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Technisches Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft ein drehbares Werkzeug, welches für die spanabhebende
Bearbeitung vorgesehen und von der Art ist, die einen Grundkörper aufweist,
der um eine geometrische Mittelachse drehbar ist, sowie einen austauschbaren
Schneidteil, der über
eine Einsteck-/Aufnahmekupplung
einschließlich
einerseits einer Aufnahmenut am Vorderende des Grundkörpers und
andererseits eines Einsteckteils, der von dem Schneidteil nach rückwärts hervorragt,
mit dem Grundkörper
verbindbar ist, wobei der Einsteckteil einen vorderen Grundabschnitt, der
von einem Paar von gegenüberliegenden,
ersten Flankenoberflächen
begrenzt ist, sowie einen rückwärtigen Keilabschnitt
aufweist, der schlanker ist als der Grundabschnitt und durch ein
Paar von gegenüberliegenden
zweiten Flankenoberflächen
begrenzt ist, wobei ein Paar erster querlaufender Oberflächen die
ersten und zweiten Flankenoberflächen
voneinander trennt, der Vorderteil des Grundkörpers einen vorne offenen Schlitz
aufweist, der zwei elastisch biegbare Schenkel trennt, welche den
Zweck haben, den Einsteckteil in der Nut festzuklemmen, und die Nut
zwei unterschiedlich breite Räume
aufweist, nämlich
einen vorderen Raum, der zwischen freie Endoberflächen des
Grundkörpers
mündet
und durch ein Paar von ersten Oberflächen auf gegenüberliegender
Seite begrenzt ist, einen hinteren Bodenraum, der zwischen einem
Paar von zweiten Oberflächen
auf entgegengesetzter Seite sowie einer Bodenoberfläche angeordnet
ist, wobei ein Paar zweiter querlaufender Oberflächen die ersten und zweiten
Seitenoberflächen
voneinander trennt, und mindestens eine der zwei zweiten Flankenoberflächen unter
einem ersten Winkel bezüglich
der Mittelachse in der Richtung auswärts/rückwärtig von dem Schneidteil geneigt
ist, wobei sie gleichzeitig als eine zusammenwirkende Seitenoberfläche in dem
Bodenraum der Nut bezüglich
der Mittelachse unter einem zweiten Winkel in der Richtung einwärts/vorwärts von der
Bodenoberfläche
zwecks Schaffung einer Keiltätigkeit
geneigt ist, wodurch, wenn die Schenkel gegen den Einsteckteil gespannt
werden, ein axiales Ziehen des Einsteckteils in die Nut hinein geschaffen wird,
wobei der Bodenraum in der Nut, der eine Backe bildet, eine veränderbare
Breite hat und der Keilabschnitt des Einsteckteils an einem unteren
Abschnitt einer geneigten Flankenoberfläche eine maximale Breite hat.
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Hintergrund der Erfindung
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Schneidwerkzeuge
derjenigen Art, welche einen Grundkörper sowie einen separaten,
austauschbaren Schneidteil verwenden, können in der Praxis stark sich
verändernde
Formen haben und zum Beispiel aus Bohrwerkzeugen, Fräswerkzeugen,
wie zum Beispiel Endfräser
oder Schlitzfräser, Gewindeschneidern
usw. bestehen. Der Grundkörper
besteht gewöhnlich
aus einem länglichen
Schaft mit zylindrischer Grundgestalt. In modernen Maschinenwerkzeugen
sind die Grundkörper
so ausgeklügelt
und teuer, daß sie
aus wirtschaftlichen Gründen nicht
mit dem Schneidteil zusammengefaßt werden können, welcher den Abnutzungsteil
des Werkzeuges bildet und eine begrenzte Lebensdauer hat. Mit anderen
Worten ist es gewinnbringend, den eigentlich schneidenden Teil in
der Form einer getrennten, abnehmbaren Einheit zu gestalten, die
von den Fachleuten gewöhnlich
als „loser
Aufsatz" bezeichnet
wird und nach dem Abrieb ausgetauscht werden kann, während der
teure Grundkörper
eine längere
Zeit benutzt werden kann (gewöhnlich
10 bis 20 Auswechselungen). In der Praxis ist der lose Aufsatz ganz oder
teilweise aus einem harten, abriebbeständigen Material hergestellt,
wie zum Beispiel Sinterkarbid oder dergleichen, während der
Grundkörper
aus einem Material hergestellt ist, welches eine größere Elastizität hat, zum
Beispiel Stahl. Es sei auch bemerkt, daß Werkzeuge der in Rede stehenden
Art in erster Linie – wenngleich
nicht notwendigerweise – für die Bearbeitung
von Werkstücken
aus Metall gedacht sind.
