DE3413005C2 - Werkzeugschaft mit mehreren axial verlaufenden Nuten - Google Patents

Abstract

Das Spannbackenfutter (2) besitzt zentrisch verstellbare Spannbacken (4), die beidseits ihrer jeweils durch die Futterachse gehenden Mittelebene (8) zwei prismatische Backenseitenflächen (9) mit zur Futterachse paralleler Prismenachse aufweisen. Der Werkzeugeinsatz (1) besitzt zur Halterung im Spannbackenfutter (2) einen Schaft (10) mit axial verlaufenden Nuten (11) zum radialen Eingriff der Spannbacken (4). Mindestens eine der Nuten (11) ist zum futterseitigen Schaftende hin axial geschlossen. Der Schaft (10) liegt den Spannbacken (4) an den Seitenwänden (13) seiner Nuten (11) und an jeweils beiden Backenseitenflächen (9) an.

Description

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugschaft mit mehreren axial verlaufenden Nuten zum radialen Eingriff der Spannbacken eines Spannbackenfutters, insbesondere für ein Bohrwerkzeug, wobei die zentrisch im Spannbackenfutter verstellbaren Spannbacken beidseits ihrer jeweils durch die Futterachse gehenden Mittelebene zwei prismatische Backenseitenflächen mit zur Futterachse paralleler Prismenachse aufweisen, v/obei mindestens eine der Nuten zum futterseitigen Schaftende hin axial geschlossen ist und an jeder Nut die Nutseitenwände jeweils nur in einem radial äußeren Wandbereich zwei Schenkelebenen eines gedachten Keils mit einem Keilwinkel von 120° berühren, sowie alle mit dem Keilscheitel zur Schaftachse zeigenden Keile parallel und im gleichen Abstand zur Schaftachse verlaufenden Scheitelgeraden und längs des Schaftumfanges um 120° gegeneinander versetzte, durch die Schaftachse und die Scheitelgeraden gehende Mittelebenen aufweisen.

Derartige Werkzeugschäfte sind bei Bohrern beispielsweise aus dem DE-GM 83 37 365 bekannt. Die im Werkzeugschaft vorgesehenen Nuten ermöglichen es, den Bohrer drehfest, aber axial verschieblich im Spannbackenfutter zu haltern, so daß eine von der Bohrspindel ausgehende Schlagwirkung ohne Dämpfung durch das Spannbackenfutter voll am Bohrer in Erscheinung tritt. Die Spannbacken liegen dabei mit ihrer jeweils zwischen den beiden prismatischen Backenseitenflächen gebildeten, mehr oder weniger scharfen Spannfase dem Schaft des Bohrers im Nutboden bzw. Nutgrund an und bilden mit diesen Spannfasen eine Führung für den Schaft, Der axiale Abschluß oder die Verengung der Nuten zum futterseitigen Schaftende hin verhindert, daß der Bohrer aus dem Spannfutter herausfällL Die Spannfasen sind durch die axiale Relativbewegung zwischen dem Bohrerschaft und den Spannbacken starken Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt. Der Verschleiß führt zu einer Beeinträchtigung der axialen Bohrerführung im Spannfutter und zu sich daraus ergebenden Verschlechterungen des Futterrundlaufs. Sollen in einem solchen Spannfutter dann auch übliche Boh-er mit nutfreiem vollzylindrischem Bohrerschaft gespannt werden, so haben die Verschleißerscheinungen an den Spannfasen außerdem eine Beeinträchtigung der Einspannkraft zur Folge. Die Verschleißerscheinungen sind um so stärker, je schmaler und somit schärfer die Spannfasen sind. Scharfe Spannfasen sind aber in der Regel bevorzugt weil nur sie die Möglichkeit bieten, Bohrer mit nutfreiem vollzylindrischem Schaft ähnlich wie die genuteten Bohrer mit axialem Spiel im Spannfutter zu verwenden, weil sich dann die Spannbacken in den Bohrerschaft eingraben und die erforderlichen Nuten gleichsam selbst schaffen können. Der rasche Verschleiß der Spannfasen kann zwar durch Verwendung verschleißarmer Hartmetalleinsätze oder Hartmetallbeschichtungen an den Spannbacken gemildert werden, aber dies muß mit hohen Herstellungskosten erkauft werden. Die Spannfasen sind überdies mit dem Nachteil verbunden, daß sich iüe Spannbacken im Rahmen der Fertigungstoleranzen in ihren Führungen im Futterkörper leichter verdrehen können. Abgesehen davon, daß dies eine Verschlechterung der Drehmomentübertragung auf den Bohrer ergibt, weil die Normalkraft nicht mehr in Drehrichtung wirkt, können derartige Backenverdrehungen bei Änderung der Drehrichtung, bei wechselnder Belastung und beim Auftreten von Schwingungsspitzen kritisch werden und Beanspruchungen des die Spannbacken verstellenden Zahnkranzes zur Folge haben, die zu einem ungewollten Lösen oder Nachspannen des Futters führen. Verdrehungen der Spannbacken können schließlich ein Verklemmen des Bohrers zwischen den Spannbacken ergeben, so dab der Bohrer sein axiales Bewegungsspie! einbüßt und dadurch der Bohrfortschritt ganz wesentlich verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugschaft der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die schmalen scharfen Spannfasen der Spannbacken gegen Verschleiß geschützt sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Nuten jeweils zwischen beiden die Schenkelebenen berührenden Wandbereichen vertieft sind und einen Freiraum zwischen dem Schaft und den Schenkelebenen bilden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Nutseitenwände im Bereich ihrer Anlage an den Schenkelebenen eben oder konvex gewölbt sind.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Spannbakken den erfindungsgemäßen Werkzeugschaft an ihren Backenseitenflächen führen bzw. spannen, die gegen Verschleiß entschieden unempfindlicher sind als die schmalen, scharfen Spannfasen der Spannbacken und daher keiner Hartmetalleinsätze oder 'beschichtungen ," bedürfen. Die Spannfasen selbst bleiben völlig unbelastet, weil sie ohne Anlage am Werkzeugschaft in den ' Freiraum vorstehen. Sie bleiben also verschleißfrei, auch wenn sie nicht an teueren Hartmetalleinsätzen oder -auflagen der Spannbacken ausgebildet sind, und stehen später, d. h. auch nach längerem Arbeiten mit einem den erfindungsgemäßen Schaft aufweisenden Werkzeug, ohne Beeinträchtigung zur Verfügung, wenn

