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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlmitteleinspeisung in einen Schaft eines Rundlaufwerkzeuges, insbesondere eines Bohrers, wobei ein Stellelement vorgesehen ist, das einen rückwärtigen Teilbereich mit einem zentralen Kühlmittelkanal sowie einen dem Rundlaufwerkzeug zugewandten vorderen Teilbereich mit einer endseitigen kegelmantelförmigen Dichtfläche für den Schaft aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Rundlaufwerkzeug, insbesondere Bohrer, mit einem Schaft und darin verlaufende Kühlmittelschmierkanäle.
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Eine derartige Vorrichtung und ein derartiger Bohrer ist in der
WO 2005/037 484 A2 beschrieben.
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Bei Rundlaufwerkzeugen, wie beispielsweise Fräsern, Reibahlen und Bohrern, ist üblicherweise eine Kühlmittelversorgung zur Schmierung und Kühlung der Werkzeugschneiden vorgesehen. Bei einer zentralen Kühlmittelversorgung wird über einen zentralen Kühlmittelkanal in einem Spannfutter, in dem das Werkzeug eingespannt ist, das Kühlmittel dem Werkzeug zugeführt. Im Spannfutter ist das Stellelement angeordnet, welches den zentralen Kühlmittelkanal aufweist und welches üblicherweise in Axialrichtung verstellbar angeordnet ist, um eine Anpassung an unterschiedliche Werkzeuge zu ermöglichen. Das Kühlmittel wird in im Werkzeug verlaufende Kühlmittelschmierkanäle eingespeist.
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Neuere Entwicklungen gehen hin zu einer Minimalmengenschmierung (MMS) oder zu einer so genannten Minimalstmengenschmierung. Hierbei ist vorgesehen, dass als Kühlmittel den Schneiden des Werkzeugs ein Aerosol, also ein Gas-Flüssigkeitsgemisch zugeführt wird. Bei einer derartigen Minimal- oder Mindermengenschmierung ist eine stetige und möglichst gleichmäßige Kühlmittelversorgung von entscheidender Bedeutung, um ein Trockenlaufen der Schneiden zu verhindern. Um dies sicherzustellen, bestehen daher für die Kühlmittelzuführung hohe Anforderungen.
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Gemäß der
WO 2005/037484 weist das Stellelement endseitig eine kegelstumpfartige oder konische Aufnahme auf. Komplementär hierzu ist auch das Ende des Bohrerschafts kegelartig mit einer ebenfalls konischen oder kegelstumpfartigen Passungs- oder Dichtfläche eingreift. Am Bohrerschaftende ist ein Querkanal vorgesehen, der einer Austrittsöffnung des zentralen Kühlmittelkanals des Stellelements gegenüberliegt. Endseitig am Querkanal sind jeweils Mündungsöffnungen von im Bohrer geführten Kühlmittelschmierkanälen vorgesehen, die im Bereich der konischen Passungsfläche liegen. Die kegelartige Ausbildung des Schaftendes mit dem Querkanal ist hierbei vergleichsweise aufwändig herzustellen.
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Aus der
DE 101 57 450 A1 ist ein als Stellschraube ausgebildetes Stellelement zu entnehmen, in dem zwei schräg nach außen geführte Teilströmungskanäle integriert sind, so dass bereits innerhalb des Stellelements eine Verteilung des Kühlmittels erfolgt.
