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Dokumentenidentifikation DE102006016290A1 11.10.2007
Titel Mehrteiliges Schaftwerkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug
Anmelder Gühring OHG, 72458 Albstadt, DE
Erfinder Schäfer, Holger, 38170 Vahlberg, DE;
Hebisch, Harald, 38176 Wendeburg, DE
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 80336 München
DE-Anmeldedatum 06.04.2006
DE-Aktenzeichen 102006016290
Offenlegungstag 11.10.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.10.2007
IPC-Hauptklasse B23B 51/08(2006.01)A, F, I, 20060406, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23B 51/00(2006.01)A, L, I, 20060406, B, H, DE   B23B 31/117(2006.01)A, L, I, 20060406, B, H, DE   B23D 77/14(2006.01)A, L, I, 20060406, B, H, DE   
Zusammenfassung Beschrieben wird ein mehrteiliges Schaftwerkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug, zur spanabhebenden Bearbeitung zumindest eines ersten, innenliegenden Bereichs, wie zum Beispiel einer auf Präzision zu bearbeitenden Bohrung, und eines zweiten, radial weiter außenliegenden Bereichs, wie zum Beispiel einer zu dieser Bohrung im engen Planschlag stehenden Referenzfläche. Ein Zentralkörper trägt die Zentralschneiden für die Bearbeitung des ersten Bereichs, während ein zum Zentralkörper konzentrisch angeordneter, weiterer Schneidenträger solche Schneiden trägt, die in vorbestimmter axialer und/oder radialer und/oder Winkel-Lagebeziehung zu den Zentralschneiden stehen. Zur Bereitstellung eines Werkzeugs, bei dem die Schneiden in engster Lagebeziehung zueinander gehalten werden können, das sich für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe eignet und welches trotzdem einfach handhabbar und flexibel eingesetzt werden kann, ist das Werkzeug so aufgebaut, dass der Schneidenträger mit dem Dehnspannfutter zu einer einstückig handhabbaren Einheit zusammenstellbar ist, und zwar derart, dass sich beim Spannen des Dehnspannfutters die Schneiden am Schneidenträger maximal um ein Maß verlagern, welches innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfeldes oder eines Bereichs liegt, der durch Feinjustierung an den Schneiden korrigierbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein mehrteiliges Schaftwerkzeug, insbesondere in der Ausgestaltung als Feinbearbeitungswerkzeug zur spanabhebenden Präzisionsbearbeitung von Werkstücken, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Werkzeuge sind auch unter dem Begriff Stufenwerkzeuge oder Fertigbearbeitungswerkzeuge bekannt und sie zeichnen sich dadurch aus, dass mit ein und demselben Werkzeug in einem Arbeitsgang bzw. mit ein und derselben Einspannung in der Werkzeugmaschine verschiedene Funktionsflächen am Werkstück einer Vor- und/oder Endbearbeitung – gegebenenfalls mit unterschiedlicher Oberflächengüte – unterzogen werden können, wobei die Lagezuordnung der bearbeiteten Werkstückflächen in einem engen Toleranzbereich liegen soll.

Solche Werkzeuge werden beispielsweise bei der Komplettbearbeitung von Zylinderköpfen benötigt, um beispielsweise die Grundsitzbohrung mit den entsprechend angepassten Durchmessern für das Einlass- bzw. Auslassventil oder die Vor- und Fertigbearbeitung des Ventilsitzes durchzuführen, wobei in einem Arbeitsgang die Ventilführungs- und die Ventilsitzbohrung hergestellt werden soll. Ein weiteres Einsatzgebiet derartiger Werkzeuge stellt die Bearbeitung des eigentlichen Ventilsitzes dar, der häufig aus einem eingepressten Stahl-Sinter-Werkstoff besteht. Gleichzeitig nimmt dieses Werkzeug für die Bearbeitung einer Ventilführungsbuchse eine Reibahle auf, die eine Endbearbeitung des Innendurchmessers mit einer Toleranz im &mgr;-Bereich herstellt.

