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Dokumentenidentifikation DE102005055098A1 21.06.2007
Titel Werkzeugschaft
Anmelder Günther & Co. GmbH, 60489 Frankfurt, DE
Erfinder Schweighöfer, Günter, 63654 Büdingen, DE
Vertreter Dr. Weber, Dipl.-Phys. Seiffert, Dr. Lieke, 65183 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 18.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005055098
Offenlegungstag 21.06.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.06.2007
IPC-Hauptklasse B23B 31/117(2006.01)A, F, I, 20051118, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23B 31/11(2006.01)A, L, I, 20051118, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug (1) zur spanenden Bearbeitung mit einem an oder in der Nähe der Werkzeugspitze angeordneten Bearbeitungsabschnitt (3), der für das Ineingrifftreten mit einem zu bearbeitenden Werkstück vorgesehen ist, und einem im wesentlichen zylinderförmigen Schaft (2) zur Aufnahme in einer Befestigungsspindel oder einem Spannfutter.
Um ein Werkzeug (1) zur spanenden Bearbeitung bereitzustellen, das sicher eingespannt werden kann, die Übertragung von großen Drehmomenten erlaubt, eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweist, eine hohe Steifigkeit gegenüber Verbiegen aufweist, das kostengünstig herzustellen ist und einen schnellen Werkzeugwechsel erlaubt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Schaft (2) ein Konusteil (4) aufweist, dessen Mantelfläche zumindest abschnittsweise konusförmig ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung mit einem an oder in der Nähe der Werkzeugspitze angeordneten Bearbeitungsabschnitt, der für das Ineingrifftreten mit einem zu bearbeitenden Werkstück vorgesehen ist, und einem im wesentlichen zylinderförmigen Schaft zur Aufnahme in einer Befestigungsspindel oder einem Spannfutter.

Solche Werkzeuge sind seit langem bekannt. Beispielsweise sind die meisten Bohrer derart aufgebaut, wobei der Bearbeitungsabschnitt an seiner Stirnseite Hauptschneidkanten und umfangseitige Nebenschneidkanten sowie meist spiralförmige Spannuten aufweist.

Obgleich die vorliegende Erfindung prinzipiell bei allen Arten von Spanwerkzeugen eingesetzt werden kann, ist sie doch im Zusammenhang mit vollautomatischen Bohr- und Nietmaschinen entwickelt worden und wird daher besonders bevorzugt auch auf diesem Gebiet eingesetzt.

Die vollautomatischen Bohr- und Nietmaschinen kommen beispielsweise in der Luftfahrtindustrie für die Montage der einzelnen Strukturkomponenten (Rumpf, Tragflächen, usw.) eines Flugzeuges zum Einsatz. Diese Bohr- und Nietmaschinen fahren die Position eines Niets an, bohren dort in einem ersten Arbeitsschritt ein entsprechendes Loch und setzen dann in einem weiteren Schritt unmittelbar im Anschluss den Niet. Da die Strukturkomponenten eines Flugzeuges im allgemeinen sehr groß sind, sind auch die verwendeten vollautomatischen Bohr- und Nietmaschinen häufig etliche Meter groß.

Diese Bohr- und Nietmaschinen weisen im allgemeinen einen Bohr- und Nietkopf mit einer oder mehreren Spindeln auf, die zur Aufnahme der eingangs genannten Werkzeuge dienen. Die Aufnahme der Werkzeuge in den entsprechenden Spindeln erfolgt bei den Bohr- und Nietmaschinen des Standes der Technik durch sogenanntes „ambulantes Einschrumpfen".

Die Spindeln weisen hier eine zylindrische Aufnahmebohrung auf, in welche die Werkzeuge mit zylindrischem Schaft eingesetzt werden können. Die Spindel wird erhitzt, wodurch sich die Aufnahmebohrung vergrößert, so daß das Werkzeug in die Aufnahmebohrung eingeführt werden kann. Nach der Abkühlung ist das Werkzeug fest und zentrisch genau gespannt.

Das Werkzeug kann auf die gleiche Weise auch wieder entnommen werden. Der Erwärmungsvorgang der Spindel erfolgt im allgemeinen mit Warmluft oder induktiv. Bedingt durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten dehnt sich die Aufnahme dann stärker aus als das Werkzeug.