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Aus der
DE 103 16 394 A1 ist für ein Dehnspannfutter zur Kühlmittelverteilung von einem zentralen Kühlmittelkanal auf die exzentrisch angeordneten Kühlmittelschmierkanäle ein separates Einlegeteil vorgesehen, gegen welches der Bohrer mit seinem schaftseitigen Ende flächig anliegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine sichere und zuverlässige Kühlmittelversorgung insbesondere bei einer Minimal- oder Mindermengenschmierung zu gewährleisten bei gleichzeitig geringem konstruktiven Aufwand.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur Kühlmitteleinspeisung nach Anspruch 1. Danach ist ein Stellelement vorgesehen, welches einen rückwärtigen Teilbereich mit einem zentralen Kühlmittelkanal sowie einen vorderen Teilbereich mit einer endseitigen kegelmantelförmigen Dichtfläche für den Schaft aufweist. In einer Aufnahme des Schaftbereichs ist ein separates Verteilerelement vorgesehen, welches eine Eintrittsöffnung sowie mehrere von dieser Eintrittsöffnung abzweigende Zweigkanäle für eine Verteilung des Kühlmittels auf exzentrisch angeordnete Kühlmittelschmierkanäle des Rundlaufwerkzeugs, insbesondere Bohrer, aufweist.
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Mit dieser Anordnung ist in vorteilhafter Weise eine Entkopplung zwischen der Abdichtung und der Kühlmittelverteilung erreicht. Die Abdichtung erfolgt über die Dichtfläche, gegen die der Schaft gepresst wird. Die Dichtfläche bildet daher eine Art Passungsfläche oder auch eine Art Anschlagsfläche. Die Verteilung des Kühlmittels auf die Kühlmittelschmierkanäle des Rundlaufwerkzeugs erfolgt über das separate Verteilerelement. Da dieses als separates, also nicht einstückig mit dem Stellelement verbundenes Element ausgebildet ist, kann das Verteilerelement bei geringen Herstellungskosten vergleichsweise komplexe Geometrien aufweisen. Insbesondere besteht hierbei die Möglichkeit, die Verzweigung innerhalb des Verteilerelements derart auszubilden, dass ein Abriss der Kühlmittelströmung sicher vermieden ist.
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Vorzugsweise steht ein umlaufendes Randstück der Aufnahme, das die kegelmantelförmige Dichtfläche umfasst und diese insbesondere bildet, in axialer Richtung über das Verteilerelement über. Die axiale Höhe des Verteilerelements ist daher geringer als die axiale Höhe oder Tiefe der Aufnahme. Durch diese Maßnahme ist eine konstruktiv äußerst einfache und zugleich sichere Abdichtung zwischen einer üblicherweise am Schaftende des Bohrers vorgesehenen Einführfase und der Dichtfläche erreicht. Die Abdichtung des Rundlaufwerkzeugs erfolgt insbesondere ausschließlich über die üblicherweise sowieso vorhandene Einführfase. Diese kann problemlos mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden, so dass eine ausreichende Abdichtung erzielt wird bei geringen Herstellungskosten. Da die Fase in der Regel eine nur geringe Höhe aufweist, wird eine vergleichsweise hohe Flächenpresskraft und damit sichere Dichtwirkung erzielt.
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Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist weiterhin die axiale Höhe der Dichtfläche, also ihre Ausbreitung in Axialrichtung, an die am Schaftende des Rundlaufwerkzeugs angebrachte Fase angepasst.
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Vorzugsweise ist das Verteilerelement als ein in der Aufnahme einliegendes Einlegeteil ausgebildet. Die Montage des Verteilerelements ist daher einfach und erfordert kein spezielles Werkzeug. Das Einlegeteil wird in der Aufnahme vorzugsweise mit Hilfe eines Klebers fixiert. Zweckdienlicherweise ist hierbei eine Drehfixierung vorgesehen, die derart ausgebildet ist, dass der Bohrer nur in einer definierten Drehstellung einführbar ist, so dass gewährleistet ist, dass die Mündungsöffnungen der Kühlmittelkanäle des Bohrerschafts mit denen des Verteilerelements fluchten.
