DE202018105949U1

DE202018105949U1 - Werkzeughalter und Werkzeug mit einem solchen Werkzeughalter

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Publication number: DE202018105949U1
Application number: DE202018105949.1U
Authority: DE
Original assignee: Hartmetall Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
Current assignee: Hartmetall Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-01-20
Anticipated expiration: 2028-10-18

Abstract

Werkzeughalter (12) für ein Werkzeug (10) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend:
- eine Schneidplatten-Aufnahme (18) zur Aufnahme einer Schneidplatte (14), wobei die Schneidplatten-Aufnahme (18) eine obere Klemmbacke (20) zur Anlage an einer Oberseite (24) der Schneidplatte (14) sowie eine untere Klemmbacke (22) zur Anlage an einer der Oberseite (24) gegenüberliegenden Unterseite (26) der Schneidplatte (14) aufweist; und
- ein interner Kühlmittelkanal (36), welcher sich im Inneren des Werkzeughalters (12) zwischen einer Kühlmitteleinlassöffnung (38) und einer Kühlmittelauslassöffnung (40) erstreckt, wobei ein im Inneren der oberen Klemmbacke (20) entlang einer Kanalmittelachse (62) verlaufender Endabschnitt (56) des Kühlmittelkanals (36) in die Kühlmittelauslassöffnung (40) mündet; wobei die Kühlmittelauslassöffnung (40) an der oberen Klemmbacke (20) angeordnet ist und als längliche Öffnung ausgestaltet ist, wobei eine Breite (b₁) der Kühlmittelauslassöffnung (40) geringer als eine orthogonal zu der Breite (b₁) der Kühlmittelauslassöffnung (40) gemessene Höhe (h₁) der Kühlmittelauslassöffnung (40) ist, und wobei der Endabschnitt (56) des Kühlmittelkanals (36) in einem Querschnitt orthogonal zu der Kanalmittelachse (62) ebenfalls länglich ausgestaltet ist, wobei eine orthogonal zu der Kanalmittelachse (62) gemessene Breite (b₂) des Endabschnitts (56) geringer als eine orthogonal zu der Kanalmittelachse (62) und orthogonal zu der Breite (62) des Endabschnitts (56) gemessene Höhe (h₂) des Endabschnitts (56) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus auch das Werkzeug, das den erfindungsgemäßen Werkzeughalter sowie eine an dem Werkzeughalter angeordnete Schneidplatte aufweist.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ist vorzugsweise als Drehwerkzeug ausgestaltet. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug um ein Drehwerkzeug, das zum Einstech- und Abstechdrehen verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Werkzeug bzw. der erfindungsgemäße Werkzeughalter kann beispielsweise als Stechschwert ausgestaltet sein. Alternativ dazu kann der Werkzeughalter des erfindungsgemäßen Werkzeugs auch als Werkzeughalter-Kassette ausgestaltet sein, die in bereits bekannter Weise in einer CNC-Drehmaschine Einsatz findet. Unabhängig davon, ob der erfindungsgemäße Werkzeughalter die Form eines Stechschwerts aufweist oder in Form einer Werkzeughalter-Kassette ausgebildet ist, wird das erfindungsgemäße Werkzeug vorzugsweise zum Einstechdrehen bei sehr schmalen Stechbreiten verwendet. Die Schneidplatten-Aufnahme des Werkzeughalters sowie die darin eingesetzte Schneidplatte sind daher vorzugsweise vergleichsweise schmal ausgestaltet, um eine derartige Bearbeitung (schmale Stechbreiten) zu ermöglichen.
Eine besondere Herausforderung bei der Drehbearbeitung schmaler Stechbreiten liegt in der Zufuhr des Kühl- und Schmiermittels (im Folgenden vereinfacht als „Kühlmittel“ bezeichnet). Um eine möglichst gute Kühlung und Schmierung der mit dem Werkstück in Eingriff stehenden Schneidplatte zu garantieren, sollte das Kühlmittel möglichst exakt innerhalb der herzustellenden Einstechnut an die Bearbeitungsstelle gelangen.
Aufgrund der vergleichsweise schmalen Ausgestaltung des Werkzeughalters insbesondere im Bereich der Schneidplatte müssen die bei solchen Werkzeugen meist im Inneren des Werkzeughalters vorgesehenen Kühlmittelkanäle daher sehr klein ausgestaltet werden. Dies begrenzt andererseits jedoch die Menge der Kühlmittelzufuhr pro Zeiteinheit.
Aus der EP 3 103 573 A1 ist beispielsweise ein Stechschwert mit einem internen Kühlmittelkanal bekannt, der oberhalb der Schneidplatte aus dem Werkzeughalter des Stechschwerts austritt. Ein weiteres Stechschwert mit internem Kühlmittelkanal ist aus der DE 81 26 791 A1 bekannt.
Bei den beiden zuvor genannten Stechschwertern sind die Kühlmittelaustritte aus den zuvor genannten Gründen relativ klein ausgestaltet. Um die Bearbeitungsstelle mit ausreichend Kühlmittel versorgen zu können, muss das Kühlmittel daher mit einem sehr hohen Druck beaufschlagt werden. Zudem ist es relativ schwierig, den sehr kleinen Kühlmittelaustritt so exakt auszurichten, dass der entstehende, sehr feine Kühlmittelstrahl in gewünschter Weise auf die Bearbeitungsstelle ausgerichtet ist.