Das „ambulante Einschrumpfen" gewährleistet eine sehr gute Rundlaufgenauigkeit durch die rotationssymmetrische Aufnahme und ein exakt zentrisches Spannen. Darüber hinaus kann ein hohes Drehmoment übertragen werden.

Im Laufe der Zeit kommt es jedoch bei den Werkzeugen zu unvermeidlichen Verschleißerscheinungen, die einen regelmäßigen Werkzeugwechsel erfordern. Ein solcher Werkzeugwechsel ist jedoch bei den Bohr- und Nietmaschinen des Standes der Technik sehr aufwendig, da die am Bohr- bzw. Nietkopf angeordneten Spindeln allein schon wegen der Größe der Anlagen in der Regel nur schwierig zu erreichen sind. Darüber hinaus müssen die Spindeln erwärmt werden, was einen entsprechenden Zeitaufwand nach sich zieht. Weitere Nachteile sind, daß ein entsprechendes Schrumpfgerät vorgehalten werden muß, daß nur Vollhartmetallwerkzeuge eingesetzt werden können und daß durch die heißen Spindeln eine erhöhte Verletzungsgefahr besteht.

Des weiteren kommt es bei dem wiederholten starken Erhitzen und Wiederabkühlen der Spindeln, die im allgemeinen einen Durchmesser von nur etwa 10 mm haben, zu kleinen Verbiegungen, die zu einem schlechten Rundlaufverhalten der Spindeln führen können. Durch das extreme Aufheizen der Spindeln kann es darüber hinaus zu Schäden an dem Lager und den Dichtungen im Bohrkopf kommen. Beschädigungen des Bohrkopfs führen jedoch zu einem langen und damit sehr teueren Maschinenstillstand. Der Bohrkopf der verwendeten Bohr- und Nietmaschinen kann nur unter erheblichem Zeitaufwand gewechselt werden, was allein schon in dem großen Gewicht eines Bohr- oder Nietkopfes, meist über 1.000 kg, begründet liegt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Werkzeug zur spanenden Bearbeitung bereitzustellen, das sicher eingespannt werden kann, die Übertragung von großen Drehmomenten erlaubt, eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweist, eine hohe Steifigkeit gegenüber Verbiegen aufweist, das kostengünstig herzustellen ist und einen schnellen Werkzeugwechsel erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schaft ein Konusteil aufweist, dessen Mantelfläche zumindest abschnittsweise konusförmig ist. Diese zumindest abschnittsweise konusförmige Mantelfläche trifft beim Einspannen in eine entsprechende Spindel auf einen korrespondierend ausgebildeten Abschnitt mit Innenkonus. Dadurch, daß das Konusteil des Schaftes mit dem entsprechenden Innenkonus der Spindel zusammenwirkt, wird ein verbesserter Rundlauf und ein fester Sitz erzielt.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Schaft zusätzlich ein Paßteil mit einer zylindrischen Außenkontur auf. Auch für das Paßteil ist in der entsprechenden Spindel oder dem Bohrfutter eine entsprechende Paßfläche vorgesehen, so daß das Paßteil des Schaftes mit der entsprechenden Paßfläche in der Befestigungsspindel zusammenwirkt. Insbesondere die Kombination aus Paßteil und Konusteil stellt eine gute Achsflucht des Werkzeuges sicher.

Die zylindrische Außenkontur des Paßteils weist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine Paßgenauigkeit mit einer Toleranz auf, die mindestens der Toleranzklasse IT3 und vorzugsweise mindestens der Toleranzklasse IT5 entspricht.

Die Achsflucht des Werkzeuges kann hierdurch noch weiter verbessert werden. Grundsätzlich gilt, je weiter Paßteil und Konusteil voneinander entfernt sind, umso besser ist die Achsflucht des Werkzeuges. Es hat sich gezeigt, daß es von Vorteil ist, wenn das Paßteil näher am schaftseitigen Ende des Werkzeuges angeordnet ist als das Konusteil.

Auch wenn die Mantelfläche des Konusteiles grundsätzlich nur abschnittsweise konusförmig ausgebildet sein muss, so ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß die Mantelfläche im wesentlichen vollständig konusförmig ausgebildet ist.

