DE202019103076U1

DE202019103076U1 - Durch Ultraschall in Schwingung versetzbarer Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs

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Publication number: DE202019103076U1
Application number: DE202019103076.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2029-06-01

Abstract

Durch Ultraschall in Schwingung versetzbarer Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs, der einen Griff (10) umfasst, in dem eine Ultraschall-Schwingungsbaugruppe (20), ein Hinterstück (12) und ein Vorspannungselement (13) angeordnet sind, wobei auf der Außenseite des Griffs (10) eine Energierückgewinnungsbaugruppe (30) um den Griff (10) herum angeordnet ist, wobei an einem Ende des Griffs (10) ein Werkzeughalter (11) angeordnet ist,wobei die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe (20) mindestens einen Vorspannungsfeld-Magneten (211 bzw. 212), einen magnetostriktiven Zylinder (22), eine Spulenbefestigung (23), eine Erregerspule (24), einen magnetisch leitenden Oberdeckel (25) und einen magnetisch leitenden Unterdeckel (26) umfasst, wobei der magnetostriktive Zylinder (22) aus dem hoch magnetostriktiven Material, Terfenol-D, hergestellt ist, wobei der mindestens eine Vorspannungsfeld-Magnet (211 bzw. 212) an einem Ende des magnetostriktiven Zylinders (22) angeordnet ist, wobei die Spulenbefestigung (23) auf die äußere Oberfläche des magnetostriktiven Zylinders (22) gesteckt ist, wobei die Erregerspule (24) an einer vom magnetostriktiven Zylinder (22) unterschiedlichen Seite der Spulenbefestigung (23) so angeordnet ist, dass sie um die Spulenbefestigung (23) herum gewickelt ist, wobei der magnetisch leitende Oberdeckel (25) und der magnetisch leitende Unterdeckel (26) einander entsprechend angeordnet und über die Spulenbefestigung (23) gesteckt sind,wobei die Energierückgewinnungsbaugruppe (30) eine Innenspule (31) und eine Außenspule (32) aufweist, wobei die Innenspule (31) an die Erregerspule (24) elektrisch angeschlossen und um die Außenseite des Griffs (10) herum angeordnet ist, wobei die Außenspule (32) in einem gewissen Abstand zur Innenspule (31) um die Innenspule (31) herum angeordnet ist, undwobei das Vorspannungselement (13) durch das Hinterstück (12) hindurch gesteckt ist, wobei die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe (20) durch das Andrücken des Vorspannungselements (13) am Werkzeughalter (11) fixiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs, insbesondere einen durch Ultraschall in Schwingung versetzbaren Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs, wobei die Ultraschall-Schwingungen für eine Reduzierung des Verschleisses und Widerstandes des Werkzeugs sowie eine Erhöhung der Präzision des Werkzeugs sorgen.
Stand der Technik
Es ist bekannt, einen Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs so ausgestalten, dass der Werkzeuggriff durch Ultraschall in Schwingung versetzt werden kann. Im Inneren des Werkzeugs ist eine Oszillationsanordnung aus Piezokeramik vorgesehen. Die Oszillationsanordnung stellt dadurch Strom bereit, dass sie den Schleifring berührt und dadurch mit Strom versorgt wird. Bei der mit Hochgeschwindigkeit erfolgenden Rotation des am Werkzeuggriff angebrachten Werkzeugs tritt Reibung auf, die Wärme und Funke erzeugt, durch die die durch Kontakt erfolgende Stromübertragung der Oszillationsanordnung beeinträgt wird, wodurch die Stabilität der Stromversorgung und die spanende Bearbeitung beeinträchtigt werden. Zudem kann die Oszillationsanordnung aus Piezokeramik nur mit einer Energiedichte von max. 2500/Jm^-3 belastet werden und weist einen geringeren elektromechanischen Kopplungsfaktor von 0,68 K₃₃ auf, wobei der geringere Magnetstriktionskoeffizient (ca. 400/µm·m^-1) nur eine eingeschränkte Ultraschall-Schwingungsweite bereitstellen kann. Aufgrund der niedrigeren Curie-Temperatur (ca. 300/°C) ist die tolerierbare Betriebstemperatur dabei ebenfalls entsprechend niedriger.