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Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung wird alternativ zur Fixierung in der Aufnahme das Einlegeteil am Schaftende des Bohrers fixiert. Erst mit dem Einspannen des Bohrerschafts in das Spannfutter wird daher das Verteilerelement in die Aufnahme eingefügt. Die Fixierung erfolgt hierbei bevorzugt mit Hilfe eines Klebers. Durch die Ausgestaltung als separates Teil und dem anschließenden Fixieren am Schaftende ist ein einfaches und kostengünstiges Herstellen ermöglicht. Zugleich wird mit der Fixierung am Bohrerschaft ein definierter und unterbrechungsfreier Anschluss der Zweigkanäle an die Kühlmittelschmierkanäle des Bohrers gewährleistet.
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Bevorzugt sind hierbei für unterschiedliche Bohrer unterschiedliche Verteilerelemente vorgesehen, so dass je nach Bohrerart eine möglichst optimale Kühlmitteleinspeisung bei gleichzeitig guter Abdichtung erzielt ist. Zweckdienlicherweise sind hierbei die unterschiedlich ausgebildeten Verteilerelemente durch eine insbesondere farbliche Kennzeichnung unterscheidbar.
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Gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung ist das Verteilerelement kegelstumpfartig ausgebildet. Gleichzeitig ist vorzugsweise auch die Aufnahme kegelstumpfartig ausgebildet, so dass ein möglichst passgenauer und formschlüssiger Sitz des Verteilerelements in der Aufnahme gewährleistet ist. Hierbei weist die Aufnahme eine größere axiale Höhe auf als das Verteilerelement und zwar derart, dass sichergestellt ist, dass zwischen der Fase des Rundlaufwerkzeugs und der Dichtfläche eine Abdichtung erfolgt.
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Um eine möglichst einfache konstruktive Ausgestaltung zu erreichen bildet die Dichtfläche bevorzugt den endseitigen Teil der kegelstumpfförmigen Aufnahme, d.h. die Dichtfläche geht ansatzlos in die kegelstumpfförmige Aufnahme über, und ist insbesondere ein Teilbereich der Mantelfläche der Aufnahme.
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Weiterhin ist zweckdienlicherweise das Verteilerelement von einer Austrittsöffnung des zentralen Kühlmittelkanals axial beabstandet. Die Eintrittsöffnung des Verteilerelements liegt daher nicht unmittelbar an der Austrittsöffnung an. Vielmehr ist zwischen diesen beiden Öffnungen ein Zwischenraum gebildet, welcher beispielsweise ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der Gesamthöhe der Aufnahme beträgt. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Verteilerelement sich mit seiner Kegelmantelfläche an der entsprechenden Kegelmantelfläche der Aufnahme in definierter Weise abstützt, so dass zusätzlich auch über diese beiden Kegelmantelflächen eine Abdichtung erreicht ist.
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Um eine sichere Abdichtung zum Werkzeugschaft hin zu gewährleisten und gleichzeitig ein möglichst günstiges Ein- und Überströmverhalten vom Verteilerelement in die Kühlmittelschmierkanäle des Werkzeugs sicherzustellen, liegt das Verteilerelement mit seiner Kegelstumpfunterseite bei eingespanntem Werkzeug auf dem Schaftende plan auf. Hierzu ist die Kegelunterseite des Verteilerelements um die Höhe der Fase und damit der Dichtfläche vom äußeren Rand der Aufnahme zurückgezogen angeordnet. Bei der Variante, bei der das Verteilerelement am Schaftende befestigt ist, ist dies automatisch verwirklicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Verteilerelement als ein Kunststoffteil ausgebildet. Dies erlaubt zum einen ein einfaches Herstellen. Zum anderen ist durch die Wahl eines im Vergleich zu Metall weicheren und insbesondere elastischen Materials das Verteilerelement zumindest in einem gewissen Toleranzspielraum komprimierbar. Hierdurch wird zum einen ein sicherer Sitz des Bohrerschafts an der Dichtfläche sichergestellt. Zugleich besteht hierdurch die Möglichkeit, über das Verteilerelement eine zusätzliche Abdichtung zu bilden. Alternativ zur Verwendung von Kunststoff wird für das Verteilerelement Gummi oder Leichtmetall verwendet.
