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Die
Erfindung betrifft einen Werkzeughalter für ein um eine
Drehachse drehbares Werkzeug, insbesondere in Form eines Bohrers,
eines Fräsers oder eines Reibwerkzeugs. Es ist bekannt,
den Schaft eines solchen Werkzeugs in einer zentrischen Aufnahmeöffnung
einer ringförmigen, in sich geschlossenen, meist als Hülsenpartie
ausgeführten Partie eines Werkzeughalters mittels Presssitz
zu halten. Diese Hülsenpartie bildet das werkzeugseitige
Ende eines Werkzeughalters ansonsten üblicher Bauart.
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Die
besagte Partie bzw. Hülsenpartie des Werkzeughalters kann
durch Erwärmen so weit in radialer Richtung aufgeweitet
werden, dass der kalte Schaft des Werkzeugs in die Hülsenpartie
eingeschoben oder aus ihr herausgezogen werden kann. Sobald die
Hülsenpartie wieder abgekühlt ist, stellt sich
zwischen ihr und dem Schaft des Werkzeugs ein Pressverbund ein,
mittels dessen das Werkzeug zuverlässig in dem Werkzeughalter
festgehalten wird (Schrumpftechnologie).
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Alternativ
kann auch hydraulisch eingespannt werden. Zu diesem Zweck ist innerhalb
der besagten Partie des Werkzeughalters ein hydraulisches Spannorgan
angeordnet, welches bei Beaufschlagung mit hydraulischem Druck seinen
den Werkzeugschaft umgreifenden Innendurchmesser verringert und
so den Werkzeugschaft reibschlüssig einspannt.
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Als
dritte Alternative besteht die Möglichkeit die zum sicheren
reibschlüssigen Einspannen des Werkzeugschafts erforderliche
Pressung auch auf rein mechanischem Wege aufzubringen, etwa mittels Zangenspannfuttern
gemäß
DE 35
172 46 oder Rollenspannfuttern gemäß
EP 1 291 103 .
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Vor
allem bei Schrumpffuttern aber auch bei hydraulisch betätigten
Werkzeughaltern muss die Passbohrung, welche den Pressverbund mit
dem Schaft des Werkzeugs eingeht, genau auf den Außendurchmesser
des Schafts des jeweiligen Werkzeugs abgestimmt sein – denn
gerade Schrumpffutter und hydraulisch betätigte Werkzeughalter
führen nur eine ausgesprochen kleine „Schließbewegung” aus
und kommen daher nicht ohne weitere Maßnahmen mit von vorneherein
unterschiedlichen Schaftdurchmessern der einzuspannenden Werkzeuge
zurecht.
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In
abgeschwächter Form gilt dies auch für rein mechanisch
betätigte Werkzeughalter, denn auch diese kommen nicht
ohne weitere Maßnamen mit Werkzeugen zurecht, deren Schäfte
stark unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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In
der Praxis sind hydraulisch betätigte Werkzeughalter bekannt,
die Reduzierhülsen verwenden, um mit ein und demselben
Werkzeughalter Werkzeuge mit unterschiedlichen Schaftdurchmessern
spannen zu können – einem einzigen Werkzeughalter
ist ein Satz von Hülsen mit unterschiedlichen Innendurchmessern
zugeordnet. Um ein Werkzeug mit einem bestimmten Schaftdurchmesser
einspannen zu können, wird eine passende Hülse
ausgesucht und zusammen mit dem Werkzeug in dem Werkzeughalter eingespannt.
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In
der Praxis kommen daneben auch schon Werkzeughalter zum Einsatz,
in die der Werkzeugschaft nicht unmittelbar eingeschrumpft wird,
sondern ebenfalls unter Zwischenschaltung einer Reduzierhülse.
