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SCHRAUBVERBINDUNG ÄN EINEM ÄUSDREHWERKZEUG UND DESSEN
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ADAPTER.
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der spanabhebenden Werkzeuge für
Werkzeugmaschinen und betrifft eine Schraubverbindung an einer (sogenannten) Bohrstange
gemaß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, zur Verhinderung des Festsitzens der Verschraubung
zwischen Werkzeugadapter und Werkzeug.
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Zum Bearbeiten von Bohrungen mit drehenden Werkzeugen, sind Werkzeuge
bekannt, die auf einen Adapter -als Verbindungsstück zwischen dem Werkzeug und der
Maschinenspindel- geschraubt werden. Der Gewindegang dieser Verschraubung ist so
gewühlt, dass das auf das Werkzeug wirkende Drehmoment die Verschraubung zudreht.
Bei hohen Schnittkrdften, die bei grösser dimensionenierten Werkzeugen die Regel
sind, werden die Schraubverbindungen bis tief in ihren Elastizitötsbereich festgeschraubt,
sodass aus der auf die Schraubengange wirkenden Normal- oder Presskraft zusammen
mit dem Reibungskoeffizienten des Materials eine enorme Schraubenreibung resultiert.
Dazu kommt die Pressung der Stirnflachen zwischen Adapter und Werkzeug, die mit
ihrer daraus resultierenden
Haftreibung ebenfalls massgeblich zum
Festsitzen der Verbindung beitragt. Nicht selten sind solche Verbindungen kaum mehr
oder nur mit speziellen Methoden lösbar. Dies bewirkt, dass das modulare Werkzeug,
das samt adapter für den Werkzeugwechsel vorübergehend aus dem Arbeitsgang herausgenommen
wird, zu lange Zeit nicht mehr einsetzbar ist.
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Nebst dem verfahrenstechnisch zu grossen Zeitaufwand mit Versuchen
zum Lösen des Werkzeugs aus dem Adapter, kommt es vor, dass die Verbindung mit üblichen
Mitteln nicht mehr lösbar ist und der Adapter auch nicht mehr einsatzbereit ist.
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Bei den hier verwendeten Werkzeugen sind arbeits- und wirtschaftstechnisch
selbsthemmende Schrauben, das sind solche, bei denen der Steigungswinkel kleiner
als der Reibungswinkel ist, Voraussetzung. Damit werden diese selbsthemmenden Schraubverbindungen
zusammen mit der Stirnflachenpressung sich immer als ein unerwünschtes Energiereservoir
von gespeicherten Schnittkrdften verhalten, welche <Halte-) Energie nur mit entsprechender
Arbeit wieder abgebaut werden kann.
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Dieses Problem ist seit langer Zeit schon bekannt und allenthalben
wurden Lösungswege zu dessen Behebung angegeben. Bekannt sind Massnahmen, mit welchen
der Reibungskoeffizient herabgesetzt werden kann, bspw. durch Schleifen der Stirnflächen,
Beschichten dieser und der Gewinde mit bspw. Teflon, durch Einlegen von Zwischenscheiben
aus Metall, Kunststoff, Papier an die Stirnflöchen etc. oder durch formtechnische
Massnahmen wie Gewindeformen mit geringerer Hemmwirkung, Modifizieren der Stlrnflächen
um die Normalkraft auf diese zu verringern und so weiter. Doch keine dieser Massnahmen
führte zu befriedigenden Resultaten; das Problem blieb weiter bestehen.
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Es ist Rufgabe der Erfindung, eine Schraubverbindung zu schaffen,
mit welcher ein Festsitzen von Schraubverbindungen an drehmomentbelasteten Werkzeugen
verhindert wird.
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Die Rufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 definierte Erfindung gelöst.
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Anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren, werden spezielle Ausführungsformen
der Erfindung eingehend diskutiert.
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Fig. 1 zeigt ein Ensemble eines Adapters und eines Werkzeuges; Fig.
2 zeigt in Ansicht von B im Schnitt Ä-Ä der Figur 1 eine bevorzugte Äusführungsform
der erfindungsgemassen Schraubverbindung.
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Fig. 3 zeigt in Ansicht von B im Schnitt Ä-Ä von Figur 1 eine andere
Äusführungsform der er f i ndungsgemässen Schraubverbindung.
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Um Drehmomente radial zu übertragen sind Nuten und Keile bekannt,
bspw. zwischen Rad und Nabe. Sie verhindern eine Verschiebung zwischen diesen, d.h.
das Drehmoment wird durch den in den entsprechenden Nuten sitzenden Keil aufgenommen
und an Rad oder Nabe weitergegeben. Rad- und Nabennute müssen, um mit dem Keil in
wirksame Verbindung gebracht werden zu können, miteinander fluchten. Diese Bedingung
des Fluchtens ist vermutlich das Problem, dass bis anhin der Weg des ~Verkeilens1
von zusammenzuschraubenden Adaptern auf Werkzeugen nicht ohne weiteres beschritten
werden konnte, obschon die Schraubverbindung durch solch eine Keilverbindung von
den angreifenden Schnittkräften entlastet würde.