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Stand der Technik
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Ein
Werkzeug der eingangs erwähnten
Art, welches auch im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist,
ist aus der
EP 1 310
313 A1 bereits bekannt. Kennzeichnend für dieses Werkzeug ist es, daß der Einsteckteil
des losen Aufsatzes wie ein Gleitstück gebildet ist, wobei der
Aufnahmeteil des losen Aufsatzes die Form einer seitlich offenen
Nut hat, in welche der Einsteckteil von der Seite eingeführt werden
kann. Genauer hat der Keilabschnitt des Einsteckteils eine maximale
Breite, die größer als
die maximale Breite des Backens ist, der aus dem querschnittsmäßig keilförmigen Bodenraum
der Nut gebildet ist. Auf diese Weise wird ein axiales Einführen des
Einsteckteils des losen Aufsatzes in der Nut selbst dann unmöglich gemacht,
wenn die biegbaren Schenkel des Grundkörpers maximal voneinander im Abstand
angeordnet sind. Unter dem Einsteckteil gibt es einen rotationsmäßig symmetrisch
geformten Vorsprung, der dadurch, daß er mit einer mittigen, ebenso
rotationsmäßig symmetrisch
geformten Auflagefläche
in der Bodenfläche
der Nut in Eingriff gebracht ist, den Zweck hat, den losen Aufsatz
bezüglich
des Grundkörpers
zu zentrieren. Wenn der Einsteckteil in die Nut von irgendeiner
Seite derselben eingeführt wird,
wird der Zentriervorsprung dazu gebracht, längs der Bodenfläche der
Nut bis hoch zu der Stelle zu gleiten, wo der Vorsprung die Auflagefläche erreicht,
wodurch der Vorsprung automatisch in die Auflagefläche fallen
sollte. Während
einer solchen Bewegung des losen Aufsatzes zu der zentrierten Position
und von dieser fort wird nur ein begrenzter Raum zwischen der Bodenseite
des Einsteckteils und der Bodenoberfläche der Nut verfügbar. Aus
diesem Grund kann der Zentriervorsprung nur eine sehr begrenzte
Höhe bekommen.
Ferner müssen
der Vorsprung und die Auflagefläche
eine solche Gestalt haben, daß die
Auflagefläche,
die in der Lage sein sollte, wiederholten Auswechselungen des losen
Aufsatzes zu widerstehen, nicht Deformationsbeschädigungen
in Verbindung mit den Auswechselungen unterworfen wird. Ferner ist
für das
bekannte Werkzeug kennzeichnend, daß die zwei Seitenoberflächen, welche
den hinteren, querschnittsmäßig keilförmigen Bodenraum
der Nut bestimmen, unter einem anderen Winkel geneigt sind als die äußeren Flankenoberflächen auf
dem Keilabschnitt des Einsteckteils. Genauer sind die zuerst erwähnten Winkel
kleiner als die zuletzt erwähnten,
wodurch ein Linienkontakt zwischen den zusammenwirkenden Oberflächen tiefstmöglich innerhalb
der Nut entsteht. Mit anderen Worten wird ein Freiraum zwischen
den Flankenoberflächen
in der Richtung auswärts
und nach vorn von dem Linienkontakt erhalten. In der Praxis hat
sich herausgestellt, daß sich
durch diese Tatsache Nachteile und Schwierigkeiten bezüglich der
Möglichkeiten
ergeben, das Werkzeug in einer praktisch zufriedenstellenden Weise
zu realisieren. Deshalb bedeutete der begrenzte Linienkontakt zwischen
dem Bodenraum der Nut und dem Keilabschnitt des Einsteckteils, daß die Kapazität bzw. Leistung
des Werkzeuges, ein Drehmoment zwischen Grundkörper und dem losen Aufsatz
zu übertragen,
mäßig wurde.
Außerdem
passiert es, daß die
losen Aufsätze,
die aus hartem Material hergestellt sind, brechen oder aufgrund
extremer Belastungskonzentrationen neben den Orten des Linienkontaktes
abgeschert werden. Ferner bedeutete die begrenzte Höhe des zentrierenden
Vorsprunges, daß die
Zentrierfunktion des Vorsprunges unzuverlässig wurde. Alles in allem
haben die Benutzer des Werkzeuges die Erfahrung der Unsicherheit
bezüglich
der Frage gemacht, ob der Vorsprung mit der Auflagefläche in Eingriff
kam, bevor die biegbaren Schenkel dazu gebracht wurden, den losen
Aufsatz festzuklemmen. Ein anderer Nachteil emotionaler Eigenschaft
besteht darin, daß die
Benutzer es unnatürlich
fanden, den losen Aufsatz von der Seite in die Nut des Grundkörpers einzuführen.