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Die
in der Praxis verwendeten Reduzierhülsen weisen meist eine
Anzahl von in Längsrichtung der jeweiligen Reduzierhülse
verlaufende Nuten auf, also Nuten, die (abgesehen von den üblichen
Toleranzen) parallel zur Längsachse der jeweiligen Reduzierhülse
verlaufen. Diese Nuten sollen der Hülse, die aus Festigkeitsgründen
eine nicht ganz unerhebliche Wandstärke besitzt, die erforderliche
Elastizität verleihen. So soll sichergestellt werden, dass
die Pressung, die über den Außenmantel der Reduzierhülse
auf die Reduzierhülse übertragen wird, nahezu ungehindert
an den Werkzeugschaft weitergegeben wird, vgl. etwa die deutsche
Patentanmeldung
DE 100 65 383 .
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Die
bekannten Nuten führen jedoch in der Praxis immer wieder
dazu, dass das einzuspannende Werkzeug auch nach dem vollständigen
Aufbringen der festsetzenden Pressung nicht optimal zentrisch positioniert
bzw. optimal eingespannt ist. Denn bei einer geringen Anzahl von
in Längsrichtung verlaufenden Nuten oder Schlitzen bleiben
zwischen diesen relativ breite und formstabile Segmente stehen.
Diese Segmente der Reduzierhülse können sich nur
schlecht an unterschiedliche Durchmesser anschmiegen und können
deshalb nur sehr kleine Durchmessertoleranzen überbrücken.
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Bei
einer großen Anzahl von Nuten bzw. Schlitzen wird die Reduzierhülse
zwar flexibler, die verbleibenden dünnen Ringsegmente neigen
aber zum Kippen, so dass die Reduzierhülse insgesamt instabil
wird. Dieser Effekt wird noch verstärkt, wenn ein großer
Unterschied zwischen Außen- und Innen-Durchmesser besteht
(große Wanddicke).
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Reduzierhülse
anzugeben, die eine verbesserte Zentrierung gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch,
dass die Reduzierhülse mehrere Schlitze aufweist wird die
Hülse so weit geschwächt, dass sie die erforderliche
Elastizität in radialer Richtung besitzt. Die mehr als
nur unwesentlich schräge Anordnung der Schlitze führt
dazu, dass die erfindungsgemäße Hülse
sowohl stabil ist, da die schrägen Stege in Umfangsrichtung
nicht kippen können und zugleich flexibel ist. Damit kann
sie große Durchmessertoleranzen überbrücken,
ohne dass ein Verlust an Präzision oder Spannkraft zu befürchten
ist.
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Dies
gilt in noch stärkerem Maß dann, wenn die Schlitze
gleichmäßig über den Umfang der Reduzierhülse
verteilt angeordnet sind.
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Ein
großer Vorteil ist zudem, dass eine entsprechende Anordnung
der Schlitze es beim Einsatz der Reduzierhülse zum Spannen
von Werkzeugen, denen über eine oder mehrere Bohrungen
im Werkzeugschaft unter Druck stehendes Kühlmittel zugeführt
wird, verhindert, dass Kühlmittel entlang der Schlitze
der Reduzierhülse nach außen läuft.
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Vorteilhafterweise
weisen die Schlitze Drall relativ zur gedachten Mittellinie der
Reduzierhülse auf. Die Schlitze haben in diesem Fall eine
schraubenartige Gestalt und sind somit im Regelfall hochgradig symmetrisch
relativ zur Mittellinie, was zu einem besonders gleichmäßigen
Verhalten der Reduzierhülse führt.
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Im
Regelfall werden mehrere Schlitze entlang einer gemeinsamen Dralllinie
hintereinander angeordnet sein, wobei die hintereinander liegenden Schlitze
nur durch einen schmalen Steg voneinander getrennt sind. Auf diese
Art und Weise lässt sich eine große Zahl von Schlitzen
pro Fläche unterbringen ohne dabei die Festigkeit zu weit
herabzusetzen.
