Schneidwerkzeug

Die Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug mit einer, an ihrem Umfang mindestens einen Schneidzahn aufweisenden Schneidplatte, die ein zentrales Durchgangsloch aufweist, das an einer Stirnseite mit einer Locherweiterung mündet und eine zylindrische unrunde Kupplungsfläche aufweist, die zur formschlüssigen Anlage an einer passenden Gegenfläche eines Halters bestimmt ist, der ein achsparalleles Schraubloch aufweist, wobei die Schneidplatte mit einer ihr Durchgangsloch durchsetzenden Kopfschraube am Halter festgeschraubt ist.

Die DE-A-31 19 189 zeigt ein derartiges Schneidwerkzeug. Die Schneidplatte hat einen quadratisch konturierten Ansatz und wird in einen Schlitz eingeschoben, der zwischen zwei Backen des Halters gebildet ist. Der Schlitz weist einen Schiebekanal für den Ansatz der Schneidplatte auf. Die Locherweiterung befindet sich nicht in der Schneidplatte sondern in einer der Backen des Halters. Zwei gegenüber liegende Seitenflächen des Ansatzes bilden die Kupplungsfiächen, die mit den Seitenflächen des Einschubkanals als Gegenflächen die Schneidplatte am Halter gegen Drehung sichern sollen. Der Ansatz verhindert nicht, daß sich die Schneidplatte im Halter linear verschieben kann. Eine Zentrierfunktion kann der Ansatz mit seinen Kupplungsflächen nicht übernehmen. Dafür dient die Befestigungsschraube.

Die DE-C-38 16 301 zeigt ein Schneidwerkzeug, bei dem die Schneidplatte ebenfalls einen Ansatz aufweist, dessen Seitenflächen formschlüssige Kupplungsflächen darstellen. Der Ansatz ist hier quadratisch bzw. rautenförmig konturiert, und zwei winklig aneinander grenzende Seitenflächen des Ansatzes legen sich über einen Teil ihrer Länge an komplementären Gegenflächen des Halters an. Auch hier fehlt zwischen Schneidplatte und Halter eine Zentrierung. Die Kopfschraube muß diese Zentrierung übernehmen und ist daher hoch belastet.

Die DE-C-34 48 086 zeigt ein Schneidwerkzeug, bei der an einer Stirnfläche der Schneidplatte radiale Rippen vorgesehen sind, die in entsprechende Nuten des Halters formschlüssig eingreifen. Die Rippen haben einen trapezförmigen Querschnitt. Die Schneidplatte wird zwar zentriert, jedoch besteht bei hohen Schnittkräften Bruchgefahr der Rippen und die Schraube und ihr Schraubensitz im Halter sind hoch belastet.

Die DE-A-40 26 651 zeigt ein Schneidwerkzeug, bei dem die Schneidplatte mittels eines separaten Kupplungsbolzens am Halter befestigt ist. Zwischen Schneidplatte und Halter besteht kein unmittelbarer Kupplungseingriff, vielmehr ist ein Teil des Durchgangsloches als Kupplungsfläche ausgebildet, deren Kontur ein gerundetes Dreieck-Konkavpolygon bildet. Der Halter hat an seinem Ende eine identisch konturierte Kupplungsfläche und der Zugbolzen hat eine komplementäre Gegenfläche, deren Kontur also ein Dreieck- Konvexpolygon bildet. Konstruktionsbedingt kann die Schneidplatte nicht mittels einer Schraube am Halter befestigt werden, vielmehr benötigt der Zugbolzen eine komplizierte Spannvorrichtung in einem verbreiterten Kopf des Halters. Da sowohl zwischen Schneidplatte und Kupplungsbolzen als auch zwischen diesem und dem Schaft ein Kupplungsspiel herrscht, verdoppeln sich die Rundlauftoleranzen. Zwar wäre es theo¬ retisch vorstellbar, die Schneidplatte und den Kupplungsbolzen einstückig auszubilden, um die Toleranzen zu verringern, jedoch wäre diese Schneidplatte dann als Verschleißteil für den praktischen Einsatz zu teuer, handhabungstechnisch äußerst schwierig und eine sintertechnische Herstellung der Schneidplatte ist ausgeschlossen.