im Spannbackenfutter ein Werkzeug mit ungenutetem, also vollzylindrischem Schaft eingespannt werden soll. Hinsichtlicht des Verschleißes der Backenseitenflächen ist es von besonderem Vorteil, daß sich die Verschleißflachen mit dem Schaftdurchmesser verlagern, nämlich an den Backenseitenflächen um so weiter außen liegen, je größer der Schaftdurchmesser ist. Das Spannen bzw. Führen des Schaftes an den Backenseitenflächen verringert außerdem die Verdrehmöglichkeit der Spannbakken, da die Spannbacken dem Schaft verdrehungsfester anliegen. Insgesamt ergibt sich daher für den Werkzeugschaft eine erheblich verbesserte Führung und Kraft- bzw. Drehmomentübertragung, wodurch nicht nur Schlagbohrer, sondern auch rein drehend betriebene Werkzeuge mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugschaft zur Anwendung kommen können, beispielsweise Schraubendrehereinsätze, Gewindebohrer, Flachfräsbohreinsätze, um nur einige wenige zu nennen. Es kann dadurch erreicht werden, auch dann eine Beanspruchung der scharfen Spannfasen der Spannbacken zu vermeiden, diese Beanspruchung also nur ηοΆ auf den Fall der Verwendung von Bohrern oder anderen Werkzeugen mit ungenutetem glattem Einspannschaft zu beschränken und dadurch im Verhältnis zur gesamten Lebensdauer des Spannfutters eine optimal lange Standzeit dieser scharfen Spannfasen zu erhalten. Alle diese Vorteile können, und das ist weiter von besonderer Bedeutung für die Erfindung, nur durch entsprechende Gestaltung des Nutprofils am Werkzeugschaft erreicht werden. Die Spannbacken des Spannfutters erfordern keinerlei Anpassung, soweit ihre Spannbacken nur die benötigten prismatischen Backenseitenflächen aufweisen, was in aller Regel der Fall ist. Für die erfindungsgemäßen Werkzeugschäfte können daher die herkömmlichen einfachen kostengünstigen Spannbackenfutter beibehalten werden, die ein Spannen ab Durchmesser Nuii ermöglichen.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellte" Ausführungsformen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen Werkzeugschaft nach der Erfindung in einem Spannbackenfutter mit drei Spannbacken,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 1 in R'chtung!-!,

F i g. 3 in den Teilfiguren a) bis d) Querschnitte durch verschiedene Nutprofile des Werkzeugschaftes etwa entsprechend dem in F i g. 2 mit III bezeichneten Detail,