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Sinngemäß gleiches
gilt für diejenige bevorzugte Ausgestaltung, bei der vorgesehen
ist, dass die Hülse Schlitze aufweist, die entlang von
mehreren nebeneinander verlaufenden Dralllinien an der Hülse angeordnet
sind – diese Ausgestaltung gestattet es, die gesamte Pressung übertragende
Oberfläche gleichmäßig mit Schlitzen
zu überziehen, so dass die Hülse unter dem Einfluss
der auf sie übertragenen Pressung an allen Stellen in etwa
das gleiche Verformungsverhalten zeigt.
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Vorzugsweise
sind die auf benachbarten Dralllinien liegenden Schlitze so dicht
nebeneinander angeordnet, dass zwischen ihnen ein Steg verbleibt, dessen
Breite SB (hier in Form der kürzesten Strecke an der Außenoberfläche
der Reduzierhülse zwischen zwei benachbarten Schlitzen)
nur etwa das drei- bis zehnfache der Breite B der Schlitze beträgt.
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Das
bevorzugte Überlappen der Schlitze verhindert eine allzu
starke Schwächung der Reduzierhülse und führt
stattdessen dazu, dass die Reduzierhülse eine im weitesten
Sinne gitter- bzw. netzartige Struktur aufweist.
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Besonders
vorteilhaft ist der Einsatz der Reduzierhülse in einem
Schrumpffutter – bei einem Schrumpffutter wird durch die
im Zuge ihres Erkaltens kontrahierende Hülsenpartie von
Haus aus eine sehr gleichmäßige Radialpressung
erzeugt, unter deren Einfluss die Vorteile der neuartigen Reduzierhülse
in besonderem Maß zum Tragen kommen.
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Weitere
Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungsmöglichkeiten der
Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele
und insbesondere auch deren Figuren erkennbar. Es zeigen hierbei:
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1:
eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters
mit eingesetzter Reduzierhülse;
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2:
eine Detailansicht der in den Werkzeughalter eingesetzten Reduzierhülse
gemäß 1;
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3:
eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Reduzierhülse;
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4:
eine perspektivische Ansicht der Reduzierhülse gemäß 3;
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5:
eine Stirnansicht der von 3 gezeigten
Reduzierhülse von links her gesehen;
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6:
die Ansicht eines Schnittes durch die von 3 gezeigte
Reduzierhülse entlang der Linie A-A (vgl. 5);
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7:
eine Ansicht eines Schnittes durch die von 3 gezeigte
Reduzierhülse entlang der Linie B-B (vgl. 3).
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Die
1 zeigt
eine Gesamtansicht eines Werkzeughalters
1 mit der erfindungsgemäßen
Reduzierhülse
2 – hier während
des induktiven Aufheizens der Hülsenpartie in einem Schrumpfgerät
zum Zwecke des Lösens des Pressverbundes zwischen dem Werkzeugschaft
4 und
der Hülsenpartie
3 des Werkzeughalters. Die Einzelheiten
zur Gestaltung und Funktion eines solchen Schrumpfgeräts
sind im Patent
EP 1
353 768 B1 offenbart, auf das hier zur Vermeidung von Wiederholungen
verwiesen wird.
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Diese
Hülsenpartie 3 und die vorzugsweise aus Werkzeugstahl
bestehende Reduzierhülse 2 sind maßlich
so aufeinander und auf den Durchmesser des einzuspannenden Werkzeugschafts 4 abgestimmt,
dass sich nach dem Wiedererkalten der Hülsenpartie ein
Pressverbund zwischen der Passbohrung der Hülsenpartie 3,
der Reduzierhülse 2 und der Außenoberfläche
des einzuspannenden Werkzeugschafts 4 einstellt. Der Werkzeugschaft 4 wird
dadurch verdrehfest in dem Werkzeughalter 1 eingespannt,
so dass sämtliche Kräfte, die im Betrieb an dem
Werkzeug auftreten, über den Werkzeugschaft zwischen der
Werkzeugmaschine und dem Werkzeug übertragen werden können.
