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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibahlenwerkzeug zur Bearbeitung von Ausnehmungen und Senkungen eines zu bearbeitenden Bauteils, insbesondere zur Feinbearbeitung einer Stopfenbohrung, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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STAND DER TECHNIK
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Reibahlenwerkzeuge werden zur Feinbearbeitung von Bohrungen durch Reiben eingesetzt. Durch den Reibvorgang wird die Oberflächenqualität sowie die Formmaßgenauigkeit von Bohrungen und Ausnehmungen bzw. Vertiefungen in zu bearbeitenden Bauteilen verbessert.
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Üblicherweise wird eine Bohrung oder eine Ausnehmung in einem Bauteil durch einen Spiralbohrer oder ein Fräswerkzeug eingebracht, wobei die Seitenoberfläche der Bohrung oder Ausnehmung eine bestimmte Rauigkeit aufweisen. Mittels eines Reibahlenwerkzeugs werden diese Oberflächen auf eine gewünschte Oberflächenqualität nachbearbeitet, wobei typischerweise nur wenige Zehntelmillimeter Material abgetragen werden und z.B. Toleranzen IT7 bis IT5 erreicht werden können.
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Insbesondere im Motorenbau werden Wasserstopfenbohrungen vorgesehen, um kühlflüssigkeitsführende Ausnehmungen im Motorblock vorzusehen. Zur Nachbearbeitung derartiger Wasserstopfenbohrungen werden ein- oder mehrstufige Reibahlenwerkzeuge eingesetzt, die eine hohe Oberflächengüte in der Bearbeitung derartiger Ausnehmungen und Bohrflächen erreichen. Typischerweise weisen Reibahlenwerkzeuge Schneiden am Umfang und/oder am Anschnitt, d. h. am Kopfende des Werkzeugs, auf. Die Schneidkanten sind in der Regel parallel bzw. vertikal zu einer Rotationsachse des Reibahlenwerkzeugs ausgerichtet. Typische Durchmesser von Reibahlen liegen zwischen 1 mm bis 50 mm, wobei der Schneidkopf, welcher die Schneidplatten trägt, in der Regel aus Vollhartmetall (VHM) ausgebildet ist.
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Seit Langem sind Schneidplatten aus Diamant bekannt. In jüngerer Zeit hat sich eine Fertigung von Schneidplatten aus einem kristallinen Hartwerkstoff, insbesondere einem synthetisch hergestellten Kristallschneidwerkstoff durchgesetzt, wobei beispielsweise in der Schneidplatte Diamantpartikel in einer Metallmatrix eingebetet sind, oder eine Bornitridschneidplatte eingesetzt wird. Somit werden in vielen Fällen Diamantschneidplatten, PKD-Schneidplatten (polykristalline Diamantschneidplatten) oder CBN-Schneidplatten (kubisch kristalline Bornitridschneidplatten) eingesetzt, die durch Löten oder Schweißen auf dem Schneidkopf befestigt sind.
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Im Bearbeitungsvorgang ergeben sich Materialspäne, die sich an den Schneidplatten stauen können, und deren Entfernung von der Frässtelle beispielsweise mittels Kühlmittelspülung oder durch mehrfaches Herausnehmen des Reibahlenwerkzeugs aus der Bohrung und Säubern der Bohrung erfolgt. Eine zuverlässige Abfuhr von Spänen im Rahmen einer kontinuierlichen Bearbeitung und ohne aufwendige Säuberungsmaßnahmen ist mit derzeit bekannten Reibahlenwerkzeugen nur unbefriedigend möglich. Gerade in einer Bearbeitung von Motorblöcken ist eine hochreine Bearbeitung des Motorblockinnenraums angestrebt, so dass Späne zuverlässig abgeführt werden sollen.