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen durch Ultraschall in Schwingung versetzbaren Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs zu schaffen, mit dem die beim Stand der Technik genannten Mängel beseitigt werden.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen durch Ultraschall in Schwingung versetzbaren Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs gemäß den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße, durch Ultraschall in Schwingung versetzbare Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs umfasst einen Griff, in dem eine Ultraschall-Schwingungsbaugruppe, ein Hinterstück und ein Vorspannungselement angeordnet sind, wobei auf der Außenseite des Griffs eine Energierückgewinnungsbaugruppe um den Griff herum angeordnet ist, wobei an einem Ende des Griffs ein Werkzeughalter angeordnet ist. Die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe umfasst mindestens einen Vorspannungsfeld-Magneten, einen magnetostriktiven Zylinder, eine Spulenbefestigung, eine Erregerspule, einen magnetisch leitenden Oberdeckel und einen magnetisch leitenden Unterdeckel. Dabei ist der magnetostriktive Zylinder aus dem hoch magnetostriktiven Material, Terfenol-D, hergestellt. Der mindestens eine Vorspannungsfeld-Magnet ist an einem Ende des magnetostriktiven Zylinders angeordnet. Die Spulenbefestigung ist auf die äußere Oberfläche des magnetostriktiven Zylinders gesteckt. Die Erregerspule ist an einer vom magnetostriktiven Zylinder unterschiedlichen Seite der Spulenbefestigung so angeordnet, dass sie um die Spulenbefestigung herum gewickelt ist. Der magnetisch leitende Oberdeckel und der magnetisch leitende Unterdeckel sind einander entsprechend angeordnet und über die Spulenbefestigung gesteckt. Die Energierückgewinnungsbaugruppe weist eine Innenspule und eine Außenspule auf, wobei die Innenspule an die Erregerspule elektrisch angeschlossen und um die Außenseite des Griffs herum angeordnet ist, wobei die Außenspule in einem gewissen Abstand zur Innenspule um die Innenspule herum angeordnet ist. Das Hinterstück ist an der vom Werkzeughalter unterschiedlichen Seite der Ultraschall-Schwingungsbaugruppe angeordnet. Das Vorspannungselement ist hohl ausgebildet und durch das Hinterstück hindurch gesteckt, wobei die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe durch das Andrücken des Vorspannungselements am Werkzeughalter fixiert ist.
Erfindungsgemäß erfolgt die Stromversorgung durch das elektromagnetische Induzieren. Der magnetostriktive Zylinder ist aus einem hoch magnetostriktiven Material hergestellt und kann daher eine verhältnismäßig größere Energiedichte von ca. 14000/Jm^-3∼25000/Jm^-3 tragen. Somit kann der magnetostriktive Zylinder von einer größeren Ausgangsleistung belastet werden. Der magnetostriktive Zylinder weist einen größeren elektromechanischen Kopplungsfaktor von ca. 0,72K₃₃ auf, sodass der Wirkungsgrad erhöht wird. Der magnetostriktive Zylinder weist einen größeren Magnetostriktionskoeffizienten von ca. 1500/µm • m^-1~2000/µm • m^-1 auf, sodass das Ausgeben einer größeren Ultraschall-Schwingungsweite ermöglicht wird. Der magnetostriktive Zylinder weist eine höhere Curie-Temperatur von ca. 387/°C auf, sodass eine höhere Betriebstemperatur toleriert werden kann. Es ist ferner möglich, den magnetostriktiven Zylinder in Abstimmung mit der Handhabung des Griffs zylinderförmig zu fertigen.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen, durch Ultraschall in Schwingung versetzbaren Werkzeuggriffs eines Zerspanungswerkzeugs.
2 zeigt eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeuggriffs.
3 zeigt eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeuggriffs.
4 zeigt eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Werkzeuggriffs.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Schwingung eines an ein Hauptgerät angeschlossenen erfindungsgemäßen Werkzeuggriffs.