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Im Hinblick auf eine möglichst unterbrechungsfreie Kühlmittelversorgung ist die Eintrittsöffnung bevorzugt als eine zentrale, mit dem Kühlmittelkanal fluchtende Bohrung ausgebildet, die also den gleichen Durchmesser wie die Austrittsöffnung des Kühlmittelkanals hat. Weiterhin verlaufen zweckdienlicherweise die zwei Kanäle ausgehend von der zentralen Eintrittsöffnung knickfrei schräg nach außen. D.h. es finden im Umlenkbereich innerhalb des Verteilerelements keine abrupten Richtungsänderungen, statt, insbesondere keine 90°-Richtungsänderungen, die zu unerwünscht hohen Strömungsturbulenzen und damit auch zu einer Entmischung führen könnten.
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Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Spannfutter für ein Rundlaufwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruches 16.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und vereinfachten Darstellungen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Spannfutters,
- 2 eine perspektivische Darstellung eines Stellelements mit einem darin angeordneten Schaftende eines Bohrers,
- 3 eine Schnittansicht durch 2 in Axialrichtung,
- 4 eine Explosionsdarstellung der in 2 gezeigten Elemente und
- 5 eine Schnittdarstellung in Axialrichtung der in 4 dargestellten Explosionsdarstellung.
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In den Figuren sind gleich wirkende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Gemäß 1 erstreckt sich ein Spannfutter 2 in Axialrichtung 4 von einem rückwärtigen Ende zu einer vorderseitigen Werkzeugaufnahme 6. Die Werkzeugaufnahme 6 weist ein Spannloch 8 zum Einfügen des Schafts 10 eines Bohrers, insbesondere eines Spiralbohrers auf. Von diesem ist in den 2 bis 5 lediglich der Schaft 10 dargestellt. Das in 1 dargestellte Spannfutter 2 ist als so genanntes Dehnspannfutter ausgebildet.
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In den 2 bis 4 ist jeweils in unterschiedlichen Ansichten ein Stellelement 12 mit einem ausschnittsweise dargestellten Ende des Schafts 10 gezeigt. Das Stellelement 12 ist im Spannfutter 2 im Anschluss an das Spannloch 8 angeordnet und üblicherweise in Axialrichtung 4 verschieblich.
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Das Stellelement 12 ist im Ausführungsbeispiel nach Art einer zylindrischen Röhre ausgebildet und umfasst einen rückseitigen Teilbereich 12A, an den sich vorderseitig zum Schaft 10 hin ein vorderer Teilbereich 12B anschließt, welcher einen verdickten Wandungsbereich aufweist. Das Stellelement 12 umfasst eine zentrale Durchgangsbohrung, die einen zentralen Kühlmittelkanal 14 bildet. Der vordere Teilbereich 12B weist eine sich nach vorne in Axialrichtung 4 öffnende Aufnahme 16 auf, die kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
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Wie weiterhin den Figuren zu entnehmen ist, weisen der Schaftbereich 12B sowie der Schaft 10 einen übereinstimmenden Außendurchmesser auf, so dass deren Außenseiten miteinander fluchten.
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Weiterhin ist als ein separates Einlegeteil ein Verteilerelement 18 vorgesehen, welches bevorzugt aus Kunststoff besteht und komplementär zu der Aufnahme 16 ebenfalls nach Art eines Kegelstumpfes ausgebildet ist. Alternativ kann das Verteilerelement 18 auch aus Gummi oder Leichtmetall bestehen. Das Verteilerelement 18 weist eine kreisrunde Eintrittsöffnung 20 für das Kühlmittel auf, von der im Ausführungsbeispiel zwei Zweigkanäle 22 nach Art eines Y schräg abzweigen. Die Zweigkanäle 22 münden jeweils an einer Kegelstumpfunterseite 24.