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Aus der
WO 2009/071288 A1 ist ein Reibahlenwerkzeug bekannt, welches zur Spanführung ein Spanleitelement mit einer Leitfläche aufweist, welche mit einer Spanfläche der Schneide einen schlitzförmigen Aufnahmekanal bildet. Das Spanleitelement ist quaderförmig ausgebildet und weist eine ebene Leitfläche auf, die mit einer sich an der Messerplatte rückwärtig anschließenden Spanfläche einen Aufnahmekanal bildet, der an den Aufnahmespalt grenzt. In diesem Aufnahmespalt werden die Späne in Richtung der Messerplatte angrenzenden Seitenfläche des Spanraums abgelenkt und abgeleitet.
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In der
DE 10 2005 034 422 A1 ist eine Reibahle zur spanenden Bearbeitung von Bohrungen in schwer zerspanbaren Werkstücken offenbart. Das Werkzeug umfasst mindestens eine Messerplatte mit einer Schneide und mindestens eine Führungsleiste. Mit Hilfe der Führungsleiste wird die Reibahle in der zu bearbeitenden Bohrung geführt.
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Ein weiteres gattungsgemäßes Reibahlenwerkzeug mit einem Spanführungselement ist aus der
EP 2 839 913 A1 bekannt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Reibahlenwerkzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welches eine verbesserte Spanführung aufweist und die Gefahr eines Verbleibs von Spänen im Bearbeitungsraum minimiert.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Reibahlenwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das erfindungsgemäße Reibahlenwerkzeug, insbesondere zur Feinbearbeitung einer Stopfenbohrung, umfasst einen Werkzeugträger mit einem Einspannschaft und zumindest eine an einem axialen Schneidkopfende des Werkzeugträgers angeordnete Schneidplatte, wobei das Schneidkopfende einen Spanaufnahmeraum umfasst, der ausgeformt ist, Materialspäne eines zu bearbeitenden Bauteils aufzunehmen, und der durch eine an die Schneidplatte angrenzende Spanmitnahmefläche und eine hierzu abgewinkelte, insbesondere rechtwinklig ausgerichtete Spanführungsfläche begrenzt ist, welche von dem Schneidkopfende in Richtung Einspannschaft radial nach außen, insbesondere konkav oder abgewinkelt verläuft. An der Spanführungsfläche ist ein Spanführungsabschnitt angeordnet, der gegenüber der Spanmitnahmefläche einen Spankorridor mit einem radial verlaufenden Spanspalt und zumindest einer ersten und einer zweiten sich in Richtung Einspannschaft erstreckenden Korridorfläche definiert, wobei die erste Korridorfläche zumindest einen Teilabschnitt der Spanmitnahmefläche umfasst und die zweite Korridorfläche eine Oberfläche des Spanführungsabschnitts ist, die sich in Richtung Einspannschaft abgewinkelt oder gekrümmt erstreckt, um den Spankorridor vom Spanspalt her in Richtung Spanaufnahmeraum aufzuweiten. Es wird vorgeschlagen, dass der Spankorridor ferner durch eine dritte Korridorfläche definiert ist, welche den Spankorridor an einer Umfangsseite des Werkzeugträgers frontseitig abschließt und somit begrenzt.