Es wäre daher wünschenswert, den Kühlmittelaustritt trotz der sehr schmalen Ausgestaltung des Werkzeughalters im Bereich der Schneidplatten-Aufnahme etwas größer vorzusehen, um die Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit steigern zu können und einen nicht ganz so feinen Kühlmittelstrahl zu erzeugen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Werkzeughalter und ein dazu gehöriges Werkzeug bereitzustellen, der bzw. das sich insbesondere zur Bearbeitung schmaler Stechbreiten eignet und eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Kühlmittelzufuhr an die Bearbeitungsstelle, an der die Schneidplatte mit dem zu bearbeitenden Werkstück in Eingriff kommt, zu gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Werkzeughalter gelöst, der folgende Merkmale aufweist:

- eine Schneidplatten-Aufnahme zur Aufnahme einer Schneidplatte, wobei die Schneidplatten-Aufnahme eine obere Klemmbacke zur Anlage an einer Oberseite der Schneidplatte sowie eine untere Klemmbacke zur Anlage an einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite der Schneidplatte aufweist; und
- ein interner Kühlmittelkanal, welcher sich im Inneren des Werkzeughalters zwischen einer Kühlmitteleinlassöffnung und einer Kühlmittelauslassöffnung erstreckt, wobei ein im Inneren der oberen Klemmbacke entlang einer Kanalmittelachse verlaufender Endabschnitt des Kühlmittelkanals in die Kühlmittelauslassöffnung mündet;

Ferner wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Werkzeug mit einem solchen Werkzeughalter und einer in die Schneidplatten-Aufnahme eingesetzten Schneidplatte gelöst.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich insbesondere durch die Art und Weise wie der Endabschnitt des Kühlmittelkanals und die Kühlmittelauslassöffnung, in die der Endabschnitt des Kühlmittelkanals mündet, ausgestaltet sind. Sowohl der Endabschnitt als auch die Kühlmittelauslassöffnung besitzen eine längliche Form, deren Breite geringer als dessen Höhe ist.
Auf diese Weise lassen sich sowohl der Endabschnitt des Kühlmittelkanals als auch die Kühlmittelauslassöffnung auch bei sehr schmaler Ausgestaltung der oberen Klemmbacke des Werkzeughalters maximal groß ausgestalten. Demzufolge kann auch bei einer sehr schmalen Ausgestaltung der oberen Klemmbacke vergleichsweise viel Kühlmittel aus der Kühlmittelauslassöffnung austreten. Die Bearbeitungsstelle, also die Stelle, an der die Schneidplatte mit dem zu bearbeitenden Werkstück in Kontakt tritt, kann daher auch bei Drehwerkzeugen zur Bearbeitung sehr schmaler Stechbreiten ausreichend gut mit Kühlmittel versorgt werden.
Die genannte Breite und Höhe des Endabschnitts beziehen sich vorliegend auf die orthogonal zueinander ausgerichteten, geometrischen Abmessungen des Endabschnitts, die der Querschnitt des Endabschnitts, welcher orthogonal zu der Kanalmittelachse ausgerichtet ist, besitzt.
Unter der Kanalmittelachse wird vorliegend die zentrale Achse verstanden, die mittig im Endabschnitt des Kühlmittelkanals angeordnet ist und entlang derer sich der Kühlmittelkanal längs erstreckt.
Der Endabschnitt des Kühlmittelkanals ist vorzugsweise ungekrümmt. Die Kanalmittelachse ist mit anderen Worten also im Bereich des Endabschnitts des Kühlmittelkanals eine Gerade, welche mittig entlang des Endabschnitts des Kühlmittelkanals verläuft. Der orthogonal zu der Kanalmittelachse ausgerichtete Querschnitt des Endabschnitts kann, muss jedoch nicht spiegelsymmetrisch zu der Kanalmittelachse ausgerichtet sein.
Gemäß einer Ausgestaltung nimmt die Höhe des Endabschnitts entlang der Kanalmittelachse zu der Kühlmittelauslassöffnung hin zu.
Je näher sich der Kühlmittelkanal der Kühlmittelauslassöffnung nähert, desto mehr nimmt dessen Höhe mit anderen Worten zu. Der aus dem Kühlmittelkanal austretende Kühlmittelstrahl wird also im Bereich des Endabschnitts entlang der Höhe des Endabschnitts aufgefächert. Der dadurch entstehende, vergleichsweise hoch aufgefächerte Kühlmittelstrahl, der die Kühlmittelauslassöffnung verlässt, kann einen relativ großen Teil der mit dem Werkzeug herzustellenden Nut mit Kühlmittel versorgen.
Vorzugsweise nimmt die Höhe des Endabschnitts entlang der Kanalmittelachse zu der Kühlmittelauslassöffnung hin kontinuierlich zu. Im Vergleich zu einer diskontinuierlichen, sprunghaften Zunahme (beispielsweise einer Zunahme in Stufen) ist eine solche kontinuierliche Zunahme der Höhe des Endabschnitts des Kühlmittelkanals aus fluiddynamischer Sicht von großem Vorteil, da hierdurch keine oder zumindest nur sehr geringe turbulente Strömungen im Kühlmittelkanalstrom erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Kühlmittelauslassöffnung in einer Ebene angeordnet, die unter einem spitzen Winkel zu einer Halterlängsachse, entlang derer sich der Werkzeughalter längs erstreckt, ausgerichtet ist.