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Aufgaben und Merkmale der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt die Abhilfe der vorstehend erwähnten Nachteile
des Werkzeuges nach der
EP
1 310 313 A1 und die Schaffung eines verbesserten Werkzeuges.
Somit ist es primäre Aufgabe
der Erfindung, ein Werkzeug zu schaffen, dessen loser Aufsatz für den Benutzer
auf natürliche Weise
angeordnet bzw. demontiert werden kann, d.h. axial, während gleichzeitig
die Kopplung zwischen dem losen Aufsatz und dem Grundkörper die Übertragung
eines großen
Drehmoments erlauben sollte. Eine andere Aufgabe der Erfindung ist
die Schaffung eines Werkzeuges, dessen Zentriereinrichtung ein deutliches
und genaues Zentrieren des losen Aufsatzes bezüglich des Grundkörpers garantiert.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Werkzeuges,
bei welchem das Risiko der Zerstörung der
losen Aufsätze
während
des Betriebes auf ein Minimum reduziert ist.
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Gemäß der Erfindung
wird mindestens die erste Aufgabe durch die Merkmale, wie sie in
Anspruch 1 definiert sind, gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen
des Schneidwerkzeuges gemäß der Erfindung
sind weiterhin in den abhängigen
Ansprüchen
bestimmt.
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Zusätzliche Erläuterung des Standes der Technik
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Durch
die
DE 32 30 688 A1 ist
bereits ein Werkzeug bekannt, welches in der Form eines Fräswerkzeuges
mit einem auswechselbaren losen Aufsatz hergestellt ist. In diesem
Fall besteht das Einsteckteil des losen Aufsatzes aus einem echt
konischen Stift, der in eine ähnlich
konisch geformte Auflagefläche
hinein- und herausbewegbar ist, wobei sich die Auflagefläche in dem
Vorderende des Grundkörpers öffnet. Die
Tatsache, daß sowohl
der Stift als auch die Auflagefläche
konisch sind, bedeutet, daß die
Kopplung zwischen denselben mit einer besonderen, produktionsmäßig komplizierten
Drehverriegelung gebildet werden muß und daß die Schenkel, welche die
Auflagefläche
begrenzen, in Verbindung mit den Auswechselungen der losen Aufsätze erheblich
verbogen werden müssen.
Diese Drehverriegelung ihrerseits erschwert die Möglichkeit
einer deutlichen Zentrierung des losen Aufsatzes im Verhältnis zum
Grundkörper.
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Kurze Beschreibung der anliegenden
Zeichnungen
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In
den Zeichnungen ist:
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1 eine
perspektivische, auseinandergezogene Ansicht unter Darstellung eines
losen Aufsatzes sowie eines teilweise gezeigten Grundkörpers in der
Form eines Bohrschaftes,
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2 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht des von hinten gesehenen losen Aufsatzes,
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3 eine
teilweise perspektivische Ansicht unter Darstellung eines Vorderendes
des Grundkörpers
in einem frei exponierten Zustand,
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4 eine
auseinandergezogene Ansicht unter Darstellung des Grundkörpers im
Längsschnitt sowie
des losen Aufsatzes in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,
wobei zwei in dem Grundkörper
eingebaute Schenkel in einem abgebogenen Zustand für die Aufnahme
des losen Aufsatzes gezeigt sind,
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5 eine
Seitenansicht entsprechend 4, ergänzt mit
Ausdehnungspfeilen und Winkelpfeilen,
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6 eine
analoge Seitenansicht unter Darstellung desselben Grundkörpers, wobei
sich die zwei Schenkel in einem spannungslosen Zustand befinden.
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7 ein
Teillängsschnitt
durch das Werkzeug, wobei der lose Aufsatz in die Nut des Grundkörpers eingeführt ist
und die Schenkel des Grundkörpers
noch nach außen
gebogen sind, und
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8 ein
Schnitt entsprechend 7 unter Darstellung des losen
Aufsatzes in einem durch die Schenkel festgeklemmten Zustand.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung
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Das
in den 1 bis 8 gezeigte Schneidwerkzeug hat
die Form eines Bohrers, der in üblicher
Weise einen allgemein mit 1 bezeichneten Grundkörper sowie
einen austauschbaren Schneidteil oder einen losen Aufsatz 2 aufweist.