Die im Bereich des Ventilsitzes auszubildenden mehrfachen Schrägflächen sind nicht nur hinsichtlich ihrer Winkellage, sondern auch bezüglich ihrer Axialposition mit einem sehr engen Toleranzfeld belegt. Es besteht demnach das Bedürfnis nach einem extrem stabilen und einen exakten Rundlauf garantierenden Schaftwerkzeug, bei dem die Verbindung zwischen dem äußeren Schneidenträger und dem die inneren Schneiden tragenden Zentralkörper fluchtungs- und positionsgenau herstellbar ist.

Herkömmlich wird zu diesem Zweck eine DIN-Aufnahme, zum Beispiel eine HSK-Aufnahme herangezogen, die einen die äußeren Schneiden tragenden Grundkörper dreh- und axialfest fixiert. In den Grundkörper ist eine austauschbare Reibahle zentriert eingesetzt, wobei die axiale Fixierung in der Regel über eine Positionierschraube erfolgt.

Die Anforderungen, die an derartige Werkzeuge gestellt werden, werden in mehrfacher Hinsicht höher. Zum Einen verlangen die Abnehmer solcher Werkzeuge immer höhere Fertigungsgenauigkeiten, insbesondere immer engere Fluchtungs- und/oder Rundlaufgenauigkeiten. Zum Anderen werden zunehmend schwer zerspanbare Werkstoffe eingesetzt, so dass die Anforderungen an die Stabilität derartiger Werkzeuge ebenfalls steigen. Schließlich wird ein System verlangt, das einfach handhabbar ist und flexibel eingesetzt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein mehrteiliges Schaftwerkzeug der vorstehend beschriebenen Art zu schaffen, das den vorstehend angesprochenen Kriterien gleichzeitig in einer bisher nicht erreichten Form gerecht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein als Feinbearbeitungs-, Stufen- oder Fertigbearbeitungswerkzeug einsetzbares Werkzeug geschaffen, bei dem der Zentralkörper, beispielweise eine mit PKD (Polykristaliner Diamant)-Schneiden bestückte Reibahle, durch eine Dehnspanntechnik fixiert wird. Weil das den Zentralkörper spannende Dehnspannfutter mit dem Schneidenträger zu einer einstückig handhabbaren Einheit in der Weise zusammengestellt wird, dass beim Spannvorgang des Zentralkörpers die Dehnung bzw. elastische Verformung des Schneidenträgers in vorbestimmten, sehr engen Grenzen bleibt, wird die Spannkraft des Dehnspannfutters auf das Zentrum, d.h. auf den in das Dehnspannfutter einsetzbaren Zentralkörper konzentriert. Damit ist sichergestellt, dass der Zentralkörper mit dem übrigen Werkzeug, insbesondere mit dem konzentrisch radial weiter außen angeordneten Schneidenträger mit größter Rundlaufgenauigkeit ausgerichtet werden kann.

Gleichzeitig wird die Spannkraft für den Zentralkörper erhöht, so dass das Dehnspannfutter über eine größere axiale Länge trägt, was dem Rundlauf zwischen Zentralkörper und Schneidenträger weiter förderlich ist. Aufgrund desselben Effekts ist allerdings auch sichergestellt, dass sich beim Spannen des Zentralkörpers, wie zum Beispiel der Präzisionsreibahle, die Schneiden des Schneidenträgers nicht weiter als um ein Mass verschieben, welches entweder bereits innerhalb des vorgegebenen engen Toleranzbereichs oder aber innerhalb eines Bereichs liegt, der durch eine Feinjustierung der Schneiden korrigiert werden kann. Dadurch ist die Voraussetzung dafür geschaffen, dass der Zentralkörper mit einfachen Handgriffen ausgewechselt werden kann, so dass sich in Verbindung mit der Zusammenstellung von Dehnspannfutter und Schneidenträger ein modularer Aufbau des Werkzeugs ergibt, wodurch eine große Flexibilität des Werkzeugs bereitgestellt wird.

