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Dokumentenidentifikation DE102004008871B3 01.12.2005
Titel Räumwerkzeug und Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen
Anmelder Mapal Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG, 73431 Aalen, DE
Vertreter Gleiss Große Schrell & Partner Patentanwälte Rechtsanwälte, 70469 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 18.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004008871
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse B23D 43/02
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Räumwerkzeug mit einem Schneidenkopf (3) und mit einem den Schneidenkopf (3) tragenden Grundkörper zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen, nämlich zur Einbringung von mindestens einer Nut. Das Räumwerkzeug (1) zeichnet sich dadurch aus, dass der Schneidenkopf (3) und der Grundkörper (5) schwenkbeweglich miteinander über eine elastische Aufhängung verbunden sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Räumwerkzeug zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen, nämlich zur Einbringung von mindestens einer Nut mit einem Schneidenkopf und mit einem den Schneidenkopf tragenden Grundkörper sowie ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 13.

Räumwerkzeuge und Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen sind bekannt. Sie dienen dazu, in eine Bohrungsoberfläche mindestens eine Nut einzubringen, die vorzugsweise einen Drall von zum Beispiel 20° aufweist. Das heißt, die Nut verläuft auf einer gedachten Schraubenlinie über einen Drehwinkel von beispielsweise 20°, der über die Länge der zu bearbeitenden Bohrung gemessen wird. Bekannte Räumwerkzeuge führen bei dieser Bearbeitung eine auch als Kippbewegung bezeichnete Taumelbewegung durch, die von einer das Räumwerkzeug aufnehmenden Werkzeugspindel ausgeführt wird. Das Räumwerkzeug wird bei der Durchführung des Verfahrens zur Bearbeitung einer Bohrungsoberfläche während der Durchführung der Taumelbewegung in axialer Richtung in die zu bearbeitende Bohrung eingeführt. Wenn eine Nut mit einem Drall realisiert werden soll, muss das Werkstück verdreht werden. Eine Rotationsbewegung des Werkstücks ist in vielen Fällen nicht oder nur unter großem konstruktiven und finanziellen Aufwand durchführbar. Außerdem bedarf es eines Spezialwerkzeuges zur Durchführung der Taumelbewegung des Räumwerkzeugs. Auch dies macht die hier vorgesehene Bearbeitung einer Bohrungsoberfläche aufwändig und teuer.

Aus der DE 31 06 823 C2 ist im übrigen ein Räumwerkzeug mit einem Schneidenteil bekannt, dessen Halterung zur Kompensation von Verschleiß- und Temperatureinflüssen elastisch verformbar ist. Eine Taumelbewegung der oben angesprochenen Art und die aufwändige Antriebsweise werden allerdings nicht erwähnt.

Schließlich beschreibt DE 34 23 668 A1 ein Räumwerkzeug, bei dem Taumelbewegungen quer zur Räumachse auftreten. Hinweise auf aufwändige Antriebe finden sich jedoch auch hier nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Räumwerkzeug und ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen, nämlich zur Einbringung von mindestens einer Nut in diese Oberfläche, zu schaffen, die einfach und kostengünstig realisierbar sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Räumwerkzeug vorgeschlagen, das die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Es weist einen Grundkörper und einen mit diesem verbundenen Schneidenkopf auf. Die Besonderheit des Werkzeugs beruht darin, dass der Schneidenkopf und der Grundkörper durch eine elastische Aufhängung schwenkbeweglich miteinander verbunden sind. Auf diese Weise kann mit relativ geringem Aufwand eine Taumelbewegung des Schneidenkopfes bewirkt werden.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird auch ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung einer Bohrungsoberfläche, nämlich zur Einbringung von mindestens einer Nut vorgeschlagen, das die in Anspruch 13 genannten Merkmale aufweist. Das bei dem Verfahren eingesetzte Räumwerkzeug weist einen Schneidenkopf und einen Grundkörper auf, der diesen trägt. Zur Bearbeitung der Bohrungsoberfläche wird der Schneidenkopf an der zu bearbeitenden Bohrung angesetzt und der Grundkörper des Räumwerkzeugs auf einer Kreisbahn um die Mittelachse der zu bearbeitenden Bohrung bewegt, während das Werkstück in Ruhe ist. Dann wird der Schneidenkopf weiter in die zu bearbeitende Bohrung eingeführt. Dabei ist das Werkstück unbeweglich festgespannt. Durch die Bewegung des Grundkörpers auf einer Kreisbahn führt der Schneidenkopf eine Taumelbewegung durch, während er in die zu bearbeitende Bohrung eingeführt wird.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Räumwerkzeugs schräg von vorne;

2 einen Längsschnitt durch das Räumwerkzeug nach Anspruch 1;

3 eine Prinzipskizze eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Räumwerkzeugs;

4 eine Unteransicht eines Werkzeugschafts des Räumwerkzeugs nach Anspruch 3 und

5 eine Prinzipskizze eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Räumwerkzeugs.

