DE3733533A1 - Mitnehmereinrichtung fuer rotierbar gelagerte werkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mitnahmereinrichtung zum Über­ tragen eines Antriebs-Drehmomentes auf rotierbar gelagerte Werkzeuge, insbesondere Bohr- und/oder Fräswerkzeuge.

Bekannt sind Mitnahmereinrichtungen für Bohr- und/oder Fräs­ werkzeuge, die am Anfang oder Ende des Befestigungskonus an­ gearbeitet sind. In der Regel werden sie durch an den Schaft eines Werkzeuges angeformte Mitnahmeflächen gebildet bzw. weisen entsprechende Eingriffsflächen auf.

Mitnahmeeinrichtungen dieser Art werden dann wirksam, wenn die Haftung des Schaftes oder des Konus zum Übertragen des Antriebsmomentes nicht mehr ausreicht, das Werkzeug also etwa gegenüber der es aufnehmenden Spindel anfängt zurück­ zubleiben oder durchzurutschen. Bei einer kleinen solchen Relativbewegung wird dann die Mitnahmeverbindung meist schlagartig wirksam. Dies kann bei Werkzeugen aus kerami­ schen Werkstoffen oder Hartmetall leicht zum Bruch des Werk­ zeuges oder zu Rißbildung unter der dabei wirksamen Torsi­ onsbeanspruchung führen. Die erwähnten Werkstückstoffe sind gegen schlagartige Beanspruchung vor allem deshalb empfind­ lich, weil sie durchweg mit sehr hohen Drehzahlen mittels "Hochfrequenzspindeln" betrieben werden. Weiteren Einfluß auf die mögliche Schlagbeanspruchung haben die jeweils ein­ gesetzte Schneidengeometrie und die bei den speziellen Werk­ stückstoffen oft vorhandenen Inhomogenitäten.

Auch wenn der Werkzeugschaft über eine in Spannrichtung federnd vorgespannte Spannzange aufgenommen ist, kann sich in dieser Spannzange bei Überwindung der Federkraft Schlupf bilden. Wenn dann das aufgebrachte Drehmoment zu groß wird, hat dies einen Drehzahlabfall des Werkzeuges gegenüber der aufnehmenden Spannzange und dann eine schlagartige Torsions­ beanspruchung des Werkzeuges beim Wirksamwerden der Mitneh­ mereinrichtung zur Folge. Dies führt in vielen Fällen zum Bruch des Werkzeuges oder zur Bildung von Rissen in dessen Oberfläche. Keramische Werkzeuge, insbesondere Werkzeuge aus Vollkeramik werden dadurch oft unbrauchbar.

Die Erfindung geht aus von der eingangs definierten Mit­ nehmereinrichtung und hat zur Aufgabe, diese Einrichtung dahingehend zu verbessern, daß das Mitnehmermoment erst über einen größeren Drehwinkel auf das Werkzeug aufgebracht und dadurch schlagartige Beanspruchungen vermieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein zwischen einem Antriebs­ organ und dem Werkzeug momentschlüssig zwischengeschalteter und durch die Mitnahme des Werkzeuges nachgiebig verformba­ rer Mitnehmer.

In erster Linie kommt es hier auf die nachgiebige Verform­ barkeit an. Sie wird in aller Regel auch zunächst elastisch sein, kann aber auch je nach dem speziellen Zweck und den Kosten der Mitnehmereinrichtung einen anderen Verlauf neh­ men. In jedem Fall kann so das Werkzeug besser als bei be­ kannten, insbesondere starren Mitnehmereinrichtungen gegen die momentane Überbeanspruchung geschützt werden.

Die Anschlußmittel des Mitnehmers zum Antriebsorgan, ggf. auch zum Werkzeug, können grundsätzlich als lösbare Kupplung ausgebildet sein, damit bei einem Defekt oder gar einer Zer­ störung eines wesentlichen Teils der Mitnehmereinrichtung diese bzw. der Mitnehmer ausgewechselt werden kann.

Bevorzugt wird derzeit die Verwendung eines Mitnehmers, der wenigstens einen tragenden Korpus aus einem begrenzt nach­ giebig verformbaren Werkstoff aufweist und insbesondere ein­ stückig mit dem oder durch diesen Korpus gebildet ist.

