WO2011109844A1 - Vorrichtung zur bearbeitung eines ein verbundmaterial aufweisenden werkstücks - Google Patents

Vorrichtung zur bearbeitung eines ein verbundmaterial aufweisenden werkstücks Download PDF

Info

Publication number
WO2011109844A1
WO2011109844A1 PCT/AT2011/000116 AT2011000116W WO2011109844A1 WO 2011109844 A1 WO2011109844 A1 WO 2011109844A1 AT 2011000116 W AT2011000116 W AT 2011000116W WO 2011109844 A1 WO2011109844 A1 WO 2011109844A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tool
workpiece
hold
stator
sleeve
Prior art date
Application number
PCT/AT2011/000116
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Bleicher
Dominik Berger
Original Assignee
Technische Universität Wien
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universität Wien filed Critical Technische Universität Wien
Publication of WO2011109844A1 publication Critical patent/WO2011109844A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/002—Means to press a workpiece against a guide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q11/00—Accessories fitted to machine tools for keeping tools or parts of the machine in good working condition or for cooling work; Safety devices specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools
    • B23Q11/0042—Devices for removing chips
    • B23Q11/0046—Devices for removing chips by sucking
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/27—Composites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23B2226/27—Composites
    • B23B2226/275—Carbon fibre reinforced carbon composites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/36—Multi-layered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23C—MILLING
    • B23C2226/00—Materials of tools or workpieces not comprising a metal
    • B23C2226/27—Composites, e.g. fibre reinforced composites