Zwar ist es bereits grundsätzlich bekannt (zum Beispiel aus der Patentveröffentlichung WO 98/07538), ein Dehnspannfutter zum Spannen eines zentralen spanabhebenden Werkzeugs, wie zum Beispiel eines Bohrers, und gleichzeitig zur Fixierung eines weiteren, konzentrisch zum Bohrer angeordneten Schneidenträgers in der Form eines Fasrings heranzuziehen. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird jedoch die radiale Dehnung des Dehnspannfutters zur Fixierung des Fasrings bezüglich des als Bohrwerkzeug ausgestalteten Zentralkörpers herangezogen. Es entsteht somit keine Zusammenfassung von Dehnspannfutter und Schneidenträger zu einer einstückig handhabbaren Einheit, bei der die Präzisionsschneiden bezüglich des Innendurchmessers des Dehnspannfutters lagegenau fixiert werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Aufbaus des Werkzeugs können dann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der Zentralkörper als Feinreibwerkzeug, beispielsweise als mit PKD-Schneiden bestückte Reibahle ausgestattet ist, wobei diese dann vorteilhafterweise einen mit hoher Präzision geschliffenen zylindrischen Schaft für die Einpassung in das Dehnspannfutter hat. Es genügt auf diese Weise bereits eine verhältnismäßig geringe Druckerhöhung in der Druckkammer des Dehnspannfutters, um den Zentralkörper selbst bei größerer Spielpassung im Dehnspannfutter mit ausreichend großer Haltekraft im Dehnspannfutter bzw. radial innerhalb des Schneidenträgers zu fixieren, wodurch die beim Spannvorgang des Zentralkörpers induzierte elastische Verformung des Schneidenträgers weiter verringert werden kann.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus eignet sich das Schaftwerkzeug auch als Stufenbearbeitungswerkzeug, bei dem Zentralkörper und Schneidenträger zeitlich gestaffelt, jedoch mit exakter Relativlagepositionierung der einzelnen Schneiden zum Einsatz kommen.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des mehrteiligen Schaftwerkzeugs ergibt sich ferner die Möglichkeit, das Werkzeug als Modularwerkzeug aufzubauen, bei dem das Dehnspannfutter mit unterschiedlichen Zentralkörpern und/oder Schneidenträgern kombiniert wird. Auf diese Weise ergibt sich ein sehr flexibel einsetzbares Werkzeug, mit dem kostengünstig verschiedenste Bearbeitungsaufgaben gelöst werden können.

Grundsätzlich ist die Zusammenstellung von Schneidenträger und Dehnspannfutter zu einer einstückig handhabbaren Einheit auf verschiedenste Art und Weise möglich, solange dafür gesorgt ist, dass beim Spannen des Zentralkörpers im Dehnspannfutter die elastische Verformung des Schneidenträgers ausreichend gering bleibt. Dies kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass die Wandstärke des Hydrodehnspannfutters radial außerhalb der Druckkammer wesentlich größer ist als radial innerhalb bzw. dass der mit dem (Hydro)Dehnspannfutter zusammengefügte Schneidenträger, der in der Regel die Form eines hohlzylindrischen Körpers hat, mit einer ausreichend großen radialen Wandstärke ausgestattet wird.

Besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Verringerung des Bauvolumens ergibt sich allerdings dann, wenn gemäß Anspruch 5 die Fügung zwischen Hydrodehnspannfutter und Schneidenträger mit einer radialen Vorspannung des Schneidenträgers realisiert wird, beispielsweise durch Aufschrumpfen des Schneidenträgers auf eine kreiszylindrische Fügefläche des Hydrodehnspannfutters oder durch Einpressen des Hydrodehnspannfutters oder eines Dehnspannmoduls in den Schneidenträger. Hierzu kann ein konventionelles Hydrodehnspannfutter vom Typ HSK-A auf einfache Weise umgearbeitet werden, indem die dem Werkzeug zugewandte Außenoberfläche mit einer auf Präzision gearbeiteten kreiszylindrischen Fügefläche versehen wird, welche an einem mit Freistich versehenen Radialbund endet. Dieser Radialbund dient beim Aufschrumpfen als axialer Anschlag zur Lagepositionierung des Schneidenträgers.