Das Konusverhältnis der Mantelfläche des Konusteils liegt in einer weiteren besonders bevorzugen Ausführungsform zwischen 1:0,5 und 1:100 und vorzugsweise zwischen 1:1,5 und 1:5 und besonders bevorzugt bei etwa 1:2,5. Das Konusverhältnis ist hierbei definiert als das Verhältnis aus der Differenz des Durchmessers des Konusteils an seinen Enden und der Länge des Konusteils. Ein Konusverhältnis von 1:2,5 bedeutet somit, daß auf einer Länge von 2,5 mm der Konusdurchmesser um 1 mm zu- bzw. abnimmt.

Zweckmäßig ist es, wenn der Schaft einen Gewindeabschnitt aufweist. Mithilfe dieses Gewindeabschnittes kann der Schaft in ein entsprechendes Innengewinde der Befestigungsspindel bzw. des Spannfutters eingeschraubt werden. Das Vorsehen eines Gewindes hat sich als sehr effektive Möglichkeit erwiesen, das Werkzeug in der Befestigungsspindel oder im Spannfutter zu befestigen. Mit Vorteil ist der Gewindeabschnitt zwischen Paßteil und Konusteil angeordnet. Zwar könnte der Gewindeabschnitt prinzipiell an irgendeiner Stelle des Schaftes angeordnet sein, jedoch hat sich herausgestellt, daß die Achsflucht umso besser ist, je weiter Paßteil und Konusteil voneinander entfernt sind, so daß zweckmäßigerweise der Gewindeabschnitt zwischen Paßteil und Konusteil angeordnet wird.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Gewindeabschnitt am schaftseitigen Ende des Werkzeugs angeordnet und Paßteil und Konusteil schließen sich nacheinander in Richtung der Werkzeugspitze an.

Der Gewindeabschnitt kann prinzipiell mit jeder beliebigen Gewindeart ausgestattet sein, wie z. B. ein- oder mehrgängige, links- oder rechtsgängige Gewinde. Der Gewindeabschnitt ist vorzugsweise mit einem Feingewinde ausgestattet. Das Gewindeprofil kann eine Spitz-, Säge-, Rund-, Trapez- oder Flachform haben. Selbstverständlich sind auch andere Profilformen möglich.

Zusätzlich kann das Werkzeug an seinem Schaft einen Schlüsselabschnitt aufweisen, dessen Außenkontur einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat. Das Werkzeug wird dann mithilfe eines entsprechenden Schlüssels, der an den Schlüsselabschnitt angreift, in die Befestigungsspindel oder das Spannfutter eingeschraubt. Der Schlüsselabschnitt hat vorzugsweise 2, 4 oder 6 Flächen, die für das Ansetzen eines Schraubenschlüssels vorgesehen sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen sowie der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeuges,

2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeuges und

3 eine Ansicht, die die erste Ausführungsform des Werkzeuges gemäß 1 in einem in die Befestigungsspindel aufgenommenen Zustand zeigt.

In 1 ist eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeuges gezeigt. Das erfindungsgemäße Werkzeug 1 besteht aus einem Bearbeitungsabschnitt 3, der dafür vorgesehen ist, mit dem zu bearbeitenden Werkstück in Eingriff zu treten und einem Befestigungsschaft 2. Der Bearbeitungsabschnitt 3 ist bei der gezeigten Ausführungsform als Bohrer ausgebildet und weist eine Hauptschneidkante 9 sowie spiralförmige Spannuten 10 auf. Grundsätzlich kann der Bearbeitungsabschnitt 3 in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein. Der Befestigungsabschnitt 2 weist ein Konusteil 4 auf, dessen Mantelfläche konusförmig ist. Des weiteren weist der Befestigungsschaft 2 ein Paßteil 5 auf, das am schaftseitigen Ende des Werkzeuges angeordnet ist. Das Paßteil 5, das mit sehr hoher Genauigkeit gefertigt ist, hat an seinem schaftseitigen Ende eine Abfasung 8. Zwischen Konusteil 4 und Paßteil 5 ist ein Gewindeabschnitt 6 angeordnet. Zusätzlich ist ein Schlüsselteil 7 zu erkennen, an das zur Befestigung des Werkzeugs 1 in der entsprechenden Werkzeugspindel ein Schlüssel angreifen kann.