Das in 1 dargestellte Räumwerkzeug 1 weist einen Schneidenkopf 3 und einen Grundkörper 5 auf. Dieser kann zwar grundsätzlich unmittelbar mit einer Werkzeugmaschine verbunden werden, vorzugsweise ist jedoch ein Adapter 7 vorgesehen, an dessen einem, hier dem Betrachter zugewandten Ende 9 der Grundkörper 5 angebracht ist und an dessen gegenüberliegendem Ende ein Schaft 11 vorgesehen ist, der auf übliche Weise in eine Werkzeugmaschine eingeführt und dort festgespannt wird.

An dem Grundkörper 5 ist eine elastische Aufhängung 13 vorgesehen, über die der Schneidenkopf 3 schwenkbeweglich mit dem Grundkörper 5 verbunden ist. Der Schneidenkopf 3 ist nicht unmittelbar an der elastischen Aufhängung 13 angebracht. Vielmehr ist hier vorzugsweise ein Werkzeugschaft 15 vorgesehen, an dem der Schneidenkopf 3 beispielsweise mittels einer Schraube 17 auswechselbar angebracht ist. Der Werkzeugschaft 15 dient dazu, den Schneidenkopf 3 in einem gewissen Abstand zum Grundkörper 5 zu halten.

Die elastische Aufhängung 13 weist eine hier eine Membran 19 umfassende Rückstellkupplung 21 auf, die eine Rückstellkraft auf den Schneidenkopf 3 ausübt, hier also über den Werkzeugschaft 15, so dass dieser in einer hier dargestellten Ausgangsposition, in der das Räumwerkzeug nicht zur Bearbeitung einer Bohrung eingesetzt ist, fluchtend zum Grundkörper 5, hier auch zum Adapter 7, ausgerichtet ist. Damit fallen im unbelasteten Zustand des Räumwerkzeugs 1 eine Mittelachse des Schneidenkopfs 3, des Werkzeugschafts 15 und des Grundkörpers 5 zusammen.

Der Grundkörper 5 ist gegenüber dem Adapter 7 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ausrichtbar, um eine exakt koaxiale Positionierung des Grundkörpers 5 mit dem Schaft 11 des Adapters 7 zu gewährleisten, über den eine Verbindung zu einer Werkzeugmaschine hergestellt wird. Zur radialen Ausrichtung des Grundkörpers 5 gegenüber dem Adapter 7 sind mindestens drei, hier vier Radial-Einstellschrauben 23 angedeutet. Um eine exakte Winkelausrichtung des Grundkörpers 5 gegenüber dem Adapter 7 zu ermöglichen, sind mindestens drei, hier vier Winkel-Ausrichtschrauben 25 vorgesehen. Mit diesen kann eine mögliche Verkippung des Grundkörpers 5 gegenüber dem Adapter 7 ausgeglichen werden, so dass die Mittelachse des Grundkörpers 5 und die des Werkzeugschaftes 15 exakt fluchten.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Membran 19 mit Hilfe von 4 Spannschrauben 27 am Grundkörper 5 festgeschraubt, der seinerseits mit Hilfe von Befestigungsschrauben 29 am Adapter 7 fixiert ist.

Die Membran 19 kann aus jedem federelastischen Material ausreichender Festigkeit gefertigt werden; vorzugsweise besteht sie aus Metall, insbesondere Federstahl.

2 zeigt einen Längsschnitt durch das Räumwerkzeug nach 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.

Deutlich erkennbar sind der Schneidenkopf 3, der in seiner Umfangsfläche eine Anzahl von Schneiden 31 aufweist, wobei deren Anzahl an die Anzahl der herzustellenden Nuten angepasst ist. Der Schneidenkopf ist mittels der Schraube 17 am Werkzeugschaft 15 fixiert, der an seinem dem Schneidenkopf 3 abgewandten Ende mit der elastischen Aufhängung 13 fest verbunden, hier mit der Membran 19 verschweißt ist. Die Schneiden 31 liegen in einer gedachten Ebene, auf der die Mittelachse 33 des Schneidenkopfes 3 senkrecht steht.

