NEUMANN, Jens (Straße der DSF 10, Wernshausen, 98593, DE)
FRANK, Peter (Hoher Weg 7, Floh-Seligenthal, 98593, DE)
NEUMANN, Jens (Straße der DSF 10, Wernshausen, 98593, DE)
| P a t e n t a n s p r ü c h e Zerspanungswerkzeug mit einem Werkzeuggrundkörper, einem zumindest teilweise in einer Öffnung des Werkzeuggrundkörpers aufgenommenen und relativ zu diesem in einer Einstellrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbaren Schieberelement und einer Antriebswelle mit zwei Gewindeabschnitten, wobei das Schieberelement und der Werkzeuggrundkörper jeweils einen Gewindeabschnitt aufweisen, wobei der erste Gewindeabschnitt der Antriebswelle mit dem Gewindeabschnitt des Schieberelementes und der zweite Gewindeabschnitt der Antriebswelle mit dem Gewindeabschnitt des Grundkörpers derart zusammenwirken, dass beim Drehen der Antriebswelle um ihre Achse das Schieberelement relativ zum Grundkörper zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Schieberelement angreifendes Federelement vorgesehen ist, welches derart angeordnet ist, dass das Schieberelement in Richtung einer der zwei Positionen vorgespannt ist. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeabschnitte des Antriebselementes als Außengewindeabschnitte und die Gewindeabschnitte des Grundkörpers und des Schieberelement als Innengewindeabschnitte ausgebildet sind. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gewindeabschnitte des Antriebselementes sich in ihrer Gewindesteigung und/oder Drehrichtung unterscheiden. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindesteigung des einen Gewindeabschnittes zwischen 0,2 und 0,7 mm/U und die Gewindesteigung des anderen Gewindeabschnittes zwischen 0,1 und 0,5 mm/U beträgt. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle zweiteilig ausgeführt ist und ein Doppelgewindeelement mit den beiden Gewindeabschnitten sowie ein Antriebselement aufweist. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Doppelgewindeelement und Antriebselement in Einstellrichtung relativ zueinander bewegbar sind. Zerspanungswerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Doppelgewindeelement und das Antriebselement in Drehrichtung um die Wellenachse formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die formschlüssige Verbindung durch eine im wesentlichen schlitzförmige Ausnehmung und ein im wesentlichen klingenförmiges Element, welches in die schlitzförmige Ausnehmung eingreift gebildet wird, wobei die schlitzförmige Ausnehmung entweder an dem Doppelgewindeelement oder dem Antriebselement und das klingenförmige Element an dem anderen Element angeordnet ist. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebswelle einen Riffelungsabschnitt mit einer Mehrzahl von Vertiefungen, wobei der Werkzeuggrundkörper einen elastischen Vorsprung aufweist, welcher in Bezug auf den Riffelungsabschnitt derart angeordnet ist, dass beim Drehen der Antriebswelle der Vorsprung nacheinander in mehrere Vertiefungen des Riffelungsabschnittes eingreift. Zerspanungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt des Grundkörpers und/oder der Gewindeabschnitt des Spindelelements durch eine Hülse gebildet wird, wobei die Hülse vorzugsweise aus einer Kupfer- Zinn-Zink-Gusslegierung gebildet ist. |
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zerspanungswerkzeug mit einem Werkzeuggrundkörper, einem zumindest teilweise in einer Öffnung des Werkzeuggrundkörpers aufgenommenen und relativ zu diesem in einer Einstellrichtung zwischen einer ersten und einer zweiten Position bewegbaren Schieberelement und einer Antriebswelle mit zwei Gewindeabschnitten, wobei das Schieberelement und der Werkzeuggrundkörper jeweils einen Gewindeabschnitt aufweisen, wobei der erste Gewindeabschnitt der Antriebswelle mit dem Gewindeabschnitt des Schieberelementes und der zweite Gewindeabschnitt der Antriebswelle mit dem Gewindeabschnitt des Grundkörpers derart zusammenwirken, dass beim Drehen der Antriebswellen um ihre Achse das Schieberelement relativ zum Grundkörper zwischen der ersten und der zweiten Position bewegt werden kann.