Ausführung der Erfindung
Wie in 1 und 2 gezeigt, bezieht sich die Erfindung auf einen durch Ultraschall in Schwingung versetzbaren Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs, der einen Griff 10 umfasst, in dem eine Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20, ein Hinterstück 12 und ein Vorspannungselement 13 angeordnet sind, wobei auf der Außenseite des Griffs 10 eine Energierückgewinnungsbaugruppe 30 um den Griff 10 herum angeordnet ist, wobei an einem Ende des Griffs 10 ein Werkzeughalter 11 angeordnet ist. Der Werkzeughalter 11 ist so zum freien Ende hin allmählich abnehmend ausgebildet.
Wie in 2 gezeigt, weist die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 zwei Vorspannungsfeld-Magneten 211, 212, einen magnetostriktiven Zylinder 22, eine Spulenbefestigung 23, eine Erregerspule 24, einen magnetisch leitenden Oberdeckel 25 und einen magnetisch leitenden Unterdeckel 26 auf. Die Vorspannungsfeld-Magneten 211, 212 sind jeweils am Ober- und Unterende des magnetostriktiven Zylinders 22 angeordnet, wobei es sich bei den Vorspannungsfeld-Magneten 211, 212 um Neodym-Magneten handelt. Die Spulenbefestigung 23 ist auf die äußere Oberfläche des magnetostriktiven Zylinders 22 gesteckt. Die Erregerspule 24 ist an einer vom magnetostriktiven Zylinder 22 unterschiedlichen Seite der Spulenbefestigung 23 so angeordnet, dass sie um die Spulenbefestigung 23 herum gewickelt ist. Dabei ist der magnetostriktive Zylinder 22 aus dem hoch magnetostriktiven Material, Terfenol-D, hergestellt. Der magnetisch leitende Oberdeckel 25 und der magnetisch leitende Unterdeckel 26 sind einander entsprechend angeordnet und über die Spulenbefestigung 23 gesteckt, wodurch die Erregerspule 24 durch die Spulenbefestigung 23 an dem magnetisch leitenden Oberdeckel 25 und dem magnetisch leitenden Unterdeckel 26 begrenzt ist. Die Energierückgewinnungsbaugruppe 30 weist eine Innenspule 31 und eine Außenspule 32 auf, wobei die Innenspule 31 an die Erregerspule 24 elektrisch angeschlossen und um die Außenseite des Griffs 10 herum angeordnet ist, wobei die Außenspule 32 in Form eines Einviertel-Kreises ausgebildet und in einem gewissen Abstand zur Innenspule 31 um die Innenspule 31 herum angeordnet ist. Das Hinterstück 12 ist an der vom Werkzeughalter 11 unterschiedlichen Seite der Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 angeordnet. Das Vorspannungselement 13 ist hohl ausgebildet und durch das Hinterstück 12 hindurch gesteckt, wobei die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 durch das Andrücken des Vorspannungselements 13 am Werkzeughalter 11 fixiert ist.
Im zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus 3 ist die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 derart ausgebildet, dass nur am Oberende der Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 ein Vorspannungsfeld-Magnet 211 angeordnet ist. Im dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus 4 ist die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 derart ausgebildet, dass nur am Unterende der Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 ein Vorspannungsfeld-Magnet 212 angeordnet ist.
Weiter wird Bezug auf 5 in Verbindung mit 2 bis 4 genommen. Die Außenspule 32 ist an ein Hauptgerät 40 elektrisch angeschlossen. Das Hauptgerät 40 kann die Schwingungsfrequenz, die Spannung und den Strom steuern und dadurch die Energierückgewinnungsbaugruppe 30 mit elektrischer Energie versorgt. Sobald die Außenspule 32 der Energierückgewinnungsbaugruppe 30 unter Strom steht, entsteht zwischen der Außenspule 32 und der Innenspule 31 ein Magnetfeld. Die elektrische Energie, die die Innenspule 31 durch Induzieren des Magnetfeldes erzeugt, fließt zur Erregerspule 24. Weiter versorgt die Erregerspule 24 die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe 20 mit elektrischer Energie, sodass der Griff 10 und der Werkzeughalter 11 Ultraschall-Hochfrequenzschwingungen erzeugen. Dank der Ultraschall-Hochfrequenzschwingungen werden der Zerspanungswiderstand und Verschleiß eines am Werkzeughalter 11 montierten Werkzeugs verringert, sodass die Bearbeitungspräzision des Werkzeugs erhöht wird.
Bezugszeichenliste

