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Dokumentenidentifikation DE102005015930A1 12.10.2006
Titel Anordnung zur Feinstzustellung von Werkzeugen
Anmelder Johne & Co Präzisionswerkzeuge GmbH, 46286 Dorsten, DE;
Beck Engineering GmbH, 74889 Sinsheim, DE
Erfinder Johne, Frank, 01558 Großenhain, DE;
Beck, Hans W., 74889 Sinsheim, DE
Vertreter Patentanwälte Effert, Bressel und Kollegen, 12489 Berlin
DE-Anmeldedatum 06.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005015930
Offenlegungstag 12.10.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.10.2006
IPC-Hauptklasse B23B 27/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23C 5/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feinstzustellung von Werkzeugen, insbesondere von Rotations-Werkzeugen für die Span abhebende Bearbeitung von Werkstücken, mit einem Halter, der eine Werkzeugschneide, insbesondere eine lösbar befestigte Schneidplatte, trägt, die mittels einer Verstellvorrichtung relativ zu einer Abstützung auslenkbar ist und damit die Werkzeugschneide eine spielfreie Verschiebung erfährt.
Ein spezieller Schlüssel in Wirkverbindung mit einem Drehwinkelbegrenzer lässt ein genaues Zustellen der Schneide zu, ohne dass ein Bediener eine Skalierung für die Zustellgröße an der Stellschraube beobachten muss.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Feinstzustellung von Werkzeugen, insbesondere von Rotations-Werkzeugen für die Span abhebende Bearbeitung von Werkstücken, mit einem Halter, der eine Werkzeugschneide, insbesondere eine lösbar befestigte Schneidplatte, trägt, die mittels einer Verstellvorrichtung relativ zu einer Abstützung auslenkbar ist, damit die Werkzeugschneide eine spielfreie radiale Verschiebung erfährt.

Aus den deutschen Offenlegungsschriften 35 30 696, 39 26 026, 198 27 778 und 101 35 048 sowie der WO 02/064294 A2 sind Werkzeuge bekannt, bei denen unter Vorspannung mit Hilfe einer Parallelfeder eine Auslenkung der auf einem federnden Halter verschraubten Schneidplatte spielfrei möglich ist. Mit mehreren hintereinander auf einer Spindel angeordneten Werkzeugen kann man auch in einem Durchgang mehrstufige Bohrungen herstellen.

Die Verstellvorrichtung mit der relativ zu einer Abstützung die Schneidplatte während ihrer Verstellung im wesentlichen eine Parallelverschiebung in Bezug auf die Schneidkante erfährt, ist meist als Stellschraube ausgebildet, die an einem gewindelosen Umfangsteil eine Druckzone aufweist, die gemeinsam mit einer komplementären Zone am Halter ein Keilflächenpaar bildet.

Dabei wird die Stellschraube orthogonal zur Werkzeugachse geschraubt zur direkten Auslenkung der Schneidplatte. Die Stellschraube kann mit einer Skalierung für die Zustellung versehen sein.

Zwar ist die Vorrichtung hervorragend für eine Feinstzustellung einer Schneide geeignet, jedoch hat die Praxis gezeigt, dass das Werkzeug im Einsatz ein genaues Ablesen oder Bedienen der Stellschraube in einer tiefen Bohrung nur schwer ermöglicht. Das ist begingt durch enge Platzverhältnisse in dem zu bearbeitenden Werkzeug und/oder durch Verschmutzung der Ablese-Skala, z.B. Nonius an dem Kopf der Schraube oder auf dem Schneidenhalter. Weit verbreitet ist auch, einen Magnethalter mit Messuhr zu verwenden und damit die Zustellung des Werkzeugs zu kontrollieren.

Allgemein bekannt sind Schrauben, die Köpfe mit Schlitz, Kreuzschlitz, Innensechskant oder anderen Vertiefungsformen aufweisen zum formschlüssigen Ansetzen eines im Prinzip ebenfalls weit verbreiteten Schraubendrehers zum rotatorischen Bewegen der Schrauben, der mit einer zum Schraubenkopf komplementär ausgebildeten Spitze versehen ist. Aus der DE 33 27 964 A1 ist ein sehr aufwendiges Verfahren bekannt, bei dem mit Hilfe eines Lesegerätes Strichcodes an den Schraubenköpfen abgetastet und die Schraube mittels eines elektronischen Schraubenschlüssels um einen definierten Drehwinkel bewegt wird.

Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, für Werkzeuge mit verstellbarer Werkzeugschneide eine Stellanordnung zu schaffen, die auch unter ungünstigen Umweltbedingungen oder Randbedingungen eine genaue Verstellung der Schneide gestattet, sich aber zugleich kostengünstig fertigen lässt und stabil gestaltet ist. Die Stellanordnung soll ferner einfach ausgebildet sein und sich insbesondere auch verhältnismäßig klein bauen lassen, so dass es selbst unter beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden kann.

Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Mit alledem zusammenhängende weitere Probleme, mit denen sich die Erfindung befasst, ergeben sich aus der jeweiligen Erläuterung der aufgezeigten Lösungsvarianten.

Die Lösung ist eine Anordnung zur Feinstzustellung von Werkzeugen, insbesondere von Rotations-Werkzeugen für die Span abhebende Bearbeitung von Werkstücken, mit einem Halter oder Träger, der eine Werkzeugschneide, insbesondere eine lösbar befestigte Schneidplatte, trägt, die mittels einer rotatorisch bewegbaren Stellschraube relativ zu einer Abstützung spielfrei auslenkbar und die Größe der Auslenkung erkennbar ist, wobei die Stellschraube mit einer für sich bekannten Vertiefungsstruktur für einen darin einsteckbaren, an seiner Steckspitze komplementär ausgebildeten Schlüssel aufweist und am Halter oder Träger neben dem Schraubenkopf ein Drehwinkelbegrenzer angeordnet ist und der Schlüssel eine Nase für einen Eingriff in den Drehwinkelbegrenzer aufweist.

Die Stellschraube für die Werkzeugschneide ist, wie für sich bekannt, als Schraube ausgebildet, die in ein Gewinde des Basiskörpers oder eine dort festgesetzte Mutter eingreift und sich am Basiskörper abstützt. Wichtig ist der direkte Kontakt der Elemente und deren Wirkrichtung zueinander. Generell ist es möglich, die Schneidplatte radial feiner als 2 &mgr;m auszulenken und entsprechend genaue Bohrungen zu erzeugen. Die Wiederholgenauigkeit ist so exakt, dass die Bewegung der Stellschraube an einer daran angeordneten ringförmigen Skalierung relativ zu einem Bezugspunkt am Basiskörper einer entsprechenden Radialverstellung der Schneide zugeordnet werden kann. Ein Bogenmaß von 5 mm an der Schraube entspricht z.B. 1/1000 mm oder mehr an Zustellweg an der Schneide. Diese Wiederholgenauigkeit ist Voraussetzung, um mit dem Werkzeug, die von DIN/ISO 9000 ff geforderten Qualitätsbedingungen einzuhalten. Hier liegt die Forderung bei einer Einstellgenauigkeit von 10 &mgr;m oder feiner.

Der Drehwinkelbegrenzer als Vertiefung über einen bestimmten Winkelbereich ausgebildet oder kann auch aus zwei eine bestimmte Bogenlänge einschließenden Nocken gebildet sein.

Jedenfalls ist der Drehwinkelbegrenzer so gestaltet, dass der dadurch begrenzte Drehwinkel des Schlüssels einer definierten Größe der Auslenkung der Werkzeugschneide, vorzugsweise im Größenbereich von 1-10 &mgr;m, häufig nur 1, 2 oder 3 &mgr;m entspricht.

Der Schlüssel ist so gestaltet, dass die Längen der einsteckbaren bzw. eingreifenden Teile der Steckspitze und der Nase am Schlüssel etwa gleich sind. Damit ist eine leichte Handhabung gegeben.

Sinnvollerweise wird dem Fachmann empfohlen, dass die Vertiefungsstruktur derart gestaltet ist, dass sich ihr Muster nach dem durch den Drehwinkelbegrenzer bestimmten maximal möglichen Drehwinkel der Schraube wiederholt.

Die Vertiefungsstruktur kann als Schlitz- oder Kreuzschlitzstruktur ausgebildet sein, aber ebenso kann dies ein Innenfünfkant oder Innenzehnkant oder eine ähnlich regelmäßige Struktur sein.

Mit der Lösung wird einer Forderung des Marktes Rechnung getragen, Werkzeuge unter widrigen Umständen genau einstellen und für eine Massenfertigung bei hoher Funktionsgenauigkeit und Produktionssicherheit bereitzustellen zu können. Die Lösung ist nicht auf die beschriebenen Werkzeugarten im Stand der Technik beschränkt, sondern kann für alle Bauformen von Werkzeugen, insbesondere Bohrwerkzeugen, angewendet werden, bei eine spielfreie genaueste Zustellung der Werkzeugschneide erforderlich ist, die Zustellung aber nicht im Labor, sondern im rauen Betrieb erfolgt.