Definitions

  • the invention relates to a device for processing a workpiece having a composite material with fibers and a matrix material, with a tool rotatably mounted in a stator, in particular a drilling or milling tool.
  • the invention also relates to a hold-down device for a device for processing a particular composite material with a fiber and a matrix material having workpiece, which rotatably mounted in a stator tool, in particular Bohrc. Milling tool having.
  • the tool for example a drill, milling head or the like, is rotatably mounted in a receptacle of a stationary housing or stator.
  • a drive device for transmitting a torque to the tool is provided.
  • the rotating tool In known drilling or milling devices, the rotating tool is engaged with a workpiece to produce a wellbore or the like. In order to ensure the required quality of the finished workpiece, it is desirable if the action of the tool on the workpiece remains as exactly as possible limited to the point of engagement of the tool. The adjacent to the tool portion of the workpiece, however, should not be affected by the machining process as possible. As will bear on the workpiece with the tool via ⁇ high forces, however, it may occur in known devices to undesirable damage, in particular a surface of the workpiece. This problem occurs especially at Ver ⁇ composite materials such as composite panels on etc., where fibers are bound in a matrix material.
  • the matrix material used is usually a resin which has a comparatively low strength compared with the usually high-strength fibers. Accordingly, the strength value of the matrix material may differ significantly from that of the fibers, so that the separation of the Fibers required forces are greater than the maximum absorbable from the matrix material forces. This can lead to a disadvantageous fraying of the workpiece, ie a lifting of
  • a rotational decoupling between the voltage applied to the workpiece guide plate and the externa ⁇ ßeren sleeve of the positioning can be achieved only if the frictional forces between the guide plate and the workpiece surface are larger than the data transmitted from inner to outer shell of the ball bearing forces. However, this is not readily guaranteed for many tool surfaces - especially composite materials.
  • US 2,294,303 A also describes an electric drill with a tool mounted in a chuck, which is arranged in a sleeve-shaped positioning part, which is displaceable against the force of a spring relative to the tool.
  • the tool In operation of the drill, the tool is attached to a hole of a template, wherein a cylindrical free end of the positioning for positioning or guiding the Tool serves.
  • the positioning member is merely intended to align a drilling tool on corresponding boreholes; However, this can not prevent fraying of a composite workpiece during machining.
  • the rotating positioning coupled with the tool, so that there is a relative movement and frictional forces between the workpiece surface and the adjacent thereto guiding Sleeve Shirt ⁇ se.
  • this disadvantageously causes wear of the workpiece surface, thereby deteriorating the surface quality.
  • the US 7,607,871 Bl discloses a holding device for a tool which is displaceable against the force of a spring.
  • the holding device has a height-adjustable nose piece, which has an end opening for the passage of the tool.
  • the annular abutment surface of the nose piece surrounds the tool, but leaving a larger clearance between the nose piece and the tool.
  • the object of the present invention is to provide a usable in particular with conventional rotatable tools device of the type mentioned, with the fraying or delamination of the workpiece is reliably prevented during the machining process.
  • the object of the invention is also to specify a hold-down device for such a device.
  • the holding-down device is connected, wherein the hold-down element in an engaged position of the tool un ⁇ ter exerting a contact pressure of at least 0.1 N / mm 2 abuts in a adjacent to the tool section on the workpiece, so that the holding force of the fibers is supported in the matrix material and thus a fraying or delamination of the workpiece in the vicinity of an engagement point of the tool is substantially prevented.
  • the hold-down element against the facing Ab- pressed section of the workpiece when the tool is in the engaged position in which the tool has penetrated with a certain depth of engagement in the workpiece.
  • the holding force of the fibers in the matrix material is supported by the contact pressure exerted by the hold-down element.
  • the contact pressure is preferably dimensioned such that deviations between the cutting forces or stresses acting on the fibers or the matrix material are compensated or overcompensated.
  • the fibers can be separated precisely, without resulting in lifting of individual fibers or fiber bundles from the cut surface of the workpiece.
  • the device can also be used with conventional, in particular interchangeable tools, which are not specially designed to prevent fraying or delamination of the workpiece.
  • the hold-down element is secured against rotation in the engagement position of the tool relative to the surface of the composite workpiece.
  • the hold-down device may be attached to the (stationary) stator;
  • the rotation can be achieved by appropriate storage of the hold-down element in conjunction with the inventions ⁇ inventive contact pressure of at least 0.1 N / mm 2 .
  • the tool is mounted directly in the stator.
  • the use of a tool-receiving adapter connected to the stator can be dispensed with. In this way, the concentricity of the tool can be significantly improved, whereby a higher accuracy in the processing of the composite workpiece can be achieved.
  • the hold-down element in the direction of engagement of the tool in particular in the direction of a longitudinal axis of a drilling tool, against a force acting in the direction of the workpiece force of a pressing device relative to the tool is displaceable.
  • the pressing device causes an automatic tracking of the
  • displaceable hold-down element in that the force acting in the direction of the workpiece force of the pressing device presses the hold-down element against the facing portion of the workpiece.
  • a suitable contact pressure is maintained on the surface of the workpiece.
  • a spring element is provided as a pressing device, where ⁇ at a contact surface of the hold-down element in the engaged ⁇ position of the tool bears under the load of the spring on the facing portion of the workpiece. Accordingly, the spring element acts between the contact surface of the hold-down element and a wiper element. derlager, which is preferably formed by a stationary relative to the tool or the stator arranged element of the hold-down device according to the invention.
  • Advancing the tool in the direction of engagement causes a compression of the spring corresponding to the depth of engagement of the tool in the workpiece, wherein the applied by the contact surface on the workpiece from ⁇ contact pressure preferably increases substantially linearly.
  • a suitable spring constant for the spring element it is expedient to set the contact pressure to the facing section of the workpiece.
  • an active drive in particular a hydraulically or pneumatically actuated drive.
  • the active drive is preferably connected to a control unit with which the at ⁇ pressing force of the hold-down element can be on the workpiece to the at ⁇ requirements of the respective processing operation, in particular with regard to the properties of the material to be processed, adjusted.
  • variable adjustment of the contact pressure it is advantageous if the control unit is associated with a control unit.
  • sleeve-shaped Kör ⁇ is provided by a holding-down element a, in which the tool is incorporated. Accordingly, preferably in the engaging direction displaceable sleeve-shaped body includes the tool in its interior.
  • the sleeve-shaped body on one end face a plate-shaped contact element with a preferably in materiality borrowed complementary to the cross-section of the tool shaped recess through which the tool protrudes in its engaged position. If the shape of the recess for the tool substantially corresponds to the cross-section of the tool, the abutment element in the engaged position of the tool directly adjacent to the engagement region of the tool, whereby the spread of fibers or a delamination. especially
  • the sleeve-shaped body has at least one recess.
  • the recess provided in the sleeve-shaped body also an air cooling of the tool is effected.
  • the at least one recess of the sleeve-shaped body preferably directly adjoins the plate-shaped contact element. Accordingly, the recess is arranged in the engagement position of the tool in the vicinity of the engagement point. As a result, the removal of the chips is considerably improved; the chips are removed from the point of engagement of the tool by the at least one recess quickly and reliably.
  • the plate-shaped contact element in this case has a comparatively small wall thickness in order to favor the removal of chips by a correspondingly short distance between the recess and the point of engagement.
  • the sleeve--shaped body has a plurality of large recesses on ⁇ , which are separated by webs of the sleeve-shaped body.
  • the webs preferably integrally formed with the abutment portion of the sleeve-shaped body are arranged, in particular perpendicularly to the On position ⁇ part.
  • a recess of the body is connected to a suction device for sucking chips of the workpiece.
  • fine particles which may possibly penetrate into the lungs of the user and cause damage to health, are aspirated and disposed of immediately after their formation.
  • Reliable cooling of the tool can be ensured if the hold-down device is connected to a cooling device based in particular on the decompression of a gaseous coolant, preferably C0 2 .
  • a conventional cooling lubrication can be provided, in which the tool is provided with a film of cooling lubricant. The cooling lubricant absorbs part of the frictional heat generated during the machining process.
  • the hold-down element in particular the sleeve-shaped body
  • a bearing in particular a ball bearing
  • the hold-down element can be indirectly connected via the bearing with the tool.
  • the bearing preferably designed as a ball bearing, allows the rotatable mounting of the rotatable tool on the hold-down element in order to prevent co-rotation of the hold-down element with the tool during operation.
  • the bearing is attached to an adjoining a cutting section Schaftab ⁇ section of the drilling tool.
  • a well-known in the art per se and widely used drilling tool may be provided which has a cutting portion with one or more particular spirally wound cutting and provided for connection to the stator shaft portion.
  • the (ball) bearing is preferably press-fitted detachably on the shank portion of the tool so that the Products Available ⁇ ren tools can be retrofitted with the inventive hold-down device ⁇ tevorides.
  • the bearing is preferably fastened to a region of the shaft section adjacent to the free end of the shaft section that can be connected to the stator.
  • an appropriate and stable attachment of the hold-down device is achieved in an alternative embodiment, characterized in that the hold-down element has a fastened to the stator, in particular screwed, fastening device.
  • the hold-down element has a fastened to the stator, in particular screwed, fastening device.
  • the hold-down element has a fastened to the stator, in particular screwed, fastening device.
  • the hold-down element therefore, can be dispensed with a rotatable mounting of the hold-down device, so that the mechanical wear in continuous operation is reduced to a minimum.
  • the fastening device has a relative to a fastening part fastened to the stator, on the side facing the workpiece, the sleeve-shaped body is arranged.
  • the connecting part of the fastening device has at least one oblong hole, preferably two oppositely disposed slots, in each of which a bolt fastened to the fastening part of the fastening device is guided.
  • a displaceable, spring-loaded bearing of the sleeve-shaped body while exerting the contact pressure can be accomplished in a structurally simple manner, if a spiral spring is accommodated in the fastening device, which acts between the connecting part and the fastening part. With the spring constant of the coil spring, a suitable pressure can be ⁇ provides.
  • the Niederhaltevocardi the initially defined type is characterized by a connectable to the tool or the stator hold-down element which is adapted to engage in a ⁇ A handle position of the tool a contact pressure in a region adjoining the tool portion of the workpiece.
  • the object of the invention is further by the use of a device for processing a workpiece having a composite material with fibers and a matrix material, with a rotatably mounted in a stator tool, in particular drilling or milling tool, wherein the tool or the stator with a hold-down element having holding-down device is connected and the hold-down element in an engaged position of the tool while applying a contact pressure of at least ⁇ 0.1 N / mm 2 in a tool adjacent to the adjacent portion of the composite material workpiece, solved.
  • Figure 1 is a partially sectioned view of a device according to the invention with a rotatably mounted in a stator tool and a fixed to the stator hold-down.
  • FIG. 2 is a perspective view of the hold-down device of FIG. 1; FIG. and
  • Fig. 3 is a partially sectioned view of the tool be ⁇ strengthened hold-down device according to a further embodiment of the invention.
  • the stator 3 also called a spindle, has on its underside facing the workpiece 2 a receptacle 4 in which a tool 5 is rotatably mounted.
  • the rotatable tool 5 is formed by an exchangeable drilling tool 5 '.
  • a drive not shown in the figures
  • an electric motor for transmitting a Torque on the tool 5.
  • the drilling tool 5 has a shaft section 6 provided for mounting in the tool receptacle 4 and a cutting section 7 on which a spiral-shaped cutting edge 8 is formed.
  • material chips are removed from the workpiece 2 with the rotating cutting edge.
  • Matrix material with comparatively low strength are taken ⁇ taken.
  • a hold-down element 10 having hold-down device 11 is connected.
  • the Niederhal ⁇ teelement 10 is in an engaged position of the tool 5 in an adjacent to the tool 5 section on the workpiece 2 at.
  • a contact pressure is exerted on the facing portion of the workpiece 2, which counteracts a lifting of material chips or generally a fraying or delamination of the workpiece 2 to the point of engagement of the work ⁇ stuff 5.
  • a different contact pressure will be required to avoid fraying, with a contact pressure of approximately 0.4 N / mm 2 having proven expedient in the case of long-fiber-reinforced composite panels.
  • the hold-down element 10 is in the direction of engagement of the tool 5 - in the illustrated drilling tool 5 'ie in the direction of the longitudinal axis of the drilling tool 5' - displaceable, wherein an in Direction of the workpiece 2 acting force of a pressing device 12 causes the hold-down element 10 is always applied under the exercise of the hold-down force on the workpiece 2.
  • a spring element 13 is provided as a pressing device 12.
  • a contact surface 14 of the hold-down element 10 under the load of the spring 13 on the facing portion of the workpiece 2 at.
  • the contact pressure increasing substantially linearly with the engagement depth of the tool 5 depends on the spring constant of the spring 13.
  • a sleeve-shaped, substantially cylindrical body 15 is provided as hold-down element 10, in which the tool 5 is mounted so as to be displaceable in the longitudinal direction.
  • a plate-shaped abutment element 16 which is formed on an end face of the sleeve-shaped body 15, is provided as the contact surface 14.
  • the abutment element 16 has a recess 17 which is shaped substantially complementary to the cross section of the tool 5 and through which the tool protrudes in its engaged position.
  • a substantially circular recess 17 of the on ⁇ sheet member 16 is accordingly provided.
  • the holding-down device 11 can be mounted on at least two different types ⁇ on the device.
  • the retaining element 10 a directly on the stator 3 buildin ⁇ tigbaren, particularly with screws 18 screwed ', buildin ⁇ actuating part 18 of a fastening device 19.
  • sleeve-shaped body 15 is arranged on the workpiece 2 facing the underside of a connecting part 20 which is mounted displaceably relative to the fastening part 18.
  • the connecting part 20 of its mountings ⁇ constriction device 19 two opposite slots 21 in which each one on the fastening part 18 of the fastening device 19 fastened bolt 22 is moved.
  • the length of the elongated holes 21 corresponds to the maximum stroke of Niederhalteele ⁇ ment in the longitudinal direction of the drilling tool 5 '.
  • Anpressvorrich ⁇ device 12 a arranged within the fastening device 19 coil spring 13 'is provided, which acts between an inwardly projecting wall 23 of the connecting part 20 and a bottom plate 24 of the fastening part 18.
  • the sleeve-shaped body 15 has a plurality of large-area recesses 25, which are separated by webs 26 of the sleeve-shaped body 15 formed on the application element 16.
  • the large-area recesses 25 allow air cooling of the tool 5 during the machining process.
  • a recess 25 of the sleeve-shaped body 15 may be connected to a (not shown) cooling device. Expedient cooling can be achieved in particular by decompressing a gaseous coolant, in particular C0 2 .
  • the recesses 25 may also be connected to a suction device, not shown in the figures, with which the material chips can be removed from the workpiece 2 immediately after their formation.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, wherein the differences to the device 1 explained in connection with FIG. 1 and FIG. 2 are discussed below.
  • a relative movement between the hold-down element 10 and the workpiece is prevented in order to one Wear of the surface - in particular a local melting of the matrix material - to prevent.
  • the tool 5 can be used with its NEM adjoining the cutting portion 7 shaft portion 6 in the corresponding (not shown in Fig. 3) receptacle 4 of the stator 3 are clamped.
  • the hold-down device 11 shown in FIG. 3 is rather pressed by means of the ball bearing 27 'on the tool 5, which is arranged on the stator 3 before a machining operation.
  • the connection of the hold-down element 10 with the tool 5 may be permanent or detachable depending on the design.