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Der Schaft 10 weist im Ausführungsbeispiel zwei exzentrisch angeordnete Kühlmittelschmierkanäle 26 auf, die bis zu den hier nicht dargestellten vorderseitigen Schneiden des Bohrers geführt sind.
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Im zusammengefügten Zustand fluchtet die Eintrittsöffnung 20 mit dem zentralen Kühlmittelkanal 14, so dass sie gegenüberliegend zu einer Austrittsöffnung 28 des zentralen Kühlmittelkanals 14 angeordnet ist. Die Austrittsöffnung 28 bildet die obere Stirnseite der kegelstumpfartigen Aufnahme 16. Wie insbesondere aus 3 zu entnehmen ist, sind Eintrittsöffnung 20 und Austrittsöffnung 28 in Axialrichtung 4 geringfügig voneinander beabstandet. Der Abstand entspricht hierbei in etwa 1/10 der gesamten Höhe h2 der Aufnahme 16 und bildet einen Ausgleichs- oder Toleranzspielraum. Das Verteilerelement 18 liegt mit seinen Kegelmantelflächen passgenau an den korrespondierenden Kegelmantelflächen der Aufnahme 16 an. Die Höhe h1 in Axialrichtung 4 des Verteilerelements 18 ist hierbei kleiner als die Höhe h2 der Aufnahme 16.
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Im eingesetzten Zustand ist die Kegelstumpfunterseite 24 in der Aufnahme 16 etwas zurückversetzt angeordnet, so dass ein vorderer Teilbereich der Kegelmantelfläche der Aufnahme 16 frei bleibt. Dieser vordere Teilbereich bildet eine kegelmantelförmige Dichtfläche 30. Die Dichtfläche 30 ist eine Passungs- oder Anlagefläche für eine Fase 32, die endseitig am Schaft 10 vorgesehen ist. Die Fase 32 ist im montierten Zustand gegen die Dichtfläche 30 gepresst. Sowohl die Fase 32 als auch zumindest die Dichtfläche 30 sind hierbei von hoher Güte, so dass über diese Paarungsflächen 30,32 eine sichere Abdichtung erzielt ist und ein Austritt von Kühlmittel an dieser Schnittstelle vermieden ist. Die Höhe h3 der Dichtfläche 30 entspricht hierbei der Höhe der Fase 32. Auch weisen die Fase 32 und die Dichtfläche 32 gleiche Kegelwinkel auf.
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Durch die kegelstumpfförmige Ausbildung der Dichtfläche 30 mit einer an die Fase 32 angepassten Schräge ist eine zuverlässige Abdichtung sichergestellt. Wie insbesondere aus 3 zu entnehmen ist, liegt das Verteilerelement 18 mit seiner Kegelstumpfunterseite 24 plan auf der endseitigen Stirnseite des Schafts 10 auf. Die Mündungsöffnungen der Zweigkanäle 22 überdecken hierbei die korrespondierenden Mündungsöffnungen der Kühlmittelschmierkanäle 26 im Schaft 10.
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Alternativ zu der in den Figuren dargestellten Ausgestaltung des Verteilerelements 18 mit seiner geradlinig verlaufenden Kegelmantelfläche ist die Kegelmantelfläche gekrümmt ausgebildet. Die in der Schnittdarstellung gemäß 3 dargestellten schräg zur Axialrichtung 4 orientierten seitliche Begrenzungslinien der Mantelfläche verlaufen daher gekrümmt und vorzugsweise konvex, also ballig nach außen gewölbt. Durch den gekrümmten Verlauf wird eine definierte um den Umfang verlaufende linienartige Kontaktfläche ermöglicht, die im zusammengefügten Zustand bevorzugt an der Gegenfläche des Schaftbereichs 12B anliegt und gegen diese gepresst wird. In den Bereichen außerhalb der Kontaktfläche ist die Mantelfläche des Verteilerelements 18 etwas von der Gegenfläche des Schaftbereichs 12B beabstandet. Die Kontaktfläche wirkt als zusätzliche Dichtfläche.