F i g. 4 einen Querschott durch den Schaft eines anderen Werkzeuges,

F i g. 5 eine der Erläuterung der Beschreibung dienende Schemadarstellung etwa entsprechend dem Schnitt V-V in Fig. 1, jedoch bei noch nicht vollständig in das Spannfutter eingesetztem Werkzeugschaft,

F i g. 6 einen Schraubendrehereinsatz mit einem Schaft nach der Erfindung in einer Seitenansicht,

F i g. 7 eine andere Ausführungsform eines Schraubendrehereinsatzes aus kuppelbarem Schaft- und Werkzeugteil in einem Axiaischnitt.

Die F ι g. 1 und 2 zeigen ein Werkzeug 1 in Gestalt ieines Bohrers in einem Spannbackenfutter 2, das über eine Äntriebsspindel 3 an eine nicht dargestellte Antriebsmaschine, beispielsweise zum schlagenden und/ öder drehenden Bohren, angeschlossen ist. Das Spannbackenfutter 2 ist ein Dreibackenfutter, dessen Spännbacken 4 zentrisch zur F'JMerachse 5 verstellbar im Futterkörper 6 geführt sind. Zum Verstellen der Spannbakken 4 dient ein am Futterkörper 6 geführter Zahnkranz 7, der seinerseits mit Hilfe eines am Futterkörper ansetzbarer., in der Zeichnung nicht dargestellten Spannschlüssel im Sinne eines Lösens oder Spannens des Futters 2 betätigt werden kann. Im übrigen kann das Spannbackenfutter mit ebenfalls nicht dargestellten, in verschiedenen Ausführungsformen bekannten Einrichtungen zum Sperren des Zahnkranzes 7 versehen sein, um ungewolltes Lösen oder Nachspannen des Spannbackenfutters 2 zu verhindern. Jede Spannbacke 4 besitzt beidseits ihrer jeweils durch die Futterachse 5 gehenden Mittelebene 8 zwei prismatische Backenseitenflächen S mit zur Futterachse 5 paralleler Prismenachse. Die beiden Backenseitenflächen S jeder Spannbacke 4 schließen einen Winkel von 120° ein, und die Mittelebenen 8 der Spannbacken 4 sind um jeweils 120° gegeneinander längs des Futterumfangs versetzt

Das Werkzeug 1 besitzt zur Halterung im Spannbakkenfutter 2 einen Werkzeugschaft 10 mit axial verlaufenden Nuten 11, in die die Spannbacken 4 radial eingreifen. Mindestens eine dieser Nu.--n ist bei 12 zum futterseitigen Schaftende hin axial geschlossen oder zumindest so im Nutquerschnitt verengt, daß die in die Nut 11 eingreifende Spannbacke 4 in der Verengung einen Anschlag findet, so daß im Ergebnis der im Spannfutter 2 gehaltene Werkzeugschaft 10 nicht aus dem Spannfutter 2 herausfallen kann. Wie insbesondere die F i g. 2 und 3 erkennen lassen, liegt der Werkzeugschaft 10 den Spannbacken 4 an den Seitenwänden 13 seiner Nuten 11 und an jeweils beiden Backenseitenflächen 9 an. Dabei ist im einzelnen die Anordnung so getroffen, daß die Nutseitenwände 13 jeweils nur in einem radial äußeren Wandbereich bei 14 den Backenseitenflächen 9 anliegen und die Nuten 11 jeweils zwischen beiden Wandbereichen 14 so vertieft sind, daß sie einen Freiraum 15 zwischen dem Werkzeugschaft 10 und der Spannbacke 4 bilden, so daß die Spannfasen 16 der Spannbacken 4 selbst unbelastet sind. Die Spannbacken 4 können dabei als Einfachprisma, wie in F i g. 2 ausgezogen, oder als Doppelprisma, wie in F i g. 2 gestrichelt dargestellt, ausgebildet sein, die Nutseitenwände 13 können im Bereich ihrer Anlage an den Backenseitenflächen 9 eben, wie ir Fig. 3d, oder konvex gewölbt sein, wie es die F i g. 3a bis 3c zeigen. Aus den Teilfiguren der Fig. 3 ist auch unmittelbar ersichtlich, laß die Nutseitenwände 13 den Backenseitenflächen 9 um so weiter außen anliegen, je größer der Durchmesser des Werkzeugschaftes 10 ist. Im übrigen ist in allen Teilfiguren von F i g. 3 der Fall dargestellt, daß die Backenseitenflächen 9 und die Wandbereiche 14, in welchen an jeder Spannbacke 4 die Nutseitenwände 13 den Backenseitenflächen 9 anliegen, symmetrisch zueinander beidseiis der jeweils durch die Futterachse 5 gehenden Mittelejene 8 der Spannbacke ausgebildet sind.
Die Nuten 11 sind mindestens zu dritt am Werkzeugschaft 10 vorgesehen, können aber auch in größerer Anzahl verwirklicht werden. In jedem Fall aber müssen die Nuten 11 so zueinander längs des Schaftumfanges angeordnet sein, d"3 (F i g. 3) an jeder dieser jeweils drei Nuten 11 die Nutseitenwände 13 zwei Schenkelebenen 20 eines gedachten Keils 2 mit einem Keilwinkel von 1120° berühren, wobei alle drei mit dem Keilseheitel zur Schaftächse zeigenden Keile 21 parallel und im gleichen Abstand zur Schaftachse verlaufende Scheitelgeraden 22 und längs des Sch^fturnfiinges um 120° gegeneinan-