Der Grundkörper 1 besteht
in diesem Fall aus einem länglichen Schaft
mit zylindrischer Grundgestalt, der in den Zeichnungen abgeschnitten
gezeigt ist. Der Grundkörper
ist in zweckmäßiger Weise
in einer Maschine montierbar, zum Beispiel einer Mehrfachbetriebsmaschine
und hat zwei schraubenförmige,
querschnittsmäßig konkav
gekrümmte
Grenzoberflächen 3,
welche Spankanäle
bilden. In einem vorderen oder äußeren Ende
des Grundkörpers 1 ist
eine Nut 4 gebildet, in welcher ein Schlitz 5 mündet und
zwei elastisch verbiegbare Schenkel 6 trennt. Auf beiden
Seiten der Nut 4 befinden sich axial Druck übertragende Oberflächen 7,
in welche Kanäle 8 münden für den Transfer
einer Kühlflüssigkeit
zu den entsprechenden Kanälen 8' in dem losen
Aufsatz 2.
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Der
lose Aufsatz 2 hat eine drehmäßig symmetrische Grundgestalt,
soweit er eine kreisförmige äußere Konturform
längs einer
im wesentlichen zylindrischen (oder rückwärtig etwas konischen) Hülloberfläche 9 hat.
Die vordere Oberfläche 10 des
losen Aufsatzes ist konisch, wobei die Spitze des Konus nach vorn
gerichtet ist. Im allgemeinen hat der lose Aufsatz einen Durchmesser,
welcher etwas größer ist als
der Durchmesser des Grundkörpers 2.
In der Hülloberfläche 9 sind
zwei konkav gekrümmte
Grenzoberflächen 3' gebildet, die
sich an die Oberflächen 3 anschließen und
Spankanäle
in dem losen Aufsatz bilden. In dem vorderen Teil des losen Aufsatzes
sind Schneidkanten 11 gebildet. An dem hinteren oder inneren
Ende des losen Aufsatzes 2 hat dieser einen Einsteckteil,
der in seiner Gesamtheit mit 12 bezeichnet ist, um mit
der Nut 4 in Eingriff zu kommen. Auf beiden Seiten des
Einsteckteils 12 gibt es ebene, axial Last aufnehmende
Oberflächen 13 für das Zusammenwirken
mit den Flächen 7 auf
dem Grundkörper.
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In 4 bezeichnet
C eine geometrische Mittelachse, um welche das zusammengesetzte Werkzeug
drehbar ist. Diese Mittelachse sollte für den Grundkörper 1 und
den losen Aufsatz 2 gemeinsam sein, wenn letzterer bezüglich des
ersterwähnten
Grundkörpers
genau zentriert ist. Die Endoberflächen 7 des Grundkörpers 1 sowie
die Endoberflächen 13 des
losen Aufsatzes 2 erstrecken sich in Ebenen, die zu der
Mittelachse C senkrecht sind.
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Der
lose Aufsatz 2 ist ganz oder teilweise aus Hartmetall oder
einem anderen abriebfesten Material hergestellt, während der
Grundkörper 1 aus
einem Material mit einer erheblich größeren Elastizität hergestellt
ist, zum Beispiel Stahl. Stahl ist als Folge der ihm innewohnenden
Elastizität
oder Flexibilität
zu bevorzugen, welche es ermöglichen,
die Schenkel 6 durch den Schlitz 5 federnd elastisch
im Abstand voneinander anzuordnen. Dieses Verbiegen der Schenkel
wird in dem Beispiel durch eine Klemmvorrichtung 14 in
der Form eines Keils garantiert, der im Querschnitt eine ovale Form
hat.
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Wie
man in den 2 und 4 sieht,
ist der Einsteckteil 12 seitwärts länglich und hat eine teilweise
verjüngt
zulaufende Querschnittsform. In analoger Weise hat die Nut 4 eine
querschnittsmäßig teilweise
verjüngt
zulaufende Form. Diese axial verjüngt zulaufende Gestalt des
Einsteckteils bzw. der Nut bedeutet, daß das Einsteckteil in die Nut
gezogen wird, wenn es durch die Tatsache festgeklemmt wird, daß die Schenkel 6 einwärts verbogen
und federnd elastisch gegen das Einsteckteil gedrückt werden.