Je nach dem, mit welchen Radialkräften bzw. mit welchem Schrumpfuntermaß gearbeitet wird, kann es erforderlich sein, im aufgeschrumpften Zustand des Schneidenträgers bzw. im eingepressten Zustand des Hydrodehnspannfutters die Schneiden im Schneidenträger exakt bzw. der Drehachse und/oder relativ zueinander zu positionieren. Es kann in manchen Fällen auch vorteilhaft sein, den Schneidenträger nach dem Fügevorgang zu bearbeiten und dabei die Flächen am Schneidenträger zur Lagepositionierung der einzelnen Schneiden formgenau auszubilden.

Wenn Schneiden des Zentralkörpers und/oder des Schneidenträgers über eine Einrichtung zur Feinjustierung verfügen, beispielsweise in Form von Stellschrauben oder Stellkeilen, kann eine größere Verformung des Schneidenträgers entweder beim Fügevorgang mit dem Hydrodehnspannfutter oder beim Spannvorgang des Zentralkörpers in Kauf genommen werden, ohne die Einsatzmöglichkeiten des Werkzeugs zu schmälern.

Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Werkzeugs eine extrem rundlaufgenaue Spannung einer Reibahle bezüglich genau positionierter Schneiden im Schneidenträger unter Bereitstellung einer leichten Auswechselbarkeit der Reibahle möglich ist, selbst wenn die Lagetoleranz der Schneiden im &mgr;m-Bereich bzw. im Winkelminutenbereich liegt.

Wenn gemäß Anspruch 12 im Dehnspannfutter ein Mitnehmer integriert ist, der in der Lage ist, ein (zusätzliches) Drehmoment vom Dehnspannfutter auf den Zentralkörper, wie zum Beispiel eine Reibahle, zu übertragen, kann die Druckbeaufschlagung des Dehnspannfutters und damit die radiale Verformung des Schneidenträgers auf einem geringeren Niveau gehalten werden, wodurch weiterer Bauraum eingespart wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Es zeigen:

1 eine schematische, in Explosionsdarstellung gezeigte vereinfachte und schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines mehrteiligen Schaftwerkzeugs vor dem Zusammenbau der Komponenten;

2 das Schaftwerkzeug aus den Komponenten gemäß 1 in einem zur auswechselbaren Aufnahme eines Zentralkörpers vorbereiteten Phase;

3 das Schaftwerkzeug nach den 1 und 2 im fertig montierten und einsatzbereiten Zustand;

4A und 4B schematische Darstellungen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Funktionsweise des Zusammenwirkens zwischen Hydrodehnspannfutter und Schneidenträger gemäß einer ersten Variante; und

5A und 5B schematische Ansichten entsprechend den 4A, 4B zur Erläuterung einer weiteren Variante der Erfindung.

1 zeigt in stark schematischer Darstellung die drei Komponenten eines mehrteiligen Schaftwerkzeugs zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks. Bei dem mehrteiligen Schaftwerkzeug 10 handelt es sich um ein Feinbearbeitungswerkzeug, das als Stufenwerkzeug zur Komplettbearbeitung von Bauteilen, wie zum Beispiel von Zylinderköpfen, eingesetzt werden kann. Solche Werkzeuge sind auch zu dem Begriff Fertigbearbeitungswerkzeug bekannt.

Das Werkzeug hat einen Zentralkörper 12, der zur Bearbeitung eines der Werkzeugachse 14 nahen Bereichs dient, und einen konzentrisch dazu angeordneten weiteren Schneidenträger 16, der mit größtmöglicher Rundlaufgenauigkeit zum Zentralkörper 12 bzw. zur Werkzeugachse 14 angeordnet ist.

Der Zentralkörper 14 ist beispielsweise mit PKD- oder Hartmetall-Schneiden 18 bestückt, die fest oder mittels einer nicht gezeigten Feinjustiereinrichtung einstellbar am Zentralkörper 12 befestigt sind. Der Zentralkörper 12 kann beispielsweise eine Mehrschneiden-Reibahle zur Feinbearbeitung einer Ventilführung in einer Ventilbuchse sein.