Der Mitnehmer läßt sich grundsätzlich als Sollbruchelement einsetzen, das bei einer vorgegebenen Beanspruchung zerstört wird. Er kann dann aus verhältnismäßig hartem Werkstoff, etwa Hartgummi oder Hartkunststoff bestehen und ist beson­ ders preiswert herzustellen. Für die meisten Zwecke ist es jedoch besser, ihn aus einem etwas weicheren und anfangs stärker elastisch nachgiebigen Werkstoff, insbesondere halb­ hartem Kunststoff herzustellen oder aus mehreren Schichten mit unterschiedlich beschaffenen Werkstoffen zu bilden. Vor allem dann läßt sich außen und innen jeweils ein Bauteil aus hartem, insbesondere metallischem Werkstoff anbringen, um das An- und Abkuppeln des Mitnehmers zu erleichtern. Dies ermöglicht nun auch die Verwendung von die beiden Kupplungs­ stellen verbindenden Teilen mit größerem nachgiebigem Aus­ lenkweg bzw. größerer Elastizität.

Eine weitere Funktion übernimmt der Mitnehmer dadurch, daß er auf seiner dem Antriebsorgan abgewandten Seite mit Leit­ mitteln zum gezielten Ableiten der Späne von der Werkzeug­ aufnahme weg versehen ist. Dabei kann die betroffene Stirn­ seite des Mitnehmers kegelförmig, insbesondere trompeten­ artig verjüngt ausgebildet oder die Ableitungs-Stirnfläche mit Leitnuten versehen sein, die wenigstens eine axiale Komponente haben.

Solche Leitnuten können sich zum radial außen liegenden Ende hin verbreitern, folgen aber vornehmlich schrauben- bzw. spiralenförmigen Schleuderbahnen, wie sie von Gebläsen, Schleuderpumpen und Turbinen her bekannt sind. Mit solchen Leitnuten werden die vom Werkzeug gelösten Späne weitgehend an der größeren Kante der Mitnehmer-Stirnfläche abgeschleu­ dert und können so zuverlässig einer Absaugeinrichtung bzw. einem anderen Weiterförderer zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Mitnehmereinrichtung kann bei grund­ sätzlich allen rotierenden und insbesondere spanabhebenden Werkzeugen zum Einsatz gebracht werden, auch bei Werkzeugen, die aus mehreren Komponenten bestehen, zum Beispiel bei Bohr- und Fräswerkzeugen, deren Schaft aus Stahl besteht, und die eine eingezogene oder eingelassene Seele aus einem Schneidstoff besitzen. Eine geeignete Mitnahmefläche kann angeformt, angeschliffen, angefräst oder durch Kaltformen angebracht sein. Ferner läßt sich der Mitnehmer dazu ver­ wenden, zwei- oder dreidimensionale Markierungen anzubrin­ gen, die einzeln beim Nachschärfen des Werkzeuges entfernt werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten erfindungs­ gemäßen Mitnehmereinrichtung mit einem als Bohrfräser ausgebildeten Werkzeug,

Fig. 2 eine Ansicht dieser Einrichtung in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1, wobei jedoch das Werkzeug als Zwei­ schneiden-Spiralbohrer ausgebildet ist,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende abgewandelte Aus­ führung der Erfindung teilweise im Längsschnitt,

Fig. 5 eine Ansicht dieser Vorrichtung von rechts in Fig. 4 gesehen, die

Fig. 6 u. 7 eine erste Abwandlung der Ausführungen der Fig. 4 und 5 und die

Fig. 8 u. 9 eine weitere Abwandlung der Fig. 4 und 5.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Kombination eines ein­ stückigen Mitnehmers (1) mit einem spanabhebenden Werkzeug (2) das als Bohrfräser auf der Mantelfläche seiner Schneid­ teile (3) mit einander kreuzenden Spiralenschneiden (4) und an seiner Stirnfläche (5) mit einer kegelförmigen Schneid­ spitze (6) versehen ist.

Dieser Bohrfräserschneidteil schließt sich an einen vom zylindrischen Werkzeugschaft (10) ausgehenden schlanken Kegelstumpf (11) an. Im übrigen unterscheiden sich die Werkzeuge aus den Fig. 1 und 2 nur dadurch, daß nach Fig. 2 das Werkzeug (2) als herkömmlicher Zweischneiden-Spiral­ bohrer ausgeführt ist.

Der Mitnehmer (1) hat im wesentlichen die Form einer rota­ tionssymmetrischen Muffe, die mit ihrer zylindrischen Boh­ rung (12) fest auf der Außenfläche des Schaftes (10) sitzt. Die spanseitige Stirnfläche (13) schließt sich glatt an die Kegelstumpffläche (11) des Werkzeuges (2) an und hat die Form einer Torusfläche, die sich vom Werkzeugübergang her trompetenartig erweitert.

Zum Schaft (10) hin ragt aus der dadurch unterbrochenen Endfläche (15) zwei im Querschnitt rechteckige, diametral zur Werkzeugachse (16) angebrachte Kupplungsnasen (17) vor, die in eine komplementär als Quernut ausgebildete Aufnahme eines Antriebselementes, insbesondere einer Antriebsspindel eingreifen sollen.