Abstract

Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines ein Verbundmaterial mit Fasern und einem Matrixwerkstoff aufweisenden Werkstücks (2), mit einem in einem Stator (3) drehbar gelagerten Werkzeug (5), insbesondere Bohr- (5') bzw. Fräswerkzeug, wobei das Werkzeug (5) bzw. der Stator (3) mit einer ein Niederhalteelement (10) aufweisenden Niederhaltevorrichtung (11) verbunden ist, wobei das Niederhalteelement (10) in einer Eingriffsstellung des Werkzeugs (5) unter Ausübung eines Anpressdrucks von zumindest 0,1 N/mm2 in einem an das Werkzeug (5) angrenzenden Abschnitt an dem Werkstück (2) anliegt.

Description

Vorrichtung zur Bearbeitung eines ein Verbundmaterial aufweisenden Werkstücks
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines ein Verbundmaterial mit Fasern und einem Matrixwerkstoff aufweisenden Werkstücks, mit einem in einem Stator drehbar gelagerten Werkzeug, insbesondere Bohr- bzw. Fräswerkzeug. Die Erfindung betrifft zudem eine Niederhaltevorrichtung für eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines insbesondere ein Verbundmaterial mit Fasern und einem Matrixwerkstoff aufweisenden Werkstücks, die ein in einem Stator drehbar gelagertes Werkzeug, insbesondere Bohrbzw. Fräswerkzeug, aufweist.
Im Stand der Technik sind verschiedenste Vorrichtungen zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere zur Durchführung von Oberflächenbehandlungen bzw. Bohr- oder Fräsarbeiten, bekannt, welche auf dem Einsatz rotierender Werkzeuge beruhen. Das Werkzeug, beispielsweise ein Bohrer, Fräskopf oder dergl., ist dabei in einer Aufnahme eines stillstehenden Gehäuses bzw. Stators drehbar gelagert. Im Stator ist eine Antriebsvorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments auf das Werkzeug vorgesehen.
Bei bekannten Bohr- bzw. Fräsvorrichtungen wird das rotierende Werkzeug mit einem Werkstück in Eingriff gebracht, um ein Bohrloch oder dergl. zu erzeugen. Um die geforderte Qualität des fertigen Werkstücks zu gewährleisten, ist es wünschenswert, wenn die Einwirkung des Werkzeugs auf das Werkstück möglichst exakt auf die Eingriffsstelle des Werkzeugs beschränkt bleibt. Der an das Werkzeug angrenzende Abschnitt des Werkstücks soll hingegen durch den Bearbeitungsvorgang möglichst nicht beeinträchtigt werden. Da mit dem Werkzeug hohe Kräfte auf das Werkstück über¬ tragen werden, kann es jedoch bei bekannten Vorrichtungen zu einer unerwünschten Beschädigung insbesondere einer Oberfläche des Werkstücks kommen. Dieses Problem tritt insbesondere bei Ver¬ bundmaterialien wie Verbundplatten etc. auf, bei denen Fasern in einem Matrixwerkstoff gebunden sind. Als Matrixwerkstoff wird üblicherweise ein Harz verwendet, das eine gegenüber den meist hochfesten Fasern vergleichsweise geringe Festigkeit aufweist. Demnach kann der Festigkeitswert des Matrixwerkstoffs erheblich von jenem der Fasern abweichen, so dass die für die Trennung der Fasern erforderlichen Kräfte größer sind als die vom Matrixwerkstoff maximal aufnehmbaren Kräfte. Dies kann zu einer nachteiligen Ausfransung des Werkstücks, d.h. einem Abheben von
Materialspänen, im Bereich des eingreifenden Werkzeugs führen. Zudem kann bei der Bearbeitung von Verbundmaterialien auch eine Delamination auftreten, wobei sich eine Schicht des Verbundmaterials, üblicherweise die Deckschicht, von den darunterliegenden Schichten ablöst.
Im Zusammenhang mit der Zerspanung von (hochfesten) Verbundbzw. Sandwichmaterialien wurden im Stand der Technik aufwendig herzustellende Spezialwerkzeuge vorgeschlagen, um die gewünschte Oberflächengüte der zu bearbeitenden Werkstücke sicherzustellen. Ein solches Bohrwerkzeug ist beispielsweise aus der DE 10 2008 023 856 AI bekannt.
Aus der US 3,320,832 A ist eine Bohrvorrichtung mit einem hül- senförmigen Positionierteil bekannt, welcher eine Führung bzw. Zentrierung des Bohrwerkzeugs bewerkstelligt. Hierdurch soll ein besserer Rundlauf des Bohrwerkzeugs erzielt werden; zudem soll einer Versetzung der Bohrspitze vorgebeugt werden, so dass das Bohrloch exakt positionierbar ist. Eine äußere Hülse des Positionierteils, die mit der Drehgeschwindigkeit des Bohrwerkzeugs rotiert, ist dabei über ein Kugellager mit einem das Bohrwerk¬ zeug umgebenden Führungsteil verbunden. Eine Drehentkopplung zwischen der am Werkstück angelegten Führungsplatte und der äu¬ ßeren Hülse des Positionierteils kann nur dann erzielt werden, wenn die Reibkräfte zwischen der Führungsplatte und der Werkstückoberfläche größer sind als die von Innen- zu Außenschale des Kugellagers übertragenen Kräfte. Dies ist jedoch für viele Werkzeug-Oberflächen - speziell Verbund-Materialien - nicht ohne weiteres gewährleistet.
Die US 2,294,303 A beschreibt ebenfalls eine elektrische Bohrmaschine mit einem in einem Bohrfutter gelagerten Werkzeug, das in einem hülsenförmigen Positionierteil angeordnet ist, der gegen die Kraft einer Feder gegenüber dem Werkzeug verschieblich ist. Im Betrieb der Bohrmaschine wird das Werkzeug an einem Bohrloch einer Schablone angesetzt, wobei ein zylinderförmiges freies Ende des Positionierteils zur Positionierung bzw. Führung des Werkzeugs dient. Somit ist der Positionierteil lediglich dazu vorgesehen, ein Bohrwerkzeug an entsprechenden Bohrlöchern auszurichten; hierdurch kann jedoch dem Ausfransen eines Verbund-Werkstücks in der Bearbeitung nicht vorgebeugt werden. Im Betrieb rotiert das mit dem Werkzeug gekoppelte Positionierteil, so dass es zu einer Relativbewegung und zu Reibkräften zwischen der Werkstück-Oberfläche und der daran anliegenden Führungs-Hül¬ se kommt. Dies bewirkt jedoch nachteiligerweise einen Verschleiß der Werkstück-Oberfläche, wodurch die Oberflächenqualität verschlechtert wird.
Die US 7,607,871 Bl offenbart eine Haltevorrichtung für ein Werkzeug, das gegen die Kraft einer Feder verschieblich ist. Die Haltevorrichtung weist ein höhenverstellbares Nasenstück auf, welches eine stirnseitige Öffnung zum Durchtritt des Werkzeugs aufweist. Die ringförmige Anlagefläche des Nasenstücks umgibt das Werkzeug, wobei jedoch zwischen dem Nasenstück und dem Werkzeug ein größerer Zwischenraum gelassen ist.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine insbesondere auch mit herkömmlichen rotierbaren Werkzeugen verwendbare Vorrichtung der eingangs angeführten Art zu schaffen, mit der eine Ausfransung bzw. Delamination des Werkstücks im Bearbeitungsvorgang zuverlässig verhindert wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht ferner darin, eine Niederhaltevorrichtung für eine solche Vorrichtung anzugeben.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird bei der Vorrich¬ tung der eingangs angeführten Art dadurch gelöst, dass das Werkzeug bzw. der Stator mit einer ein Niederhalteelement
aufweisenden Niederhaltevorrichtung verbunden ist, wobei das Niederhalteelement in einer Eingriffsstellung des Werkzeugs un¬ ter Ausübung eines Anpressdrucks von zumindest 0,1 N/mm2 in einem an das Werkzeug angrenzenden Abschnitt an dem Werkstück anliegt, so dass die Haltekraft der Fasern im Matrixwerkstoff unterstützt wird und somit eine Ausfransung bzw. Delamination des Werkstücks in der Umgebung einer Eingriffsstelle des Werkzeugs im Wesentlichen verhindert wird.