Die EP-B-00 84 607 beschreibt ein Schneidwerkzeug, bei dem die Schneidplatte dreieckförmig konturiert ist und der Schaft eine stirnseitige Ausnehmung mit komplementärer Gestalt hat. Dieses Schneidwerkzeug hat sich in der Praxis bewährt, jedoch besteht Bruchgefahr bei sehr hoher Schneidleistung. Aufgrund der notwendigen

Passungstoleranz verdreht sich die Schneidplatte in der Plattenaufnahme des Halters geringfügig und aufgrund der Kantenpressung kann es zum Abbrechen der sehnenabschnittförmigen Vorsprünge am Halter kommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schneidplatte für ein Schneidwerkzeug derart auszubilden, daß zwischen Schneidplatte und Halter eine unmittelbare Form¬ schlußverbindung geschaffen wird, die extrem hohen Schnittkräften standhält, die eine volle Zentrierfunktion erfüllt und jegliche Reaktionskräfte auf die Kopfschraube vermeidet.

Diese Aufgabe wird bei einem Schneidwerkzeug mit den Merkmalen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Kupplungsfläche eine gerundete Mehreck- Konvexpolygonkontur aufweist und die Umfangsfläche eines stirnseitigen Ansatzes der Schneidplatte bildet, der mit dieser derart einstückig ausgebildet ist, daß zwischen Schneidplatte und Ansatz eine trennstellenfreie homogene Gefügestruktur besteht und daß die Kupplungsfläche der Schneidplatte über ihren ganzen Umfang von der in einer Stimausnehmung des Halters gebildeten Gegenfläche umgeben ist. Dabei bedeutet eine trennstellenfreie Verbindung von Schneidplatte und Ansatz mit homogener Gefügestruktur, daß das Bauteil einstückig urgeformt ist und nicht aus zwei verschweißten, verlöteten oder verklebten oder auf andere Weise miteinander verbundenen Stücken besteht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet die Schneidplatte mit ihrem Ansatz ein Sinterteil, vorzugsweise in Form eines Sinterhartmetallkörpers.

Da die Kupplungsfläche an der Schneidplatte und die komplementäre Gegenfläche am Halter jeweils umfangsgeschlossen sind und aufgrund der Dimensionierung des Ansatzes auf einem vergleichsweise großen mittleren Durchmesser liegen, wird die Bruchgefahr auch bei hoher Schnittleistung auf ein Minimum reduziert. Die Kontur der Kupplungsfläche ergibt eine Selbstzentrierung mit hoher Genauigkeit, die auch bei relativer Verdrehung zum Halter erhalten bleibt. Das Reaktionsmoment der Schnittkräfte wird im Bereich der Kupplungsfiäche der Schneidplatte auf den Halter übertragen, ohne daß die Kopfschraube Axialkräfte aushalten muß. Da gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Höhe des Ansatzes größer als die Tiefe der Stimausnehmung des Halters

ist, liegt der die Zähne tragende scheibenförmige Teil der Schneidplatte vom Halter axial beabstandet, sodaß bei einem Bruch an der Schneidplatte die Plattenaufnahme des Halters nicht beschädigt wird.

Eine alternative Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht darin, daß die Kupplungsfläche eine gerundete Mehreck-Konkavpolygonkontur aufweist und einen Teil der Umfangsfläche des Durchgangsloches bildet, wobei dieser axiale Teil der Umfangsfläche die Locherweiterung nicht umfaßt und die Kupplungsfläche der Schneidplatte eine komplementäre, umfangsgeschlossene Gegenfläche eines am Halter einstückig ausgebildeten stimseitigen Ansatzes mit enger Anlage voll umfänglich umgibt, wobei der von der Kupplungsfläche eingeschlossene Querschnitt größer als der Querschnitt des Schraubloches im Halter ist.

Bei dieser erfindungsgemäßen Alternative ist der Ansatz nicht an der Schneidplatte sondern am Halter ausgebildet. Der Vorteil, daß die Kupplungsfläche der Schneidplatte und die Gegenfläche des Halters voll umfänglich vorhanden sind, trifft auch hier zu. Auch die übrigen Vorteile, wie hohe Plan- und Rundlaufeigenschaften sowie die exakte Zentrierung, die auch unter Last erhalten bleibt, sind gegeben.

Eine Weiterbildung dieser Alternative besteht darin, daß die Schneidplatte eine, ihr Durchgangsloch in drei axiale Abschnitte unterteilende Ringwand aufweist, die einen zylindrischen mittleren Lochabschnitt bildet, an den sich zur einen Seite hin die Locherweiterung und zur anderen Seite hin unter Bildung einer radialen plan geschliffenen Ringschulterfläche ein, die Kupplungsfläche enthaltender Lochabschnitt anschließt und daß die Ringschulterfläche eine axiale Stützfläche für die ebenfalls plan geschliffene Stirnfläche des Halters bildet.