Die mit 20 bezeichneten Schneiden am Schneidenträger 16 können ebenfalls von Schneideinsätzen gebildet sein. Sie sind in der Regel auf mehreren Durchmessern angeordnet und haben axial wirkende und radial wirkende Schneidkanten 22 und 24, die beispielsweise zur Bearbeitung eines Ventilsitzrings bzw. einer dafür vorgesehenen Bohrung im Zylinderkopf dienen. Die Schneidkanten 22, 24 können selbstverständlich auch zur Achse 14 unter verschiedenen, genauestens einzuhaltenden Winkeln geneigt sein, was beispielsweise bei der Endbearbeitung von Ventilsitzringen erforderlich ist.

Die Schneiden 20 können auch auf nicht näher gezeigten Kassetten befestigt (verlötet oder festgeschraubt) sein, die in entsprechend ausgebildeten Taschen 26 des Schneidenträgers 16 einstellbar fixiert sind. Die Einstellbarkeit ist dabei vorzugsweise so getroffen, dass sie drei in den Figuren mit den Pfeilen R, A und N bezeichnete Freiheitsgrade hat.

Der Toleranzbereich, in dem die Schneiden 20 zueinander und/oder bezüglich zu den Funktionsschneiden 18 der Reibahle 12 stehen müssen, kann im Bereich von einigen &mgr;m bzw. von einigen Winkelminuten liegen. Ferner wird bei derartigen Werkzeugen die Rundlaufgenauigkeit der Werkzeuge 18 und 20 zueinander, die Konzentrizität der Achsen der Reibahle 12, des Schneidenträgers 16 und eines Werkzeughalters 28 auf extrem niedrige Werte eingestellt.

Um diese extrem hohen Anforderungen an die Präzision der Schneidenpositionierungen zu erfüllen, hat der Werkzeughalter 28, der z. B. mit einer HSK-Aufnahme 30 ausgebildet ist, auf der dem Schneidenträger 16 zugewandten Seite ein Hydrodehnspannfutter 32, welches in den Figuren lediglich schematisch gezeigt ist. Derartige Hydrodehnspannfutter sind an sich bekannt, so dass auf eine Beschreibung der Einzelheiten verzichtet werden kann.

Mit dem Bezugszeichen 34 ist eine Druckkammer bezeichnet, die radial innenseitig unter Zwischenschaltung einer elastisch nachgiebigen Trennwand 36 von einem Spannabschnitt 38 begrenzt ist, der zur Aufnahme eines auf Passung geschliffenen Spannschaftes 12A der Reibahle 12 dient.

Der Spannabschnitt 38 ist so gefertigt, dass der Spannschaft 12A mit Schafttoleranz h6 mit Spiel aufgenommen werden kann.

Konzentrisch zum Schaftabschnitt 38, vorzugsweise in sehr enger Rundlauftoleranz, hat das Hydrodehnspannfutter 32 eine kreiszylinderförmige Fügefläche 40, die ihr Gegenstück in der zylinderförmigen Innenoberfläche 42 des Schneidenträgers 16 hat. Die Innenoberfläche 42 des Schneidenträgers 16 ist bezüglich der Achse so gefertigt, dass eine sehr eng gesetzte Rundlauftoleranz eingehalten wird.

Auf diese Weise lässt sich aus Hydrodehnspannfutter 32 und Schneidenträger 16 eine in 2 mit dem Bezugszeichen 50 bezeichnete Einheit zusammenstellen, bei der die Flächen 40 und 42 spielfrei gefügt sind. Zur axialen Positionierung des Schneidenträgers 16 am Werkzeughalter 28 dient eine Radialschulter 44, an der eine Stirnfläche 46 des Schneidenträgers 16 in Anlage bringbar ist.

In der in 2 gezeigten spielfreien Positionierung des Schneidenträger 16 auf dem Hydrodehnspannfutter 32 liegen die Schneiden 20 entweder bereits innerhalb des vorbestimmten engen Toleranzfeldes zueinander bzw. zur Achse und zur Innenoberfläche 42 des Hydrodehnspannfutters 32, oder sie können – falls eine Einrichtung zur Feinjustierung der Schneiden 20 vorgesehen ist – mittels der Feinjustierung in die endgültige Relativlage zueinander bzw. zu einer Referenzfläche 48 des Werkzeughalters 28 gebracht werden. Diese Referenzfläche ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von einer Stirnfläche des Hydrodehnspannfutters 32 gebildet.