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Bei der Wahl der Lösung ist eine ganze Anzahl von Sachzwängen zu berücksichtigen.
Rufgezähit sind dies folgende: bestehende adapter sollen anpassbar und so weiter
verwendbar sein, bestehende (hauptsächlich teure) Werkzeuge sollen umrüstbar sein,
Anpassen und Umrüsten sollen möglichst einfach durchführbar sein, kurzum, die erfinderische
Schraubverbindung soll in die bestehenden Systeme integrierbar sein.
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Das Einführen eines vorher nicht vorhandenen Keils, bspw.
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beim Nachrüsten eines schon verkauften Werkzeugs, erfordert das Einbringen
von Nuten in den Adapter und in das Werkzeug. Bei verschraubbaren Verbindungen ist
jedoch ein Fluchten der beiden Nuten, um den sperrenden Keil einschieben zu können,
normalerweise nicht voraussetzbar. Im Gegenteil, es wird der Fall sein, dass beim
Zusammenschrauben bis zur Anpressung der Stirnflächen von Adapter und Werkzeug die
Nuten für das Mitnehmerstück nicht fluchten. Äusserdem muss eine bestimmte Presskraft
zwischen Adapter und Werkzeug bestehen, d.h. herbeigeführt werden, um bspw. Vibrationen
beim Zerspanen zu verhindern. Diese Presskraft wird durch Anziehen der Schraubverbindung
hergestellt, ein (mögliches) Fluchten von Nuten kann dabei nicht gleichzeitig berücksichtigt
werden. Die Erfüllung beider Forderungen, nämlich die erwünschte Änpresskraft bei
gleichzeitigem Fluchten der Nuten herbeizuführen, wird durch die erfindungsgemässe
Schraubverbindung gelöst.
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Figur 1 zeigt als bevorzugte Äusführungsform einen Adapter 1 und ein
Zweischneiden-Werkzeug 2. anstelle des Werkzeugs 2 kann auch eine Zwischenkonsole
zur Aufnahme von mehreren Werkzeugen eingesetzt sein. Der Adapter 1 weist eine konzentrische
Bohrung 12 auf, durch welche Schraubwerkzeuge 7 und
8 geführt werden
können. Die Bohrung ist werkzeugseitig erweitert und mit einem Innengewinde 3R versehen,
in welches ein Gewindezapfen 3 eingeschraubt werden kann. Der Gewindezapfen 3 weist
an seinem Unfang zwei verschiedene voneinander abgesetzte gleichgängige Gewinde
mit verschiedenen Steigungen G1 und G2 auf. Das am Adapter 1 befestigte Werkzeug
2 weist an seinem adapterseitigen Ende einen Hohlzapfen 21 mit Innengewinde 3B und
der Bodenfläche 9 auf, in welchen der Gewindezapfen 3 ebenfalls hineingeschraubt
werden kann.
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Adapter und Werkzeug weisen an den einander zugekehrten stirnseitigen
Enden 11 und 19 je eine von der Peripherie radial einwärts sich erstreckende Ausnehmung
N1 und N2 zur aufnahme eines Mitnehmerstücks 5 auf, das seinerseits über eine Schraubverbindung
51 am Werkzeug 2 befestigt ist.
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Figur 2 zeigt den ausschnitt -R von Figur 1, sowie unten angesetzt
das teilweise dargestellte Werkzeug 2 mit seiner adapterseitigen Stirnfläche 18.
In den Hohlzapfen 21 ist der Gewindezapfen 3 eingeschraubt. Dieser Gewindezapfen
3 weist eine konzentrische Bohrung mit Innengewinde zur aufnahme eines Gewindestiftes
4 auf. Am adapterseitigen Ende haben beide Teile Gewindezapfen 3 und Gewindestift
4 einen Drehansatz 31 bzw. 41, hier je eine Innen-Sechskantbohrung, in welche die
Schraubwerkzeuge 7 und 8 zur Manipulation eingesteckt werden können.
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Un die nötige Presskraft zwischen den Stirnflüchen 16 des Werkzeugs
und 11 des Adapters herbeizuführen und gleichzeitig die Ausnehmungen N1 (Adapter)
und N2 (Werkzeug oder Zwischenkonsole> in fluchtende Position zu bringen bzw.
die Ädapterausnehmung N1 über den am Werkzeug 2 befestigten und in dessen ausnehmung
N2 liegenden Mitnehmerstücks 5 in Einschiebestellung zu bringen, geht man folgendermassen
vor:
1. Äm noch nicht auf den Adapter 1 montierten Werkzeug 2 (bspw.
Figur 2) wird der Gewindestift 4, soweit im Gewindezapfen 3 zurückgeschraubt, bis
er am hohlzapfenbodenseitigen Ende nicht mehr hervorsteht.
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2. Der Gewindezapfen 3 wird nun in den Hohizapfen 21 mit dem Innengewinde
3B soweit hineingeschraubt, bis er auf dem Hohlzapfenboden 9 aufsteht.
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3. Das Werkzeug 2 mit dem eingeschraubten Gewindezapfen 3 wir nun
in das Innengewinde 3R des Adapters 1 eingeschraubt, bis irgendwo an der Stirnseite
11 des adapters das über die Stirnflache hinausragende Mitnehmerstück 5 aufsteht.