Eine alternative Weiterbildung der Erfindung, bei der eine solche Ringschulterfläche nicht vorhanden ist, besteht darin, daß sich die Kupplungsfläche bis zur Locherweiterung erstreckt und diese einen Radius mindestens gleich dem größten Scheitelradius der

Kupplungsflächenkontur aufweist und daß zwischen der Locherweiterung und der Kupplungsfläche mehrere umfangsverteilte sichelförmige Auflageschulterflächen zur Abstützung des Kopfes der Schraube gebildet sind. Diese Ausbildung ermöglicht es, die Kupplungsfläche auf einen maximal großen mittleren Durchmesser zu legen.

Für alle Ausbildungen der Erfindung gilt als vorteilhafte Weiterbildung, daß die gewölbte Polygonkontur der Kupplungsfläche sich aus einer Anzahl kreiszylindrisch gewölbter Abschnitte großen Durchmessers und einer gleichen Anzahl kreiszyiindrisch gewölbter Abschnitte kleineren Durchmessers zusammensetzt, von denen jeweils einer unter stetigem Übergang mit zwei Abschnitten großen Durchmessers verbunden ist. Die Kupplungsfläche hat damit keinerlei Ecken, diese sind vielmehr durch die gewölbten Abschnitte kleinen Durchmessers gerundet. Eine Mehreck-Polygonkontur umfaßt Dreieck-, Viereck- und auch Vieleckpolygonprofile und es versteht sich, daß die in den Ansprüchen definierten Konvexpolygon- und Konkavpolygonkonturen auch solche einschließen, bei denen die Krümmungsradien der gewölbten Abschnitte großen Durchmessers nach oben nicht begrenzt sind, sodaß auch mindestens angenähert ebene Kupplungsflächenabschnitte unter den Schutzumfang fallen.

Auch versteht sich, daß die Kupplungsflächenkontur nicht das exakte Komplement der Gegenflächenkontur bilden muß, vielmehr ist es für bestimmte Belastungsfälle und Wölbungsradien der Polygonkonturen sogar vorteilhaft, im Bereich der Wölbungsabschnitte kleineren Durchmessers für eine Spalterweiterung zwischen Kupplungsfläche und Gegenfläche zu sorgen, um dadurch Kerbbeanspruchungen zu minimieren.

Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Es zeigt:

FIG. 1 eine Explosionsdarstellung eines Schneidwerkzeuges mit Schneidplatte, Halter und Befestigungsschraube,

- b -

FIG. 2 eine vordere Stirnansicht auf das Werkzeug im zusammengebauten Zustand,

FIG. 3 eine rückseitige Ansicht der Schneidplatte,

FIG. 4 einen Axialschnitt durch das Schneidwerkzeug in größerem Maßstab,

FIG. 5 eine Querschnittsansicht des Schneidwerkzeuges längs der Linie A-A der Fig. 4 im unbelasteten Zustand,

FIG. 6 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 5, jedoch in belastetem Zustand,

FIG. 7 eine Stirnansicht eines Schneidwerkzeuges mit einem tellerartigen Kopf, an dem mehrere Schneidplatten exzentrisch befestigt sind,

FIG. 8 eine Querschnittsansicht ähnlich Fig. 5, jedoch durch eine Viereck-Poly¬ gonaufnahme,

FIG. 9 eine Querschnittsansicht eines weiter abgewandelten Polygonprofils,

FIG. 10 einen Axialschnitt ähnlich Fig. 4, jedoch durch eine Variante,

FIG. 1 1 einen Axialschnitt ähnlich Fig. 10 einer weiteren Abwandlung, und

FIG. 1 2 einen Querschnitt durch das Schneidwerkzeug gemäß Fig. 1 1 im Bereich der Formschlußkupplung.