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein Reibahlenwerkzeug geschaffen, welches einen in den Spanaufnahmeraum mündenden Spankorridor aufweist, welcher umfangsseitig vollständig geschlossen ist. Der von den zumindest drei Spanführungsflächen vollständig umgebene Spankorridor bewirkt, dass Materialspäne, die von einer Schneidkante der Schneidplatte am zu bearbeitenden Bauteil abgehoben werden, zuverlässig in den oberhalb der Schneidkante liegenden Spanaufnahmeraum transportiert werden. Es ist praktisch unmöglich, dass Späne, die in den Spankorridor eintreten, wieder aus diesem axial nach vorne in den Bearbeitungsbereich gelangen können. Der Spankorridor weist einen umfangsmässig geschlossenen Spanspalt auf, durch den die Materialspäne eintreten können. Der Spankorridor wird von wenigstens drei Korridorflächen definiert, wobei die erste Korridorfläche durch die Schneidplatte und die an die Schneidplatte angrenzende Spanmitnahmefläche definiert ist. Die zweite Korridorfläche wird von einer Außenfläche des Spanführungsabschnitts definiert. Die zweite Korridorfläche ist derart geformt, dass sie den Spankorridor in Richtung Einspannschaft zu dem Spanaufnahmeraum hin aufweitet. Somit wird ein sich in Richtung des Spanaufnahmeraums erweiternder Trichter ausgebildet, durch den von der Schneidkante abgetragene Materialspäne durch die Rotationsbewegung der Reibahle in Richtung Spanaufnahmeraum gedrängt und von der Schneidkante weggeführt werden. Die dritte Spanführungsfläche begrenzt hierbei den Spankorridor an der Umfangsseite des Reibahlenwerkzeugs und verhindert u.a., dass Materialspäne dort mit der bereits bearbeiteten Seitenwand der zu bearbeitenden Bohrung in Kontakt kommen können. Dadurch wird vermieden, dass sich die Materialspäne an der Seitenwandung des zu bearbeitenden Bauteils verhaken können und dadurch unter Umständen die Qualität der bereits bearbeiteten Oberfläche beeinträchtigen können. Ferner bildet der geschlossene Spankorridor eine Art Düse, welche an die Schneidkanten zugeführtes Kühlmittel zusammen mit den Materialspänen in die gewünschte Richtung ableitet. Schließlich vermindert sich die Gefahr, dass beim Zurückziehen des Reibahlenwerkzeugs aus der Bohrung versehentlich Materialspäne zurück in die Bohrung fallen und die Funktion des Bauteils im späteren Betrieb beeinträchtigen, was insbesondere beim Bearbeiten von Wasserstopfenbohrungen in Motorblöcken von Vorteil ist.
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Vorteilhafterweise ist die dritte Korridorfläche an einem Wandungsabschnitt des Schneidkopfendes ausgebildet, wobei eine der dritten Korridorfläche gegenüberliegende Außenfläche des Wandungsabschnitts einen Teilabschnitt einer Umfangsfläche des Schneidkopfendes bildet. Mit anderen Worten weist das Schneidkopfende im Bereich des Spankorridors einen in Umfangsrichtung verlaufenden Wandungsabschnitt auf, welcher mit seiner einen Seite die dritte Korridorfläche und mit seiner anderen Seite eine umfangsseitige Außenfläche des Werkzeugträgers definiert. Der Wandungsabschnitt weist vorzugsweise nur eine geringe Wandungsstärke von einigen Zehntelmillimetern auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Spanaufnahmeraum umfangsseitig offen. Die dritte Korridorfläche bzw. der Wandungsabschnitt erstreckt sich somit nicht über die gesamte Umfangsseite des Schneidkopfendes, sondern tatsächlich nur über den Bereich des Spankorridors, so dass der Spanaufnahmeraum an seiner Umfangsseite eine Austrittsöffnung für die aufgenommenen Materialspäne aufweist, so dass der Spanaufnahmeraum während oder am Ende der Bearbeitung des Bauteils von Materialspänen entleert werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Spanführungsabschnitt im Wesentlichen die Form eines im Umfang geviertelten Rundzylinders hat, wobei zur Ausbildung der zweiten Korridorfläche eine erste Viertelungsseitenfläche des Rundzylinders schräg oder konkav geschnitten ist. Der Spanführungsabschnitt kann integral an dem Werkzeugträger ausgeformt sein.