Demnach wird das Niederhalteelement gegen den zugewandten Ab- schnitt des Werkstücks gepresst, wenn das Werkzeug in der Eingriffsstellung vorliegt, in der das Werkzeug mit einer bestimmten Eingriffstiefe in das Werkstück eingedrungen ist. Der
Anpressdruck wird dabei über das Niederhalteelement in dem an die Eingriffsstelle des Werkzeugs anschließenden Abschnitt aufgebracht. Indem das Werkstück während des Bearbeitungsvorgangs vom Niederhalteelement niedergedrückt wird, kann eine bei Ver- bundmaterialen kritische Ausfransung bzw. Delamination des Werkstücks in der Umgebung der Eingriffsstelle des Werkzeugs
weitestgehend verhindert werden. In der Bearbeitung von Verbundmaterialien wird mit dem durch das Niederhalteelement ausgeübten Anpressdruck die Haltekraft der Fasern im Matrixwerkstoff unterstützt. Der Anpressdruck ist vorzugsweise so bemessen, dass Abweichungen zwischen den auf die Fasern bzw. den Matrixwerkstoff wirkenden Schnittkräften bzw. Spannungen in der Bearbeitung kompensiert bzw. überkompensiert werden. Somit können die Fasern präzise getrennt werden, ohne dass es zu einem Abheben von einzelnen Fasern bzw. Faserbündeln von der Schnittfläche des Werkstücks kommt. Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung auch mit herkömmlichen, insbesondere austauschbaren Werkzeugen verwendet werden, welche nicht speziell zur Verhinderung einer Ausfransung bzw. Delamination des Werkstücks ausgelegt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Niederhalteelement in der Eingriffsstellung des Werkzeugs gegenüber der Oberfläche des Verbund-Werkstücks verdrehgesichert. Hierfür kann die Niederhaltevorrichtung am (stillstehenden) Stator befestigt sein; alternativ kann die Verdrehsicherung durch entsprechende Lagerung des Niederhalteelements in Verbindung mit dem erfin¬ dungsgemäßen Anpressdruck von zumindest 0,1 N/mm2 erzielt werden. Hierdurch wird im Betrieb eine Relativbewegung zwischen der Oberfläche des Verbund-Werkstücks und dem Niederhalteelement, die eine AufSchmelzung des Matrixmaterials und somit eine deutliche Verschlechterung der Qualität der Schnittkanten zur Folge hätte, zuverlässig verhindert.
Zur Erzielung eines verbesserten Rundlaufs des Werkzeugs ist es von Vorteil, wenn das Werkzeug direkt im Stator gelagert ist. Bei einer ersten bevorzugten Ausführung ist es günstig, wenn die Niederhaltevorrichtung unmittelbar am Stator befestigt ist. Hierdurch kann eine Drehentkopplung zwischen dem Werkzeug und der Niederhaltevorrichtung erzielt werden, welche die bereits beschriebenen Vorteile aufweist. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführung ist es günstig, wenn die Niederhaltevorrichtung unmittelbar mit dem Werkzeug verbunden ist. Somit kann auf die Verwendung eines das Werkzeug aufnehmenden Adapters, der mit dem Stator verbunden wird, verzichtet werden. Hierdurch kann der Rundlauf des Werkzeugs wesentlich verbessert werden, wodurch eine höhere Genauigkeit in der Bearbeitung des Verbund-Werkstücks erzielbar ist.
Zur Aufrechterhaltung des Anpressdrucks während des Bearbeitungsvorgangs ist es günstig, wenn das Niederhalteelement in Eingriffsrichtung des Werkzeugs, insbesondere in Richtung einer Längsachse eines Bohrwerkzeugs, entgegen einer in Richtung des Werkstücks wirkenden Kraft einer Anpressvorrichtung gegenüber dem Werkzeug verschiebbar ist. Bei einer Veränderung der Eingriffstiefe des Werkzeugs im Bearbeitungsvorgang bewirkt die Anpressvorrichtung eine selbsttätige Nachführung des
verschiebbaren Niederhalteelements, indem die in Richtung des Werkstücks wirkende Kraft der Anpressvorrichtung das Niederhalteelement gegen den zugewandten Abschnitt des Werkstücks presst. Vorzugsweise wird unabhängig von der Eingriffstiefe des Werkzeugs ein geeigneter Anpressdruck auf die Oberfläche des Werkstücks aufrechterhalten.
In der Praxis hat es sich insbesondere bei der Bearbeitung von Verbundmaterialen als zweckmäßig herausgestellt, wenn die Nie- derhaltevorichtung in der Eingriffsstellung zur Ausübung eines Anpressdrucks von zumindest 0,15 N/mm2, besonders bevorzugt zwi¬ schen 0,2 und 0,6 N/mm2, auf das Werkstück eingerichtet ist.
Zur Erzielung einer einfachen und zuverlässigen Anpressvorrich¬ tung, welche zudem einen autarken Betrieb ohne zusätzliche An¬ triebs- bzw. Energiespeichermittel ermöglicht, ist es günstig, wenn als Anpressvorrichtung ein Federelement vorgesehen ist, wo¬ bei eine Anpressfläche des Niederhaltelements in der Eingriffs¬ stellung des Werkzeugs unter der Last der Feder am zugewandten Abschnitt des Werkstücks anliegt. Das Federelement wirkt demnach zwischen der Anpressfläche des Niederhaltelements und einem Wi- derlager, das vorzugsweise durch ein unbeweglich gegenüber dem Werkzeug bzw. dem Stator angeordnetes Element der erfindungsgemäßen Niederhaltevorrichtung gebildet ist. Ein Vorschieben des Werkzeugs in Eingriffsrichtung bewirkt eine Komprimierung der Feder entsprechend der Eingriffstiefe des Werkzeugs im Werkstück, wobei der durch die Anpressfläche auf das Werkstück aus¬ geübte Anpressdruck vorzugsweise im Wesentlichen linear zunimmt. Durch Auswahl einer geeigneten Federkonstante für das Federelement kann zweckmäßigerweise der Anpressdruck auf den zugewandten Abschnitt des Werkstücks eingestellt werden.
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Anpressvorrichtung ist vorgesehen, dass als Anpressvorrichtung ein aktiver Antrieb, insbesondere ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Antrieb, vorgesehen ist. Mit dem insbesondere hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Antrieb können vorteilhafterweise sehr hohe Anpressdrücke auf das Werkstück erzielt werden. Somit kann auch im Fall von Verbundmaterialien, bei denen die Fasern mit vergleichsweise geringen Haltekräften im Matrixwerkstoff gebunden sind, eine Delamination bzw. Ausfransung des Werkstücks im Bereich der Eingriffsstelle des Werkzeugs zuverlässig verhindert werden. Der aktive Antrieb ist vorzugsweise mit einer Steuer- bzw. Regeleinheit verbunden, mit der die An¬ presskraft des Niederhalteelements auf das Werkstück an die An¬ forderungen des jeweiligen Bearbeitungsvorgangs, insbesondere im Hinblick auf die Eigenschaften des zu bearbeitenden Materials, angepasst werden kann. Hinsichtlich einer zweckmäßigen, variablen Einstellung des Anpressdrucks ist es von Vorteil, wenn der Steuer- bzw. Regeleinheit eine Bedieneinheit zugeordnet ist.
Bei einer zweckmäßigen Ausführung der Niederhaltevorrichtung ist vorgesehen, dass als Niederhalteelement ein hülsenförmiger Kör¬ per vorgesehen ist, in dem das Werkzeug aufgenommen ist. Demnach schließt der vorzugsweise in Eingriffsrichtung verschiebbare hülsenförmige Körper das Werkzeug in seinem Inneren ein.
Zur Ausübung eines gleichmäßigen Anpressdrucks auf einen insbe¬ sondere im Wesentlichen ebenen Abschnitt des Werkstücks ist es günstig, wenn der hülsenförmige Körper an einer Stirnseite ein plattenförmiges Anlageelement mit einer vorzugsweise im Wesent- liehen komplementär zum Querschnitt des Werkzeugs geformten Ausnehmung aufweist, durch die das Werkzeug in seiner Eingriffsstellung ragt. Wenn die Form der Ausnehmung für das Werkzeug im Wesentlichen dem Querschnitt des Werkzeugs entspricht, grenzt das Anlageelement in der Eingriffsstellung des Werkzeugs unmittelbar an den Eingriffsbereich des Werkzeugs an, wodurch die Abspreizung von Fasern bzw. eine Delamination . besonders