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Das Verteilerelement 18 ist bevorzugt durch Kleben am Schaftende des Schafts 10 fixiert, so dass das plane und unmittelbare Anliegen am Schaftende sichergestellt ist. Auch können hierdurch in einfacher und kostengünstiger Weise unterschiedliche Verteilerelemente 18 für unterschiedliche Arten von Bohrern vorgesehen sein, so dass für jeden Bohrertyp eine zuverlässige und sichere Kühlmitteleinspeisung über ein bohrerspezifisches Verteilerelement 18 gewährleistet ist. Eine aufwändige Bearbeitung des Schaftendes, beispielsweise dessen unmittelbare kegelstumpfartige Ausgestaltung oder auch die Einbringung eines Querkanals zur Verteilung des Kühlmittels ist nicht erforderlich. Das Schaftende ist vielmehr als eine plane, senkrecht zur Axialrichtung 4 orientierte Fläche ausgebildet, die lediglich die Mündungsöffnungen zu den Kühlmittelschmierkanälen 26 umfasst.
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Durch das am Bohrerschaft 10 befestigte Verteilerelement 18 ist auch eine sichere Abdichtung selbst bei unterschiedlichen Bohrern sichergestellt. Unterschiedliche Bohrerdurchmesser werden nämlich durch die kegelstumpfartige Ausgestaltung der Aufnahme 16 kompensiert, indem sich lediglich die Anlagefläche der jeweiligen Fase 32 in der Aufnahme 16 in Axialrichtung verschiebt. Die Dichtfläche 30 ist daher nicht statisch, sondern sie ist definiert durch die jeweilige bohrerspezifische Anlagefläche innerhalb der Aufnahme 16.
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Beim Einsatz wird das Spannfutter 2 in eine Werkzeugmaschine eingesetzt, welches eine zentrale Kühlmittelversorgung bereitstellt. Der Bohrer wird mit dem Schaft 10 im Spannloch 8 befestigt, und zwar derart, dass der Schaft 10 wie in den 2 bis 5 gezeigt, mit seiner Fase 32 an der Dichtfläche 30 zum Anliegen kommt.
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Während der spanenden Bearbeitung wird über die zentrale Kühlmittelversorgung Kühlmittel in den Kühlmittelkanal 14 mit einem bestimmten Druck eingespeist, so dass das Kühlmittel über das Verteilerelement 18 und die Kühlmittelschmierkanäle 26 zu den Schneiden geleitet wird. Als Schmierung wird hierbei insbesondere auf eine so genannte Minimal- oder Mindermengenschmierung zurückgegriffen. Hierzu wird als Kühlmittel ein Aerosol vorgesehen, das aus einem hohen Gasanteil und geringen Flüssigkeitsmengen an Schmiermitteln besteht. Durch die hier gewählte Ausgestaltung ist eine zuverlässige Kühlmittelversorgung der Schneiden gewährleistet und ein Abriss der Kühlmittelströmung vermieden. Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei die Ausgestaltung des Verteilerelements 18, in dem die Verteilung des Kühlmittels ohne abrupte Umlenkungen erfolgt. Die Zweigkanäle sind hierzu knickfrei ausgebildet. Weiterhin ist durch die spezielle Ausgestaltung der Abdichtung über die Fase 32 und die Dichtfläche 30 eine sichere und gleichzeitig konstruktiv einfache Abdichtung erzielt. Durch die Ausgestaltung des Verteilerelements 18 als separates Bauteil kann dieses auch mit komplexen Geometrien für die Zweigkanäle 22 ausgebildet werden bei geringem Herstellungsaufwand. Insbesondere die Ausgestaltung des Verteilerelements 18 als Kunststoffspritzgussbauteil ist hierbei von Vorteil.