In dem gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Einsteckteil 12 einen
querschnittsmäßig keilförmigen oder
schwalbenschwanzförmigen
Abschnitt 15 auf sowie einen dickeren Grundabschnitt 16 zwischen
dem Keilabschnitt 15 und den Endoberflächen 13. Der Keilabschnitt 15 ist
durch eine hintere Endoberfläche 17 sowie
zwei Flankenoberflächen 18 begrenzt,
die sich vor diesem erstrecken und unter einem Winkel α (siehe 5)
zu der Endoberfläche 17 geneigt
sind. Diese zwei ersten Flankenoberflächen 18 können in
vorteilhafter Weise eben sein, obwohl es an sich möglich ist,
dieselben mit einer etwas gekrümmten,
zum Beispiel konkav gekrümmten
Gestalt zu formen. Auch die Endoberfläche 17 kann in vorteilhafter
Weise eben sein.
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Der
Grundabschnitt 16 ist auf der einen Seite durch zwei gegenüberliegende
zweite Flankenoberflächen 19 begrenzt,
die eben und parallel zueinander sind, und auf der anderen Seite
durch zwei erste querlaufende Oberflächen 20, die sich
zu den ersten Flankenoberflächen 18 hin
einwärts
erstrecken. Diese querlaufenden Oberflächen 20 können eben
sein. Mit Vorteil – wenngleich
nicht notwendigerweise – sind
die Flankenoberflächen 18, 19 des
Einsteckteils 12 bezüglich
der Mittellinie C paarweise symmetrisch, d.h. die ebenen und zueinander
parallelen zweiten Flankenoberflächen 19 auf
dem Grundabschnitt 16 sind in gleichmäßig großen Radialabständen von
der Mittellinie angeordnet. Dies ist auch bei den ersten Flankenoberflächen 18 des
Keilabschnittes 15 der Fall, obwohl diese geneigt sind. Der
Winkel α sollte
im Bereich von 76-81° liegen und in
zweckmäßiger Weise
78° betragen
(der Komplementärwinkel
= 12°).
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Die
Nut 4 hat eine Querschnittsgestalt, die im allgemeinen – aber nicht
exakt – der
Querschnittsgestalt des Einsteckteils 12 entspricht. Somit
wird ein äußerer Raum
in der Nut durch zwei erste Seitenoberflächen 21 bestimmt,
die eben und parallel zueinander sind. Diese Oberflächen 21 sind
dafür vorgesehen,
mit den Flankenoberflächen 19 des Grundabschnittes 16 des
Einsteckteils zusammenzuwirken. Einwärts von den zwei ersten Seitenoberflächen 21 erstreckt
sich ein Paar von querlaufenden Oberflächen 22, die in ein
Paar von Seitenoberflächen 23 übergehen,
welche dritte Seitenoberflächen genannt
werden. Diese Oberflächen 23 gehen
ihrerseits über
Kantenlinien oder Übergänge 24 in
ein Paar von zweiten Seitenoberflächen 25 über, welche in
eine ebene Bodenflächen 26 übergehen,
genauer über
konkav gekrümmte Übergänge 27.
Diese zweiten Seitenoberflächen 25 sind
geneigt und konvergieren in Vorwärtsrichtung,
wobei sie einen inneren Raum oder Bodenraum in der Nut bestimmen.
Der Winkel zwischen der einzelnen Seitenoberfläche 25 und der ebenen
Bodenoberfläche 26 ist
in 5 mit β bezeichnet.
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Der
Winkel zwischen der einzelnen Seitenoberfläche 23 und der Bodenoberfläche 26 ist
in 6 mit γ bezeichnet.
Der Winkel γ ist
größer als
der Winkel β.
Mit anderen Worten sind die dritten Seitenoberflächen 23 anders bezüglich der
Bodenoberfläche 26 geneigt
als die zweiten Seitenoberflächen 25.
Ferner sind die dritten Seitenoberflächen 23 bezüglich der Mittelachse
C unter einem Winkel von (90-γ)
geneigt. Dieser Winkel (90-γ)
ist kleiner als der Winkel (90-β), der
zwischen der zweiten Seitenoberfläche 25 und der Mittelachse
C gebildet ist.
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Erfindungsgemäß wird der
Winkel γ so
gewählt,
daß die
dritten Seitenoberflächen 23 geneigt sind,
um in der Vorwärtsrichtung
des Grundkörpers zu
divergieren, d.h. sie sind nach außen geneigt. Somit dienen die
dritten Seitenoberflächen 23 als
Führungsoberflächen, wenn
das Einsteckteil 12 in die Nut 4 eingeführt wird.
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Dank
dieser Gestaltung der Winkel β und γ, d.h. der
Winkel γ ist
größer als
der Winkel β,
ist das Einführen
des Einsteckteils 12 in die Nut 4 hinein mit einer
kleineren Verbiegung der Schenkel 6 ermöglicht, als sonst nötig.