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Die 2 zeigt
eine detaillierte Schnittansicht der in den Werkzeughalter 1 eingesetzten
Reduzierhülse 2, während die 3 die
erfindungsgemäße Reduzierhülse 2 für
sich allein gesehen in ausgebautem Zustand zeigt.
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Die
Reduzierhülse 2 besteht aus einem zylindrischen
Körper mit einer gedachten Mittellinie 5. Die Mittellinie 5 bildet
die Längsachse der Reduzierhülse. Die Reduzierhülse
ist mit einer Anzahl von Schlitzen 7 versehen, die im Regelfall
vollständig durch die Wand der Reduzierhülse hindurchgehen,
also nicht nur Kerben bzw. U-förmige Nuten bilden. Dabei
verlaufen diese Schlitze nicht parallel sondern mehr als nur unwesentlich
schräg zur Mittellinie 5 – im Regelfall
verlaufen die Schlitze mit Drall relativ zur gedachten Mittellinie 5.
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Jeder
der von der 2 gezeigten, im konkreten Fall
mit Drall ausgeführten Schlitze verläuft entlang
einer gedachten Schraubenlinie, die sich um die Mittellinie 5 windet – oder, um
es anders auszudrücken, jedenfalls die gedachte Mittellinie
jedes der Schlitze folgt einer gedachten schraubenförmigen Dralllinie
D. Gleiches gilt im Falle dieses Ausführungsbeispiels für
die Seitenwände jedes der Schlitze 7, die jeweils
ebenfalls eine schraubenförmige Fläche bilden.
Jeder Schlitz hat damit in radialer Richtung gesehen eine konstante
Breite B.
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Wie
der Dallwinkel definiert ist, veranschaulicht die 3.
Der Drallwinkel α ist derjenige Winkel, den die an der
gedachten Mittellinie 5 jeden Schlitzes 7 angelegten
Tangenten T relativ zur Mittellinie 5 bzw. zu der dazu
(im Regelfall) parallelen, in Längsrichtung verlaufenden
Hülllinie H einschließen. Der Drallwinkel ist
vorzugsweise größer als 10 Grad, Idealerweise
größer als 20 Grad.
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Dabei
ist entlang jeder Dralllinie D nicht nur ein einziger, die Reduzierhülse
(ganz oder nahezu) vollständig in Längsrichtung
durchtrennender Schlitz anzutreffen. Vielmehr weist die Hülse
entlang jeder Dralllinie eine Anzahl von hintereinander angeordneten,
kurzen Schlitzen auf, die jeweils durch einen sehr kurzen Steg voneinander
getrennt sind. Die Erstreckung jedes Steges entlang der Dralllinie
D beträgt etwa ein Drittel bis ein Achtel der Länge
der einzelnen Schlitze, die diese entlang der Dralllinie aufweisen.
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Gleichzeitig
ist an der Reduzierhülse nicht nur eine einzige Dralllinie
zu erkennen, entlang derer sich Schlitze erstrecken. Vielmehr weist
die Reduzierhülse, ähnlich wie eine mehrgängige
Schraube, eine Anzahl von nebeneinander verlaufenden Dralllinien
D auf, entlang derer jeweils einer Anzahl von Schlitzen anzutreffen
ist. Dabei sind auf benachbarten Dralllinien angeordnete Schlitze
relativ zueinander jeweils so angeordnet, dass sich benachbarte Schlitze
teilweise überlappen, in dem Sinne, dass seitlich neben
dem Steg, der zwei auf einer Dralllinie hintereinander liegende
Schlitze voneinander trennt, jeweils auf benachbarten Dralllinien
liegende Schlitze anzutreffen sind. Benachbarte Schlitze sind also
so auf Versatz angeordnet, dass die sie an ihren Schmalseiten begrenzenden
Stege nicht unmittelbar nebeneinander liegen.