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Alternativ kann der Spanführungsabschnitt auch als ein separates Spanführungselement ausgestaltet sein, dass an dem Werkzeugträger z.B. angelötet, angeschweißt oder angeschraubt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Spaltkante der zweiten Korridorfläche des Spanführungsabschnitts am radialen äußeren Ende des Spanspaltes parallel zu einer Kopfschneidkante der Schneidplatte verlaufen.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Schneidplatte eine erste Schneidkante am axialen Schneidkopfende und eine zweite Schneidkante am Außenumfang des Schneidkopfs umfasst, wobei sich der Spanspalt entlang der ersten und der zweiten Schneidkante erstreckt, so dass der Spankorridor im Bereich der zweiten Schneidkante zur Umfangsseite des Schneidkopfendes hin offen ist. Mit anderen Worten ist der Spankorridor im Bereich der zweiten Schneidkante von der dritten Korridorfläche nicht begrenzt. Dadurch ist gewährleistet, dass auch die von der zweiten, umfangsseitig vorgesehenen Schneidkante abgetragenen Materialspäne zuverlässig in den Spankorridor eintreten können und von diesem abgeführt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Schneidplatte eine Spanleitfläche auf, welche einen Teilabschnitt der Korridorfläche bildet, wobei die Spanleitfläche flächenbündig zu der Spanmitnahmefläche verläuft. Vorzugsweise ist demnach die gesamte erste Korridorfläche, von der Schneidkante an, plan.
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Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die zweite Korridorfläche zumindest einen der Schneidplatte zugewandten Kühlmittelauslass auf. Der Kühlmittelauslass ist vorteilhafterweise derart geformt, dass zumindest ein Teil des austretenden Kühlmittels auf die Schneidkante trifft, um diese zu kühlen und zu schmieren. Weiterhin unterstützt das austretende Kühlmittel einen störungsfreien Abtransport der Materialspäne.
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Vorteilhafterweise ist der Kühlmittelauslass als Nut ausgebildet, welche insbesondere parallel zu einer Kopfschneidkante der Schneidplatte verläuft. Hierdurch wird Kühlmittel gleichmäßig über die Schneidkante verteilt. Zusätzlich können eine oder beide Kanten der Nut als Spanbrechkante wirken. Die Nut verläuft insbesondere parallel zu der vorstehend genannten Spaltkante.
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ZEICHNUNGEN
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Zeichnung und der zugehörigen Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird diese Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Reibahlenwerkzeugs;
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2 eine stirnseitige Aufsicht des Reibahlenwerkzeugs von 1; und
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3 und 4 Schnittdarstellungen des Reibahlenwerkzeugs von 1 und 2.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
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1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Reibahlenwerkzeugs 10. Das Reibahlenwerkzeug wird zur Bearbeitung eines Bauteils rotatorisch in einer Arbeitsdrehrichtung 52 bewegt. Es umfasst einen Werkzeugträger 12 und einen Einspannschaft 14, der in einen Bohrschaft einer Arbeitsmaschine eingespannt werden kann. Der Einspannschaft 14 kann insbesondere als Hohlschaftkegel-Aufnahme (HSK-Aufnahme) ausgebildet sein.
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Der Werkzeugträger 12 umfasst einen Schneidkopf 22, der zwei Spanaufnahmeräume 26 sowie einen Schneidbereich 28 am Schneidkopfende 24 umfasst. Am Schneidkopfende 24 sind zwei Schneidplatten 18 angeschraubt, welche jeweils einen Schneidenträger 16 und einen daran befestigten, beispielsweise angelöteten Schneidteil 20 aufweisen. Die Schneidteile 20 können beispielsweise aus einem einem PKD- oder einem CBN-Material gesintert sein. Jede Schneidplatte 18 weist an ihrem Schneidteil 20 eine Seitenschneidkante 42 zum Reiben einer Bohrungsumfangsfläche und eine Kopfschneidkante 40 zum Reiben eines Anschnitts eines Bauteils auf.