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4. Das Werkzeug 2 wird nun wieder soweit zurückgeschraubt, bis das
in der Ausnehmung N2 befestigte Mitnehmerstück 5 über der ausnehmung N1 des Adapters
1 steht.
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5. Mit dem durch die konzentrische Bohrung 12 eingeführten rohrförmigen
Gewindezapfenschraubwerkzeug 7 wird der Gewindezapfen 3 so gedreht, dass das Mitnehmerstück
5 in die Ausnehmung N1 des Adapters 1 eingeschoben wird und schliesslich die Stirnflächen
19 und 11 in Anlage stehen. Hier kann dann durch Festziehen der nötige Änpressdruck
aufgebracht werden.
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6. Beim Zusammenziehen von Adapter und Werkzeug, wird der Gewindezapfen
gemäss dieser Äusführungsform von seiner Änlagefläche 9 wegbewegt. Durch das in
der konzentrischen Bohrung 12 im Adapter 1 steckende, rohrförmige
(konzentrisch
hohle) Gewindezapfeneinstellwerkzeug 7, wird ein Gewindestifteinstellwerkzeug 8
bis zum Drehansatz des Gewindestifts 4 durchgesteckt und der Gewindestift 4 soweit
gegen das Werkzeug vorgeschraubt, bis er am Hohlzapfenboden 9 ansteht. Durch anschliessendes
Festziehen des Gewindestiftes 4 ist der Gewindezapfen 3 für die nachfolgenden Bearbeitungsgänge
des Werkzeugs lagegesichert.
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Die Wirkung dieser Massnahme ist folgende: Beim Zurück schrauben gemäss
den oben beschriebenen Punkten 5 und 6, wird der Gewindezapfen 3 aus dem Hohl zapfen
21 heraus- und in den adapter hineingeschraubt, da beide Gewinde gleichgängig sind.
Durch eine Steigungsdifferenz von bspw. 1:3, bei einem Gewinde G2 von 1.5mm im Hohlzapfen
und dem andern Gewinde G1 von 4.5mm im adapter, wird der Vorschub des Zapfens in
den Adapter hinein 3mal grösser sein, als aus dem Hohlzapfen heraus. So werden die
beiden Werkzeugteile aufeinander zugeschoben und zusammengepresst.
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Bei einer weiteren, in Figur 3 gezeigten und von der bevorzugten Äusführungsform
abweichenden Äusführungsform, weist der Gewindezapfen 3 an Stelle von zwei gleichgängigen
Gewinden mit verschiedenen Steigungen zwei gegengängige Gewinde mit gleicher Steigung
auf. G3 ist bspw. rechtsgängig, G4 ist dann linksgängig und es gilt die Steigung
G3 = G4. In den Hohlzapfen 21 ist der Gewindezapfen 3 eingeschraubt. Dieser Gewindezapfen
3 weist ebenfalls eine konzentrische Bohrung mit Innengewinde zur Aufnahme eines
Gewindestiftes 4 auf. Am adapterseitigen Ende haben beide Teile Gewindezapfen 3
und Gewindestift 4 einen Drehansatz 31 bzw. 41, hier je eine Innen-Sechskantbohrung,
in welche die Einstellwerkzeuge 7 und 8 zur Manipulation eingesteckt werden können.
Eine weitere, also dritte Variante kann mit gegengängigen Gewinden
und
ungleichen Steigungen (G3 ungleich G4) realisiert werden; dies ist eine Mischform
der beiden diskutierten Lösungen.
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Zur Montage wird der Gewindezapfen 3 etwa halb in den Hohlzapfen 21
eingeschraubt und der Adapter aufgesetzt und zugeschraubt, bis er am Mitnehmerstück
5 ansteht. Dann wird der Adapter 1 soweit zurückgedreht, bis das Mitnehmerstück
5 über der ausnehmung N1 steht. Mit Hilfe des in die Innen-Sechskantbohrung 31 eingeführten
Gewindezapfeneinstellwerkzeug 7 werden die beiden Teile zusammengezogen bis zur
gewünschten Pressung und der Gewindezapfen 3 durch Anziehen des Gewindestiftes 4
mit Hilfe des Gewindestifteinstellwerkzeug 8 fixiert.
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Bei dieser Äusführungsform wird durch eine Drehung am Gewindezapfen
mit zwei gegenläufigen Gewinden bewirkt, dass sich beide Gewindeteile in das jeweilige
Werkzeugstück hinein- oder hinausbewegen und sich damit beide Teile, Adapter und
Werkzeug entweder aufeinander zu- oder voneinander wegbewegen.
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Um die Systematik aller möglichen Varianten zu vervollständigen, sei
hier noch auf die zur Lösung des Problems allerdings untaugliche Ausführung von
gleichgängigen Gewinden mit gleicher Steigung hingewiesen. Äequivalent zu den drei
brauchbaren Ausführungsformen ist natürlich die Umkehrung von Innengewinde auf Äussengewinde
oder deren Mischformen.