zuverlässig verhindert wird.
Zum Entfernen von Materialpartikeln wie abgehobenen Spänen oder dergl . während des Bearbeitungsvorgangs ist es günstig, wenn der hülsenförmige Körper zumindest eine Aussparung aufweist. Durch die im hülsenförmigen Körper vorgesehene Aussparung wird zudem eine Luftkühlung des Werkzeugs bewirkt. Die zumindest eine Aussparung des hülsenförmigen Körpers schließt vorzugsweise unmittelbar an das plattenförmige Anlageelement an. Demnach ist die Aussparung in der Eingriffsstellung des Werkzeugs in der Nähe der Eingriffsstelle angeordnet. Hierdurch wird der Abtransport der Späne beträchtlich verbessert; die Späne werden von der Eingriffsstelle des Werkzeugs durch die zumindest eine Aussparung rasch und zuverlässig entfernt. Das plattenförmige Anlageelement weist dabei eine vergleichsweise geringe Wandstärke auf, um durch einen entsprechend kurzen Abstand zwischen Aussparung und Eingriffsstelle den Abtransport der Späne zu begünstigen.
Im Zusammenhang mit der Kühlung des Werkzeugs und dem Entfernen von Spänen ist es von Vorteil, wenn der insbesondere hülsenför- mige Körper eine Mehrzahl von großflächigen Aussparungen auf¬ weist, die durch Stege des hülsenförmigen Körpers getrennt sind. Die vorzugsweise einstückig mit dem Anlageteil des hülsenförmi- gen Körpers gebildeten Stege sind insbesondere senkrecht zum An¬ lageteil angeordnet.
Um die bei der Bearbeitung des Werkstücks entstehenden Späne zu¬ verlässig zu entfernen, ist es günstig, wenn eine Aussparung des Körpers mit einer Absaugvorrichtung zum Absaugen von Spänen des Werkstücks verbunden ist. Auf diese Weise können insbesondere Feinpartikel, welche unter Umständen in die Lunge des Benutzers eindringen und gesundheitliche Schäden nach sich ziehen können, unmittelbar nach ihrer Entstehung abgesaugt und entsorgt werden. Eine zuverlässige Kühlung des Werkzeugs kann sichergestellt werden, wenn die Niederhaltevorrichtung mit einer insbesondere auf Dekomprimierung eines gasförmigen Kühlmittels, vorzugsweise C02, beruhenden Kühlvorrichtung verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine herkömmliche Kühlschmierung vorgesehen sein, bei -der das Werkzeug mit einem Film von Kühlschmierstoff versehen wird. Der Kühlschmierstoff nimmt einen Teil der beim Bearbeitungsprozess entstehenden Reibungswärme auf.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist zur Befestigung der Niederhaltevorrichtung vorgesehen, dass das Niederhalteelement, insbesondere der hülsenförmige Körper, mittels eines Lagers, insbesondere eines Kugellagers, am Werkzeug befestigt ist. Demnach kann das Niederhalteelement mittelbar über das Lager mit dem Werkzeug verbunden sein. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass am Stator selbst keinerlei Anpassungen vorzunehmen sind, so dass bereits verfügbare Systeme mit insbesondere auswechselbaren Werkzeugen zum Einsatz kommen können. Das vorzugsweise als Kugellager ausgeführte Lager ermöglicht die drehbare Lagerung des rotierbaren Werkzeugs am Niederhalteelement, um ein Mitrotieren des Niederhalteelements mit dem Werkzeug im Betrieb zu verhindern.
Um die Niederhaltevorrichtung mit herkömmlichen rotierbaren Werkzeugen verwenden zu können, ist es günstig, wenn das Lager an einem an einen Schneidabschnitt anschließenden Schaftab¬ schnitt des Bohrwerkzeugs befestigt ist. Demnach kann ein im Stand der Technik an sich bekanntes und weit verbreitetes Bohrwerkzeug vorgesehen sein, das einen Schneidabschnitt mit einer oder mehreren insbesondere spiralförmig gewundenen Schneiden und einen zur Verbindung mit dem Stator vorgesehenen Schaftabschnitt aufweist. Das (Kugel- ) Lager ist vorzugsweise lösbar auf den Schaftabschnitt des Werkzeugs aufgepresst, so dass die verfügba¬ ren Werkzeuge nachträglich mit der erfindungsgemäßen Niederhal¬ tevorrichtung ausgestattet werden können. Vorzugsweise wird das Lager an einem an das mit dem Stator verbindbare freie Ende des Schaftabschnitts angrenzenden Bereich des Schaftabschnitts befestigt . Eine zweckmäßige und stabile Befestigung der Niederhaltevorrichtung wird bei einer alternativen Ausführung dadurch erzielt, dass das Niederhalteelement eine am Stator befestigbare, insbesondere verschraubbare, Befestigungsvorrichtung aufweist. Bei dieser Ausführung kann demnach auf eine drehbare Lagerung der Niederhaltevorrichtung verzichtet werden, so dass der mechanische Verschleiss im Dauerbetrieb auf ein Minimum reduziert wird.
Um die Verschiebbarkeit des hülsenförmigen Körpers gegenüber dem Werkzeug zu gewährleisten, ist es günstig, wenn die Befestigungsvorrichtung einen gegenüber einem am Stator befestigbaren Befestigungsteil verschiebbaren Verbindungsteil aufweist, an dessen dem Werkstück zugewandter Seite der hülsenförmige Körper angeordnet ist.
Hinsichtlich einer unkomplizierten verschieblichen Führung des Verbindungsteils gegenüber dem Befestigungsteil ist es günstig, wenn der Verbindungsteil der Befestigungsvorrichtung zumindest ein Langloch, vorzugsweise zwei gegenüberliegend angeordnete Langlöcher, aufweist, in denen jeweils ein am Befestigungsteil der Befestigungsvorrichtung befestigter Bolzen geführt ist.
Eine verschiebliche, federbelastete Lagerung des hülsenförmigen Körpers unter Ausübung des Anpressdrucks kann auf konstruktiv einfache Weise bewerkstelligt werden, wenn in der Befestigungsvorrichtung eine Spiralfeder aufgenommen ist, die zwischen dem Verbindungsteil und dem Befestigungsteil wirkt. Mit der Federkonstante der Spiralfeder kann ein passender Anpressdruck einge¬ stellt werden.
Die Niederhaltevorichtung der eingangs angeführten Art ist durch ein mit dem Werkzeug bzw. dem Stator verbindbares Niederhalteelement gekennzeichnet, das dazu eingerichtet ist, in einer Ein¬ griffsstellung des Werkzeugs einen Anpressdruck in einem an das Werkzeug angrenzenden Abschnitt des Werkstücks auszuüben. Mit der erfindungsgemäßen Niederhaltevorrichtung werden somit dieselben Vorteile wie mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt, so dass zwecks Vermeidung von Wiederholungen auf
vorstehende Ausführungen verwiesen wird. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner durch die Verwendung einer Vorrichtung zur Bearbeitung eines ein Verbundmaterial mit Fasern und einem Matrixwerkstoff aufweisenden Werkstücks, mit einem in einem Stator drehbar gelagerten Werkzeug, insbesondere Bohr- bzw. Fräswerkzeug, wobei das Werkzeug bzw. der Stator mit einer ein Niederhalteelement aufweisenden Niederhaltevorrichtung verbunden ist und das Niederhalteelement in einer Eingriffsstellung des Werkzeugs unter Ausübung eines Anpressdrucks von zumin¬ dest 0,1 N/mm2 in einem an das Werkzeug angrenzenden Abschnitt an dem Verbundmaterial-Werkstück anliegt, gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen in der Zeichnung:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem in einem Stator drehbar gelagerten Werkzeug und einer am Stator befestigten Niederhaltevorrichtung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Niederhaltevorrichtung gemäß Fig. 1; und
