DE4200808C2 - Bearbeitungseinheit mit einer angetriebenen rotierenden Spindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit, insbesondere für die Bearbeitung von Mehrkammer-Hohlprofilen für den Fenster- oder Wintergartenbau, mit einer angetriebenen rotie­ renden Spindel, an der eine Spanneinrichtung für den Schaft eines Bohr- oder Fräswerkzeugs angeordnet ist und bei der die Spindel und der Schaft des Bohr- oder Fräswerkzeugs mit zu­ einander fluchtenden zentralen Bohrungen und das Bohr- oder Fräswerkzeug mit einer Austrittsöffnung zur Zuführung von Schmier- und Kühlmittel zum Bearbeitungsbereich versehen sind.

Es sind Bearbeitungseinheiten dieser Art bekannt, bei denen Bohrwerkzeuge oder Fräswerkzeuge in der Form von Schaftfräsern mit einer zentralen Bohrung verwendet werden (SE-Drillspiral­ bohrer der Firma Hertel AG, Fürth bzw. Schaftfräser der Firma Strasmann Präzisionswerkzeug- und Maschinenfabrik, Remscheid, um durch diese Bohrungen flüssiges Kühl- und Schmiermittel an die Bearbeitungsstellen zu bringen. Diese Aus­ gestaltungen weisen den Vorteil auf, daß auch das Werkzeug selbst auf diese Weise von innen heraus kühlbar ist. Zu einer ausreichenden Kühlung, Schmierung und Spänespülung werden in der Regel zwischen 20 und 30 Liter Flüssigkeit pro Minute ver­ braucht.

Bei der Profilbearbeitung auf dem Bausektor, z. B. im Fenster- und Fassadenbau, wo vorwiegend Aluminiumhohlprofile bearbeitet werden, läßt sich eine Schmierung und Kühlung auf solche Weise nicht immer verwirklichen. Beispielsweise würden Mehrkammer­ hohlprofile, wie sie im Fenster- oder Wintergartenbau verwendet werden; voll Schmiermittel laufen, das aus diesen Hohlkammern nicht wie bei üblichen Werkstücken abgeführt und im Kreislauf verwendet werden kann. Bei der Bearbeitung solcher Profile arbeitet man daher mit einer Sprühnebelschmierung, die durch gesonderte Sprühdüsen in den Bearbeitungsbereich gebracht wird. Eine solche Sprühnebelschmierung erlaubt aber keine intensive Werkzeugkühlung wie bei den eingangs erwähnten hohlen Bohr- und Fräswerkzeugen. Sie bringt auch Schwierigkeiten mit sich, wenn der Sprühnebel zum Beispiel bei der Bearbeitung von Mehrkammer­ hohlprofilen mit Hilfe von langen Bohr- oder Fräswerkzeugen in den Bereich von innerhalb des Hohlkammerprofiles liegenden zu bearbeitenden Querstegen gebracht werden soll. Probleme unter gesundheitlichen Aspekten für die Bedienungspersonen ergeben sich auch dadurch, daß relativ große Mengen von Schmiermittel versprüht werden müssen, um eine ordnungsgemäße Bearbeitung und eine ausreichende Späneabfuhr zu gewährleisten. Dieses Schmier­ mittel kann in die Atemwege des Bedienungspersonals gelangen.

Aus der DE-PS 9 19 026 ist es bekannt, für einen rotierenden Messerkopf eine Schmiermittelzuführung dadurch herzustellen, daß man in den hohlen Schaft des Messerkopfes ein Mantelrohr eingesetzt hat, das über ein Kugellager gegenüber dem rotieren­ den Messerkopf gelagert ist. In dieses Mantelrohr ist ein Schmiermittelrohr eingepaßt, das an diametral gegenüberliegen­ den Stellen in Längsrichtung jeweils mit einer eingefrästen Nut versehen ist und in einem feststehenden Verteilerkopf gehalten ist. In einen das Schmiermittelrohr umgebenden Raum wird seit­ lich Druckluft eingeführt, die dann durch die Nuten des Schmier­ mittelrohres hindurch bis zu dessen Austrittsöffnung geführt wird und dort durch eine düsenartige Ausgestaltung zum Ver­ sprühen des Schmiermittels führen kann, das dann durch entspre­ chende Öffnungen im Messerkopf nach außen tritt. Eine solche Lösung ist verhältnismäßig aufwendig und läßt sich dann, wenn die Werkzeuge, wie eingangs ausgeführt, in der Form von Schaft­ fräsern oder Spiralbohrern ausgebildet sind, nicht verwirk­ lichen, insbesondere dann nicht, wenn diese Werkzeuge verhält­ nismäßig lang ausgebildet sind.