Die Vorderseite der oberen Klemmbacke, an der die Kühlmittelauslassöffnung angeordnet ist, verläuft also mit anderen Worten schräg zu der Halterlängsachse. Allein durch diese Schrägstellung bzw. Abschrägung der Kühlmittelauslassöffnung würde sich selbst bei einem Kühlmittelkanal mit kreisrundem Querschnitt automatisch eine längliche Kühlmittelauslassöffnung ergeben, deren Breite geringer als deren Höhe ist. Bei dem Werkzeughalter gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch, wie bereits erwähnt, auch der Endabschnitt des Kühlmittelkanals länglich ausgestaltet, so dass diese schräge Anordnung der Kühlmittelauslassöffnung hier zusätzlich die ohnehin bereits vorhandene längliche Form verstärkt.
Vorzugsweise verläuft die Kanalmittelachse schräg bzw. unter einem spitzen Winkel zu der Halterlängsachse, so dass der aus der Kühlmittelauslassöffnung austretende Kühlmittelstrahl schräg von oben in Richtung auf die Schneidplatte gelenkt wird. Die Ebene, in der die Kühlmittelauslassöffnung angeordnet ist, verläuft vorzugsweise ebenfalls schräg bzw. unter einem spitzen Winkel zu der Kanalmittelachse.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kühlmittelauslassöffnung oval geformt.
Unter „oval“ wird vorliegend jedoch nicht nur eiförmig oder elliptisch verstanden. Als „oval“ gilt im vorliegenden Sinne auch eine Form, die der Form einer Laufbahn in einem Leichtathletikstadion ähnelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die ovale Kühlmittelauslassöffnung durch zwei zueinander parallele, gerade Flanken und zwei bogenförmige Abschnitte, die sich an gegenüberliegende Enden der geraden Flanken anschließen, gebildet.
Eine solche ovale Form hat insbesondere den Vorteil, dass keine scharfkantigen Ecken auftreten, die zu Turbolenzen innerhalb des Kühlmittelstroms führen könnten, und dass sich gleichzeitig ein der Höhe nach aufgefächerter, aber dennoch gerichteter Kühlmittelstrahl erzeugen lässt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat ein Anfangsabschnitt des Kühlmittelkanals, welcher an die Kühlmitteleinlassöffnung angrenzt, einen kreisrunden Querschnitt.
Der Kühlmittelkanal geht also vorzugsweise im Inneren des Werkzeughalters on einem Abschnitt mit kreisrundem Querschnitt in einen Abschnitt mit länglichem Querschnitt über. Vorzugsweise ist der Anfangsabschnitt innerhalb eines Grundkörpers des Werkzeughalters angeordnet, dessen Breite im Vergleich zu der oberen Klemmbacke größer ist. Ein Kühlmittelkanal-Abschnitt mit kreisrundem Querschnitt ist in diesem Teil des Werkzeughalters bevorzugt, da der Kühlmittelkanal in diesem Bereich nicht schmal ausgestaltet sein muss und sich somit das Volumen des Kühlmittelkanals bzw. des Anfangsabschnitts des Kühlmittelkanals aufgrund des kreisrunden Querschnitts vergrößern lässt. Der Anfangsabschnitt des Kühlmittelkanals ist vorzugsweise länger als der Endabschnitt des Kühlmittelkanals. Er bildet somit den Großteil des Kühlmittelkanals.
In einer alternativen Ausgestaltung ist jedoch der gesamte Kühlmittelkanal, also inklusive des Anfangsabschnitts des Kühlmittelkanals, länglich bzw. oval ausgestaltet. Dies ist insbesondere bei einer Ausgestaltung des Werkzeughalters als Stechschwert von Vorteil, da Werkzeughalter von Stechschwertern üblicherweise über ihre gesamte Länge sehr schmal ausgestaltet sind, um sehr große Stechtiefen zu ermöglichen.
Im Falle der Ausgestaltung des Anfangsabschnitts des Kühlmittelkanals mit einem kreisrunden Querschnitt ist der Durchmesser des Querschnitts des Anfangsabschnitts vorzugsweise größer als die Breite des Endabschnitts, aber kleiner als die Höhe des Endabschnitts.
In dieser Ausgestaltung verjüngt sich der Kühlmittelkanal in Breitenrichtung zwischen dem Anfangsabschnitt und dem Endabschnitt. Dadurch ergibt sich eine Art Düseneffekt, durch den der Kühlmittelstrahl in Breitenrichtung beschleunigt und somit in Breitenrichtung fokussiert wird. In Höhenrichtung wird der Kühlmittelstrahl dagegen, wie oben bereits erwähnt, aufgefächert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hat ein Mittelabschnitt des Kühlmittelkanals, welcher den Anfangsabschnitt mit dem Endabschnitt verbindet, an seinem an den Anfangsschnitt angrenzenden ersten Ende einen kreisrunden Querschnitt und an seinem an den Endabschnitt angrenzenden zweiten Ende einen länglichen Querschnitt, wobei sich der Querschnitt des Mittelabschnitts zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende in einem stetigen Verlauf ändert.
Der Mittelabschnitt dient also als eine Art Übergangsabschnitt, durch den die besagte Querschnittsänderung des Kühlmittelkanals erzeugt wird. Der sich im Mittelabschnitt stetig verändernde Querschnitt ist wiederum aus fluiddynamischer Sicht von Vorteil.
