DE3540109A1 - Schraubverbindung an einem ausdrehwerkzeug und dessen adapter - Google Patents

Schraubverbindung an einem ausdrehwerkzeug und dessen adapter

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DE3540109A1
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Germany
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tool
adapter
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screw connection
adaptor
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Application number
DE19853540109
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Willy Rupperswil Berner
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URMA AG
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URMA AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B31/00Chucks; Expansion mandrels; Adaptations thereof for remote control
    • B23B31/02Chucks
    • B23B31/10Chucks characterised by the retaining or gripping devices or their immediate operating means
    • B23B31/11Retention by threaded connection

Description

  • SCHRAUBVERBINDUNG ÄN EINEM ÄUSDREHWERKZEUG UND DESSEN
  • ADAPTER.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es ist Rufgabe der Erfindung, eine Schraubverbindung zu schaffen, mit welcher ein Festsitzen von Schraubverbindungen an drehmomentbelasteten Werkzeugen verhindert wird.
  • Die Rufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierte Erfindung gelöst.
  • Anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren, werden spezielle Ausführungsformen der Erfindung eingehend diskutiert.
  • 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.
  • Fig. 3 zeigt in Ansicht von B im Schnitt Ä-Ä von Figur 1 eine andere Äusführungsform der er f i ndungsgemässen Schraubverbindung.
  • 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.
  • 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.
  • Das Einführen eines vorher nicht vorhandenen Keils, bspw.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 2. Der Gewindezapfen 3 wird nun in den Hohizapfen 21 mit dem Innengewinde 3B soweit hineingeschraubt, bis er auf dem Hohlzapfenboden 9 aufsteht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRUECHE 1. Schraubverbindung zwischen einem Äusdrehwerkzeug und dessen adapter, wobei Werkzeug und Adapter je ein Gewinde aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gewinde (3R,3B) von Adapter C1) und Werkzeug (2) durch einen Gewindezapfen (3) mit zwei verschiedenen voneinander abgesetzten, je Adapter und Werkzeug entsprechenden Gewinden (B1,G2) verbunden sind und dass Adapter und Werkzeug je eine Ausnehmung (N1,N2> zur aufnahme eines gemeinsamen Mitnehmerstücks und ein dazu geordnetes Mitnehmerstück <5) aufweisen.
  2. 2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptergewinde (3A) und das Werkzeuggewinde <36) und der Gewindezapfen (3) mit den beiden zugeordneten Gewinden <Gl,G2) gleichgangige Gewinde mit verschiedenen Steigungen aufweisen.
  3. 3. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adaptergewinde (3A) und das Werkzeuggewinde (3B) und der Gewindezapfen <3> mit den beiden zugeordneten Gewinden (G3,G4) gegengangige Gewinde mit gleichen oder ungleichen Steigungen aufweisen.
  4. 4. Schraubverbindung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindezapfen (3) eine Innenbohrung mit Gewinde und in dieser einen Gewindestift (4) als Feststellschraube aufweist.
  5. 5. Schraubverbindung nach einem der ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindezapfen (3) an einem Ende einen Drehansatz (31) aufweist.
  6. 6. Schraubverbindung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindezapfen (3) und der als Feste 11 schraube wirkende Gewindestift (4) an ihren einen Enden Drehansätze <31,41) aufweisen.
  7. 7. Schraubverbindung nach einem der ansprüche 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehansatz eine Vieleck-Innenbohrung zur aufnahme eines Vieleckschlüssels ist.
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