Solche Zerspanungswerkzeuge sind seit langem bekannt. Beispielsweise ist ein Ausbohrwerk- zeug mit einem Werkzeuggrundkörper bekannt, an dessen Stirnseite ein, relativ zum Werkzeuggrundkörper einstellbares Schieberelement vorgesehen ist, wobei das Schieberelement in radialer Richtung bewegbar ist. Das Schieberelement weist entweder einen Schneidabschnitt, der dafür vorgesehen ist, mit dem zu bearbeitenden Werkstück direkt in Kontakt zu treten, oder einen Sitz zur Aufnahme einer Schneidplatte auf.
Das Schieberelement tritt bei der bekannten Ausführungsform mit einer im Werkzeuggrundkörper gelagerten Antriebswelle über ein Gewinde in Eingriff, so dass durch Drehen der Antriebswelle das Schieberelement in radialer Richtung hin und her bewegt werden kann. Da das Schieberelement im Gebrauch eine entsprechende Schneidplatte trägt, kann mit Hilfe der Antriebswelle der Bohrradius des Ausbohrwerkzeuges eingestellt werden.
Für viele Anwendungsfälle wird eine sehr exakte Einstellung des Werkzeugträgers relativ zum Werkzeuggrundkörper gewünscht. Bei den bekannten Zerspanungswerkzeugen ist daher das Gewinde der Antriebswelle und das korrespondierende Gewinde am Werkzeuggrundkörper häu- fig als Feingewinde ausgeführt.
Grundsätzlich sind Feingewinde umso aufwendiger herzustellen, je feiner sie ausgebildet sind. Um die aufwendige Herstellung von Feingewinden zu vermeiden und dennoch eine Feinstverstellung bereitstellen zu können, ist in der DE 10 2005 045 752 bereits vorgeschlagen worden, dass die Antriebswelle ein zweites Gewinde aufweist, das mit einem entsprechenden Gewinde im Werkzeuggrund körper zusammenwirkt, wobei sich die beiden Gewinde der Antriebswelle in ihrer Steigung und/oder Drehrichtung unterscheiden.
Mit den bekannten Ausführungsformen sind feinste Einstellungen möglich. Allerdings ist es bei den bekannten Ausführungsformen notwendig, den eingestellten Bohrradius in einem separaten Arbeitsgang auszumessen, wenn die Einstellrichtung umgedreht wird, da die Verwendung der Gewinde ein entsprechendes Gewindeflankenspiel mit sich bringen. Wird die Einstellrichtung umgekehrt, so muss zunächst das Gewindeflankenspiel beider Gewinde überwunden werden, bis eine Drehbewegung des Antriebselement in eine Radialbewegung des Schieberelementes umgewandelt wird, so dass anhand der eingestellten Position der Antriebswelle nicht mit genügend hoher Genauigkeit auf die radiale Position des Schieberelementes geschlossen werden kann.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zerspanungswerkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem nahezu spielfrei eine Feinstverstellung des Schieberelementes in Bezug auf den Werkzeuggrundkörper in beiden Einstellrichtungen möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein am Schieberelement angreifendes Federelement vorgesehen ist, welches derart angeordnet ist, dass das Schieberelement in Richtung einer der zwei Positionen des Schieberelementes vorgespannt ist. Durch die Vorspannung des Schieberelementes, z. B. in radialer Richtung nach außen, wird sichergestellt, dass in jeder Position die gleichen Gewindeflankenseiten miteinander in Eingriff stehen. Wird die Drehrichtung der Antriebswelle umgekehrt, so kann aufgrund des Federelementes unmittelbar eine Gegenbewegung des Schieberelementes bewirkt werden, während bei den Ausführungsformen des Standes der Technik, sich zunächst lediglich die Antriebswelle in Gegenrich- tung bewirkt, bis die in Eingriff stehenden Gewinde aufgrund ihres Spieles, von der einen Gewindeflanke zur anderen Gewindeflanke bewegt haben.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gewindeabschnitte des Antriebselementes als Außengewinde und die Gewindeabschnitte des Grundkörpers und des Schieberelementes als Innengewindeabschnitte ausgebildet. So kann der Grundkörper eine entsprechende Bohrung aufweisen, die ein Innengewinde zur Aufnahme des entsprechenden Gewindeabschnittes des Antriebselementes hat. Das Schieberelement kann hülsenförmig ausgebildet sein, wobei die Hül- se ein Abschnitt mit Innengewinde aufweist, der mit dem entsprechenden Außengewindeabschnitt des Antriebselementes in Eingriff tritt.