Ein derartig komplex geformter Kühlmittelkanal, wie er vorliegend für den Anfangsabschnitt, den Mittelabschnitt und den Endabschnitt sowie deren Übergänge beschrieben ist, lässt sich in vorteilhafter Weise insbesondere durch additive Fertigung herstellen. Der Werkzeughalter wird daher vorzugsweise gesamthaft mittels additiver Fertigung hergestellt. Bei dieser additiven Fertigung wird der Kühlmittelkanal in dem additiven Fertigungsschritt gleich miterzeugt. Eine nachträgliche Erzeugung des Kühlmittelkanals wäre bei der genannten Form ansonsten sehr aufwendig.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Endabschnitt im Inneren der oberen Klemmbacke angeordnet, wohingegen der Mittelabschnitt und der Anfangsabschnitt im Inneren des Werkzeughalters, aber nicht im Inneren der oberen Klemmbacke angeordnet sind.
Vorzugsweise ist der Anfangsabschnitt des Kühlmittelkanals gekrümmt ausgestaltet. Besonders bevorzugt hat der Anfangsabschnitt eine sich entlang des Kühlmittelkanalverlaufs stetig ändernde Krümmung. Auch hier sind also vorzugsweise keinerlei Ecken vorhanden, welche turbulente Strömungen im Kühlmittelstrom verursachen. Ohne die zuvor bereits erwähnte additive Fertigung, mittels derer der Werkzeughalter vorzugsweise hergestellt wird, wäre ein solch stetig gekrümmter Kühlmittelkanal kaum herstellbar. Bei einer additiven Fertigung des Werkzeughalters ist dies hingegen problemlos möglich.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Werkzeughalter zumindest eine Bohrung auf, wobei der Kühlmittelkanal im Inneren des Werkzeughalters um die zumindest eine Bohrung herum verläuft.
Bei einer gekrümmten Ausgestaltung des Anfangsabschnitts des Kühlmittelkanals ist es problemlos möglich, den Kühlmittelkanal sozusagen um die Bohrungen herum zu schlängeln.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der Kühlmittelkanal eine zweite Kühlmittelauslassöffnung auf, die in der unteren Klemmbacke oder darunter angeordnet ist.
Somit lässt sich die Schneidplatte auch von unten kühlen. In dieser Ausgestaltung verlässt das Kühlmittel den Werkzeughalter sowohl oberhalb der Schneidplatte (an der ersten Kühlmittelauslassöffnung) als auch unterhalb der Schneidplatte (an der zweiten Kühlmittelauslassöffnung) den Werkzeughalter. Die zweite Kühlmittelauslassöffnung ist vorzugsweise ebenfalls mit der Kühlmitteleinlassöffnung verbunden. Der Kühlmittelkanal verzweigt sich demnach vorzugsweise innerhalb des Werkzeughalters.
Die zweite Kühlmittelauslassöffnung kann in der unteren Klemmbacke angeordnet sein, besonders bevorzugt ist die zweite Kühlmittelauslassöffnung an einem nach vorne hin abstehenden Sockel einer sogenannten Unterstützung angeordnet, die unterhalb der unteren Klemmbacke (also auf der von der oberen Klemmbacke abgewandten Seite) angeordnet ist.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs;
2 eine Explosionsdarstellung des in 1 gezeigten Werkzeugs;
3 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Werkzeugs, wobei der Werkzeughalter des Werkzeugs teilweise transparent dargestellt ist, um dessen Inneres zu veranschaulichen;
4 eine Draufsicht von oben auf das in 1 gezeigte Werkzeug, wobei der Werkzeughalter des Werkzeugs teilweise transparent dargestellt ist, um dessen Inneres zu veranschaulichen;
5 eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Werkzeugs, wobei der Werkzeughalter des Werkzeugs teilweise transparent dargestellt ist, um dessen Inneres zu veranschaulichen;
6 eine Schnittansicht des in 1 gezeigten Werkzeugs; und
7 eine Detailansicht eines Kühlmittelauslasses des erfindungsgemäßen Werkzeughalters in einer Draufsicht von vorne.

Die 1-7 zeigen mehrere Ansichten eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugs. Das Werkzeug ist in den Zeichnungen jeweils gesamthaft mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das Werkzeug 10 weist einen Werkzeughalter 12 sowie eine darin einspannbare Schneidplatte 14 auf. Der Werkzeughalter 12 ist in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel als Werkzeughalter-Kassette ausgebildet, die sich in einer Werkzeugmaschine, beispielsweise eine CNC-Drehmaschine, einspannen lässt. Die Einspannung in der Werkzeugmaschine erfolgt typischerweise über mehrere Spannmittel, die in Bohrungen 16 eingreifen, welche im Werkzeughalter 12 dafür vorgesehen sind.
Ein Vorteil solcher Werkzeughalter-Kassetten besteht darin, dass sich mehrere Werkzeughalter-Kassetten unterschiedlichen Typs, welche beispielsweise für unterschiedliche Arten von Drehbearbeitungen eignen, an der Werkzeugmaschine leicht anbringen lassen, so dass, je nach gewünschter Bearbeitungsart, schnell zwischen den verschiedenen Werkzeugen gewechselt werden kann.