Ein Schneidwerkzeug 10 besteht aus einem Halter 12, einer Schneidplatte 1 4 und einer Befestigungsschraube 1 6. Die Schneidplatte 1 4 setzt sich aus einem scheibenförmigen Körper 1 8 mit drei Zähnen 20 und einem einstückig während der Urformbildung angeformten Ansatz 22 zusammen. Ein Durchgangsloch 24 durchsetzt die ganze Schneidplatte 14, erstreckt sich also durch den scheibenförmigen Körper 1 8 und den Ansatz 22. Der Ansatz 22 hat eine Kupplungsfläche 26, die zur Stirnfläche 48 des

Ansatzes 22 exakt rechtwinklig steht und die Kontur eines Dreieck-Konvexpolygons hat. Der Halter 1 2 hat eine stirnseitige ^' Ausnehmung 28, die ringsum von einem Wandring des Halters 1 2 umgeben ist. Diese Ausnehmung 28 hat eine Gegenfläche 30, die eine Dreieck-Konkavpolygonkontur aufweist, welche zu derjenigen des Ansatzes 22 exakt komplementär ausgebildet ist. Beide Flächen 26, 30 liegen koaxial zur Achse des Halters 12 und der Schneidplatte 14. Die Polygonkontur setzt sich aus drei Kreisbögen kleinen Durchmessers und jeweils dazwischenliegenden und stetig anschließenden Kreisbögen großen Durchmessers zusammen. Zwischen den beiden Flächen 26, 30 wird ein Ringspalt 32 gebildet, der im unbelasteten Zustand des Schneidwerkzeuges eine konstante Spaltbreite hat (Fig. 5). Im belasteten Zustand (Fig. 6) tritt eine Relativdrehung der Schneidplatte 1 4 zum Halter 12 auf und es bilden sich drei Kontaktzonen 34 von erheblicher Umfangserstreckung. Die Koaxialität von Schneidplatte 1 4 und Halter 12 bleibt durch die selbstzentrierende Wirkung des Dreieckpolygons erhalten.

Das Durchgangsloch 24 ist gestuft und hat eine kreiszylindrische Locherweiterung 38 größeren Durchmessers, die hauptsächlich dem scheibenförmigen Körper 1 8 zugeordnet ist und zur Aufnahme des Kopfes 44 der Schraube 1 6 dient, sowie einen Lochabschnitt 40 kleineren Durchmessers, der hauptsächlich dem Ansatz 22 zugeordnet ist. Dazwischen wird eine in einer Radialebene liegende Ringschulter 42 gebildet, die eine radiale Ringfläche 46 des Schraubenkopfes 44 abstützt. Zwischen Kopf 44 und Locherweiterung 38 einerseits und dem angrenzenden Schaft der Befestigungsschraube 1 6 und dem Bohrungsabschnitt 40 andererseits herrscht jeweils ein Radialabstand, womit sichergestellt ist, daß die Befestigungsschraube 1 6 ohne jegliche Zentrierfunktion ist. Die Formschluß-Verbindung zwischen Schneidplatte 1 4 und Halter 1 2 wird ausschließlich durch den Ansatz 22 der Schneidplatte 14 und der Stimausnehmung 28 im Halter 12 gebildet. Den radialen Formschluß stellen die Kupplungs- und Gegenflächen 26, 30 sicher und die Winkellage gewährleisten die exakt rechtwinklig zu den Achsen von Schneidplatte 1 4 und Halter 1 2 geschliffenen Planflächen 48, 50 des Ansatzes 22 und der Stimausnehmung 28. Die Axialabstützung der Schneidplatte 1 4 erfolgt

ausschließlich im Bereich des Ansatzes 22, also im Zentralbereich der Schneidplatte 14. Der Ansatz 22 ist länger als die Ausnehmung 28 tief ist, sodaß die Schneidplatte 1 4 mit ihren Zähnen 20 und in dem, an die Zähne angrenzenden Ringbereich des scheibenförmigen Körpers 18 von der Stirnfläche des Halters 12 axial beabstandet ist.

Figur 7 veranschaulicht einen tellerartigen Kopf 13 eines Schneidwerkzeuges, der in seiner Stirnfläche im 120°-Winkelabstand gestrichelt dargestellte Stirnausnehmungen 28 aufweist, in die jeweils eine Schneidplatte 14 mit ihrem Dreieckpolygon-Ansatz 22 - wie vorbeschrieben - eingsetzt ist. Jeweils ein Schneidzahn 20 steht über den Umfang des Kopfes 1 3 radial vor. Der Schneidzahn 20 liegt axial beabstandet von der Stirnfläche des Kopfes 13. Die Schneidplatte 14 bilden hier Wendeschneidplatten.

