wobei das Werkzeug in einem Abschnitt eines Werkzeugschafts eine Eingriffsnut aufweist, die auf einer von einem Werkzeugkopf abgewandten Seite benachbart zu einer gegenüber der Eingriffsnut radial vorspringenden Umfangsfläche angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Werkzeugmaschine mindestens einen Werkzeughalter mit den vorangehend beschriebenen Merkmalen auf. Der erfindungsgemäße Werkzeughalter eignet sich in besonders vorteilhafter Weise für eine raumsparende Anordnung eines darin aufgenommenen Werkzeugs, da die Spindel das Werkzeug nahezu senkrecht in den Werkzeughalter einführen oder aus dem Werkzeughalter herausnehmen kann und lediglich ein geringer seitlicher Versatz zum Verlagern des Werkzeugs aus dem Einführungskanal in den seitlich versetzten Haltebereich erforderlich ist. Aus diesem Grund ist es besonders vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschine ein Werkzeugmagazin mit einer Anzahl von Werkzeughaltern aufweist, die beispielsweise in einer Reihe zeilenförmig oder in mehreren Reihen nebeneinander matrixförmig angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine große Anzahl von Werkzeugen auf einer geringen Stellfläche mit einer entsprechenden Anzahl von Werkzeughaltern in der Werkzeugmaschine untergebracht sein.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens näher erläutert, die in der Zeichnung abgebildet sind. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters,
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2 eine aus einem anderen Blickwinkel gezeigte perspektivische Ansicht des Werkzeughalters,
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3 eine Seitenansicht des Werkzeughalters,
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4 eine aus einem anderen Blickwinkel gezeigte Seitenansicht des Werkzeughalters,
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5 eine Draufsicht auf den Werkzeughalter,
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6 eine Seitenansicht eines Werkzeugmagazins einer nicht näher dargestellten Werkzeugmaschine mit 10 matrixförmig angeordneten Werkzeughaltern gemäß einer der 1 bis 5,
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7 eine Draufsicht auf das in 6 gezeigte Werkzeugmagazin,
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8 eine perspektivische Ansicht des in den 6 und 7 gezeigten Werkzeugmagazins,
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9 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs, welches in dem erfindungsgemäßen Werkzeughalter aufgenommen und gelagert werden kann,
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10 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters, und
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11 eine schematische Darstellung einer Schnittansicht eines ähnlich zu den in den 1 bis 8 jeweils gezeigten Werkzeughalter ausgestalteten Werkzeughalter.
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Ein in den 1 bis 5 exemplarisch dargestellter Werkzeughalter 1 weist einen flanschartig ausgebildeten Werkzeughaltersitz 2 auf, in dem Bohrungen 3 ausgebildet sind, um den Werkzeughaltersitz 2 auf einem Magazinrahmenelement eines Werkzeugmagazins befestigen zu können. Von dem Werkzeughaltersitz 2 aus ragt eine Mantelwand 4 in den 1 bis 5 nach oben. Die Mantelwand 4 umgibt einen Innenraum 5 des Werkzeughalters 1. In dem Innenraum 5 ist ein von oben, bzw. von einer dem Werkzeugsitz 2 gegenüberliegenden Seite aus zugänglicher Einführungskanal 6 ausgebildet. Der Einführungskanal 6 weist an seinem dem Werkzeugsitz 2 gegenüberliegenden Endbereich eine Einführungsöffnung 7 auf. Das Öffnungsmaß der Einführungsöffnung 7 ist dabei mindestens so groß und zweckmäßigerweise etwas größer als ein maximaler Durchmesser eines in den 1 bis 5 nicht dargestellten, jedoch in den 6 bis 8 sowie 9 gezeigten Werkzeugs 8 in einem Bereich eines Eingriffswulsts 20 in der Umgebung einer Eingriffsnut 9 des Werkzeugs 8, so dass das Werkzeug 8 durch die Einführungsöffnung 7 in den Einführungskanal 6, bzw. in den 1 bis 4 und 6 von oben in den Einführungskanal 6 eingeführt werden kann. Die Einführungsöffnung 7 begrenzt das obere Ende des Einführungskanals 6. An die Einführungsöffnung 7 schließt in axialer Richtung zum Innenraum 5 hin eine Fase 23 an.