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer am Werkzeug be¬ festigten Niederhaltevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bearbeitung eines Werkstücks 2 mit einem in der Zeichnung lediglich angedeuteten Stator 3, der im Stand der Technik in verschiedensten Ausführungen bekannt ist. Der Stator 3, auch Spindel genannt, weist an seiner dem Werkstück 2 zugewandten Unterseite eine Aufnahme 4 auf, in der ein Werkzeug 5 drehbar gelagert ist. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist das rotierbare Werkzeug 5 durch ein austauschbares Bohrwerkzeug 5' gebildet. Anstelle des darge¬ stellten Bohrwerkzeugs 5' können selbstverständlich auch andere im Stand der Technik weit verbreitete Werkzeuge 5 wie Fräswerk¬ zeuge oder dergl . vorgesehen sein. Der Stator 3 weist zudem, wie allgemein bekannt, einen (in den Figuren nicht dargestellten) Antrieb, insbesondere einen Elektromotor, zur Übertragung eines Drehmoments auf das Werkzeug 5 auf.
Das Bohrwerkzeug 5' weist einen zur Lagerung in der Werkzeug- Aufnahme 4 vorgesehenen Schaftabschnitt 6 und einen Schneidabschnitt 7 auf, an dem eine spiralförmige Schneide 8 ausgebildet ist. Zur Erzeugung einer Bohrung 9 im Werkstück 2 werden mit der rotierenden Schneide 8 Materialspäne vom Werkstück 2 abgetragen.
Bei bekannten Vorrichtungen 1 dieser Art bestand bisher das Pro¬ blem, dass die zum Abtragen der Materialspäne erforderlichen und vielfach sehr hohen Schnittkräfte eine Beschädigung insbesondere einer Oberfläche des Werkstücks 2 im Bereich um die Eingriffsstelle bzw. Bohrung 9 bewirken können. Sofern keine speziell an- gepassten Spezialwerkzeuge verwendet werden, kann somit eine Ausfransung bzw. Delamination an den Deckflächen des Werkstücks 2 auftreten. Derartige Schädigungen des Werkstücks 2 werden ins¬ besondere bei der Bearbeitung von Verbundmaterialien wie Ver¬ bundplatten beobachtet, bei denen die Fasern in einem
Matrixwerkstoff mit vergleichsweise geringer Festigkeit aufge¬ nommen sind.
Zur Erzielung von hochpräzisen Bohrungen 9 bzw. Fräsungen auch bei hohen Schnittkräften ist erfindungsgemäß mit dem rotierbaren Werkzeug 5 oder mit dem Stator 3 eine ein Niederhalteelement 10 aufweisende Niederhaltevorrichtung 11 verbunden. Das Niederhal¬ teelement 10 liegt in einer Eingriffsstellung des Werkzeugs 5 in einem an das Werkzeug 5 angrenzenden Abschnitt an dem Werkstück 2 an. Mit dem Niederhalteelement 10 wird ein Anpressdruck auf den zugewandten Abschnitt des Werkstücks 2 ausgeübt, der einem Abheben von Materialspänen bzw. allgemein einer Ausfransung oder Delamination des Werkstücks 2 um die Eingriffsstelle des Werk¬ zeugs 5 entgegenwirkt. Je nach Aufbau des Werkstücks 2 wird zur Vermeidung von Ausfransungen ein unterschiedlicher Anpressdruck erforderlich sein, wobei sich im Fall von langfaserverstärkten Verbundplatten ein Anpressdruck von ungefähr 0,4 N/mm2 als zweck¬ mäßig erwiesen hat.
Das Niederhalteelement 10 ist in Eingriffsrichtung des Werkzeugs 5 - beim dargestellten Bohrwerkzeug 5' also in Richtung der Längsachse des Bohrwerkzeugs 5' - verschiebbar, wobei eine in Richtung des Werkstücks 2 wirkende Kraft einer Anpressvorrichtung 12 bewirkt, dass das Niederhalteelement 10 stets unter Ausübung der Niederhaltekraft am Werkstück 2 anliegt. Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Anpressvorrichtung 12 ein Federelement 13 vorgesehen. In der Eingriffsstellung des Werkzeugs 5 liegt eine Anpressfläche 14 des Niederhaltelements 10 unter der Last der Feder 13 am zugewandten Abschnitt des Werkstücks 2 an. Der im Wesentlichen linear mit der Eingriffstiefe des Werkzeugs 5 ansteigende Anpressdruck richtet sich nach der Federkonstante der Feder 13. Mit einem aktiven Antrieb, insbesondere einem hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren Antrieb, kann bei einer alternativen Ausführung (in den Fig. nicht dargestellt) in Verbindung mit einer Steuer- bzw. Regeleinrichtung ein gleichbleibender Anpressdruck erzielt werden, der unabhängig von der Eingriffstiefe des Werkzeugs 5 ist.
Wie jeweils aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, ist als Niederhalteelement 10 ein hülsenförmiger, im Wesentlichen zylindrischer Körper 15 vorgesehen, in dem das Werkzeug 5 in Längsrichtung verschiebbar gelagert ist. Zur Übertragung des Anpressdrucks auf das Werkstück 2 ist als Anpressfläche 14 ein plattenförmiges Anlageelement 16 vorgesehen, das an einer Stirnseite des hülsen- förmigen Körpers 15 ausgebildet ist. Das Anlageelement 16 weist eine im Wesentlichen komplementär zum Querschnitt des Werkzeugs 5 geformte Ausnehmung 17 auf, durch die das Werkzeug in seiner Eingriffsstellung ragt. Beim dargestellten Bohrwerkzeug 5' ist demnach eine im Wesentlichen kreisförmige Ausnehmung 17 des An¬ lageelements 16 vorgesehen.
Wie schon erwähnt, kann die Niederhaltevorrichtung 11 auf zumin¬ dest zwei verschiedene Arten an der Vorrichtung befestigt werden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 weist das Niederhalteelement 10 einen unmittelbar am Stator 3 befes¬ tigbaren, insbesondere mit Schrauben 18' verschraubbaren, Befes¬ tigungsteil 18 einer Befestigungsvorrichtung 19 auf. Der
hülsenförmige Körper 15 ist an der dem Werkstück 2 zugewandten Unterseite eines Verbindungsteils 20 angeordnet, der gegenüber dem Befestigungsteil 18 verschiebbar gelagert ist. Zur verschiebbaren Lagerung weist das Verbindungsteil 20 der Befesti¬ gungsvorrichtung 19 zwei gegenüberliegende Langlöcher 21 auf, in denen jeweils ein am Befestigungsteil 18 der Befestigungsvorrichtung 19 befestigter Bolzen 22 verschoben wird. Die Länge der Langlöcher 21 entspricht dem maximalen Hub des Niederhalteele¬ ments in Längsrichtung des Bohrwerkzeugs 5 ' . Als Anpressvorrich¬ tung 12 ist eine innerhalb der Befestigungsvorrichtung 19 angeordnete Spiralfeder 13' vorgesehen, die zwischen einer nach innen ragenden Wand 23 des Verbindungsteils 20 und einer Bodenplatte 24 des Befestigungsteils 18 wirkt.
Wie aus Fig. 1 und Fig. 2 ersichtlich, weist der hülsenförmige Körper 15 eine Mehrzahl von großflächigen Aussparungen 25 auf, die durch am Anlegeelement 16 angeformte Stege 26 des hülsenför- migen Körpers 15 getrennt sind. Die großflächigen Aussparungen 25 ermöglichen eine Luftkühlung des Werkzeugs 5 während des Bearbeitungsvorgangs .
Zur Unterstützung der Luftkühlung kann eine Aussparung 25 des hülsenförmigen Körpers 15 an eine (nicht dargestellte) Kühlvorrichtung angeschlossen sein. Eine zweckmäßige Kühlung kann insbesondere durch Dekomprimierung eines gasförmigen Kühlmittels, insbesondere C02, erzielt werden. Die Aussparungen 25 können zudem mit einer in den Figuren nicht gezeigten Absaugvorrichtung verbunden sein, mit der die Materialspäne unmittelbar nach ihrer Entstehung vom Werkstück 2 entfernt werden können.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei nachstehend auf die Unterschiede zu der in Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 2 erläuterten Vorrichtung 1 eingegangen wird.