Diese Antriebsspindel überträgt ihr Drehmoment vornehmlich über den zylindrischen Schaft bzw. einen Kupplungskonus unmittelbar auf das Werkzeug (2), zum anderen ist auch ein Kraftübertragungsweg über die Kupplungszähne (17) auf den Mitnehmer (1) und von diesem wieder auf die Außenfläche des Werkzeugschaftes (10) eingerichtet. Die letztere Verbindung kann durch Verkleben, Anschmelzen oder Anschweißen oder dgl. erfolgen. Bei Verwendung des hier bevorzugten Kunststoffes kommt vornehmlich ein Anspritzen, Angießen oder dgl. in Betracht. Wichtig ist nur, daß die so geschaffene Haftver­ bindung das maximale vom Mitnehmer (1) zu übertragende Drehmoment wenigstens annähernd weitergeben kann.

Von besonderer Bedeutung ist aber, wenn die unmittelbare Kupplungsverbindung zwischen Spindel und Werkzeugschaft nicht ausreicht, daß die zusätzliche und anschließend vor­ nehmlich allein wirkende Kupplungskraft über den Mitnehmer (1) allmählich und ohne Kupplungsschläge aufgebracht wird. Dadurch werden Werkzeug und Werkstück ebenso geschont wie die Kupplungsverbindung zwischen Mitnehmer und Werksstück in der Bohrung (12). Es muß also eine Relativbewegung der Bohrungsfläche gegenüber den Kupplungsnasen (17) möglich sein, was eine Verformung des Mitnehmers (1) bedingt. Aus diesem Grunde sollten die Kupplungsnasen (17) nicht fest an die Außenfläche des Werkzeugschaftes (10) angeschlossen, also z.B. nicht mitaufgeklebt sein. Sie können von dieser Fläche radialen Abstand haben, oder die entsprechenden Kupplungselemente der Antriebsspindel greifen weiter außen an den Kupplungsnasen (17) an.

Die Verformung sollte wenigstens im Anfangsbereich elastisch sein, um eine selbständige wenigstens begrenzte Rückstellung zu ermöglichen. Die Elastizität ist aber weniger wichtig als die Schonung des Werkzeuges. Da der Wert des Werkzeuges in aller Regel um ein Vielfaches größer ist als der des Mitneh­ mers (1), kann zur Schonung des Werkzeuges grundsätzlich auch die Zerstörung des Mitnehmers in Betracht gezogen werden. Der Mitnehmer kann daher grundsätzlich auch als Sollbruchelement ausgelegt sein.

Dies würde die Verwendung eines besonders preiswerten Hartkunststoffes beim einstückigen, fest am Werkzeug angeformten Mitnehmer empfehlen.

Die Einstückigkeit ist auch empfehlenswert bei einem Kunststoff, der mehr als mittelhart und in größerem Ausmaß verformbar angesehen werden kann. Weichelastisch bzw. weich­ gummiartig oder dgl. sollte der Werkstoff jedoch nur in Aus­ nahmefällen sein, insbesondere bei nichtschneidenden Werk­ zeugen, wenn es nur um geringere Kräfte und Momente geht und eine Zerstörung des Mitnehmers nach Möglichkeit vermieden werden sollte. Dabei könnte es sich aber empfehlen, den Mit­ nehmer als Verbundkörper auszuführen, der an den Kupplungs- bzw. Anschlußstellen formsteife, insbesondere metallische Verbindungsteile aufweist, deren Relativdrehung durch be­ grenzte Kräfte gebremst wird. Dabei können auch Reibungs­ mittel in Betracht kommen, die jedoch größere Drehmomente als der unmittelbare Anschluß des Werkzeuges ermöglichen. Auf diese Weise wird jedenfalls die unlösliche feste Ver­ bindung von Mitnehmer und Werkzeug vermieden. Der Mitnehmer kann jedenfalls mit zwei lösbaren Kupplungsvorrichtungen zur Spindel und zum Werkzeug hin ausgestattet sein und läßt sich dann auch bei einem Bruch oder einer Beschädigung leichter auswechseln. Dies hat also auch Bedeutung für vornehmlich als Sollbruchelement verwendete Mitnehmer.

Die Leitnuten (14) erstrecken sich zwar vornehmlich axial, sind aber, wie die Darstellung in den Fig. 1 und 2 gezeigt, Spiralen, wie sie von Gebläse- oder Turbinenschaufel-Ein­ laßkanten her bekannt sind. Dabei wird die Nutbreite b nach außen größer, sie ist im übrigen etwa zwei- bis fünffach größer als die Nuttiefe t.