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In dem Innenraum 5 des Werkzeughalters 1 ist seitlich geringfügig zu dem Einführungskanal 6 versetzt ein Haltebereich 10 ausgebildet, der ebenfalls von der Mantelwand 4 umgeben ist. In 5 ist eine Querschnittsfläche des Innenraums 5 erkennbar, die minimal langlochförmig ausgebildet ist. Eine in 5 an dem unteren Rand des Langlochs angeordnete Kreisfläche mit einem Mittelpunkt 21 entspricht der Querschnittsfläche des Einführungskanals 6, während eine nur einen bis zwei Millimeter seitlich nach oben versetzte und an dem oberen Rand des Langlochs angeordnete Kreisfläche mit einem Mittelpunkt 22 der Querschnittsfläche des Haltebereichs 10 entspricht. Mögliche Anordnungen des Einführungskanals 6 und des Haltebereichs 10 relativ zueinander sind exemplarisch auch in den nachfolgend beschriebenen 10 und 11 gezeigt und zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt.
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An einem oberen bzw. dem Werkzeughaltersitz 2 abgewandten Ende weist die Mantelwand 4 einen Öffnungsrand 11 einer Auszugsöffnung 12 auf. An einem nicht mit dem Einführungskanal 6 überlappenden Randabschnitt des Öffnungsrands 11 ist eine nach innen vorspringende Wulst 13 ausgebildet, welche formstabil in den Innenraum 5 bzw. in die Auszugsöffnung 12 hineinragt.
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Das Werkzeug 8 kann zunächst in einer mit einem Pfeil 14 angedeuteten Einführungsrichtung von oben in den Einführungskanal 6 eingeführt und anschließend seitlich aus dem Einführungskanal 6 in den Haltebereich 10 verlagert werden. Die seitliche Verlagerung kann wenige Millimeter oder sogar nur 1 Millimeter oder weniger betragen. Dabei greift die Eingriffsnut 9 des Werkzeugs 8 mit der nach innen vorspringenden Wulst 13 des Werkzeughalters 1 ein und bewirkt einen formschlüssigen Eingriff des Werkzeugs 8 mit dem Werkzeughalter 1. Aus dem Haltebereich 10 kann das Werkzeug 8 wegen des formschlüssigen Eingriffs nicht entgegen der Einführungsrichtung 14 bzw. in den Abbildungen nach oben herausgezogen werden, sondern wird in dem Werkzeughalter 1 zurückgehalten. Dadurch wird ein Ablösen des Werkzeugs 8 von einer das Werkzeug 8 während dessen Benutzung aufnehmenden Spindel unterstützt und das Werkzeug 8 in dem Werkzeughalter 1 zurückgehalten.
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Die Mantelwand 4 des Werkzeughalters 1 weist an einem der Wulst 13 gegenüberliegenden und ausschließlich dem Einführungskanal 6 zugeordneten Abschnitt eine Wandausnehmung 15 auf, die sich von der Einführungsöffnung 7 in der Einführungsrichtung 14 bis nahe zu dem Werkzeughaltersitz 2 erstreckt. In Umfangsrichtung erstreckt sich die Wandausnehmung 15 über einen Öffnungswinkel von mehr als 90°. Die gegenüberliegenden Randabschnitte 16 der Wandausnehmung 15 sind in einem Bereich an der Einführungsöffnung 7 als elastische und nach innen ragende Rastzungen 17 ausgestaltet, die von einem in den Einführungskanal 6 eingeführten Werkzeug 8 nach außen verformt werden und das Werkzeug 8 seitlich in Richtung des Haltebereichs 10 drücken und dort fixieren.