Der Grundkörper 5 weist eine umlaufende Ringfläche 35 auf, auf der die Membran 19 aufliegt. In einem mittleren Bereich des Grundkörpers 5 ist eine zentrale, vorzugsweise kreisförmige Ausnehmung 37 vorgesehen, die von der Membran 19 überspannt wird und dazu dient, dass die Membran 19 sich innerhalb der Ringfläche 35 verformen kann.

Der Werkzeugschaft 15 liegt mit einer Ringschulter 39 auf der Membran 19 auf, die damit hier von rechts nach links in axialer Richtung wirkende Kräfte auffangen kann. Um eine Überlastung der Membran zu vermeiden, ist ein Abstützelement 41 vorgesehen, das sich in einer als Widerlager dienenden, zentralen, kugelabschnittförmigen Vertiefung 43 im Grundkörper 5 abstützt, die sich in Richtung zum Abstützelement 41 öffnet. Das Abstützelement 41 ist auf seiner der Vertiefung 43 zugewandten Oberfläche 45 komplementär kugelabschnittförmig ausgebildet, so dass die Vertiefung 43 axiale Kräfte abfangen und gleichzeitig eine Verschwenkung des Werkzeugschafts 15 beziehungsweise des Schneidenkopfs 3 gegenüber dem Grundkörper 5 ermöglicht.

2 lässt erkennen, dass der Adapter 7, der Grundkörper 5 und der Werkzeugschaft 15 mit einer hier beispielsweise konzentrisch zur Mittelachse 33 verlaufenden Bohrung versehen sein können, die als Kühl- und Schmiermittelkanal 47 dient. Über in den Schneidenkopf 3 eingebrachte, hier nur angedeutete Kanäle 49 kann das Kühl- /Schmiermittel nahe der Schneiden 31 austreten. Die Kanäle 49 münden bei einem Schneidenkopf 3, der zur Bearbeitung von Grundbohrungen ausgelegt ist, in axialer Richtung gesehen, vor den Schneiden 31. Diese Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Bei einem der Bearbeitung von Durchgangsbohrungen dienenden Schneidenkopf 3 münden die Kanäle – in axialer Richtung gesehen – hinter den Schneiden 31, um die bei der Bearbeitung von Bohrungsoberflächen anfallenden Späne nach vorne, also in Vorschubrichtung gesehen, auszuspülen. Die Mittelachse 33 bildet, bei dem unbelasteten Werkzeug 1 die gemeinsame Mittelachse von Adapter 7, Grundkörper 5, Werkzeugschaft 15 und Schneidenkopf 3.

Der Schneidenkopf 3 umfasst eine Führungseinrichtung 51, die einen auch als Führungszapfen bezeichneten Führungsring 53 aufweist, dessen Umfangsfläche vorzugsweise ballig ausgebildet ist. Der Führungsring 53 ist in einem Abstand zu den Schneiden 31 angeordnet und zwar auf der dem Grundkörper 5 abgewandten Seite des Schneidenkopfs 3.

Die Schneiden 31 liegen auf einer gedachten Umfangslinie, deren Durchmesser größer ist als der Durchmesser des Führungsrings 31. Dieser ist etwas kleiner als der Durchmesser der zu bearbeitenden Bohrung.

3 zeigt eine Prinzipskizze eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Räumwerkzeugs 1, bei dem gleiche und gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen werden, so dass insofern auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen wird.

Das Räumwerkzeug 1 weist einen Schneidenkopf 3 auf, der auch hier über einen Werkzeugschaft 15 mit einem Grundkörper 5 verbunden ist. Dieser setzt sich in einem Adapter 7 fort, der einstückig mit dem Grundkörper 5 ausgebildet oder an diesen angesetzt ist. Der Adapter 7 kann auf geeignete Weise an einer Werkzeugmaschine angebracht werden, beispielsweise mittels eines Schafts 11.