10: Griff
11: Werkzeughalter
12: Hinterstück
13: Vorspannungselement
20: Ultraschall-Schwingungsbaugruppe
211: Vorspannungsfeld-Magnet
212: Vorspannungsfeld-Magnet
22: magnetostriktiver Zylinder
23: Spulenbefestigung
24: Erregerspule
25: magnetisch leitender Oberdeckel
26: magnetisch leitender Unterdeckel
30: Energierückgewinnungsbaugruppe
31: Innenspule
32: Außenspule
40: Hauptgerät

Claims

Durch Ultraschall in Schwingung versetzbarer Werkzeuggriff eines Zerspanungswerkzeugs, der einen Griff (10) umfasst, in dem eine Ultraschall-Schwingungsbaugruppe (20), ein Hinterstück (12) und ein Vorspannungselement (13) angeordnet sind, wobei auf der Außenseite des Griffs (10) eine Energierückgewinnungsbaugruppe (30) um den Griff (10) herum angeordnet ist, wobei an einem Ende des Griffs (10) ein Werkzeughalter (11) angeordnet ist, wobei die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe (20) mindestens einen Vorspannungsfeld-Magneten (211 bzw. 212), einen magnetostriktiven Zylinder (22), eine Spulenbefestigung (23), eine Erregerspule (24), einen magnetisch leitenden Oberdeckel (25) und einen magnetisch leitenden Unterdeckel (26) umfasst, wobei der magnetostriktive Zylinder (22) aus dem hoch magnetostriktiven Material, Terfenol-D, hergestellt ist, wobei der mindestens eine Vorspannungsfeld-Magnet (211 bzw. 212) an einem Ende des magnetostriktiven Zylinders (22) angeordnet ist, wobei die Spulenbefestigung (23) auf die äußere Oberfläche des magnetostriktiven Zylinders (22) gesteckt ist, wobei die Erregerspule (24) an einer vom magnetostriktiven Zylinder (22) unterschiedlichen Seite der Spulenbefestigung (23) so angeordnet ist, dass sie um die Spulenbefestigung (23) herum gewickelt ist, wobei der magnetisch leitende Oberdeckel (25) und der magnetisch leitende Unterdeckel (26) einander entsprechend angeordnet und über die Spulenbefestigung (23) gesteckt sind, wobei die Energierückgewinnungsbaugruppe (30) eine Innenspule (31) und eine Außenspule (32) aufweist, wobei die Innenspule (31) an die Erregerspule (24) elektrisch angeschlossen und um die Außenseite des Griffs (10) herum angeordnet ist, wobei die Außenspule (32) in einem gewissen Abstand zur Innenspule (31) um die Innenspule (31) herum angeordnet ist, und wobei das Vorspannungselement (13) durch das Hinterstück (12) hindurch gesteckt ist, wobei die Ultraschall-Schwingungsbaugruppe (20) durch das Andrücken des Vorspannungselements (13) am Werkzeughalter (11) fixiert ist.
Der Werkzeuggriff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannungsfeld-Magneten (211, 212) jeweils an zwei Enden des magnetostriktiven Zylinders (22) angeordnet sind.
Der Werkzeuggriff nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenspule (32) in Form eines Einviertel-Kreises ausgebildet ist.
Der Werkzeuggriff nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hinterstück (12) an der vom Werkzeughalter (11) unterschiedlichen Seite der Ultraschall-Schwingungsbaugruppe (20) angeordnet ist.
Der Werkzeuggriff nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannungselement (13) hohl ausgebildet ist.
Der Werkzeuggriff nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenspule (32) an ein Hauptgerät (40) elektrisch angeschlossen ist.
Der Werkzeuggriff nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Vorspannungsfeld-Magneten (211, 212) um Neodym-Magneten handelt.