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Nun
wird wiederum auf die 1 bis 3 Bezug
genommen, welche veranschaulichen, wie das Werkzeug Mittel für das Zentrieren
des losen Aufsatzes 2 bezüglich des Grundkörpers 1 aufweist. Diese
Mittel bestehen aus einem Vorsprung 28, der bei dem Ausführungsbeispiel
auf der ebenen Endoberfläche 17 des
Einsteckteils 12 gebildet ist, sowie einer Auflagefläche 29,
die in der Bodenoberfläche der
Nut 26 gebildet ist. Der Vorsprung 28 hat eine drehmäßig symmetrische
Grundgestalt und ist in zweckmäßiger Weise – wenngleich
nicht notwendigerweise – auf
der Mitte der Endoberfläche 17 angeordnet,
d.h. auf halbem Weg zwischen ihren zwei entgegengesetzten Enden.
Wie der Vorsprung 28 hat die Auflagefläche 29 eine allgemein
drehmäßig symmetrische
Grundgestalt.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird der Schlitz 5 durch
zwei ebene Oberflächen 30 begrenzt,
die in dem spannungslosen Zustand des Grundkörpers im wesentlichen parallel
zueinander verlaufen. An dem tiefsten Grund des Grundkörpers geht
der Schlitz 5 in ein Durchgangsloch 31 über, welches
einen größeren Durchmesser
hat als die Breite des Schlitzes. In einem gewissen Abstand innerhalb
der Mündung
des Schlitzes 5 in der Bodenoberfläche 26 sind konkav gekrümmte Teiloberflächen 32 in
den Oberflächen 30 gebildet,
die zusammen eine Durchgangsbohrung 33 bilden, welche eine
ovale Querschnittsgestalt hat. In diese Bohrung 33 kann
der vorgenannte Klemmkeil 14 eingeführt werden. Ähnlich der
Bohrung 33 hat der Keil 14 eine im allgemeinen ovale,
d.h. elliptische Querschnittsgestalt. Das bedeutet, daß der Keil
widerstandslos in die Bohrung eingeführt werden kann, wenn die Hauptachsen
der Querschnitte zusammenfallen, und kann dann um 90° gedreht
werden. Durch die Tatsache, daß die
Hauptachse des Keilquerschnittes etwas größer gemacht wurde als die Nebenachse
des Bohrungsquerschnittes, können
die zwei Schenkel 6 allmählich nach außen bis
zu maximal gebogenen Positionen verbogen werden, in welchen die
Hauptachse des Keilquerschnittes senkrecht zu der Hauptachse des
Bohrungsquerschnittes ist.
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In
den 5 und 6 bezeichnet W die Breite der öffnungsfähigen Klemmbacke,
die zwischen entgegengesetzten Kantenlinien oder Übergängen 24 zwischen
den Seitenoberflächen 23, 25 gebildet
ist. Weiterhin bezeichnet B die maximale Breite des Keilabschnittes 15,
wie dieser zum Beispiel in einer gedachten radialen Ebene bestimmt wird,
welche die rückwärtigen Kantenlinien
der Flankenoberflächen 18 oder
der Übergänge zu der
Endoberfläche 17 hin
schneidet. Diese Übergänge sind
in den 4 und 5 mit 34 bezeichnet.
Weil der lose Aufsatz 2 aus einem massiven Körper besteht,
d.h. einem Hartmetallkörper,
ist die Breite B unveränderlich.
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Eines
der kennzeichnenden Merkmale der Erfindung besteht darin, daß die Klemmbackenbreite W
einerseits kleiner ist als die Breite B, wenn der Grundkörper spannungslos
ist, wie in
6 gezeigt ist, aber größer ist
als die Breite B, wenn die Schenkel
6 zu einem maximal
verbogenen Zustand gebogen sind (siehe
4). Auf
diese Weise kann das Einsteckteil
12 axial in die Nut
4 eingeführt werden, was
bei dem Werkzeug nach der
EP
1 310 313 A1 nicht möglich
war.
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Ein
anderes kennzeichnendes Merkmal besteht darin, daß die Winkel α und β gleich groß sind. Dies
bedeutet, daß Oberflächenkontakt
zwischen den Flankenoberflächen 18 auf
dem Keilabschnitt 15 und den zweiten Seitenoberflächen 25,
welche den Bodenraum in der Nut begrenzen, begründet ist.
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Der
Vorsprung 28 hat eine kegelstumpfförmige, konische Gestalt. Genauer
sollte die Hülloberfläche des
Vorsprunges bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Konuswinkel
von etwa 20° (2 × 10°) gebildet
sein. Jedoch sind auch kleinere sowie größere Konuswinkel möglich, vor
allem im Bereich von zwischen 10° (2 × 5°) und 30° (2 × 15°). Der Vorsprung
ist seichter bzw. flacher als die Auflagefläche 29, deren drehsymmetrische
Gestalt von einer zylindrischen Innenoberfläche 35 bestimmt wird,
die in einer welch gerundeten Kante oder einem Übergang 36 neben der
Bodenoberfläche 26 endet.