der versetzte, durch die Schäftachse und die Scheitelgeraden 22 gehende Mittelebenen 23 aufweisen. Dabei entsprechen die Schenkelebenen 20 jedes Keils 21 den Backenseitenflächen 9 einer Spannbacke 4 Und die

& 5

fe Scheitelgerade 22 entspricht der Spannschneide 16 der der Erfindung sind nicht auf Bohrer beschränkt, sondern

Spannbacke 4, wenn die Spannbacke 4 als Einfachpris- können Schraubendrehereinsätze, Rundmeißel, Flachma mit verschwindend schmaler Spannfase ausgebildet meißel, Locher, Schaftfräser usw. sein. Fig. 6 zeigt ein ist. Die Mittelebenen 23 der Keile 21 entsprechen den Werkzeug 1, das als Schraubendreher ausgebildet ist. Mittelebenen 8 der Spannbacken 4. Besitzt der Werk- 5 Hier ist die Schraubendreherklinge 30 unmittelbar an zeugschaft 10 bei einem Dreibackenspannfutter nur drei den Werkzeugschaft 10 angeformt, wobei der Schaft-Nuten 11, so fallen die Schenkelebenen 20 mit den Bak- durchmesser der Klingenbreite angepaßt sein kann, kenseitenflächen 9 und die Mittelebenen 23,8 von Keil nicht also wie bei den üblichen Schraüberbits stets glei-21 und Spannbacke 4 zusammen. Bei beispielsweise ehe Abmessungen aufweisen muß. Ein derartiger be-P sechs am Umfang angeordneten Nuten 11 dagegen gilt 10 kannter Schrauberbit 30 ist in F i g. 7 erkennbar. Er be-

| diese Obereinstimmung jeweils nur bezüglich derjeni- sitzt einen Sechskantkopf 31,mitdemerin einem Innengen Nuten, in welche die Spannbacken 4 tatsächlich sechskant 32, der normalerweise in der Spindel des eingreifen. Schraubendrehers vorgesehen ist, mittels eines Spreng-

Im einzelnen kann der Querschnitt drr Nuten 11 ver- rings 33 gehalten ist, der in die Ringnut 34 greift. Wird schieden gestaltet sein. So zeigt die Fig. 3a den Fall, daß 15 diese Sechskantaufnahme entsprechend Fig. 7 im die Nutseitenwände 13 im wesentlichen prismatisch zu- Werkzeugschaft 10 vorgesehen, können im Ergebnis die einander mit einem Prismawinkel kleiner als 120° ver- herkömmlichen Schrauberbits 30 in üblichen Spannbaklaufen so daß die Nutseitenwände 13 im Ergebnis nur kenfuttern 2 verwendet werden. Die Schraubendreher im Bereich ihrer äußeren Profilflügel, wo die Nutseiten- selbst werden entbehrlich. Im Ergebnis ist das Werkwände konvex gewölbt sind, den Backenseitenflächen 9 20 zeug 1 gleichsam in den Werkzeugschaft 10 und das Bit anliegen. In Fig. 3b ist der Nutgrund tiefer ausgerundet, 30 bildende Werkzeug unterteilt und Werkzeug und um den Freiraum 15 zu vergrößern. Diese Ausrundung Schaft sind schnell und einfach über die Sechskantkuppkann, wie die Fig. 3c zeigt, fast kreisrund verlaufen, lung 31,32 miteinander zu verbinden bzw. voneinander wobei allerdings die Wandbereiche 14, in welchen die zu trennen.