Das Räumwerkzeug 1 nach 3 weist eine elastische Aufhängung 13 auf, die hier im Inneren des Grundkörpers 5 untergebracht ist und eine Rückstellkupplung 21 umfasst. Diese ist hier beispielhaft mit vier als Schraubenfedern ausgebildeten Federelementen 55 versehen, die zumindest bereichsweise von Führungsbolzen 57 durchdrungen werden. Der Werkzeugschaft 15 setzt sich in das Innere des Grundkörpers 5 fort und weist an seinem dem Schneidenkopf 3 abgewandtem Ende ein Abstützelement 41 auf, das quasi als Scheibe ausgebildet ist, die senkrecht zur Mittelachse 33 ausgerichtet ist. Die Scheibe ist an ihrer Umfangsfläche mit U-förmigen Ausnehmungen versehen, durch die die Führungsbolzen 57 hindurchgreifen. Auf ihrer dem Schneidenkopf 3 abgewandten Grundfläche 61 ist das Abstützelement 41, also die hier angesprochene Scheibe, mit einer kugelabschnittförmigen Vertiefung 63 versehen, die mit einem als Widerlager dienenden kugelabschnittförmigen Vorsprung 65 zusammenwirkt, wobei die Innenkontur der Vertiefung 63 und die Außenfläche des Vorsprungs 65 komplementär ausgebildet sind, so dass hier eine axiale Abstützung des Schneidenkopfs 3, gegebenenfalls über den vorzugsweise vorgesehenen Werkzeugschaft 15, erfolgt. Aufgrund der hier beschriebenen Ausgestaltung der Vertiefung 63 und des Vorsprungs 65 ist eine Schwenkbewegung des Schneidenkopfs 3 gegenüber dem Grundkörper 5 möglich, wobei die zwischen einer Schulter 67 und dem Abstützelement 41 eingespannten Federelemente 55 eine Rückstellung des Schneidenkopfs 3 gegenüber dem Grundkörper 5 derart bewirken, dass der Schneidenkopf 3 koaxial zum Grundkörper 5 angeordnet ist, wenn das Räumwerkzeug 1 entlastet ist, sich also nicht in einer zu bearbeitenden Bohrung befindet. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass der Vorsprung auch auf der Scheibe vorgesehen sein kann. Entsprechend ist dann eine komplementäre Vertiefung an der der Scheibe gegenüberliegenden Wand des Innenraums im Grundkörper 5 vorzusehen.

4 zeigt eine Unteransicht des Werkzeugschafts 15, hier also eine Draufsicht auf die Grundfläche 61. Deutlich erkennbar sind hier die U-förmigen Ausnehmungen 69, durch die die Führungsbolzen 57 ragen. Breite und Tiefe der Ausnehmungen 69 werden so gewählt, dass die gewünschte Schwenkbewegung des Schneidenkopfs 3, hier mit dem Werkzeugschaft 15, möglich ist.

5 zeigt eine Prinzipskizze eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Räumwerkzeugs 1, wobei gleiche und gleichwirkende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind und auf die Beschreibung der vorangegangenen Figuren verwiesen wird.

Deutlich erkennbar ist der Grundkörper 5 mit einem Schaft 11, der Teil eines einstückig mit dem Grundkörper 5 verbundenen oder an diesem angebrachten Adapters 7 ist. Der Grundkörper 5 weist eine elastische Aufhängung 13 auf, die eine Rückstellkupplung 21 umfasst, die mit einem Abstützelement 41 des Schneidenkopfs 3 zusammenwirkt. Auch hier wird davon ausgegangen, dass der Schneidenkopf 3 vorzugsweise über einen Werkzeugschaft 15 mit dem Grundkörper 5 verbunden ist. Das Abstützelement 41 ist im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet, wobei dessen Mittelebene 71 senkrecht zur Mittelachse 33 steht, wenn das Räumwerkzeug 1 unbelastet ist. Die Rückstellkupplung 21 weist eine Anzahl von Federelementen 73 auf, die über einen Lagerbolzen 75 auf das Abstützelement 41 wirken. Die Lagerbolzen 75 weisen ein dem Abstützelement 41 zugewandtes halbkugelförmiges Ende 77 auf, das jeweils in einer halbkugelförmigen Vertiefung 79 in der Grundfläche 61 des Abstützelements 41 ruht. Die Umfangsfläche 81 des Abstützelements 41 ist – im Querschnitt gesehen – kreisbogenförmig gewölbt und wirkt mit einer entsprechenden Anlagefläche 83 zusammen, die am Grundkörper 5 vorgesehen ist und vorzugsweise Teil eines Halterings 85 ist, der auf die in Richtung des Schneidenkopfs 3 weisende Ringfläche 35 des Grundkörpers 5 aufgebracht und mit diesem beispielsweise verschraubt ist.