Aus der EP-0 288 660 A2 ist schließlich noch eine Bauart mit einer hohlen Antriebsspindel bekannt, bei der eine Druckluft­ zuführung zentral in einer Werkzeugaufnahme mündet und zum Freiblasen derselben von Verunreinigungen dient. Ein Schmier­ mittelzufuhrkanal endet im Bereich des Umfangs dieser Werkzeug­ aufnahme. Schmiermittel kann auf diese Weise in Kühlmittel­ kanäle von in die Werkzeugaufnahme eingesetzten Werkzeugen ge­ langen, die am Umfang des Werkzeugschaftes angebracht sind (DE 40 19 428 A1). Mit solchen Bauarten läßt sich eine Sprühnebel­ schmierung, wie vorher erwähnt, nicht verwirklichen. Ein Ein­ satz für die Bearbeitung von Mehrkammerhohlprofilen mit Hilfe von langen Bohr- oder Fräswerkzeugen ist auch nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bearbei­ tungseinheit der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Sprühnebelschmierung erreicht wird, die direkt dem Be­ arbeitungsbereich zugeführt werden kann, so daß auch bei der Bearbeitung mit langen Werkzeugen die Schmierung und die Kühlung jeweils in dem Bereich erfolgen kann, in dem die Zer­ spanung stattfindet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Bearbeitungseinheit der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die zentralen Bohrungen ausschließlich an eine die Werkzeugkühlung überneh­ mende Druckluftzuführung angeschlossen sind, und daß etwa konzentrisch durch die Bohrungen ein oben geführtes und gehaltenes dünnes Rohr bis kurz vor den Bereich der Austrittsöffnung des Bohr- oder Fräswerkzeuges hindurchgeführt ist, das an einer Schmiermittelzuführung angeschlossen und mit einer auf die durchströmende Druckluft abgestimmten Menge an Schmiermittel beaufschlagbar ist. Durch diese Ausgestaltung kann eine Sprühnebelschmierung mit einer gleichzeitigen Innenkühlung des Werkzeuges verwirklicht werden. Der Sprühnebel tritt im zerspanungsbereich aus, die notwendige Schmierung wird an der rich­ tigen Stelle erreicht, und es wird sichergestellt, daß auch das Werkzeug selbst während des Bearbeitungsvorganges ständig von innen heraus gekühlt ist. Diese Kühlung wird von der durchströmenden Luft übernommen. Dabei wird durch die Anordnung des Zuführrohres verhindert, daß sich Schmiermittel in unkon­ trollierbarer und unerwünschter Weise im Inneren der Antriebs­ spindel und des Bohr- oder Fräswerkzeuges ablagert. Das Schmiermittel wird erst kurz vor der Austrittsstelle des Bohr- oder Fräswerkzeuges aus dem Zuführrohr durch die an dessem Ende vorbeiströmende Luft zu dem erwünschten Nebel verteilt. Durch diese Maßnahmen kann auch die Menge des notwendigen Schmier­ mittels erheblich reduziert werden. Es hat sich gezeigt, daß eine Menge von 0,001 Liter/min. ausreicht. Bekannte Sprühein­ richtungen, bei denen das Schmiermittel nicht gezielt dem Zer­ spanungsbereich zugeführt werden kann, weisen - obwohl man schon durch Taktschmierung den Verbrauch so niedrig als möglich gemacht hat - einen Verbrauch von 0,02 Liter/min. auf.

Es hat sich herausgestellt, daß das Zuführrohr für das Schmier­ mittel nur sehr dünn zu sein braucht. Ein Durchmesser von ca. 1 Millimeter, wie dies bei Kugelschreiberminen der Fall ist, ge­ nügt vollkommen. Die Bohrungen in der Spindel und vor allen Dingen in dem Bearbeitungswerkzeug brauchen daher nicht allzu groß zu werden.