Mit Vorteil unterscheiden sich die beiden Gewindeabschnitte des Antriebselementes in ihrer Ge- windesteigung und/oder der Drehrichtung. So kann die Gewindesteigung des einen Gewindeabschnittes, z. B. des Gewindeabschnittes des Grundkörpers zwischen 0,2 und 0,7 mm pro Umdrehung betragen, und die Gewindesteigung des anderen Gewindeabschnittes, z. B. des Gewindeabschnittes des Schieberelementes zwischen 0,1 und 0,5 mm pro Umdrehung betragen, wobei beide Gewindeabschnitte ein Rechtsgewinde oder beide Gewindeabschnitte ein Linksgewinde aufweisen. Durch diese Maßnahme ergibt sich die resultierende Bewegung des Schieberelementes aus der Differenz der beiden Gewindesteigungen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebswelle zweiteilig ausgeführt, so dass sie aus einem Doppelgewindeelement mit den beiden Gewindeabschnitten sowie einem Antriebselement besteht. Doppelgewindeelement und Antriebselement sind vorzugsweise in Einstellrichtung relativ zueinander bewegbar. In Drehrichtung um die Wellenachse sind in einer bevorzugten Ausführungsform das Doppelgewindeelement und das Antriebselement jedoch formschlüssig miteinander verbunden. Vorzugsweise erfolgt die formschlüssige Verbindung durch eine im Wesentlichen schlitzförmige Ausnehmung und eine im Wesentlichen klingenförmiges Element, welches in die schlitzförmige Ausnehmung eingreift. Dabei kann die schlitzförmige Ausnehmung entweder an dem Doppelgewindeelement, dies entspricht der bevorzugten Ausführungsform, oder an dem Antriebselement angeordnet sein, während das klingeiförmige Element an die anderen Elemente, d. h. in der bevorzugten Ausführungsform am Antriebselement, angeordnet ist. Durch das Eingreifen des klingenförmigen Elementes in die schlitzförmige Ausneh- mung kann durch Drehen des Antriebselementes das Drehmoment formschlüssig auf das Doppelgewindeelement übertragen werden.
Die Verbindung des Doppelgewindeelement über ein Gewinde mit dem Werkzeuggrundkörper bewirkt, dass sich beim Betätigen des Antriebselementes nicht nur das Schieberelement, son- dem auch das Doppelgewindeelement in Einstellrichtung bewegt (z. B. in radialer Richtung gegenüber dem Werkzeuggrundkörper), jedoch in unterschiedlichem Ausmaß. Dadurch, dass Antriebselement und Doppelgewindeelement über das klingenförmige Element sowie die schlitzförmige Ausnehmung gekoppelt sind, kann das Antriebselement in Richtung der Einstellrichtung in seiner Position gehalten werden, ohne die Funktionalität der Einsteilvorrichtung zu gefährden. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen des Standes der Technik wird daher beim Einstellen des Schieberelementes das Antriebselement nicht in die Grundkörperbohrung hinein- oder herausgedreht, sondern verbleibt in Einstellrichtung, z. B. in radialer Richtung, an Ort und Stelle. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Antriebswelle einen Riffel ungsabschnitt mit einer Mehrzahl von Vertiefungen oder Rillen, wobei der Werkzeuggrundkörper einen elastischen Vorsprung aufweist, welcher in Bezug auf den Riffelungsabschnitt derart angeordnet ist, dass beim Drehen der Antriebswelle der Vorsprung nacheinander in mehrere Vertiefungen des Riffelungs- abschnittes eingreift. So kann der elastische Vorsprung beispielsweise als ein mit einem Federelement vorgespanntes Druckstück ausgebildet sein. Durch diese Maßnahme bekommt der Benutzer des Zerspanungswerkzeuges eine spürbare und in aller Regel auch hörbare Rückmeldung beim Einstellen des Antriebselementes. Die entsprechenden Rillen können äquidistant angeordnet sein, so dass beispielsweise das Drehen des Antriebselementes in einem Ausmaß, dass der elastische Vorsprung gerade von einer Rille in die nächste Rille eingreift, eine Verstellung des Schieberelementes um 1/1000 mm bewirkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden der Gewindeabschnitt des Grundkörpers und/oder der Gewindeabschnitt des Spindelelementes durch eine separate, jedoch fest im Grundkörper bzw. Spindelelement verbundene Hülse gebildet, wobei die Hülse vorzugsweise aus einer Kuper-Zinn-Zink-Gusslegierung gebildet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie der dazu- gehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine Ansicht von unten auf eine bevorzugter Ausführungsform der Erfindung,
Figur 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Figur 1 ,
Figur 3 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von Figur 2,
Figur 4 eine Teilschnittansicht entlang der Linie C-C von Figur 2, und
Figur 5 eine schematische Darstellung der Gewindeabschnitte einschließlich Federelement.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Zu erkennen ist in einer Ansicht von unten das Zerspanungswerkzeug 1 mit einer auf einem Schieberelement 3 gehaltenen Schneidplatte 2. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist die Halterung der Schneidplatte 2 in dem Schieberelement 3 nicht dargestellt.