Der Werkzeughalter 12 gemäß des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels weist im Bereich seines vorderen Endes eine Schneidplatten-Aufnahme 18 zur Aufnahme und lösbaren Befestigung der Schneidplatte 14 auf. Die Schneidplatten-Aufnahme 18 wird durch eine obere Klemmbacke 20 und eine untere Klemmbacke 22 gebildet. Die beiden Klemmbacken 20, 22 sind voneinander beabstandet. Zwischen diesen ergibt sich ein Zwischenraum, der die Schneidplatten-Aufnahme 18 definiert. In montiertem Zustand des Werkzeugs 10 ist die Schneidplatte 14 in diesem Zwischenraum angeordnet und zwischen der oberen Klemmbacke 20 und der unteren Klemmbacke 22 eingespannt. Die obere Klemmbacke 20 liegt dabei an einer Oberseite 24 der Schneidplatte 14 an. Die untere Klemmbacke 22 liegt an einer der Oberseite 24 gegenüberliegenden Unterseite 26 der Schneidplatte 14 an.
In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Werkzeughalter 12 ein Trennschlitz 28 vorgesehen. Dieser Trennschlitz 28 trennt die obere Klemmbacke 20 von der unteren Klemmbacke 22. Der Trennschlitz 28 ermöglicht eine zumindest teilweise elastische Beweglichkeit der beiden Klemmbacken 20, 22 relativ zueinander. Zur Erzeugung einer zusätzlichen Spannkraft, mittels derer die Schneidplatte 14 in der Schneidplatten-Aufnahme 18 eingespannt wird, weist das Werkzeug 10 in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel eine Spannschraube 30 auf, welche durch den Trennschlitz 28 hindurch in ein im Werkzeughalter 12 vorgesehenes Innengewinde 32 eingeschraubt wird. Durch Einschrauben der Spannschraube 30 in das Innengewinde 32 wird die obere Klemmbacke 20 in Richtung der unteren Klemmbacke 22 bewegt, so dass sich die Höhe der Schneidplatten-Aufnahme 18 verringert und die auf die Schneidplatte 14 ausgeübte Spannkraft erhöht wird. Zum Lösen der Schneidplatte 14 von dem Werkzeughalter 12 muss die Spannschraube 30 dann wieder entsprechend gelöst werden.
In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Spannschraube 30 orthogonal zu einer Längsachse 34, entlang derer sich der Werkzeughalter 12 längs erstreckt, eingesetzt. Es versteht sich jedoch, dass dies nicht zwangsläufig so sein muss. Beispielsweise ließe sich die Spannschraube 30 auch unter einem spitzen Winkel zu der Längsachse 34 in den Werkzeughalter 12 einsetzen. Ebenso sind Ausführungsbeispiele denkbar, in denen gänzlich auf eine solche Spannschraube 30 verzichtet wird. In derartigen Ausführungsbeispielen genügt bereits die Vorspannung zwischen der oberen Klemmbacke 20 und der unteren Klemmbacke 22, um eine ausreichend große Spannkraft auf die Schneidplatte 14 auszuüben. Zum Lösen bzw. Austauschen der Schneidplatte muss dann meist ein Spreizschlüssel verwendet werden, mithilfe dessen die Schneidplatten-Aufnahme 18 aufgespreizt wird, um die Schneidplatte 14 von dem Werkzeughalter 12 entnehmen zu können.
Der Werkzeughalter 12 weist in dessen Inneren ferner einen Kühlmittelkanal 36 auf, welcher insbesondere in den 3-5 ersichtlich ist. Dieser Kühlmittelkanal 36 dient der Führung von Kühl- bzw. Schmiermittel, welches meist mit einem hohen Druck beaufschlagt wird und während des Einsatzes des Werkzeugs 10 in den Bereich der Schneidplatte 14, also in den Bereich der Bearbeitungsstelle des Werkstücks, gesprüht wird. Der Kühlmittelkanal 36 erstreckt sich zwischen einer Kühleinlassöffnung 38 und einer Kühlmittelauslassöffnung 40. Die Kühlmittelauslassöffnung 40 ist an der oberen Klemmbacke 20 angeordnet, um hierdurch Kühlmittel vorzugsweise von schräg oben auf die Schneidplatte 14 zu lenken.
In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Kühlmittelkanal 36 eine weitere Kühlmittelauslassöffnung 42 auf, die vorliegend als zweite Kühlmittelauslassöffnung 42 bezeichnet wird. Bei dieser zweiten Kühlmittelauslassöffnung 42 handelt es sich allerdings nur um ein optionales Merkmal des erfindungsgemäßen Werkzeugs 10. Die zweite Kühlmittelauslassöffnung 42 ist unterhalb der Schneidplatten-Aufnahme 18 angeordnet. Genauer gesagt ist die zweite Kühlmittelauslassöffnung 42 in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel an einem nach vorne abstehenden Vorsprung einer sogenannten Unterstützung 44 angeordnet, welche an ein unteres Ende der unteren Klemmbacke 22 angrenzt und die untere Klemmbacke 22 trägt bzw. mechanisch stabilisiert. Der Kühlmittelkanal 36 verzweigt sich im Inneren des Werkzeughalters 12 an einer Abzweigungsstelle 46 in einen ersten Teilkanal 48, der in die Kühlmittelauslassöffnung 40 mündet, und einen zweiten Teilkanal 50, der in die zweite Kühlmittelauslassöffnung 42 mündet. Wie bereits erwähnt, kann der zweite Teilkanal 50 und die zweite Kühlmittelauslassöffnung 42 grundsätzlich jedoch auch weggelassen werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Im Folgenden wird daher hauptsächlich auf die Ausgestaltung des ersten Teilkanals 48 des Kühlmittelkanals 36 näher eingegangen.