In diese in 2 mit 50 bezeichnete Einheit lässt sich nunmehr die Reibahle 12 mit dem Spannschaft 12A in den Werkzeughalter 28 mit einfachen Handgriffen einsetzen, wobei vorzugsweise im Inneren des Werkzeughalters 28 ein vorzugsweise axial einstellbarer Anschlagkörper für die den Schneiden 18 abgewandte Stirnseite 52 der Reibahle 12 vorgesehen sein. Damit liegen bei auf Anschlag eingesetzter Reibahle 12 die Schneiden 18 in genau vorgegebener Lageposition bezüglich der Schneiden 20 des Schneidenträgers 16.

Dadurch, dass der Schneidenträger 16 spielfrei auf dem modifizierten Hydrodehnspannfutter 32 sitzt, ergibt sich bei Druckbeaufschlagung der Druckkammer 34 das unter Bezug auf die 4A und 4B näher zu beschreibende, folgende Phänomen:

4A zeigt die gefügten Teile 16 und 32 vor der Druckbeaufschlagung der Druckkammer 34. Die Wandstärke W32 des Hydrodehnspannfutters 32 ist jedoch entweder für sich oder aber in der Summe mit der Wandstärke W16 so groß gewählt, dass sich bei Beaufschlagung der Druckkammer 34 mit Fluiddruck – wie in 4B schematisch angedeutet – in erster Linie eine radial nach innen gerichtete Verformung der Trennwand 36 einstellt. Diese Radialverformung ist in 4B mit dem Bezugszeichen R36 bezeichnet, und dieses Verformungsmaß wird erfindungsgemäß zum Spannen des Zentralkörpers bzw. der Reibahle 12 genutzt. Dem gegenüber ist aufgrund der stabileren Ausgestaltung der Einheit aus Hydrodehnspannfutter 32 und Schneidenträger 16 die Radialverformung R16 so klein gehalten, dass sich die Schneiden 20 am Schneidenträger 16 maximal um ein Maß verlagern, welches innerhalb eines vorgebenen Toleranzfeldes oder innerhalb desjenigen Bereichs liegt, der durch Feinjustierung an den Schneiden 20 bzw. an den diese tragenden Kassetten korrigierbar ist.

Durch die vorstehend aufgezeigte Tendenz der primären bzw. vorrangigen Verformung der Trennwand 36 wird nicht nur die Spannkraft der Reibahle vergrößert. Es ergibt sich zusätzlich der Vorteil, dass das Hydrodehnspannfutter 32 über eine größere axiale Länge tragen kann bzw. dass der Innendurchmesser des Spannabschnitts 38 mit größerem Spiel als bislang bezüglich des Spannschaftes 12A gefertigt werden kann.

Das Wirkungsprinzip gemäß 4A, 4B lässt sich beispielsweise dann verwirklichen, wenn als Fügetechnik eine leichte Presspassung oder ein Spielpassung herangezogen wird, wobei zusätzlich ein Befestigungsmittel beispielsweise ein Klebstoff Anwendung finden kann. Es ist gleichermaßen möglich, im Bereich der Fügeflächen 40, 42 mit einer Schraubverbindung zu arbeiten.

Die Variante nach den 4A und 4B hat zur Konsequenz, dass der Gesamtdurchmesser des Werkzeugs, d.h. der Außendurchmesser des Schneidenträgers 16 nicht beliebig verkleinert werden kann, damit ausreichend Wandstärke W32 zur gerichteten Verformung des Hydrodehnspannfutters 32 bereitgestellt wird. Um zusätzlich Bauraum einzusparen, d.h. um Werkzeuge bereitzustellen, bei denen die Schneiden 20 näher zur Achse 14 angeordnet werden können, erfolgt das Fügen zwischen Hydrodehnspannfutter 32 und Schneidenträger 16 derart, dass der Schneidenträger 16 das Hydrodehnspannfutter 32 mit einer Radialspannung beaufschlagt.

Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Schneidenträger 16 auf die Fügefläche 40 aufgeschrumpft wird, oder dass das Hydrodehnspannfutter in den Schneidenträger 16 eingepresst wird. Das sich dann einstellende Funktionsprinzip ist in den 5A und 5B dargestellt:

Die nach dem Fügen sich einstellende Radialspannung ist mit den Pfeilen 60 angedeutet. Sie hat zur Folge, dass die Wandstärke W32 im Vergleich zu der Ausführungsform nach den 4A und 4B wesentlich verkleinert werden kann, ohne dass die Radialverschiebung R16 nach Beaufschlagung der Druckkammer 34 größer wird als bei der Variante nach 4A und 4B, wobei die Radialauslenkung R36 zum Spannen der Reibahle 12 in der gleichen Größenordnung bleibt. Die Schneiden 20 können dementsprechend näher zur Achse 14 des Werkzeugs positioniert werden.

Für den Fall, dass der Schneidenträger 16 mit Radialspannung auf dem Hydrodehnspannfutter positioniert wird, kann es von Vorteil sein, in diesem vormontierten Zustand die Schneiden 20 auf Endmaß zu positionieren bzw. gegebenenfalls zu bearbeiten. Anschließend liegt eine aus Dehnspannfutter und Schneidenträger bestehende Einheit vor, bei der die Schneiden 20 bezüglich eines Bezugspunktes des Werkzeughalters, zur Achse 14 des Werkzeugs und zueinander in sehr eng tolerierter Lagebeziehung stehen. Die Reibahle 12 kann dann in diese Einheit je nach Bedarf und mit einfachen Handgriffen eingesetzt und darin exakt verdreh- und axialfest fixiert werden.

Der vorstehend beschriebene Aufbau ermöglicht es, das Werkzeug modular aufzubauen, mit den Bestandteilen Zentralkörper 12, Schneidenträger 16 und Werkzeughalter 28 bzw. Hydrodehnspannfutter 32.

Das der Erfindung zu Grunde liegende Wirkungsprinzip bei der Werkzeugzusammenstellung (4 und 5) wurde anhand von Schneiden 20 erläutert, die radial außerhalb der Druckkammer 34 positioniert sind. Selbst diese Schneiden werden durch die erfindungsgemäße Anordnung beim Spannen der Reibahle 12 nur um ein solches Maß verlagert, das innerhalb eines vorgebenen Toleranzfeldes oder eines Bereichs liegt, der durch Feinjustierung korrigierbar ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Werkzeuges besteht darin, die Schneiden 20 axial zur Druckkammer 34 des Hydrodehnspannfutters zu versetzen, so dass sich Verformungen des Schneidenträgers 16 auf die Lage der Schneiden nicht mehr negativ auswirkt.

Selbstverständlich sind Abweichungen von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise ein Hydrodehn-Spannsatz in einen Körper eingepresst werden, der als Werkzeugaufnahme dient, welche gleichzeitig den Schneidenträger darstellt.

Es ist auch möglich, zwischen Hydrodehnspannfutter 32 und Schneidenträger 16 zumindest einen Zwischenkörper einzusetzen, mit und ohne radiale Vorspannung.

Das Werkzeug kann auch mit einer Einrichtung zur Innenkühlung ausgestattet sein, auch unter Einschluss der MMS-Technik.

Selbstverständlich ist das Werkzeug auch dann in der vorstehend beschriebenen Art und Weise aufzubauen, wenn als Zentralkörper ein Bohrwerkzeug und am Schneidenträger weniger genau zu justierende Schneiden, wie zum Beispiel Faswerkzeuge zu befestigen sind.

Das vorstehend beschriebene Werkzeug ist als drehangetriebenes Schaftwerkzeug ausgebildet. Es kann auch als stehendes Werkzeug eingesetzt werden.