Die Rückstellkuplung 21 ist so ausgelegt, dass die Mittelachse des Werkzeugschafts 15 und damit des Schneidenkopfs 3 mit der Mittelachse des Grundkörpers 5 fluchtet, wenn das Räumwerkzeug 1 unbelastet ist. Bei der Darstellung gemäß 5 ist der Schneidenkopf 3 mit dem Werkzeugschaft 15 gegenüber dem Grundkörper 5 verschwenkt. Darauf wird unten noch näher eingegangen.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel können axial, gemäß 5 von rechts nach links wirkenden Kräfte von der Rückstellkupplung 21 und den hier dargestellten Rückstellfedern 73 abgefangen werden. Zur Unterstützung der Rückstellfedern 73 ist hier vorzugsweise ein Widerlager vorgesehen, das die axial wirkenden Kräfte bei der Bearbeitung einer Bohrung abfängt. 5 zeigt einen von der Grundfläche 61 des Abstützelements 41 entspringenden Vorsprung 65', der eine kugelabschnittförmige Oberfläche aufweist. Er wirkt mit einer kugelabschnittförmigen Vertiefung 63' im Grundkörper 5 zusammen. Denkbar ist es aber auch, an der Grundfläche 61 des Abstützelements 41 eine kugelförmige Vertiefung vorzusehen, die mit einem als Widerlager dienenden, vom Grundkörper 5 entspringenden Vorsprung zusammenwirkt, wie dies anhand von 3 erläutert wurde.

Im Folgenden wird auf die Funktion des Räumwerkzeugs 1 und auf das Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen näher eingegangen:

Zu Beginn der Bearbeitung einer Bohrungsoberfläche wird das Räumwerkzeug 1 mit der Führungseinrichtung 51, hier also mit dem Führungsring 53 etwas in die zu bearbeitende Bohrung B eingeführt. Dabei kann das Werkstück in axialer Richtung verlagert werden. Vorzugsweise bleibt dieses jedoch unbeweglich, während das Räumwerkzeug 1 in die Bohrung B eingeführt wird. In diesem Zustand fallen die Mittelachsen des Adapters 7, des Grundkörpers 5, des Werkzeugschafts 15 und des Schneidenkopfs 3 zusammen und bilden die gemeinsame Mittelachse 33, die während dieses Bearbeitungsschritts mit der Mittelachse M der Bohrung B zusammenfällt.

Nach dem Einbringen des Führungsrings 53 in die Bohrung B wird der Grundkörper 5 in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse 33 auf einer Kreisbahn bewegt. Bei dieser Bewegung bleibt die Mittelachse 33/5 fluchtend ausgerichtet zur Mittelachse 33/7 des Adapters 7. Das liegt daran, dass der Adapter 7 und der Grundkörper 5 starr miteinander verbunden sind, so dass ein Winkelversatz zwischen der Mittelachse 33/5 des Grundkörpers und der Mittelachse 33/7 des Adapters nicht möglich ist.

Die Mittelachsen 33/5 des Grundkörpers 5 und die Mittelachse 33/7 des Adapters 7 bleiben bei der Bewegung auf der genannten Kreisbahn parallel zur Mittelachse M der Bohrung 5 angeordnet. Dies ist aus 5 ersichtlich.

Da der Schneidenkopf 3 in der Bohrung des zu bearbeitenden Werkstücks festgehalten wird, während der Grundkörper 5 sich auf einer Kreisbahn bewegt, führt der Schneidenkopf 3 eine Taumelbewegung durch, so dass die Mittelachse im Bereich des Schneidenkopfs 3 und des Werkzeugschafts 15 nun auf einer gedachten Kegelfläche liegt, dessen Spitze sich am vorderen, vom Grundkörper 5 abgewandten Ende des Schneidenkopfs 3 liegt. Der Öffnungswinkel des gedachten Kegelmantels beträgt 1° bis 10°, wobei ein Winkel von ca. 2° bevorzugt wird.

Aus 5 ist ersichtlich, dass bei der Bewegung von Grundkörper 5 und Adapter 7 auf einer Kreisbahn unter einem Parallelversatz zur Mittelachse M der Bohrung B der Werkzeugschaft 15 und der Schneidenkopf 3 verschwenkt werden. Entsprechend verläuft die Mittelachse 33/15 des Werkzeugschafts 15 und die mit dieser fluchtende Mittelachse 33/3 des Schneidenkopfs 3 unter einem spitzen Winkel von 0,5° bis 5° gegenüber der Mittelachse 33/5 des Grundkörpers 5 und der Mittelachse 33/7 des Adapters 7. Damit verlaufen die Mittelachsen 33/15 und 33/3 des Werkzeugkopfs 15 und des Schneidenkopfs 3 auch unter einem spitzen Winkel gegenüber der Mittelachse M der Bohrung B, was sich aus 5 ergibt.