Der Kühlmittelkanal 36, insbesondere dessen erster Teilkanal 48, schlängelt sich durch das Innere des Werkzeughalters 12 (siehe insbesondere 3-5). Er verläuft um die Bohrungen 16 sowie um die Spannschraube 30 herum. Der Kühlmittelkanal 36 ist daher an mehreren Stellen gekrümmt ausgestaltet. Besonders bevorzugt besitzt der Kühlmittelkanal 36 entlang seines Verlaufs eine sich stetig ändernde Krümmung. Er weist also vorzugsweise keine scharfen Ecken, sprunghafte oder stufenartige Absätze auf. Dies ist insbesondere aus fluiddynamischer Sicht von Vorteil, da sich hierdurch unerwünschte turbulente Strömungen innerhalb des Kühlmittelkanals 36 vermeiden oder zumindest auf ein Minimum reduzieren lassen.
Der Kühlmittelkanal 36, insbesondere dessen erster Teilkanal 38 weist mehrere Abschnitte auf, welche vorliegend als Anfangsabschnitt 52, Mittelabschnitt 54 und Endabschnitt 56 bezeichnet werden.
Der Anfangsabschnitt 52 bildet den ersten Abschnitt des Kühlmittelkanals 36 bzw. dessen ersten Kanalteils 48. Er grenzt an die Kühlmitteleinlassöffnung 38 an und erstreckt sich über einen Großteil der Länge des Kühlmittelkanals 36. In diesem Anfangsabschnitt 52 weist der Kühlmittelkanal 36 vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt auf.
Der Endabschnitt 56 bildet das andere Ende des ersten Teilkanals 48 des Kühlmittelkanals 36. Der Endabschnitt 56 ist in der oberen Klemmbacke 20 angeordnet und mündet in die Kühlmittelauslassöffnung 40. Der Endabschnitt 56 des Kühlmittelkanals 36 wie auch die Kühlmittelauslassöffnung 40 bilden jeweils einen länglichen Querschnitt, dessen Breite geringer als dessen orthogonal dazu gemessene Höhe ist.
Der Mittelabschnitt 54 des Kühlmittelkanals 36 bildet den Übergang zwischen dem Anfangsabschnitt 52 und dem Endabschnitt 56. Ein erstes Ende des Mittelabschnitts 54 grenzt also an den Anfangsabschnitt 52 an und ein zweites, gegenüberliegendes Ende des Mittelabschnitts 54 grenzt an den Endabschnitt 56 an. Der Mittelabschnitt 54 ist ebenso wie der Anfangsabschnitt 52 vorzugsweise innerhalb des Grundkörpers des Werkzeughalters 12, also nicht in der oberen Klemmbacke 20 angeordnet. Vorzugsweise ist lediglich der Endabschnitt 56 innerhalb der oberen Klemmbacke 20 angeordnet. Der Übergang zwischen dem Mittelabschnitt 54 und dem Endabschnitt 56 erfolgt also vorzugsweise im Bereich des Übergangs zwischen dem Grundkörper des Werkzeughalters 12 und der oberen Klemmbacke 20.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft die Art der Ausgestaltung der Kühlmittelauslassöffnung 40 sowie des daran angrenzenden Endabschnitts 56 des Kühlmittelkanals 36.
Die Kühlmittelauslassöffnung 40, welche an der oberen Klemmbacke 20 angeordnet ist, ist als längliche Öffnung ausgestaltet, deren Breite b₁ geringer als dessen orthogonal dazu gemessene Höhe h₁ ist (siehe insbesondere 7). Die Kühlmittelauslassöffnung 40 hat vorzugsweise eine ovale Form. Diese ovale Form kann beispielsweise elliptisch oder eiförmig ausgestaltet sein. In dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die ovale Kühlmittelauslassöffnung 40 jedoch zwei zueinander parallele Flanken 58 und zwei bogenförmige Abschnitte 60, die sich an gegenüberliegende Enden der geraden Flanken 58 anschließen. Die bogenförmigen Abschnitte 60 können als Halbkreise oder als Halb-Ellipsen ausgestaltet sein. Vorzugsweise gehen die geradlinigen Flanken 58 jeweils in stetigem Verlauf in die bogenförmigen Abschnitte 60 über.
Der an den Kühlmittelauslass 40 angrenzende Endabschnitt 56 des Kühlmittelkanals 36 ist ebenfalls länglich ausgestaltet. Der Endabschnitt 56 erstreckt sich längs entlang einer Kanalmittelachse 62, die mittig bzw. zentral entlang des Endabschnitts 56 verläuft (siehe insbesondere 1). Der Endabschnitt 56 weist insbesondere in Bezug auf diese Kanalmittelachse 62 einen länglichen Querschnitt auf. Genauer gesagt, ist eine orthogonal zu der Kanalmittelachse 62 gemessene Breite b₂ des Endabschnitts 56 geringer als eine orthogonal zu der Kanalmittelachse 62 und orthogonal zu der Breite b₂ gemessene Höhe h₂ des Endabschnitts 56 (siehe insbesondere 4 und 6).