Die Erfindung schafft somit ein mehrteiliges Schaftwerkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug, zur spanabhebenden Bearbeitung zumindest eines ersten, innenliegenden Bereichs, wie zum Beispiel einer auf Präzision zu bearbeitenden Bohrung, und eines zweiten, radial weiter außenliegenden Bereichs, wie zum Beispiel einer zu dieser Bohrung im engen Planschlag stehenden Referenzfläche. Ein Zentralkörper trägt die Zentralschneiden für die Bearbeitung des ersten Bereichs, während ein zum Zentralkörper konzentrisch angeordneter, weiterer Schneidenträger solche Schneiden trägt, die in vorbestimmter axialer und/oder radialer und/oder Winkel-Lagebeziehung zu den Zentralschneiden stehen. Zur Bereitstellung eines Werkzeugs, bei dem die Schneiden in engster Lagebeziehung zueinander gehalten werden können, das sich für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe eignet und welches trotzdem einfach handhabbar und flexibel eingesetzt werden kann, ist das Werkzeug so aufgebaut, dass der Schneidenträger mit dem Dehnspannfutter zu einer einstückig handhabbaren Einheit zusammenstellbar ist, und zwar derart, dass sich beim Spannen des Dehnspannfutters die Schneiden am Schneidenträger maximal um ein Maß verlagern, welches innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfeldes oder eines Bereichs liegt, der durch Feinjustierung an den Schneiden korrigierbar ist.


Anspruch[de]
Mehrteiliges Schaftwerkzeug, insbesondere Feinbearbeitungswerkzeug, zur spanabhebenden Bearbeitung zumindest eines ersten, innenliegenden Bereichs, wie z.B. einer Bohrung einer Ventilführungsbuchse, und eines zweiten, radial weiter außen liegenden Bereichs, wie z.B. eines Ventil-Grundsitzes, mit einem die Zentralschneiden (18) für die Bearbeitung, insbesondere Feinbearbeitung des ersten Bereichs tragenden Zentralkörper (12) und einem zu diesem konzentrisch angeordneten weiteren Schneidenträger (16), dessen Schneiden (20) in vorbestimmter axialer und/oder radialer und/oder Winkel-Lagebeziehung zueinander und/oder zu den Zentralschneiden (18) stehen, wobei der Zentralkörper (12) mit dem Schneidenträger (16) lösbar verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidenträger (16) mit einem für die Aufnahme eines Schaftes (12A) des Zentralkörpers (12) dienenden Dehnspannfutter (32) zu einer einstückig handhabbaren Einheit (50) derart zusammenstellbar ist, dass sich beim Spannen des Dehnspannfutters (32) die Schneiden am Schneidenträger (16) maximal um ein Maß verlagern, welches innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfeldes oder eines Bereichs liegt, der durch Feinjustierung korrigierbar ist. Schaftwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralkörper als Feinreibwerkzeug (12) ausgestaltet ist. Schaftwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als Stufenbearbeitungswerkzeug ausgebildet ist. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug als Modularwerkzeug aufgebaut ist, bei dem verschiedene Zentralkörper (12) mit unterschiedlich ausgebildeten bzw. bestückten Schneidenträgern (16) zusammenstellbar sind. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückig handhabbare Einheit (50) dadurch zusammengestellt ist, dass der Schneidenträger (16) über eine kreiszylindrische Fügefläche (40, 42) auf das Dehnspannfutter (32) aufgeschrumpft bzw. aufgepresst ist. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückig handhabbare Einheit dadurch zusammengestellt ist, dass der Schneidenträger (16) über eine im Wesentlichen kreiszylindrische Fügefläche (40, 42) mit dem Dehnspannfutter (32) axialfest gefügt, wie z.B. auf dieses geschraubt oder geklebt ist. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Schneiden (18) des Zentralkörpers (12) und/oder des Schneidenträgers (16) feinjustierbar sind. Schaftwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schneide auf einer Kassette sitzt. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Dehnspannfutter ein vorzugsweise axial einstellbarer Anschlag für den Zentralkörper (12, 52) vorgesehen ist. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagetoleranz der Schneiden im Bereich von einigen 1/100stel Millimetern bis zu einigen &mgr;m bzw. im Winkelminutenbereich liegen. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Schneiden des Schneidenträgers axial zur Druckkammer (34) des Dehnspannfutters (32) versetzt sind. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Dehnspannfutter (32) ein Mitnehmerkörper für den formschlüssigen Eingriff mit dem Zentralkörper (12) vorgesehen ist. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es drehantreibbar ist. Schaftwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine innenliegende Kühl/Schmiermittelversorgung.






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