Der Kreisbewegung des Grundkörpers 5 wird eine in Richtung der Mittelachse 33 liegende Vorschubbewegung V überlagert, so dass sich der Schneidenkopf 3 unter Ausführung einer Taumelbewegung in die zu bearbeitende Bohrung B hinein bewegt. Dabei werden auch die Schneiden 31 dieser Taumelbewegung unterworfen, was die erforderliche Vorschubkraft des Räumwerkzeugs 1 reduziert: Es sind jeweils nur die Schneiden maximal belastet, die in dem nach vorne, also in Vorschubrichtung geneigten Bereich des Schneidenkopfes liegen. Die Schneiden 31 liegen also in unbelastetem Zustand des Räumwerkzeugs 1 auf einer Ebene E, die senkrecht zur Mittelachse 33/15, 33/3 des Werkzeugschafts 15 und Schneidenkopfs 3 angeordnet ist und in diesem Fall auch senkrecht zur Mittelachse 33/5 des Grundkörpers 5 verläuft. Wird der Schneidenkopf 3 im Zuge einer Taumelbewegung verschwenkt, neigt sich die Ebene E, auf der die Schneiden 31 liegen. Die jeweils in Vorschubrichtung gesehen vorderen Schneiden treiben die Nut in die Bohrungsoberfläche weiter. Es ist also immer nur eine Anzahl von Schneiden 31 mit der maximalen Gegenkraft des Werkstücks belastet, wobei die Anzahl kleiner ist als die Gesamtzahl der Schneiden 31.

5 zeigt, dass die Mittelebene 71 des Abstützelements 41 bei einer Auslenkung des Schneidenkopfs 3 und des Werkzeugschafts 15 auch geneigt ist gegenüber einer gedachten Ebene 35', in der die Ringfläche 35 des Grundkörpers 5 liegt. Der zwischen der Ebene 35' und der Mittelebene 71 eingeschlossene Winkel ist gleich groß wie der Schwenkwinkel der Mittelachse 33/15 des Werkzeugschafts 15 gegenüber der Mittelachse 33/5 des Grundkörpers 5 und damit auch gleich groß wie der Schwenkwinkel des Werkzeugschafts 15 gegenüber der Mittelachse M der Bohrung B.

Während der Vorschubbewegung des Schneidenkopfs 3 innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung B kann dieser einer Drehbewegung unterworfen werden, wobei von einer Werkzeugmaschine über den Schaft 11, den Adapter 7 und über den Grundkörper 5 ein Drehmoment in den Werkzeugschaft 15 und damit in den Schneidenkopf 3 eingeleitet wird. Die. Drehbewegung wird so vorgegeben, dass sich über eine in axialer Richtung gemessene Bearbeitungsstrecke der Bohrungsoberfläche ein bestimmter Drehwinkel ergibt, der abhängig von der Verwendung des Werkstücks ist und beispielsweise ca. 20° bis 60° betragen kann. Der Drehwinkel kann allerdings auch 360° und mehr betragen.

Während der Bearbeitung der Bohrungsoberfläche kann über die Bohrung 47 und die Kanäle 49 ein Kühl-/Schmiermittel zu den Schneiden 31 gefördert werden.

Es wird deutlich, dass die elastische Aufhängung 13 zwischen dem Schneidenkopf 3 und gegebenenfalls dem Werkzeugschaft 15 einerseits und dem Grundkörper 5 andererseits eine Schwenkbewegung möglich wird. Diese dient dazu, die Taumelbewegung des Schneidenkopfs 3 zu realisieren. Zur Erzeugung der Taumelbewegung wird, wie gesagt, der Grundkörper 5 auf einer Kreisbahn bewegt. In unbelastetem Zustand wird der Schneidenkopf 3 und der Werkzeugschaft 15 so gegenüber dem Grundkörper 5 ausgerichtet, dass diese Elemente, gegebenenfalls auch der Adapter 7, fluchtend zueinander angeordnet sind. Im belasteten Zustand ist die Mittelachse des Werkzeugschafts 15 und den Schneidenkopfs 3 gegenüber der des Adapters 7 und des Grundkörpers 5 um 0,5° bis 5°, vorzugsweise um 1°, verschwenkt.