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Wie
in 3 gezeigt, hat jeder der Schlitze 7 entlang
der Dralllinie D vorzugsweise eine Länge L, die etwa ein
Viertel bis zu einem Achtel der Länge beträgt,
die die gesamte Reduzierhülse in Richtung ihrer gedachten
Mittellinie 5 aufweist. Um ein möglichst gleichmäßiges
Verhalten der Reduzierhülse zu gewährleisten sind
die Schlitze alle gleich lang – lediglich einige der an
den (gleich noch näher zu beschreibenden) ringförmigen
Abschnitt 6 heranreichenden Schlitze sind länger
ausgeführt, um alle an den ringförmigen Bereich 6 heranreichenden
Schlitze auf ein und demselben Radius enden zu lassen.
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Die
Schlitze sind relativ schmal, vorzugsweise ist ihre Breite B entlang
der Sehne senkrecht zu ihrer örtlichen Mittellinie kleiner
oder gleich 0,75 mm, besser 0,5 mm und weniger. Eine derart geringe
Breite genügt, weil für die gewünschte
Elastizität und das die Zentrierung der Werkzeugeinspannung
begünstigende Verhalten weniger die Schlitzbreite maßgeblich
ist, als die Anzahl der lokal nebeneinander angeordneten Schlitze.
Dies, weil die Hülse zwar elastisch sein soll, aber nur
um Bruchteile eines Millimeters (meist genügen weniger
als ein bis zwei Zehntelmillimeter) nachgeben muss, um die (z. B.
von der schrumpfenden Hülsenpartie erzeugte) Pressung ordnungsgemäß an
den zu spannenden Werkzeugschaft weiterzugeben.
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Die
Reduzierhülse 2 besitzt auf ihrer (bei bestimmungsgemäßem
Einbau) dem Werkzeug abgewandten Seite einen schmalen Abschnitt,
der nicht geschlitzt ist, sondern die Gestalt eines in Umfangsrichtung
in sich geschlossenen Rings 6 aufweist. Wie die 2 zeigt,
kommt dieser Abschnitt in Gestalt des Rings 6 bei bestimmungsgemäßem
Einbau in einem Bereich zu liegen, dem keine Pressung mitgeteilt
wird. Dieser, auf seiner Außenseite großzügig angefaste
Abschnitt der Reduzierhülse erleichtert deren Einführen
in den Werkzeughalter und bannt die Gefahr, dass die Reduzierhülse
beim Einführen beschädigt wird – ohne
dass dieser Abschnitt jedoch die spätere Schrumpfspannung
behindert. Indes ist der besagte Abschnitt in Form eines in sich
geschlossenen Rings zwar vorteilhaft aber nicht zwingend und kann
ggf. auch entfallen. Auf der anderen, dem Werkzeug zugewandten Seite
der Reduzierhülse gehen die Schlitze bis an das Ende der
Reduzierhülse und durchdringen die Stirnfläche
der Reduzierhülse – so wird der Reduzierhülse
auf dieser Seite eine optimale Nachgiebigkeit verliehen.
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Wie
anhand der 6 zu sehen ist, ist der Innendurchmesser
der Reduzierhülse in Längsrichtung nicht konstant,
sondern gestuft. Nur im Bereich des kleineren Innendurchmessers
wird der Werkzeugschaft eingespannt. So wird insbesondere bei Reduzierhülsen
für relativ kleine Schaftdurchmesser (also für
Werkzeuge an denen nur kleinere Drehmomente auftreten) vermieden,
dass eine unnötig lange und damit teure Passung hergestellt
werden muss.
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Idealerweise
wird die axiale Länge solcher Reduzierhülsen für
Werkzeuge mit kleinen Schaftdurchmessern reduziert indem sie auf
die Länge der eigentlichen Passung zzgl. der Länge
des Abschnitts in Form des in sich geschlossenen Rings beschränkt wird.