Ein Beispiel ist dabei das Arbeiten mit Feinbohrpatronen in Lagergassenwerkzeugen zum Ausspindeln von Lagergassen bei Verbrennungsmotoren. Eine solche Spindel hat bis zu 12 Schneidwerkzeuge/Schneiden für 12-Zylinder-Motore, die jeweils gleichzeitig ein Pleuellager bearbeiten. Bei wechselnden Lagerwerkstoffen wird der Verschleiß der Schneiden höher und das Werkzeug muss nachjustiert oder zugestellt werden, häufig jede Lagerstelle einzeln. Die Verschmutzung des Werkzeugs durch den zerspanten Werkstoff ist enorm mit der Folge, dass die Justierskalen am Werkzeug unleserlich werden. Die Erfindung schaffte Abhilfe und erspart Zeit für das Einstellen der Schneide bzw. das Ausbauen der Spindel und Nachstellen in der Werkzeugmacherei.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen und der zugehörigen schematischen Zeichnung. Es zeigen:

1 ein Beispiel eines Werkzeugs mit schematischer Darstellung eines Teils der erfindungsgemäßen Stellanordnung an einem Werkzeughalter;

2 ein weiteres Teil der Stellanordnung gemäß der Erfindung in Seitenansicht;

3 eine Unteransicht der Stellanordnung gemäß 2.

Gleiche oder gleich wirkende Teile sind im Folgenden mit denselben Bezugszeichen versehen.

1 zeigt einen Kurzklemmhalter wie er aus der DE 101 35 048 A1 im Prinzip bekannt ist, jedoch mit einer zusätzlichen Stellanordnung. Der Werkzeugträger, hier eine Bohrstange als Träger für mehrere hintereinander angeordnete Kurzklemmhalter für unterschiedliche zu erzeugende Bohrdurchmesser, die auf einer Achse liegen.

Jeder Kurzklemmhalter weist einen Träger 1, Halter 2, Nut 3 im Träger für den Halter, der sich mit Schulter 4 am Träger abstützt, auf. Die Werkzeugschneide 5 sitzt auf Halter 2; an dieser Stelle hat der Träger 1 bzw. die Nut 3 eine Öffnung 7 für den Eingriff der Werkzeugschneide in das Werkstück. Die Werkzeugschneide sitzt hier zwischen Befestigung mit Stift 8 und Stellschraube 6.

Es ist auch denkbar, dass der Stift 8 oberhalb der Stellschraube 6 angeordnet ist und anstelle der verwendeten Parallel-Feder 9, 10 zwischen Halter 2 und Träger 1 eine andere Feder angeordnet ist. Andere Ausführungen sind möglich und die Stellanordnung ist nicht auf diese Bauform beschränkt.

Die Träger 1 umschließen an mindestens 3 Seiten den Halter 2, der damit ein sehr stabiles Werkzeug für sehr eng tolerierte Bohrungen darstellt. Es kann am Ende des Trägers der Halter auch vom Kopf her in eine ganz umschlossene Nut eingebracht werden, wenn er seitlich Öffnungen für die Schneide, die Befestigung und die Stellschraube aufweist.

In allen Fällen ist die Stellschraube 6 mit einer Einstellhilfe wie einem Strichcode versehen, der relativ zu einer Markierung am Halter oder Träger ablesbar ist.

Die Stellschraube 6 zur Verstellung der Schneide 5 in Pfeilrichtung P verschiebt den Halter 2 gegenüber dem Träger 1 in die vorbestimmte Richtung. Der Halter wird durch weitere nicht dargestellte Elemente, insbesondere mittels zwischen Träger und Halter eingesetzten Federn, dort spielfrei und zugleich formschlüssig in einer weiteren Kraftrichtung im Träger gehalten.