Dies gilt auch für die Ausführungsbeispiele, die anhand der 3 und 5 erläutert wurden. Entscheidend ist auch hier die elastische Aufhängung 13 mit der Rückstellkupplung 21.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 wird ein Drehmoment von dem Grundkörper 5 über die Führungsbolzen 57, die drehfest mit dem Grundkörper 5 verbunden sind, in das Abstützelement 41 eingeleitet und von da an den Schneidenkopf 3 übermittelt, gegebenenfalls über den Werkzeugschaft 15, der nach dem oben Gesagten vorzugsweise optional vorgesehen ist, um eine Austauschbarkeit des Schneidenkopfs 3 zu gewährleisten.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 wird durch die elastische Aufhängung 13 und die Rückstellkupplung 21 sicher gestellt, dass im Ruhezustand der Grundkörper 5 und der Schneidenkopf 3 fluchten, gegebenenfalls auch der Werkzeugschaft 15 und der Adapter 7. Ein Drehmoment kann auf geeignete Weise von dem Grundkörper 5 auf das Abstützelement 41 und damit auf den Werkzeugschaft 15 und den Schneidenkopf 3 übertragen werden. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Drehmoment durch die im Grundkörper 5 parallel zur Mittelachse 33/5 verlagerbaren Lagerbolzen 75 auf das Abstützelement 41 übertragen. Da die Lagerbolzen 75 in axialer Richtung gegen die Kraft der Federelemente 73 beweglich sind, können die Lagerbolzen 75 ein Drehmoment vom Grundkörper 5 auf das Abstützelement 41 übertragen, ohne dass dessen Schwenkbeweglichkeit dadurch beeinträchtigt würde.

Heutige Werkzeugmaschinen beziehungsweise Bearbeitungszentren sind häufig so ausgelegt, dass ein Werkzeug auf einer Kreisbahn um eine Mittelachse der Werkzeugaufnahme bewegt werden kann. Wird also ein Räumwerkzeug 1 mit einer derartigen Werkzeugmaschine beziehungsweise einem derartigen Bearbeitungszentrum verbunden, können Bohrungen mit einem Räumwerkzeug der hier angesprochenen Art spanend bearbeitet werden. Es ist damit also auf einfache Weise möglich, das hier beschriebene Verfahren zu realisieren ohne dass es irgendwelcher Zusatzeinrichtungen bedürfte.

Das Räumwerkzeug 1 ist nach allem so ausgelegt, dass zwei Drehbewegungen, einerseits die Bewegung des Grundkörpers 5 auf einer Kreisbahn und andererseits die Rotation des Schneidenkopfs 3 um einen vorbestimmten Winkel zur Erzeugung eines Dralls einer Nut durchführbar sind. Es ist also auf einfache Weise möglich, eine Taumelbewegung zu realisieren, das Räumwerkzeug einer Vorschubbewegung zu unterwerfen und eine Rotation eines Schneidenkopfs 3 zu bewirken, um eine oder mehrere Nuten in eine Bohrungsoberfläche eines Werkstücks einzubringen.

Das hier beschriebene Räumwerkzeug 1 ermöglicht es, die bei heutigen Werkzeugmaschinen gegebenen Möglichkeiten optimal auszunutzen: Der Adapter 7 und der Grundkörper 5 können, wie oben erläutert, auf einer Kreisbahn bewegt werden. Die Mittelachsen 33/5 und 33/7 des Grundkörpers 5 und des Adapters 7 bewegen sich auf einer gedachten Zylinderfläche, ohne dass dabei irgendeine Kippbewegung ausgeführt wird. In unbelastetem Zustand folgen der Werkzeugschaft 7 und der Schneidenkopf 3 dieser Bewegung.

Wird jedoch erst der Schneidenkopf 3 mit seiner Führungseinrichtung 51 in eine zu bearbeitende Bohrung B eingeführt und erst dann die Bewegung von Adapter 7 und Grundkörper 5 auf einer Kreisbahn durchgeführt, so stellt sich ohne weitere Maßnahmen die Taumelbewegung von Werkzeugschaft 15 und Schneidenkopf 3 ein, die dann zur Herstellung der Nut in einer Bohrungsoberfläche ausgenutzt wird.

Das Räumwerkzeug 1 zeichnet sich dabei durch einen sehr einfachen, robusten Aufbau aus.