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Jeder Spanaufnahmeraum 26 wird jeweils durch eine plane Spanmitnahmefläche 32, die flächenbündig und parallel zu einer Spanleitfläche 30 der Schneidplatte 18 verläuft, und eine hierzu rechtwinklig abgewinkelte Spanführungsfläche 34 definiert, wobei die Spanführungsfläche 34 in Richtung des Einspannschafts 14 konkav gewölbt ist, um aufgenommene Späne nach außen außerhalb des Bearbeitungsbereichs abtransportieren zu können. Somit wird durch die nach außen weisende Spanführungsfläche 34 ein Abtransport der Späne vom Bearbeitungsbereich erreicht. Die Spanmitnahmefläche 32 wird durch eine gekrümmt verlaufende Innenkante 36, an der die Spanführungsfläche 34 ansetzt, und in einem dem Einspannschaft 14 zugewandten Teilbereich durch eine am Umfang des Werkzeugträgers parallel zu der Drehachse der Reibahlenwerkzeugs 10 verlaufende Außenkante 38 begrenzt.
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Der Schneidbereich 28 umfasst einen Bereich, in dem die Kopfschneidkanten 40 an dem Anschnittboden einer Vertiefung reiben sowie einen Umfangsbereich, in dem die Seitenschneidkanten 42 eine Wandfläche einer Bohrung oder Ausnehmung reiben. Von den Schneidkanten 40, 42 abgetragene Späne können jeweils durch einen Spanspalt 44 in einen jeweiligen im Inneren des Schneidkopfs 22 ausgebildeten kanalartigen Spankorridor 50 eintreten. Jeder Spankorridor 50 wird von einer ersten Korridorfläche 46, einer zweiten Korridorfläche 48, einer dritten Korridorfläche 54 und einer vierten Korridorfläche 58 begrenzt und erweitert sich in seinem Querschnitt in Richtung des Einspannschafts 14. Der Spankorridor 50 mündet in den Spanaufnahmeraum 26, so dass Späne durch den Spankorridor 50 hindurch in den Spanaufnahmeraum 26 transportiert werden können.
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Ein sich vom Schneidkopfende 24 her in Richtung des Einspannschafts 14 erstreckender Spanführungsabschnitt 56 des Werkzeugträgers 12 weist die Form eines Viertelschnitts eines Kreiszylinders auf, wobei dessen erste Viertelungsfläche geschnitten ist, und dessen zweite Viertelungsfläche in Verlängerung der Spanführungsfläche 34 verläuft. Der Spanführungsabschnitt 56 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein integraler Bestandteil des Werkzeugträgers 12, so dass die zweite Viertelungsfläche lediglich in virtueller Form existiert. In einer alternativen Ausführungsform kann der Spanführungsabschnitt 56 auch als separates Spanführungselement ausgebildet sein. Die Begrenzungen des Viertelschnitts sind in 1 und 2 durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Wie insbesondere in 4 gut zu erkennen ist, bildet die Spanleitfläche 30 zusammen mit einem Teilabschnitt der Spanmitnahmefläche 32 die erste Korridorfläche 46. Die geschnittene erste Viertelungsfläche des Spanführungsabschnitts 56 verläuft gegenüberliegend der ersten Korridorfläche 46 und bildet die zweite Korridorfläche 48, wobei die zweite Korridorfläche 48 gegenüber der ersten Korridorfläche 46 geneigt ist und eine konkave Wölbung aufweist, so dass sich der Querschnitt des Spankorridors 50 in Richtung Einspannschaft 14 betrachtet erweitert. Eine durch die Schnittlinie der zweiten Korridorfläche 48 mit der Stirnseite des Schneidkopfendes 24 definierte Spaltkante 78 (2) verläuft parallel zu der Kopfschneidkante 40 und umgrenzt somit den Spanspalt 44.
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Die in 3 gut erkennbare dritte Korridorfläche 54 (in der Darstellung von 4 weggeschnitten) grenzt unmittelbar an die erste und zweite Korridorfläche 46, 48 an und begrenzt den Spankorridor 50 umfangsseitig auf einem Großteil seiner Länge, d.h. zwischen dem Spanspalt 44 und dem Spanaufnahmeraum 26. Der Spanspalt 44 erstreckt sich entlang der Schneidkanten 40, 42, so dass der Spankorridor 50 im Bereich der Seitenschneidkante 42 zur Umfangsseite 66 des Werkzeugträgers 12 hin offen ist, d.h. der Spankorridor 50 ist im Bereich der zweiten Schneidkante 42 von der dritten Korridorfläche 54 nicht begrenzt.