In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeuges gezeigt. Man erkennt, daß dieses sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß Paßteil 5 und Gewindeabschnitt 6 ihre Position getauscht haben.

Schließlich ist in 3 eine Ansicht gezeigt, in der das Werkzeug aus 1 in eine entsprechende Spindel 11 eingesetzt ist. Um das Werkzeug 1 in der Spindel 11 zu befestigen, wird es mithilfe eines entsprechenden Schlüssels (nicht gezeigt), der an dem Schlüsselteil 7 angreift, in die entsprechende Bohrung in der Spindel 11 eingeschraubt. Die Bohrung in der Spindel 11 weist eine Innenanpassung 14, ein Innengewinde 13 und einen Innenkegel 12 auf, wobei Innenkegel 12, Innengewinde 13 und Innenpassung 14 jeweils durch Freistiche 15 getrennt sind. Das Paßteil 5 und die Innenpassung 14 sind mit sehr hoher Genauigkeit gefertigt. Im allgemeinen lassen sich zylindrische Außen- und Innenflächen mit hoher Genauigkeit fertigen. Durch die passgenaue Fertigung kann das erfindungsgemäße Werkzeug 1 mit hoch präziser Ausrichtung in der Spindel 11 aufgenommen werden.

Der erfindungsgemäße Werkzeugschaft wird zweckmäßigerweise bei einem Bohrer oder Stufenbohrer aus Vollhartmetall oder HSS verwendet.

1
Werkzeug
2
Befestigungsschaft
3
Bearbeitungsabschnitt
4
Konusteil
5
Paßteil
6
Gewindeabschnitt
7
Schlüsselteil
8
Abfasung
9
Hauptschneidkante
10
spiralförmige Spannuten
11
Spindel
12
Innenkegel
13
Innengewinde
14
Innenanpassung
15
Freistiche


Anspruch[de]
Werkzeug (1) zur spanenden Bearbeitung mit einem an oder in der Nähe der Werkzeugspitze angeordneten Bearbeitungsabschnitt (3), der für das Ineingrifftreten mit einem zu bearbeitenden Werkstück vorgesehen ist, und einem im wesentlichen zylinderförmigen Schaft (2) zur Aufnahme in einer Befestigungsspindel (11) oder einem Spannfutter dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) ein Konusteil (4) aufweist, dessen Mantelfläche zumindest abschnittsweise konusförmig ist. Werkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) ein Paßteil (5) mit einer zylindrischen Außenkontur aufweist. Werkzeug (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Außenkontur des Paßteils (5) eine Paßgenauigkeit mit einer Toleranz aufweist, die mindestens der Toleranzklasse IT3, vorzugsweise der Toleranzklassen IT5 entspricht. Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßteil (5) näher am schaftseitigen Ende des Werkzeugs (1) angeordnet ist als das Konusteil (4). Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Mantelfläche des Konusteiles (4) konusförmig ist. Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Konusverhältnis der Mantelfläche des Konusteiles (4) zwischen 1:0,5 und 1:100 und vorzugsweise zwischen 1:1,5 und 1:5 und besonders bevorzugt bei etwa 1:2,5 liegt. Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) einen Gewindeabschnitt (6) aufweist. Werkzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeabschnitt (6) zwischen Paßteil (5) und Konusteil (4) angeordnet ist. Werkzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeabschnitt (6) am schaftseitigen Ende des Werkzeuges (1) angeordnet ist und sich Paßteil (5) und Konusteil (4) in Richtung der Werkzeugspitze nacheinander anschließen. Werkzeug (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindeabschnitt (6) ein Feingewinde aufweist. Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (2) einen Schlüsselabschnitt (7) aufweist, dessen Außenkontur einen nichtkreisförmigen Querschnitt hat. Werkzeug (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüsselabschnitt (7) 2, 4 oder 6, vorzugsweise 2 Flächen aufweist, die für das Ansetzen eines Schraubenschlüssels vorgesehen sind. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Vollhartmetall oder HSS besteht. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es als Bohrer oder Stufenbohrer ausgebildet ist. Bohr- und oder Nietautomat mit mindestens einer Aufnahmespindel sowie mindestens einem Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14.






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