Die Tiefe der mindestens einen Nut hängt einerseits von dem Übermaß der Schneiden 31 gegenüber dem Außendurchmesser des Führungsrings 53 ab, andererseits von dem Taumelwinkel des Werkzeugschafts 15 und des Schneidenkopfs 3 gegenüber der Mittelachse 33, die durch den Mittelpunkt des Kreises verläuft, auf dem der Grundkörper 5 um die Mittelachse 33 umläuft. Die Tiefe hängt auch ab vom Abstand zwischen Grundkörper 5 und Schneidenkopf 3, also von der Länge des Werkzeugschafts 15.

Aufgrund des einfachen Aufbaus des Räumwerkzeugs 1 ist sichergestellt, dass dieses störungsunanfällig und kostengünstig realisierbar ist, außerdem kann das Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen der hier beschriebenen Art einfach und schnell durchgeführt werden, weil irgendwelche Zusatzantriebe zur Drehung des Werkstücks oder der Einsatz besonderer Werkzeugmaschinen zum Betreiben des Räumwerkzeugs 1 entfallen.


Anspruch[de]
  1. Räumwerkzeug mit einem Schneidenkopf (3) und mit einem den Schneidenkopf (3) tragenden Grundkörper (5) zur spanenden Bearbeitung von Bohrungsoberflächen, nämlich zur Einbringung von mindestens einer Nut, gekennzeichnet durch eine, den Schneidenkopf (3) und den Grundkörper (5) schwenkbeweglich miteinander verbindende elastische Aufhängung (13).
  2. Räumwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Aufhängung (13) eine Rückstellkupplung (21) aufweist, die eine Rückstellkraft auf den Schneidenkopf (3) ausübt, so dass dieser – ohne Bearbeitung einer Bohrungsoberfläche – fluchtend zum Grundkörper (5) ausrichtbar ist.
  3. Räumwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkupplung (21) eine Membran (19) aufweist.
  4. Räumwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (19) in ihrem Umfangsbereich am Grundkörper (5) und in ihrem Mittelbereich mit dem Schneidenkopf (3) verbindbar ist.
  5. Räumwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeugschaft (15) vorgesehen ist, der an seinem einen Ende den Schneidenkopf (3) trägt und an seinem aderen Ende mit der Rückstellkupplung (21) verbindbar ist.
  6. Räumwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Abstützelement (41), das – in axialer Richtung des Räumwerkzeugs (1) gesehen – den Schneidenkopf (3) abstützt.
  7. Räumwerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (41) am Werkzeugschaft (15) angebracht, vorzugsweise einstückig mit diesem ausgebildet ist.
  8. Räumwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) eine zentrale kugelabschnittförmige Vertiefung (43) oder einen Vorsprung (65) aufweist, die/der ein Widerlager für den Schneidenkopf (3) oder den Werkzeugschaft (15) bildet.
  9. Räumwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement scheibenförmig ausgebildet ist.
  10. Räumwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkupplung (21) mindestens ein Federelement aufweist, das sich einerseits am Abstützelement (41) und andererseits am Grundkörper (5) abstützt.
  11. Räumwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidenkopf (3) mindestens eine Schneide (31) aufweist.
  12. Räumwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidenkopf (3) eine Führungseinrichtung (51) aufweist.
  13. Verfahren zur spanenden Bearbeitung einer Bohrungsoberfläche, nämlich zur Einbringung von mindestens einer Nut mittels eines einen Schneidenkopf (3) und einen diesen tragenden Grundkörper (5) aufweisenden Räumwerkzeugs (1), insbesondere mittels eines Räumwerkzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheidenkopf (3) in die zu bearbeitende Bohrung (B) etwas eingeführt wird und dann der Grundkörper (5) auf einer Kreisbahn um die Mittelachse der Bohrung (B) bewegt wird, wobei dessen Mittelachse 33/5 parallel zur Mittelachse (M) der Bohrung (B) angeordnet ist, so dass die Mittelachse 33/3 des Schneidenkopfs (3) unter einem Winkel zur Mittelachse (M) der Bohrung (B) und des Grundkörpers (5) verläuft, und dass das Werkstück während der Bearbeitung unbeweglich festgespannt ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Räumwerkzeug (1) um seine Längsachse (33) rotiert.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotation über einen Drehwinkel von ≥ 0° bis ca. 60° erfolgt.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Kreisbahn, auf der der Grundkörper (5) bewegt wird, einstellbar ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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