Der Außendurchmesser des den in sich geschlossenen Ring
bildenden Abschnitts wird dann etwas kleiner ausgeführt
als der Innendurchmesser der Werkzeugaufnahme – so dass
der den in sich geschlossenen Ring bildende Abschnitt leicht in
die Werkzeugaufnahme eingeführt werden kann.
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Unter
patentrechtlichen Gesichtspunkten ist festzuhalten, dass die Schlitze
nicht zwingend die von den Figuren dieses Ausführungsbeispiels
gezeigte ”stabartige” Kontur aufweisen müssen,
sondern beispielsweise auch die Kontur eines T mit einem schmalen
Querbalken aufweisen können – obwohl die gezeigte
stabartige Kontur bevorzugt ist, da sie zu einem optimalen Verhalten
der Reduzierhülse unter dem Einfluss der vom schrumpfenden
Hülsenabschnitt aufgebrachten Pressung führt.
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Ein
großer Vorteil der Reduzierhülse gemäß des
Ausführungsbeispiels zeigt sich beim Einsatz zum Spannen
von Werkzeugen, denen über eine oder mehrere Bohrungen
im Werkzeugschaft unter Druck stehendes Kühlmittel zugeführt
wird – anders als bei den bekannten, in Längsrichtung
durchgehenden Schlitzen kann durch das hier gewählte Schlitzmuster
kein Kühlmittel nach außen dringen, da es auf Grund
des Schlitzmusters bei eingeschrumpftem Werkzeugschaft keinen durchgängigen
Pfad gibt, der vom Inneren der Hülsenpartie nach außen
führt. Demgegenüber muss der Werkzeugschaft bei
herkömmlichen Reduzierhülsen sehr tief eingespannt werden,
um zumindest diejenigen Schlitze zu verdecken, die von der Stirnseite
her verlaufen, d. h. die innen im Werkzeughalter liegende Stirnseite
der Hülse anschneiden. Die erfindungsgemäße,
nach Maßgabe des Ausführungsbeispiels ausgeführte
Hülse ist auch bei sehr kurzer Einspannung des Schaftes dicht.
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Es
versteht sich von selbst, dass die Anspruchsmerkmale, die im Zusammenhang
mit der Kombination von Werkzeughalter und Reduzierhülse für
letztere beschrieben werden auch von Vorteil sind, soweit die Reduzierhülse
oder der Reduzierhülsensatz für sich allein beansprucht
wird.
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Anzumerken
ist noch, dass es Prinzip auch denkbar ist, mehrere der erfindungsgemäßen
Reduzierhülsen zu verwenden, die ineinanderpassen, also sozusagen
eine mehrfache Durchmesserreduzierung vorzunehmen.
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Schließlich
ist noch erwähnenswert, dass die Reduzierhülse,
wen an ihr eine entsprechend große Zahl von Schlitzen vorgesehen
wird, die störende Wärmeleitung von der ggf. induktiv
erwärmten Hülsenpartie auf den Werkzeugschaft
herabsetzt.
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- 1
- Werkzeughalter
- 2
- Reduzierhülse
- 3
- Hülsenpartie
des Werkzeughalters
- 4
- Werkzeugschaft
- 5
- Mittellinie
der Reduzierhülse
- 6
- Abschnitt
an der Reduzierhülse in Form eines in sich geschlossenen
Rings
- 7
- Schlitz
Drallwinkel
- α
- Drallwinkel
- T
- Tangente
an Mittellinie eines Schlitzes
- H
- Hülllinie
der Reduzierhülse in Längsrichtung
- L
- Länge
eines Schlitzes
- B
- Breite
eines Schlitzes
- D
- Dralllinie
- SB
- Stegbreite
(Steg zwischen parallelen Schlitzen)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3517246 [0004]
- - EP 1291103 [0004]
- - DE 10065383 [0009]
- - EP 1353768 B1 [0031]