Bei einer Bearbeitungseinheit, die insbesondere mit einem Ein­ zahnschaftfräser versehen ist, ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnung am Ende eines parallel zu der Druckluftbohrung im Werkzeugschaft verlaufenden Austrittskanales angeordnet ist, der exzentrisch zu der Schaftachse verläuft. Bei solchen Ein­ zahnschaftfräsern verbleibt am Übergang zwischen Einspannschaft und der Schneide genügend Platz, um eine solche Ausgestaltung vorzunehmen. Nach dem Anspruch 3 kann der Austrittskanal im Bereich angrenzend an den Werkzeugschaft und den Späneraum gegenüber einer spiralförmig verlaufenden Schneide angeordnet sein. Nach Anspruch 4 kann die Austrittsöffnung als ein den Austrittskanal erweiternder Schlitz ausgebildet sein. Dies führt zu einer breiten Verteilung des Sprühnebels. Nach An­ spruch 5 kann dieser Schlitz in die Übergangsfläche zwischen Werkzeugspannschaft und Schneidenteil münden.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit und anhand von mehreren Ausführungsformen von Bearbeitungswerkzeugen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Bear­ beitungseinheit gemäß der Erfindung

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung eines als Bearbeitungs­ werkzeug verwendeten Einzahnfräsers mit einer Kühl­ mittelbohrung und einem gesonderten Austrittskanal

Fig. 3 den Fräser der Fig. 2 um 90° verdreht und teilweise aufgeschnitten

Fig. 4 die Draufsicht auf den Fräser der Fig. 2 und 3

Fig. 5 einen Einzahnfräser ähnlich Fig. 2, jedoch mit einem anderen Austrittskanal und einer anderen Austritts­ öffnung, und

Fig. 6 die Draufsicht auf den Fräser der Fig. 5.

In der Fig. 1 ist in einem hülsenförmigen Lagerkopf (1) einer im übrigen nicht gezeigten Bohr- oder Fräsmaschine eine Spindel (2) drehbar mit Hilfe der Lager (3) angeordnet, die über einen Vielkeilriemen (4), der an einem Halsteil (5) der Spindel (2) angreift, von einem nicht dargestellten Antriebsmotor in Rota­ tion versetzt werden kann. Die Spindel weist an ihrem unteren Ende an sich bekannte Spannbacken (6) auf, die mit Hilfe einer Überwurfmutter (7) in den Spannkonus (8) der Spindel (2) mehr oder weniger hereingeschoben werden können, so daß dadurch der Schaft (9) eines Bohr- oder Fräswerkzeuges, beim Ausführungs­ beispiel eines Schaftfräsers (10), fest mit der Spindel (2) ver­ spannbar ist.

Der Lagerkopf (1) kann beispielsweise Teil des Kreuzschlittens einer Kopierfräsmaschine sein. Er ist oben mit einer Abdeckung (11) und mit einem aufgesetzten Abschlußteil (12) versehen, das auf der Innenseite eine zylindrische Bohrung (13) aufweist, die zur Spindel (2) hin durch einen Kolben (14) abgeschlossen ist, der fest in dem Halsteil (5) der Spindel (2) verschraubt ist. In den Raum oberhalb des Kolbens (14), der von der Bohrung (13) eingeschlossen ist, mündet seitlich eine Bohrung (15), in deren Gewinde ein Anschlußnippel (16) für eine Druckluftzuführleitung (17) eingeschraubt ist. Konzentrisch in die Bohrung (13) herein ragt ein zapfenförmiger, hohler Ansatz (18), in dem ein dünnes Rohr (19) geführt und gehalten ist, das durch den Abschlußteil (12) hindurch bis in den Bereich des Schaftfräsers (10) reicht. Dieses Rohr besitzt einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser. In der Praxis hat sich ein Durchmesser von 1 Millimeter als ausreichend erwiesen. Das Rohr (19) entspricht daher in seiner Ausgestaltung etwa einer Kugelschreibermine, nur daß es wesent­ lich länger ist.