Der Durchmesser der Auflagefläche
ist einerseits etwas größer als
der kleinste Durchmesser des Vorsprunges in Verbindung mit dem freien
Ende der Hülloberfläche 37 des
Vorsprunges und auf der anderen Seite kleiner als der größte Durchmesser
des Vorsprunges in Verbindung mit der Endoberfläche 17. Diese Ausgestaltung
des Vorsprunges bzw. der Auflagefläche bedeutet, daß der Vorsprung
in der Auflagefläche
deutlich dadurch zen triert wird, daß nach dem Einführen in
die Auflagefläche
ein Linienkontakt mit der Kantenoberfläche 36 in einer Ebene
irgendwo zwischen den zwei entgegengesetzten Enden geschaffen wird.
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Unten
folgt ein Beispiel entscheidender Maße eines Bohrers mit einem
Durchmesser von 16 mm (der Durchmesser des losen Aufsatzes, welche in
einem Werkstück
das Loch erzeugt). In diesem Fall hat der Keilabschnitt
15 eine
größte Breite
B von 4,00 mm. Wenn die Schenkel
6 den unbeeinflußten, spannungslosen
Zustand gemäß
5 annehmen,
beträgt
die Breite W der Aufnahmebacke 3,82 mm, d.h. ist 0,18 mm kleiner
als B. Dies bedeutet, daß der
Keilabschnitt des Einsteckteils
15 nicht frei in den Bodenraum
der Nut eingeführt
werden kann. Um das Einführen
des Einsteckteils in die Nut zu ermöglichen, wird der Keil
14 in
die Bohrung
33 eingeführt,
wie in
6 gezeigt ist. Anfänglich ist die Hauptachse des Keilquerschnittes
dann passend zu der Hauptachse des Querschnittes der Bohrung
33.
Wenn der Keil dann in die in den
4 und
7 gezeigte
Position um 90° gedreht
wird, werden die Schenkel
6 auseinandergebogen, wobei die
Breite W auf 4,06 mm vergrößert wird.
In diesem Zustand kann der Keilabschnitt
15 widerstandslos
in den Bodenraum der Nut eingeführt
werden, denn die Breite der Aufnahme-Klemmbacke ist 0,06 mm größer als
die größte Breite
B des Keilabschnittes. Lediglich durch die einfache Maßnahme,
daß man
die Finger gleichzeitig gegen die Hülloberflächen des Grundkörpers und des
losen Aufsatzes halt, wird der Vorsprung
28 unmittelbar
in die Auflagefläche
bzw. den Sitz
29 eingeführt.
Wenn der Keil
14 in einem letzten Schritt wieder um 90° gedreht
wird und in die Position nach
6 zurückkehrt
und aus der Bohrung
33 entfernt wird, springen die Schenkel
6 durch
ihre innewohnende Elastizität
zurück
und werden durch das Einsteckteil festgezogen. Genauer werden die
zweiten Seitenoberflächen
25 gegen
die ersten Flankenoberflächen
18 des
Keilabschnittes
15 gedrückt,
wobei eine axial rückwärtig gerichtete
Kraftkomponente auf den losen Aufsatz in seiner Gesamtheit aufgebracht
wird, wodurch das Einsteckteil in eine ganz zurückgezogene Position in der
Nut gezogen wird, in welcher Linienkontakt zwischen der Hülloberfläche des
Vorsprunges
28 und der äußeren Grenzkante
26 der
Auflagefläche
29 geschaffen
wird. Dieser Eingriff in dem Sitz bzw. der Auflagefläche erfolgt,
ohne daß die
Endoberfläche
17 des
Einsteckteils die Bodenoberfläche der
Nut
26 berührt,
wie man klar in
8 sieht. Entlang den Paaren
der Flanken- und Seitenoberflächen
18,
25 wird
jedoch ein echter Oberflächenkontakt
begründet,
weil die Winkel α und β gleich groß sind.