Der Halter 2 wird vor dem Arbeitseinsatz jeweils exakt für einen kleinen Durchmesserbereich des Trägers 1 und des beispielsweise zu erzeugenden Bohrdurchmessers D angepasst. Diese sehr stabile und preiswerte Bauweise ist insbesondere für Zustellschritte größer 1 &mgr;m geeignet. Die Feinverstellung auf den exakten Bohrdurchmesser erfolgt mit der Stellschraube 6. Soll nun im Betrieb, z.B. nach dem ersten Anschnitt einer Bohrung die Auslenkung der Schneide vergrößert werden, müsste die Bohrstange mit allen darauf sitzenden Haltern in eine Position zurückgezogen werden, in der der Maschinenbediener die Stellschraube 6 bewegen und die Größe der Bewegung um z.B. 2 &mgr;m für eine im Durchmesser um 4 &mgr;m vergrößerte Bohrung anhand der in der 1 nicht sichtbaren Skalierung 62 am Schraubenkopf mit dem korrelierenden Strichcode 63 am Halter 2 zu beobachten. Dieses Verfahren ist sehr aufwändig.

Erfindungsgemäß wird daher ein Schlüssel 100 mit Schaft 101 und Drehhebel 102 verwendet wie er in 2, 3 dargestellt ist. Soweit der Arm des Bedieners in das Werkstück reicht kann er diesen, im Ausführungsbeispiel mit einer Schneidenstruktur 161 an der Steckspitze versehenen Schlüssel 100 in den Kopf der Schraube 6 stecken, die eine komplementäre Schlitzstruktur 61, 61' für die Aufnahme der Steckspitze hat. Somit braucht er die Bohrstange nicht ganz sondern nur aus der aktuell bearbeiteten Bohrung zurückziehen. Der Schlüssel 100 hat eine zur Schneidenstruktur 161 etwa gleich lange Nase 111, die in einen Drehwinkelbegrenzer eingreifen kann. Der erfindungsgemäß ausgestattete Träger oder Halter weist daher neben dem Schraubenkopf einen Drehwinkelbegrenzer, hier eine Vertiefung 11 auf, die sich über einen Winkel W erstreckt. Die damit eingeschlossene Bogenlänge entspricht in diesem Ausführungsbeispiel einer Zustellung der Schneide 5 um 2 &mgr;m wenn der Schraubenkopf 6 &mgr;m den vom Drehwinkelbegrenzer zugelassenen Winkel W bewegt wird.

Im Schraubenkopf 6 wiederholt sich die Schlitzstruktur 61, 61' fünfmal am Umfang, eine volle Umdrehung des Schraubenkopfes bedeutet also eine Zustellung der Schneide um 5 × 2 &mgr;m, also 1/100 mm.

Im Ergebnis ist es für den Bediener nicht erforderlich, die Skalierung an der Stellschraube 6 zu beobachten, sondern er kann sich darauf verlassen, dass eine Drehung des Schlüssels 100 soweit es der Drehwinkelbegrenzer zulässt eine Zustellung um 2 &mgr;m bedeutet. Damit ist auch Ableseschwierigkeiten vorgebeugt, wenn die Skalierung 62, 63 verschmutzt ist.


Anspruch[de]
Anordnung zur Feinstzustellung von Werkzeugen, insbesondere von Rotations-Werkzeugen für die Span abhebende Bearbeitung von Werkstücken, mit einem Halter oder Träger, der eine Werkzeugschneide, insbesondere eine lösbar befestigte Schneidplatte, trägt, die mittels einer rotatorisch bewegbaren Stellschraube relativ zu einer Abstützung spielfrei auslenkbar und die Größe der Auslenkung erkennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellschraube mit einer für sich bekannten Vertiefungsstruktur für einen darin einsteckbaren, an seiner Steckspitze komplementär ausgebildeten Schlüssel aufweist und am Halter oder Träger neben dem Schraubenkopf ein Drehwinkelbegrenzer angeordnet ist und der Schlüssel eine Nase für einen Eingriff in den Drehwinkelbegrenzer aufweist. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelbegrenzer als Vertiefung über eine bestimmten Winkelbereich ausgebildet ist. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelbegrenzer aus zwei eine bestimmte Bogenlänge einschließenden Nocken gebildet ist. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelbegrenzer so gestaltet ist, dass der dadurch begrenzte Drehwinkel des Schlüssels einer definierten Größe der Auslenkung der Werkzeugschneide, vorzugsweise im Größenbereich von 1-10 &mgr;m, entspricht. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen der einsteckbaren bzw. eingreifenden Teile der Steckspitze und der Nase am Schlüssel etwa gleich sind. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungsstruktur derart gestaltet ist, dass sich ihr Muster nach dem durch den Drehwinkelbegrenzer bestimmten maximal möglichen Drehwinkel der Schraube wiederholt. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungsstruktur als Schlitz- oder Kreuzschlitzstruktur ausgebildet ist.






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