In dem Kolben (14) ist eine zentrale Bohrung (20) angeordnet, die mit einer Bohrung (21) in der Spindel (2) und mit einer zentralen Bohrung (22) im Schaftfräser (10) fluchtet. Das Rohr (19) ist durch die Bohrung (20) des Kolbens (14) , durch die Bohrung (21) in der Spindel, durch den unterhalb der Bohrung (21) in der Spindel (2) gebildeten zylindrischen Hohlraum (23) mit dem Befestigungskonus und durch die zentrale Bohrung (22) des Schaftfräsers (10) hindurchgeführt und liegt mit seinem offenen Austrittsende (24) damit innerhalb des Schaftfräsers (10) in einem Bereich, in dem vom Schaftfräser der Zerspanungs­ vorgang vorgenommen wird.

Das obere Ende (25) des Rohres (19) ragt aus einem Schraub­ stutzen (26) des Abschlußteiles (12) oben heraus und ist von einem auf ein Gewinde des Schraubstutzens (26) aufgesetzten Anschlußnippel (27) und von einem zwischen diesem und dem Anschlußstutzen (26) liegenden Dichtring (28) umgeben. In den Anschlußnippel (27) mündet eine Zuführleitung (29) für flüssi­ ges Schmiermittel, die über eine Kappe (30) dicht mit dem Nippel (27) verbunden ist. Über diese Zuführleitung (29) kann flüssiges Schmiermittel dosiert dem Rohr (19) und damit dem Bereich des Zerspanungsteiles des Schaftfräsers (10) zugeführt werden. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, wird dieses aus dem Ende (24) austretende Schmiermittel von dem im Betrieb das Rohr (19) umspülenden und durch die Druckluftleitung (17) zugeführ­ ten Druckluftstrom fein verteilt und in der Form eines Sprüh­ nebels durch die Austrittsöffnung (31) des Schaftfräsers (10) der Zerspanungsstelle zugeführt.

Dem Lagergehäuse (1) ist auch noch eine Arretierung in der Form eines Druckzapfens (32) zugeordnet, der bei einer Betätigung in entsprechende Öffnungen (33) der Spindel einrasten kann. Dies kann von der Bedienungsperson durch einen Druck auf den Arre­ tierbolzen (32) erreicht werden, der durch eine Druckfeder (33a) aber in der in der Fig. 1 gezeigten Lage verbleibt, wenn er nicht betätigt ist.

Durch die gezeigte Ausführungsform wird es möglich, eine Sprüh­ nebelschmierung gezielt an der den Zerspanungsvorgang aus lösen­ den Stelle des Schaftfräsers (10) vorzusehen. Die Schmierung kann daher auch dann beim Zerspanungsvorgang erfolgen, wenn beispielsweise die Zwischenstege von Mehrkammerhohlprofilen gefräst oder gebohrt werden sollen, die an Stellen innerhalb des Profiles liegen, wo sonst eine Schmiermittelversorgung oder eine Schmiernebelversorgung nicht möglich gewesen wäre. Durch Abstimmen der Menge des durch die Leitung (29) zufließenden Schmiermittels, die nun in der Größenordnung von 0,001 Liter/ min. liegen kann, mit der durch die Leitung (17) zuströmenden Druckluft, kann das Verhältnis zwischen Schmiermittel und Luft in sehr einfacher Weise geregelt werden. Der Schmiermittelan­ teil kann dabei sehr gering gehalten werden, so daß zum einen der Verbrauch an Schmiermittel niedrig bleibt, zum anderen aber auch eine umweltfreundliche Schmierung erfolgt und der Anteil des Schmiermittels in der den Schmiermittelnebel mit führenden Luft in einem gesundheitlich verträglichen Maß gehalten werden kann. Gleichzeitig mit dieser Schmiermaßnahme wird durch die Erfindung aber auch erreicht, daß - wie bei bekannten Bohr- oder Fräswerkzeugen - das Werkzeug selbst von innen heraus durch die durchströmende Druckluft gekühlt wird.