Bei der aus Fig. 3 ersichtlichen Ausführung ist das Niederhalte¬ element 10, speziell der hülsenförmige Körper 15, mittels eines durch ein Kugellager 27 ' gebildeten Lagers 27 direkt am Werkzeug 5 befestigt. Das Kugellager 27' erlaubt die drehbare Lagerung des rotierbaren Werkzeugs 5 gegenüber dem stillstehenden Nieder¬ halteelement 10. Wie bei der in den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Ausführung, wird somit im Betrieb eine Relativbewegung zwischen dem Niederhalteelement 10 und dem Werkstück verhindert, um einer Abnutzung der Oberfläche - insbesondere einem lokalen Schmelzen des Matrixmaterials - vorzubeugen. Das Werkzeug 5 kann mit sei- nem an den Schneidabschnitt 7 anschließenden Schaftabschnitt 6 in die entsprechende (in Fig. 3 nicht dargestellte) Aufnahme 4 des Stators 3 eingespannt werden. Für die aus Fig. 3 ersichtliche Niederhaltevorrichtung 11 sind demnach keine Modifikationen am Stator 3 notwendig; die Niederhaltevorrichtung 11 wird vielmehr mittels des Kugellagers 27' auf das Werkzeug 5 aufgepresst, welches vor einem Bearbeitungsvorgang am Stator 3 angeordnet wird. Die Verbindung des Niederhalteelements 10 mit dem Werkzeug 5 kann je nach Ausführung dauerhaft oder lösbar sein.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines ein Verbundmaterial mit Fasern und einem Matrixwerkstoff aufweisenden Werkstücks (2), mit einem in einem Stator (3) drehbar gelagerten Werkzeug (5), insbesondere Bohr- (5') bzw. Fräswerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (5) bzw. der Stator (3) mit einer ein Niederhalteelement (10) aufweisenden Niederhaltevorrichtung (11) verbunden ist, wobei das Niederhalteelement (10) in einer Eingriffsstellung des Werkzeugs (5) unter Ausübung eines Anpressdrucks von zumindest 0,1 N/mm2 in einem an das Werkzeug (5) angrenzenden Abschnitt an dem Werkstück (2) anliegt, so dass die Haltekraft der Fasern im Matrixwerkstoff unterstützt wird und somiteine Ausfransung bzw. Delamination des Werkstücks (2) in der Umgebung einer Eingriffsstelle des Werkzeugs (5) im Wesentlichen verhindert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalteelement (10) in Eingriffsrichtung des Werkzeugs (5), insbesondere in Richtung einer Längsachse eines Bohrwerkzeugs (5'), entgegen einer in Richtung des Werkstücks (2) wirkenden Kraft einer Anpressvorrichtung (12) gegenüber dem Werkzeug (5) verschiebbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltevorichtung (11) in der Eingriffsstellung zur Ausübung eines Anpressdrucks von zumindest 0,15 N/mm2, besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,6 N/mm2, auf das Werkstück (2) eingerichtet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Anpressvorrichtung (12) ein Federelement (13) vorgese¬ hen ist, wobei eine Anpressfläche (14) des Niederhaltelements (10) in der Eingriffsstellung des Werkzeugs (5) unter der Last der Feder (13) am zugewandten Abschnitt des Werkstücks (2) an¬ liegt .
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Anpressvorrichtung (12) ein aktiver Antrieb, insbeson¬ dere ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer Antrieb, vor- gesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass als Niederhalteelement (10) ein hülsenförmiger Körper (15) vorgesehen ist, in dem das Werkzeug (5) aufgenommen ist .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Körper (15) an einer Stirnseite ein plattenförmi- ges Anlageelement (16) mit einer vorzugsweise im Wesentlichen komplementär zum Querschnitt des Werkzeugs (5) geformten Ausnehmung (17) aufweist, durch die das Werkzeug (5) in seiner Eingriffsstellung ragt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Körper (15) zumindest eine Aussparung (25) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der hülsenförmige Körper (15) eine Mehrzahl von großflächigen Aussparungen (25) aufweist, die durch Stege (26) des hülsenförmigen Körpers (15) getrennt sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung (25) des Körpers (15) mit einer Absaugvorrichtung zum Absaugen von Spänen des Werkstücks (2) verbunden ist .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltevorrichtung (11) mit einer insbesondere auf Dekomprimierung eines gasförmigen Kühlmittels, vorzugsweise C02, beruhenden Kühlvorrichtung verbunden ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalteelement (10), insbesondere der hülsenförmige Körper (15), mittels eines Lagers (27), insbeson¬ dere eines Kugellagers (27'), am Werkzeug (5) befestigt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (27) an einem an einen Schneidabschnitt (7) anschlie- ßenden Schaftabschnitt (6) des Bohrwerkzeugs (5') befestigt ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederhalteelement (10) eine am Stator (3) befestigbare, insbesondere verschraubbare, Befestigungsvorrichtung (19) aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung einen gegenüber einem am Stator (3) befestigbaren Befestigungsteil (18) verschiebbaren Verbindungsteil (20) aufweist, an dessen dem Werkstück (2) zugewandter Seite der hülsenförmige Körper (15) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsteil (20) der Befestigungsvorrichtung
(19) zumindest ein Langloch (21), vorzugsweise zwei gegenüberliegend angeordnete Langlöcher (21), aufweist, in denen jeweils ein am Befestigungsteil (18) der Befestigungsvorrichtung (19) befestigter Bolzen (22) geführt ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Befestigungsvorrichtung (19) eine Spiralfeder (13') aufgenommen ist, die zwischen dem Verbindungsteil
(20) und dem Befestigungsteil (18) wirkt.
18. Niederhaltevdrrichtung (11) für eine Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines insbesondere ein Verbundmaterial mit Fasern und einem Matrixwerkstoff aufweisenden Werkstücks (2), die ein in einem Stator (3) drehbar gelagertes Werkzeug (5), insbesondere Bohr- (5') bzw. Fräswerkzeug, aufweist, gekennzeichnet durch ein mit dem Werkzeug (5) bzw. dem Stator (3) verbindbares Niederhalteelement (10), das dazu eingerichtet ist, in einer Eingriffsstellung des Werkzeugs (5) einen Anpressdruck von zumindest 0,1 N/mm2 in einem an das Werkzeug (5) angrenzenden Abschnitt des Werkstücks (2) auszuüben.
19. Verwendung einer Vorrichtung (1) zur Bearbeitung eines ein Verbundmaterial mit Fasern und einem Matrixwerkstoff aufweisenden Werkstücks (2), mit einem in einem Stator (3) drehbar gela¬ gerten Werkzeug (5), insbesondere Bohr- (5') bzw. Fräswerkzeug, wobei das Werkzeug (5) bzw. der Stator (3) mit einer ein Niederhalteelement (10) aufweisenden Niederhaltevorrichtung (11) verbunden ist und das Niederhalteelement (10) in einer
Eingriffsstellung des Werkzeugs (5) unter Ausübung eines Anpressdrucks von zumindest 0,1 N/mm2 in einem an das Werkzeug (5) angrenzenden Abschnitt an dem Verbundmaterial-Werkstück (2) anliegt .
PCT/AT2011/000116 2010-03-09 2011-03-09 Vorrichtung zur bearbeitung eines ein verbundmaterial aufweisenden werkstücks WO2011109844A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA373/2010A AT509502B1 (de) 2010-03-09 2010-03-09 Vorrichtung zur bearbeitung eines werkstücks
ATA373/2010 2010-03-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011109844A1 true WO2011109844A1 (de) 2011-09-15