Somit hat nicht nur die Kühlmittelauslassöffnung 40, sondern auch der Endabschnitt 56 eine längliche, vorzugsweise ovale Form. Der Kühlmittelstrahl wird daher in Richtung bzw. parallel zu der Höhe h₁ und h₂ aufgefächert sowie entlang der Breite b₁ und b₂ seitlich fokussiert. Dies ist insbesondere bei Werkzeugen mit vergleichsweise schmal ausgestalteten oberen Klemmbacken 20, die zur Bearbeitung von Einstechnuten mit vergleichsweise kleinen Stechbreiten eingesetzt werden, von Vorteil. Auch in einem solchen Fall kann selbst bei der Bearbeitung von kleinen Stechbreiten ein ausreichend großer Kühlmittelstrom garantiert werden, der sich optimal zur Kühlung und Schmierung der meist eng ausgestalteten Bearbeitungsstelle einsetzen lässt.
Die Kanalmittelachse 62 des Endabschnitts 56 ist vorzugsweise unter einem spitzen Winkel zu der Längsachse 34 des Werkzeughalters 12 ausgerichtet. Zudem ist die Vorderseite der oberen Klemmbacke 20 vorzugsweise abgeschrägt, so dass die Kühlmittelauslassöffnung 40, die an dieser Vorderseite der oberen Klemmbacke 20 angeordnet ist, ebenfalls unter einem spitzen Winkel zu der Längsachse 34 des Werkzeughalters 12 ausgerichtet ist. Der aus der Kühlmittelauslassöffnung 40 austretende Kühlmittelstrahl tritt somit von schräg oben auf die Schneidplatte 14 auf.
Vorzugsweise nimmt die Höhe h₁ des Endabschnitts 56 entlang der Kanalmittelachse 62 zu der Kühlmittelauslassöffnung 40 hin zu (siehe 6). Die Zunahme der Höhe h₂ erfolgt vorzugsweise stetig entlang der Kanalmittelachse 62. Dies trägt vorteilhaft zu der genannten Auffächerung des Kühlmittelstrahls bei.
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die Breite b₂ entlang der Kanalmittelachse 62 im Endabschnitt 56 vorzugsweise konstant.
Der Mittelabschnitt 54 des Kühlmittelkanals 36 ist in dem vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel etwas komplexer ausgestaltet. In diesem Mittelabschnitt 54 geht der Kühlmittelkanal 36 von seinem zunächst kreisrunden Querschnitt im Anfangsabschnitt 52 auf den beschriebenen länglichen bzw. ovalen Querschnitt im Endabschnitt 56 über. Vorzugsweise ist der Durchmesser d des kreisrunden Querschnitts des Kühlmittelkanals 36 im Anfangsabschnitt 52 größer als die Breite b₂ des Endabschnitts 56, jedoch kleiner als die Höhe h₂ des Endabschnitts 56. Demnach verringert sich der Querschnitt des Kühlmittelkanals 36 im Mittelabschnitt 54 der Breite nach, vergrößert sich jedoch der Höhe nach. Eine Vergrößerung der Höhe nach ist jedoch nicht zwangsläufig notwendig, da der Endabschnitt 56 am Übergang zu dem Mittelabschnitt 54 in seiner Höhe h₂ auch gleich groß ausgestaltet sein kann wie der Durchmesser d des Anfangsabschnitts 52. In einem solchen Fall würde sich der Kühlmittelkanal 36 in dessen Mittelabschnitt 54, also lediglich der Breit nach verringern, nicht jedoch der Höhe nach. Dies ist möglich, da die Höhe h₂ des Kühlmittelkanals 36 im Endabschnitt 56 in Richtung auf die Kühlmittelauslassöffnung 40, wie bereits erwähnt, vorzugsweise zunimmt.
Ein solcher relativ komplex geformter Kühlmittelkanal 36, wie er zuvor beschrieben wurde, lässt sich am einfachsten und kostengünstigsten durch eine additive Fertigung des Werkzeughalters 12 herstellen. Der Werkzeughalter 12 ist vorzugsweise gesamthaft mittels additiver Fertigung hergestellt.