Auf diese Weise werden vor allem die sich im Zerspanungs­ bereich bildenden langfaserigen Späne einmal vom Leitteil des Werkzeuges selbst abgezogen und zum anderen vor der Anschlußstelle des Werkzeuges an die Antriebsspindel bzw. das Antriebsaggregat radial nach außen abgelenkt und auf begrenzter Fläche so abgeschleudert, daß sich das Spangut leicht einfangen und eine Transportvorrichtung zum Weiter­ transport zuführen läßt.

Nach Fig. 4 ist der Schneidteil (3) des wiederum als Bohr- Fräser ausgebildeten Werkzeuges (2) mit einer negativen Bohrerspitze (51) und außen vorragenden Schneiden (61) ver­ sehen. Der wiederum als einstückig angespritzter Kunststoff­ körper ausgebildete Mitnehmer (1) ist im Bereich einer Quernut (21) mit einer zum Zerspanungsbereich hinweisenden, zur Werkzeugachse (16) geneigten Kupplungsfläche (22) und zur Antriebsseite hin gelegenen steileren Anschlagschulter (23) versehen. Zur Kupplung mit der Antriebsspindel dient hier eine Sechskant-Vertiefung (24).

Gemäß den Fig. 6 und 7 entspricht das hier etwas verkürzt dargestellte Werkzeug (2) im wesentlichen der Darstellung aus Fig. 1. Anstatt der dort gezeigten Kupplungszähne (17) ist hier in geometrischer Umkehrung eine Kupplungsnut (25) für an der Antriebsspindel vorgesehene Kupplungsnasen an­ gebracht.

Nach den Fig. 8 und 9 umschließen zwei gegenüberliegende Segmentlappen (27) des Mitnehmers (1) eine breite Quernut (28), in die ein Rechteck-Kupplungsvorsprung einer Antriebs­ spindel oder dgl. Antriebsmittel eingreifen kann. Zudem sind dort diametral gegenüberliegend zwei Quernuten (21), Kupp­ lungsflächen (22) und Anschlagschultern (23) eingeformt.

Claims (16)

1. Mitnehmereinrichtung zum Übertragen eines Antriebs-Dreh­ momentes auf rotierbar gelagerte Werkzeuge, insbesondere Bohr- und/oder Fräswerkzeuge, gekennzeichnet durch einen zwischen einem Antriebsorgan und dem Werkzeug (2) moment­ schlüssig zwischengeschalteten und durch die Mitnahme des Werkzeugs (2) nachgiebig verformbaren Mitnehmer (1).

2. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußmittel (17) des Mitnehmers wenig­ stens zum Antriebsorgan als Teil einer lösbaren Kupplung ausgebildet sind.

3. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (1) wenigstens einen tra­ genden Korpus aus einem begrenzt nachgiebig verformbaren Werkstoff aufweist und insbesondere einstückig mit dem oder durch diesen Korpus gebildet ist.

4. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (1) als Sollbruchelement ausgebildet ist.

5. Mitnehmereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (1) aus einem Kunststoff im Bereich zwischen Hartkunststoff und halbhar­ tem Kunststoff besteht.

6. Mitnehmereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (1) durch form­ schlüssigen Angriff an wenigstens einer nicht rotations­ förmigen Mitnahmefläche (21-23) des Werkzeuges (2) fest angeschlossen ist.

7. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mitnahmefläche (22) zur Werkzeugachse mit einer Steigung gegen das Abziehen des Mitnehmers (1) zur Arbeitsseite des Werkzeuges (2) hin versehen ist.

8. Mitnehmereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ihrer Antriebsseite eine dem Antriebsorgan, insbesondere der Antriebsspindel angepaßte Aufnehmung (17, 24, 25, 28) aufweist.

9. Mitnehmereinrichtung für spanabhebende Werkzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (1) auf der dem Antriebsorgan abgewandten Seite mit Leitmitteln (14) zum gezielten Ableiten der Späne von der Werkzeugaufnahme weg versehen ist.

10. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die der Antriebsseite abgewandte Stirnfläche (13) des Mitnehmers (1) kegelförmig, insbesondere trompe­ tenartig verjüngt ist.

11. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungs-Stirnfläche des Mitneh­ mers (1) mit Leitnuten (14) versehen ist, die wenigstens eine axiale Komponente haben.

12. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitnuten (14) zum radial außen liegenden Auslaßende verbreitert sind.

13. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Leitnuten (14) spiralenförmigen Schleuder­ bahnen folgen.

14. Mitnehmereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie irreversibel entfernbare Markierungen besitzt, die zur Kenntlichmachung von Nach­ schleifvorgängen entfernbar sind.

15. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Markierungen durch abbrechbare lndexe gebildet sind.

16. Mitnehmereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lndexe durch entfernbare Aufdrucke gebil­ det sind.