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Zu der Einführungsöffnung 7 hin weist ein oberer Bereich der Mantelwand 4 jeweils eine sich bis zu der Wulst 13 erstreckende Fase 23 auf. Durch diese Fase 23 wird erreicht, dass die Randabschnitte 16 radial weiter nach innen ragen können als die durch die Fase 23 vorgegebene Einführungsöffnung 7. Wenn das Werkzeug 8 senkrecht zu der Einführungsöffnung 7 in Einführungsrichtung in den Einführungskanal 6 eingeführt wird, verhindert die Fase 23 ein Aufliegen des Eingriffswulstes 20 auf dem Rand der Einführungsöffnung 7. Sobald der Eingriffswulst 20 des Werkzeugs an der Fase 23 vorbeigeführt wird, weitet der Eingriffswulst 20 die Randabschnitte 16 radial auf. Die dadurch bewirkte Rückstellkraft drückt das Werkzeug 8 in den seitlich benachbart angeordneten Haltebereich 10.
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In den 6 bis 8 sind verschiedene Ansichten eines Werkzeugmagazins 18 gezeigt. Das Werkzeugmagazin 18 weist ein Magazinrahmenelement 19 auf, in dem zehn Werkzeughalter 1 matrixförmig angeordnet sind. Die einzelnen Werkzeughalter 1 sind jeweils mit dem Werkzeughaltersitz 2 an dem Magazinrahmenelement 19 festgeschraubt. Die Werkzeuge 1 können nahezu senkrecht bzw. zunächst entlang der Einführungsrichtung 14 in den Innenraum 5 des jeweiligen Werkzeughalters 1 eingebracht und anschließend seitlich in den jeweiligen Haltebereich 10 verlagert werden, bis die Eingriffsnut 9 des Werkzeugs 1 mit der in den 6 bis 8 nicht sichtbaren Wulst 13 eingreift und das Werkzeug 8 in dem Werkzeughalter 1 festgelegt ist. In den 6 und 7 sind auch die benachbart zu der Eingriffsnut 9 angeordneten radial vorspringenden und die Eingriffsnut 9 begrenzenden Eingriffswulste 20 sichtbar, welche das minimale Öffnungsmaß für die Einführungsöffnung 7 vorgeben.
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In 9 ist exemplarisch ein Werkzeug 8 dargestellt, welches in dem erfindungsgemäßen Werkzeughalter 1 gelagert werden kann. Das Werkzeug 8 weist ein HSK-Spannfutter 24 auf. Die radial umlaufende Eingriffsnut 9 wird in axialer Richtung auf beiden Seiten jeweils von einer Eingriffswulst 20 begrenzt.
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In den 10 und 11 sind lediglich schematisch Ansichten von zwei verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeughalters 1 dargestellt, wobei die Blickrichtung einer senkrecht von oben auf die Abbildungsfläche gerichteten Einführungsrichtung des Werkzeugs 8 entspricht. Der zylinderförmige Haltebereich 10 ist in beiden Fällen rechts dargestellt, während der ebenfalls zylinderförmige Einführungskanal 6 links dargestellt ist. Der Mittelpunkt 21 des Einführungskanals 6 weist in dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Abstand zu dem Mittelpunkt 22 des Haltebereichs 10 auf, der etwa dem Radius des Einführungskanals 6 oder des Haltebereichs 10 entspricht. Im Gegensatz dazu weist der Mittelpunkt 21 des Einführungskanals 6 bei dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich einen Abstand zu dem Mittelpunkt 22 des Haltebereichs 10 auf, welcher der radialen Erstreckung des formstabilen Wulstes 13 in den Innenraum 5 des Werkzeughalters 1 entspricht. Der formstabile Wulst 13 darf nicht in die Einführungsöffnung 7 des Einführungskanals 6 ragen und lediglich in einem überlappungsfreien Bereich der Auszugsöffnung 12 angeordnet sein, um die Einführung des Werkzeugs 8 in den Einführungskanal 6 nicht zu blockieren.