Für einen
16 mm Bohrer können
die Kontaktoberflächen
18,
25 eine
zwischen äußeren und
inneren Grenzlinie gezählte
Breite von etwa 0,3 mm haben. Außerdem wird Oberflächenkontakt
zwischen den Flankenoberflächen
19 des
Grundabschnittes
16 und den ersten Seitenoberflächen
21 der
Nut
4 geschaffen. Dies bedeutet, daß ein Drehmomentenübertragungs-Oberflächenkontakt
zwischen dem Einsteckteil und den Schenkeln in zwei axial im Abstand
angeordneten Bereichen längs
der Längsachse
des Werkzeuges gebildet wird, nämlich
einerseits dem Bereich, der dem Hauptteil des losen Aufsatzes am
nächsten
angeordnet ist, wobei der Bereich durch die Oberflächen
19,
21 bestimmt
wird, und auf der anderen Seite einem Bereich, der weiter rückwärtig angeordnet
ist und durch die Kontaktflächen
18,
25 bestimmt
wird. Durch die Tatsache, daß die
zuletzt erwähnten
Oberflächen
18,
25 echten
Oberflächenkontakt
miteinander haben im Gegensatz zu dem Linienkontakt nach der
EP 1 310 313 A ,
kann das erfindungsgemäße Werkzeug
ein erheblich größeres Drehmoment
zwischen dem Grundkörper
und dem losen Aufsatz übertragen,
wodurch die Möglichkeiten
der Erhöhung des
Vorschubes des Werkzeuges erheblich verbessert werden können.
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In
Verbindung mit 8 sei bemerkt, daß die querlaufenden
Oberflächen 20, 22 des
Einsteckteils bzw. der Nut keinen Kontakt miteinander haben, wenn
der lose Aufsatz in dem Grundkörper
eingeklemmt wird. Auch haben die Oberflächen 23 mit den äußeren Abschnitten
der Flankenoberflächen 18 keinen
Kontakt. Mit anderen Worten wird ein querschnittsmäßig im allgemeinen
L-förmiger Freiraum
in diesem Bereich gebildet.
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In
dem festgeklemmten Zustand wurde die Backenbreite W von ihrem maximalen
Wert von 4,06 mm verringert; jedoch nicht auf das anfängliche
Maß von
3,82 mm. Somit wird durch eine geeignete Wahl der Geometrie der
Konstruktion die Breite W bei dem in Rede stehenden Beispiel nur
auf 3,87 mm reduziert. Das bedeutet, daß die Schenkel 6 fortlaufend gegen
den Keilabschnitt des Einsteckteils durch eine gewisse Vorbelastung
gepreßt
gehalten werden, genauer durch eine Belastung, die sich aus der
Maßdifferenz
von 3,87 – 3,82
= 0,05 mm (= 2 × 0,025
mm) ergibt. Wenngleich die Vorbelastung zwischen stark (= große Maßdifferenz)
und moderat (= begrenzte Maßdifferenz)
verändert
werden kann, sollte sie in jedem Fall so gewählt werden, daß der lose
Aufsatz zuverlässig
in dem Grundkörper
gehalten wird, wenn das Bohrwerkzeug aus dem in einem Werkstück erzeugten
Bohrloch herausgezogen wird.
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Bei
dem Beispiel nach den 1 bis 8 haben
die ein Drehmoment übertragenden
Oberflächen 19, 21,
die während
des Betriebs miteinander in Kontakt sind, eine Breite von etwa 1
mm (zwischen äußeren und
inneren Begrenzungslinien gemessen).
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Vorteile der Erfindung
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Im
Vergleich zu dem Werkzeug nach der
EP 1
310 313 hat das erfindungsgemäße Werkzeug eine Vielzahl von
Vorteilen. Ein Vorteil besteht darin, daß die neue, einzigartige Kopplung
zwischen dem losen Aufsatz und dem Grundkörper die Übertragung eines großen Drehmomentes
ermöglicht,
wodurch die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges erheblich vergrößert werden
kann. Ferner ist das Montieren und Demontieren des losen Aufsatzes
merklich vereinfacht, vor allem durch die Tatsache, daß das Einsteckteil
des losen Aufsatzes axial in die Nut eingeführt werden kann, statt in der
radialen Richtung. Auf diese Weise ist der Eingriff zwischen dem
Zentriervorsprung und der mit diesem zusammenwirkenden Auflagefläche bzw.
dem Sitz weitgehend begünstigt. Außerdem kann
der Vorsprung mit einer merklich größeren Tiefe gebildet werden
als der entsprechende Vorsprung in dem zuvor bekannten Werkzeug.
Auf diese Weise wird ein deutlicheres und zuverlässigeres Zentrieren des losen
Aufsatzes erhalten. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das Risiko
der Zerstörung
und die Verschrottung des losen Aufsatzes, zum Beispiel infolge
einer Bruchbildung bzw. eines Abscherens, auf ein Minimum verringert
werden kann.