Der Sprüheffekt und damit die Schmierung kann durch eine geeignete Werkzeugausbildung gefördert werden. Die Fig. 2 bis 4 zeigen einen Einzahnschaftfräser, der beispielsweise dem Schaftfräser (10) der Fig. 1 entsprechen kann. Die Fig. 2 bis 4 zeigen, daß die Bohrung (22) des Schaftfräsers (10) in einen Austrittskanal (34) mündet, der parallel zu der Achse (35) des Schaftfräsers (10), aber exzentrisch zu dieser Achse verläuft. Dieser Austrittskanal (34) mündet in einen Schlitz (36), der, wie strichpunktiert angedeutet ist, durch das Ansetzen einer rotierenden Frässcheibe (37) aus dem Schaftfräser (10) im Bereich des Austrittskanales (34) herausgefräst ist. Der Aus­ trittskanal (34) und der Schlitz (36) befinden sich dabei, wie Fig. 4 zeigt, auf der von der rotierenden spiralförmigen Schneide (38) abgewandten Seite. Der Austrittsschlitz, der eine starke Erweiterung des Austrittskanales (34) darstellt, wirkt wie eine Schlitzdüse, durch die der Schmiermittelnebel in auf­ gefächerter Sprühstrahlform der Bearbeitungsstelle zugeführt werden kann.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausgestaltung, die weitgehend jener der Fig. 2 bis 4 entspricht. Unterschiedlich ist jedoch, daß hier der Austrittsschlitz (39) nicht wie bei der Ausfüh­ rungsform der Fig. 2 bis 4 durch eine rotierende Frässcheibe hergestellt ist, sondern durch eine Bearbeitung parallel zu dem Austrittskanal (34) mit einem etwa ovalen Querschnitt herge­ stellt ist. Auch dieser Austrittsschlitz ergibt einen breit ge­ fächerten Sprühstrahl, der aber etwas mehr gebündelt ist als der Sprühstrahl des Fräsers der Fig. 2 bis 4. Es gibt darüber hinaus natürlich noch weitere Möglichkeiten den Austritts­ schlitz des Austrittskanales (34) je nach gewünschtem Sprüh­ strahl zu gestalten.

Claims (5)

1. Bearbeitungseinheit, insbesondere für die Bearbeitung von Mehrkammer-Hohlprofilen für den Fenster- oder Wintergar­ tenbau, mit einer angetriebenen rotierenden Spindel (2), an der eine Spanneinrichtung (6) für den Schaft eines Bohr- oder Fräswerkzeuges (10) angeordnet ist, und bei der die Spindel und der Schaft des Bohr- oder Fräswerkzeuges mit zueinander fluchtenden zentralen Bohrungen (21, 22) und das Bohr- oder Fräswerkzeug (10) mit einer Austrittsöffnung (31) zur Zufüh­ rung von Schmier- und Kühlmittel zum Bearbeitungsbereich ver­ sehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Bohrun­ gen (21, 22) ausschließlich an eine die Werkzeugkühlung über­ nehmende Druckluftzuführung (17) angeschlossen sind und daß etwa konzentrisch durch die Bohrungen ein oben geführtes und gehaltenes dünnes Rohr (19) bis kurz vor den Bereich der Austrittsöffnung (31) des Bohr- oder Fräswerkzeuges (10) hindurchgeführt ist, das an ei­ ne Schmiermittelzuführung (29) angeschlossen und mit einer auf die durchströmende Druckluft abgestimmten Menge an Schmiermittel beaufschlagbar ist.

2. Bearbeitungseinheit nach Anspruch 1, insbesondere mit einem Einzahnschaftfräser (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (31, 36, 39) am Ende eines parallel zu der Bohrung (22) im Werkzeugschaft (9) verlaufenden Aus­ trittskanales (34) angeordnet ist, der exzentrisch zu der Schaftachse (35) verläuft.

3. Bearbeitungseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittskanal (34) im Be­ reich angrenzend an den Werkzeugschaft (9) und des Spänerau­ mes gegenüber einer spiralförmig verlaufenden Schneide (38) angeordnet ist.

4. Bearbeitungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (35, 39) als ein den Austrittskanal (34) erweiternder Schlitz ausgebildet ist.

5. Bearbeitungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitz (36, 39) in den Übergangsbereich zwischen Werkzeugschaft (9) und Schneidenteil (38) mündet.