Family

ID=43858123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2011/000116 WO2011109844A1 (de) 2010-03-09 2011-03-09 Vorrichtung zur bearbeitung eines ein verbundmaterial aufweisenden werkstücks

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT509502B1 (de)
WO (1) WO2011109844A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110193729B (zh) * 2019-06-25 2024-04-19 深圳市华惠连接器有限公司 一种多功能多工位复合加工设备
DE102021128438A1 (de) 2020-11-10 2022-05-12 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Verwendung einer Bearbeitungsmaschine

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2294303A (en) 1941-01-13 1942-08-25 Curtiss Wright Corp Hole finder and guide
US3320832A (en) 1964-11-19 1967-05-23 Ritmar Corp Drill guiding tools
GB2074060A (en) * 1980-04-16 1981-10-28 Aeritalia Spa Forming holes of a predetermined diameter in a set of superimposed sheets
US4382728A (en) * 1979-10-25 1983-05-10 The Boeing Company Workpiece retaining pressure-foot assembly for orthogonally movable machine tool
FR2533859A1 (fr) * 1982-10-04 1984-04-06 Aerospatiale Dispositif pour le percage de matieres stratifiees et accessoire pour un tel dispositif
US5733081A (en) * 1990-03-06 1998-03-31 Dowdle; Barton K. Apparatus for cutting mat board
US5888036A (en) * 1990-02-27 1999-03-30 Hitachi Seiko, Ltd. Drill bit and step feeding method
US20030082019A1 (en) * 2001-10-25 2003-05-01 Richard Kuchta Presser foot assembly
US20040094003A1 (en) * 2001-04-11 2004-05-20 Yosi Bar-Erez Method and apparatus to reduce deformation in sheets cut by cutting cool
DE102006012291A1 (de) * 2005-04-04 2006-10-05 Nippon Mektron, Ltd. Bohrvorrichtung zum Bohren von Löchern in Leiterplatten für elektronische Geräte, Apparate und Einrichtungen
US7607871B1 (en) 2007-04-05 2009-10-27 Lance Nelson Spring loaded tool with floating depth control for countersinking holes or engraving
DE102008023856A1 (de) 2008-05-16 2009-11-19 Gühring Ohg Mehrschneidiges Vollhartmetall-Bohrwerkzeug

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2294303A (en) 1941-01-13 1942-08-25 Curtiss Wright Corp Hole finder and guide
US3320832A (en) 1964-11-19 1967-05-23 Ritmar Corp Drill guiding tools
US4382728A (en) * 1979-10-25 1983-05-10 The Boeing Company Workpiece retaining pressure-foot assembly for orthogonally movable machine tool
GB2074060A (en) * 1980-04-16 1981-10-28 Aeritalia Spa Forming holes of a predetermined diameter in a set of superimposed sheets
FR2533859A1 (fr) * 1982-10-04 1984-04-06 Aerospatiale Dispositif pour le percage de matieres stratifiees et accessoire pour un tel dispositif
US5888036A (en) * 1990-02-27 1999-03-30 Hitachi Seiko, Ltd. Drill bit and step feeding method
US5733081A (en) * 1990-03-06 1998-03-31 Dowdle; Barton K. Apparatus for cutting mat board
US20040094003A1 (en) * 2001-04-11 2004-05-20 Yosi Bar-Erez Method and apparatus to reduce deformation in sheets cut by cutting cool
US20030082019A1 (en) * 2001-10-25 2003-05-01 Richard Kuchta Presser foot assembly
DE102006012291A1 (de) * 2005-04-04 2006-10-05 Nippon Mektron, Ltd. Bohrvorrichtung zum Bohren von Löchern in Leiterplatten für elektronische Geräte, Apparate und Einrichtungen
US7607871B1 (en) 2007-04-05 2009-10-27 Lance Nelson Spring loaded tool with floating depth control for countersinking holes or engraving
DE102008023856A1 (de) 2008-05-16 2009-11-19 Gühring Ohg Mehrschneidiges Vollhartmetall-Bohrwerkzeug

Also Published As

Publication number Publication date
AT509502B1 (de) 2013-06-15
AT509502A1 (de) 2011-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006016290C5 (de) Mehrteiliges Schaftwerkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug
DE102011122040B4 (de) Aufnahmevorrichtung für ein Werkzeug
WO1997017153A1 (de) Bohrwerkzeug mit auswechselbarer spitze
AT518794B1 (de) Bohrwerkzeug
EP2868431B1 (de) Aggregatverstellung
WO2018065488A1 (de) BOHR-FRÄS-EINRICHTUNG MIT EINER EINRICHTUNG ZUR VERGLEICHMÄßIGUNG VON DREHMOMENT UND DREHZAHL DER SPINDEL
EP3592489B1 (de) Anschlag für ein bohr-, fräs- oder senkwerkzeug
DE102013012167B4 (de) Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung von Kanten
DE4021090C2 (de) Bearbeitungsvorrichtung mit Mitteln zur Änderung der radialen Position von Schneidwerkzeugen
EP1500780A1 (de) Bohrverfahren und Bohrvorrichtung
WO2006131311A1 (de) Vorrichtung zum herstellen von bohrungen, ausnehmungen, planflächen oder dergleichen
EP3458217B1 (de) Rückwärtssenkwerkzeug
EP1362659B1 (de) Werkzeug, Vorrichtung und Verfahren zum Entgraten von Bohrungen
EP3016770B1 (de) Wechselkopfsystem für die metallbearbeitung
AT509502B1 (de) Vorrichtung zur bearbeitung eines werkstücks
EP3606693A1 (de) Bohrwerkzeug mit wechselschneidplatte
EP3007846A1 (de) Werkzeug zum spanenden bearbeiten eines werkstücks sowie werkzeugmaschine
WO2021254903A1 (de) Werkzeugmaschine und verfahren zur spanenden bearbeitung von werkstücken
EP2705916B1 (de) Bohrwerkzeug sowie Verwendung eines Bohrwerkzeugs
DE102007025294A1 (de) Schleifer und Verfahren zur kontrollierten Herstellung von Kantenbrüchen
DE102004014842B4 (de) Um seine Achse rotierendes Werkzeug
EP3890910A1 (de) Bohrkopf zum auskesseln von nicht-zylindrischen innenkonturen
EP0780182A1 (de) Verfahren zur Herstellung einer Gewindebohrung sowie Werkzeug zur Durchführung eines solchen Verfahrens
EP0153300B1 (de) Einrichtung zum Schleifen von Spiralbohrern
AT520081A4 (de) Werkzeugmaschine, sowie Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11711002

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11711002

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1