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Als eine weitere Begrenzungsfläche des Spaltkorridors 50 wird die vierte Korridorfläche 58 (3 und 4) durch einen der dritten Korridorfläche 54 gegenüberliegenden Teilabschnitt der Spanführungsfläche 34 definiert, der sich in den Spankorridor 50 hinein erstreckt und senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung des Spanspalts 44 verläuft.
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Jeweilige Übergänge zwischen den Korridorflächen 46, 48, 54, 58 können kantenförmig oder kontinuierlich, d.h. ausgerundet oder ineinander übergehend, ausgebildet sein.
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Das Reibahlenwerkzeug 10 weist einen als zentrale axiale Bohrung ausgebildeten Kühlmittelkanal 64 auf, welcher sich durch den Einspannschaft und den Werkzeugträger hindurch erstreckt. Der Kühlmittelkanal 64 mündet über nicht näher dargestellte Verzeigungskanäle zum einen in einen zentralen, stirnseitig am Schneidkopfende 24 vorgesehenen Kühlmittelauslass 63 und zum anderen in einen jeweiligen in der zweiten Korridorfläche 48 vorgesehenen, der Schneidplatte 18 zugewandten Kühlmittelauslass 62, welcher als parallel zu der Kopfschneidkante 40 verlaufende Nut ausgebildet ist. Durch die Kühlmittelauslässe 62, 63 wird ein Kühlmittelstrom herangeführt, der der Schmierung und Kühlung der Schneidkanten 40, 42 dient und zugleich den Abtransport der Späne unterstützt.
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Die geschlossene Form des Spankorridors 50 verbessert hierbei den Strömungsverlauf des Kühlmittel-Späne-Gemisches und verhindert, dass sich Späne umfangsseitig verhaken, oder Kühlmittel umfangsseitig aus dem Spankorridor 50 austritt. Die parallel zu den Kopfschneidkanten 40 verlaufenden Längskanten der Kühlmittelauslässe 62 wirken zugleich als Spanbrechkanten, die Späne mitnehmen bzw. brechen können, um diese möglichst kleinteilig auszuformen und durch den Spankorridor 50 in den rückwärtigen Spanaufnahmeraum 26 zu transportieren.
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Bei dem erfindungsgemäße Reibahlenwerkzeug 10 wird ein effektiver Abtransport von Spänen in einen rückwärtigen Spanaufnahmeraum 26 gefördert und somit die Langlebigkeit, die Bearbeitungsqualität und die Arbeitsgeschwindigkeit des Reibahlenwerkzeugs 10 gesteigert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Reibahlenwerkzeug
- 12
- Werkzeugträger
- 14
- Einspannschaft
- 16
- Schneidenträger
- 18
- Schneidplatte
- 20
- Schneidteil
- 22
- Schneidkopf
- 24
- Schneidkopfende
- 26
- Spanaufnahmeraum
- 28
- Schneidbereich
- 30
- Spanleitfläche
- 32
- Spanmitnahmefläche
- 34
- Spanführungsfläche
- 36
- Innenkante der Spanmitnahmefläche
- 38
- Außenkante der Spanmitnahmefläche
- 40
- Kopfschneidkante
- 42
- Seitenschneidkante
- 44
- Spanspalt
- 46
- erste Korridorfläche
- 48
- zweite Korridorfläche
- 50
- Spankorridor
- 52
- Arbeitsdrehrichtung
- 54
- dritte Korridorfläche
- 56
- Spanführungsabschnitt
- 58
- vierte Korridorfläche
- 60
- Wandungsabschnitt
- 62, 63
- Kühlmittelauslass
- 64
- Kühlmittelkanal
- 66
- Umfangsseite