Abschließend sei erwähnt, dass die oben beschriebene Aufteilung des Kühlmittelkanals 36 in Anfangsabschnitt 52, Mittelabschnitt 54 und Endabschnitt 56 nicht zwangsläufig notwendig ist. Insbesondere bei einer Ausgestaltung des Werkzeughalters 12 mit einer gesamthaft geringen Breite, beispielsweise bei einer Ausgestaltung des Werkzeughalters 12 als Stechschwert, lässt sich der Kühlmittelkanal 36 auch gesamthaft mit einem länglichen bzw. ovalen Querschnitt ausgestalten. In einem solchen Fall kann auf einen Übergang zwischen kreisrundem Querschnitt und ovalem bzw. länglichem Querschnitt, wie er oben für den Mittelabschnitt 54 beschrieben wurde, verzichtet werden. Der Kühlmittelkanal 36 ließe sich dann also auch mit einem konstanten, entlang des Kanalverlaufs unverändertem Querschnitt (länglich bzw. oval) ausbilden. Grundsätzlich kann der Kühlmittelkanal 36 auch in seinem Endabschnitt 56 mit einem konstanten Querschnitt ausgebildet sein, ohne dass dessen Höhe h₂ in Richtung zu der Kühlmittelauslassöffnung 40 zunimmt. Auch weitere Abwandlungen, insbesondere in Bezug auf die Form des Werkzeughalters 12, sind möglich, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Eine additive Fertigung des Werkzeughalters 12 ist bevorzugt, jedoch nicht zwangsläufig notwendig.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3103573 A1 [0006]
DE 8126791 A1 [0006]

Claims

Werkzeughalter (12) für ein Werkzeug (10) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, umfassend: - eine Schneidplatten-Aufnahme (18) zur Aufnahme einer Schneidplatte (14), wobei die Schneidplatten-Aufnahme (18) eine obere Klemmbacke (20) zur Anlage an einer Oberseite (24) der Schneidplatte (14) sowie eine untere Klemmbacke (22) zur Anlage an einer der Oberseite (24) gegenüberliegenden Unterseite (26) der Schneidplatte (14) aufweist; und - ein interner Kühlmittelkanal (36), welcher sich im Inneren des Werkzeughalters (12) zwischen einer Kühlmitteleinlassöffnung (38) und einer Kühlmittelauslassöffnung (40) erstreckt, wobei ein im Inneren der oberen Klemmbacke (20) entlang einer Kanalmittelachse (62) verlaufender Endabschnitt (56) des Kühlmittelkanals (36) in die Kühlmittelauslassöffnung (40) mündet; wobei die Kühlmittelauslassöffnung (40) an der oberen Klemmbacke (20) angeordnet ist und als längliche Öffnung ausgestaltet ist, wobei eine Breite (b₁) der Kühlmittelauslassöffnung (40) geringer als eine orthogonal zu der Breite (b₁) der Kühlmittelauslassöffnung (40) gemessene Höhe (h₁) der Kühlmittelauslassöffnung (40) ist, und wobei der Endabschnitt (56) des Kühlmittelkanals (36) in einem Querschnitt orthogonal zu der Kanalmittelachse (62) ebenfalls länglich ausgestaltet ist, wobei eine orthogonal zu der Kanalmittelachse (62) gemessene Breite (b₂) des Endabschnitts (56) geringer als eine orthogonal zu der Kanalmittelachse (62) und orthogonal zu der Breite (62) des Endabschnitts (56) gemessene Höhe (h₂) des Endabschnitts (56) ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 1, wobei die Höhe (h₂) des Endabschnitts (56) entlang der Kanalmittelachse (62) zu der Kühlmittelauslassöffnung (40) hin zunimmt.
Werkzeughalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühlmittelauslassöffnung (40) in einer Ebene angeordnet ist, die unter einem spitzen Winkel (α zu einer Halterlängsachse (34), entlang derer sich der Werkzeughalter (12)erstreckt, ausgerichtet ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Kühlmittelauslassöffnung (40) oval ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 4, wobei die ovale Kühlmittelauslassöffnung (40) durch zwei zueinander parallele, gerade Flanken (58) und zwei bogenförmige Abschnitte (60), die sich an gegenüberliegende Enden der geraden Flanken (58) anschließen, gebildet ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1-5, wobei ein Anfangsabschnitt (52) des Kühlmittelkanals (36), welcher an die Kühlmitteleinlassöffnung (38) angrenzt einen kreisrunden Querschnitt hat.
Werkzeughalter nach Anspruch 6, wobei der Anfangsabschnitt (52) des Kühlmittelkanals (36) länger als der Endabschnitt (56) des Kühlmittelkanals (36) ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein Durchmesser (d) des kreisrunden Querschnitts des Anfangsabschnitts (52) größer als die Breite (b₂) des Endabschnitts (56) ist, aber kleiner als die Höhe 8h₂) des Endabschnitts (56) ist.
Werkzeughalter nach Anspruch 8, wobei ein Mittelabschnitt (54) des Kühlmittelkanals (36), welcher den Anfangsabschnitt (52) mit dem Endabschnitt (56) verbindet, an seinem an den Anfangsabschnitt (52) angrenzenden ersten Ende einen kreisrunden Querschnitt und an seinem an den Endabschnitt (56) angrenzenden zweiten Ende einen länglichen Querschnitt hat, wobei sich der Querschnitt des Mittelabschnitts (54) zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende in einem stetigen Verlauf ändert.
Werkzeughalter nach Anspruch 9, wobei der Endabschnitt (56) im Inneren der oberen Klemmbacke (20) angeordnet ist und der Mittelabschnitt (54) und der Anfangsabschnitt (52) im Inneren des Werkzeughalters (12), aber nicht im Inneren der oberen Klemmbacke (20) angeordnet sind.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 6-10, wobei der Anfangsabschnitt (52) eine sich entlang eines Kühlmittelkanalverlaufs stetig ändernde Krümmung hat.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1-11, wobei der Werkzeughalter (12) zumindest eine Bohrung (16) aufweist und der Kühlmittelkanal (36) im Inneren des Werkzeughalters (12) um die zumindest eine Bohrung (16) herum verläuft.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1-12, wobei der Kühlmittelkanal (36) eine zweite Kühlmittelauslassöffnung (42) aufweist, die in der unteren Klemmbacke (22) oder darunter angeordnet ist.
Werkzeughalter nach einem der Ansprüche 1-13, wobei der Werkzeughalter (12) durch additive Fertigung hergestellt ist.
Werkzeug (10) zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks, mit dem Werkzeughalter (12) gemäß einem der Ansprüche 1-14 und einer in die Schneidplatten-Aufnahme (18) eingesetzten Schneidplatte (14).