Nutseitenwände 13 den Backenseitenflächen 9 anliegen, 25

schmaler sind. Jedoch besteht die in Fig. 3d gezeigte Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Möglichkeit, die Nutseitenwände 13 in diesen, den Bak-

kenseitenflächen 9 anliegenden Wandbereichen 14 im wesentlichen eben auszubilden, so daß sich die Wandbereiche entsprechend vergrößern und die Flächenbelastungen und damit die Verschleißerscheinungen verringern.

Die Nuten 11 können spanlos in den Werkzeugschaft

10 eingeformt werden. Der dabei verdrängte Werkstoff

kann aufgewölbte Nutränder 17 bilden, wie dies die

j F i g. 4 zeigt. Diese aufgewölbten Nutränder 17 brau-

chen nicht entgratet zu werden, sondern können stehen bleiben, da sie zur Bildung des Wandbereiches 14 beitra-

gen können, in welchen die Nutseitenwände 13 den Bakkenseitenflächen 9 anliegen. Im Ergebnis wird dadurch eine geringere radiale Nuttiefe möglich, bezogen auf den ursprünglich vollzylindrischen Schaftquerschnitt. Der axiale Abschluß 12 der Nuten 11 zum futterseitigen Schaftende hin kann durch Anstauchen hergestellt werden, unabhängig im einzelnen davon, ob nur eine oder alle der Nuten 11 geschlossen bzw. verengt sein sollen.

Die Ausführungsform, bei der nur eine der drei Nuten 11 zum futterseitigen Schaftende hin axial geschlossen ist und die anderen Nuten axial offen auslaufen, eröffnet die Möglichkeit, d»n maximal möglichen Schaftdurchmesser im Vergleich zum maximalen Spanndurchmesser des Spannbackenfutters 2 etwas zu vergrößern. Dies sei anhand der Fig.5 näher erläutert Dort sind die Spannbacken 4 in ihrer radial äußersten Stellung dargestellt, so daß der in F i g. 5 gezeichnete kleinere Kreis 18 dem maximalen Spannkreis des Spannfutters 2 entspricht die an der futterseitigen Schaftstirnseite geschlossene Nut 11 ist gestrichelt dargestellt Die beiden anderen, an der Schaftstirnseite offenen Nuten 11 bieten die Möglichkeit, den Werkzeugschaft 10 so in das Spannfutter 2 axial einzuführen, daß die den stirnseitig offenen Nuten zugeordneten Spannbacken 4 schon an der Schaftstirnseite axial in die Nuten eintreten, wie dies F i g. 5 erkennen läßt Der Werkzeugschaft 10 kann daher im Durchmesser etwa um die Tiefe der Nuten Il größer als der maximale Spanndurchmesser des Spannfutters (Kreis 18) sein.
Die Werkzeuge 1 mit einem Werkzeugschaft 10 nach

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Werkzeugschaft mit mehreren axial verlaufenden Nuten (11) zum radialen Eingriff der Spannbakken (4) eines Spannbackenfutters (2), insbesondere für ein Bohrwerkzeug, wobei die zentrisch im Spannbackenfutter verstellbaren Spannbacken (4) beidseits ihrer jeweils durch die Futterachse (5) gehenden Mittelebene (8) zwei prismatische Backenseitenflächen (9) mit zur Futterachse (5) paralleler Prismenachse aufweisen, wobei mindestens eine der Nuten (11) zum futterseitigen Schaftende hin axial geschlossen ist und an jeder Nut (11) die Nutseitenwände (13) jeweils nur in einem radial äußeren Wandbereich (14) zwei Schenkelebenen (20) eines gedachten Keils (21) mit einem Keilwinkel von 120° berühren, sowie alle mit dem Keilscheitel zur Schaftachse zeigenden Keile (21) parallel und im gleichen Abstand zur Schaftachse verlaufenden Scheitelgeraden (22) und längs des Schaftumfanges um 120° gegeneinander versetzte, durch die Schaftachse und die Scheitelgeraden (22) gehende Mittelebenen (23) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (11) jeweils zwischen beiden die Schenkelebenen (20) berührenden Wanobereichen (14) vertieft sind und einen Freiraum (15) zwischen dem Schaft (10) und den Schenkelehenen (20) bilden.

2. Werkzeugschaft nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutenseitenwände (13) im Bereich ihrer Amage an den Schenkelebenen (20) eben oder konvex gewölbt sind.