In der in Figur 2 gezeigten Schnittansicht erkennt man, dass das Schieberelement 3 in einer entsprechenden Stufenbohrung im Werkzeuggrundkörper 4 aufgenommen ist. Das Schieberelement ist im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet und wird mit Hilfe der Verdrehsicherung 5 an einer Drehung um die Achse 6 gehindert. Im Inneren des Schieberelementes 3 ist eine Buchse 7 angeordnet, die mit dem Schieberelement 3 fest verbunden ist. Diese Buchse kann beispielsweise aus Rotguss hergestellt sein. Die Buchse 7 hat ein Innengewinde, welches den eingangs erwähnten Gewindeabschnitt des Schieberelementes bereitstellt. Das Schieberelement 3 hat einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Teils der Werkzeuggrundkörpergehäusebohrung mit größerem Innendurchmesser entspricht. Das Innengewinde der Buchse 7 tritt mit einem Gewindeabschnitt einer Doppelgewindespindel 8 in Eingriff. Die Doppelgewindespindel 8 weist einen zweiten Gewindeabschnitt auf, welcher mit einer mit dem Grundkörper 4 verbundenen Grundkörperbuchse 9 in Eingriff tritt. Die Grundkörperbuchse 9 kann ebenfalls aus Rotguss hergestellt sein. Die Dop- pelgewindespindel bildet zusammen mit dem als Schwertspindel 10 ausgebildeten Antriebselement die Antriebswelle. Die Doppelgewindespindel 8 weist eine schlitzförmige Ausnehmung auf, in der ein blatt- bzw. klingenförmiger Abschnitt der Schwertspindel 10 eingreift.
Die Schwertspindel 10 wird mit Hilfe eines Stegelementes 1 1 in dem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser der Werkzeuggrundkörperstufenbohrung gehalten.
Zum Einstellen des Schieberelementes und damit der exakten Position der Schneidplatte 2 kann die Schwertspindel 10 um ihre Längsachse 6 gedreht werden. Dadurch, dass das klingenformige Element der Schwertspindel in der schlitzförmigen Ausnehmung der Doppelgewindespindel sitzt, wird die Drehbewegung der Schwertspindel 10 auf die Doppelgewindespindel 8 übertragen. Da die Doppelgewindespindel 8 in einem Gewinde der Grundkörperbuchse 9 läuft, führt diese Drehung zu einer radialen Bewegung der Doppelgewindespindel 8. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Grundkörperbuchse 9 eine Gewindesteigung von 0,3 mm pro Umdrehung. Die Doppelgewindespindel 8 greift zugleich mit ihrem zweiten Gewinde, das in einer bevorzugten Ausführungsform eine Steigung von 0,25 mm pro Umdrehung haben kann, in das Innengewinde der Schieberbuchse 7 ein. Dies führt dazu, dass das Schieberelement 3 die Bewegung in radialer Richtung der Doppelgewindespindel 8 nicht vollumfänglich nachvollzieht, da das zweite Gewinde dafür sorgt, dass sich das Schieberelement 3 relativ zur Doppelwindespindel 8 in radialer Rich- tung bewegt. Im Ergebnis bewegt sich das Schieberelement um die Differenz der beiden Gewindesteigungen, d. h. um 0,05 mm pro Umdrehung der Schwertspindel.