Wie sich aus Fig. 5 ergibt, fallen die gerundeten "Ecken" des Polygons mt der Winkelhalbierenden zwischen den Punkten zusammen, an denen die Vorderfläche 56 und die Hinterfläche 53 jedes Zahnes 20 die Kontur des Halters 12 schneiden. Die Stelle 54, wo die konvex gewölbte Hinterfläche 53 jedes Zahnes 20 in die zur Vorderfläche 56 des benachbarten Zahnes 20 führende konkave Übergangsfläche 58 übergeht, liegt somit jeweils mit der Stelle 60 geringster Radialerstreckung des Dreieck- Konvexpolygons in derselben Radialebene 62.

Die Figuren 8 und 9 zeigen Querschnitte von zwei Viereck-Polygonkupplungen einer Schneidplatte 14 mit einem Halter 12 ebenfalls in der Ebene A-A der Fig. 5. die Kupplungsfläche 26 des Ansatzes 22 setzt sich aus vier konvex gewölbten Flächenabschnitten mit großem Krümmungsradius und vier Flächenabschnitten mit kleinem Krümmungsradius zusammen. Alle Flächenabschnitte gehen stetig und kantenfrei ineinander über.

Im Unterschied zur Fig. 8 ist in Fig. 9 ein Profil für eine Viereckpolygonkupplung dargestellt. Zwischen je einem längeren Flächenabschnitt großen Durchmessers und einem kürzeren Flächenabschnitt von ebenfalls großem Durchmesse wird eine kurze

Übergangszone mit kleinem Durchmesser gebildet, die in vorliegender Darstellung fast als Ecke erscheint.

Fig. 10 zeigt einen Axialschnitt durch ein abgewandeltes Schneidwerkzeug bei dem der Ansatz 22' dem Halter 12' und die komplementäre Ausnehmung 28' der Schneidplatte 1 4' zugeordnet sind. Das Durchgangsloch 24' weist eine Locherweiterung 38', einen mittleren Lochabschnitt 52 und eine Ausnehmung 28' auf, die in einem Bundansatz 63 der Schneidplatte 14' gebildet ist und deren Innenfläche die Kupplungsfläche 26' mit Mehreck-Konkavpolygonkontur entsprechend den Figuren 5, 8 oder 9 aufweist. Die Bodenfläche 50' der Ausnehmung 28' wird an einer Ringwand 65 gebildet, die den mittleren Lochabschnitt 52 begrenzt. An diesen schließt sich unter Bildung einer radialen Ringfläche 42' die Locherweiterung 38' zur Aufnahme des Schraubenkopfes 44 an. Zwischen diesem und dem Umfang der Locherweiterung 38' sowie zwischen dem Schraubenschaft und dem mittleren Lochabschnitt 52 herrscht jeweils ein Radialabstand.

In der Ausführung gemäß Fig. 1 1 und 12 fehlt die Ringwand 65 und die Ausnehmung 28' mündet in der Locherweiterung 38' unter Bildung von Anlageschultem 42 " Der Innenradius der Locherweiterung 38' ist gleich dem Radius am Scheitel der Polygonabschnitte kleinen Durchmessers (Fig. 5, 8) Der Schraubenkopf 44 stützt sich auf drei (Fig. 5) bzw. vier (Fig. 8) sichelförmigen Auflageschulterflächen 42" ab.

Der Halter 12' gemäß Fig. 10 bis 12 weist einen von seiner Stirnfläche vorspringenden Ansatz 22' auf, dessen Querschnitt eine Mehreck-Konvexpolygonkontur aufweist, die zu der Innenkontur der Ausnehmung 28' komplementär ist. Gemäß Fig. 10 ist der Ansatz 22' etwas höher als die Ausnehmung 28' tief ist. Die Schneidplatte 14' stützt sich daher nur im zentralen Bereich nicht aber im äußeren Umfangsbereich am Halter 12' ab.

Die Stirnfläche 48' des Ansatzes 22' ist plangeschliffen und dient bei der Ausführung gemäß Fig. 10 als alleiniger Axialsitzfläche für die ebenfalls plangeschliffene

Bodenfläche 50' der Ausnehmung 28' der Schneidplatte 14'. Die Stirnfläche des Bundansatzes 63 bedarf dann keiner Bearbeitung.

Auch bei den Ausführungen gemäß Fig. 10 bis 12 gilt, daß die Schneidzähne 20 und der an die Schneidzähne 20 angrenzende Ringbereich der Schneidplatte 14' vom Halter 12' axial beabstandet sind. Bei einer Beschädigung der Schneidplatte 14' wird die Plattenaufnahme am Halter 12' nicht in Mitleidenschaft gezogen.