Durch Drehen der Schwertspindel 10 kann somit das Schieberelement 3 in radialer Richtung fein eingestellt werden. Die Schwertspindel 10 hat neben dem blatt- bzw. klingenförmigen Abschnitt 15 einen Scheibenabschnitt 14, wobei die Scheibe an ihrer Außenkante eine Mehrzahl von Ausnehmungen bildenden Rillen aufweist. Wie insbesondere in Figur 4 zu erkennen ist, ist im Werkzeuggrundkörper 4 ein federnd vorgespanntes Druckstück 16 angeordnet, das in die entsprechenden Rillen des scheibenförmigen Abschnitts 14 der Schwertspindel 10 eingereift. Beim Drehen der Schwertspindel 10 wird daher das Druckstück 16 hörbar und fühlbar in die entsprechenden Rillen des scheibenförmigen Ab- Schnitts 14 der Schwertspindel 10 einrasten.
Weist das scheibenförmige Element 14 beispielsweise 50 äquidistant angeordnete Rillen auf, so können die Gewindesteigungen der entsprechenden Gewindeabschnitte derart gewählt werden, dass jeder„Klick", d. h. jede Drehung der Schwertspindel 10 um 1/50 Umdrehung und somit von Rille zu Rille, einer Radialbewegung des Schieberelementes 3 um 1/1000 mm entspricht. Erfindungsgemäß ist ein Federelement 13 vorgesehen, das in der gezeigten Ausführungsform sowohl am Grundkörper 4 bzw. an der am Grundkörper 4 befestigten Grundkörperbuchse 9 als auch am Schieberelement 3 angreift und das Schieberelement 3 nach außen, d. h. von der Schwertspindel 10 wegdrückt. Da die beteiligten Gewinde zwangsläufig ein gewisses Spiel haben, stellt sich die in Figur 5 schematisch dargestellte Situation ein. Man erkennt deutlich, dass die in Eingriff tretenden Gewindeabschnitte jeweils nur an der linken bzw. der rechten Gewindeflanke anliegen. Diese Situation stellt sich auch dann ein, wenn mit Hilfe der Schwertspindel 10 das Schieberelement 3 in radialer Richtung nach außen bewegt wird. Wird jedoch die Drehrichtung der Schwertspindel 10 umgekehrt, d. h. sollte das Schieberelement 3 weiter in den Grundkörper 4 hinein bewegt werden, so würde ohne das Federelement 13 zunächst bei der ersten Gewindeverbindung zwischen der Grundkörperbuchse 9 und der Doppelgewindespindel das Gewindeflankenspiel durchlaufen und im nächsten Schritt ebenfalls dann das Gewindeflankenspiel zwischen der Doppelgewindespindel 8 und der Schieberbuchse 7 durchlaufen werden. Erst nachdem beide Gewindeverbindungen die Gewindeflanken gewechselt haben, würde ein Weiterdrehen der Schwertspin- del 10 eine Bewegung des Schieberelementes 3 bewirken.
Ohne das Federelement 13 kann es bei der beschriebenen Konfiguration passieren, dass die Schwertspindel um 15 bis 20„Klicks", d. h. 15/50 bis 20/50 Umdrehungen gedreht werden muss, bis das Schieberelement in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird. Ein Rückschluss von der Stellung der Schwertspindel 10 auf die exakte Position des Schieberelementes 3 ist somit nicht möglich.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Federelementes 13 wird ein Flankenwechsel aufgrund des Gewindeflankenspiels sowohl beim ersten als auch beim zweiten Gewindeabschnitt der Doppelgewindespindel 8 wirksam verhindert. Ohne diese Flankenwechsel bleiben die beiden Gewinde vollständig spielfrei, so dass nun tatsächlich anhand der Lage der Schwertspindel 10 auf die radiale Position der Schneidplatte 2 rückgeschlossen werden kann. Daher weist die in den Figuren 1 bis 4 gezeigte Ausführungsform zusätzlich eine Skalenscheibe 12 auf, anhand der die Drehposition der Schwertspindel 10 abgelesen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Zerspanungswerkzeug
2 Schneidplatte
3 Schieberelement
4 Werkzeuggrundkörper
5 Verdrehsicherung
6 Achse
7 Schieberbuchse
8 Doppelgewindespindel
9 Grundkörperbuchse
10 Schwertspindel
1 1 Stegelement
12 Skalenscheibe
13 Federelement
14 scheibenförmiger Abschnitt
15 klingenförmiger Abschnitt
16 Druckstück