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 .

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) .

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.

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.

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.

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.

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. In der Praxis kommen daneben auch schon Werkzeughalter zum Einsatz, in die der Werkzeugschaft nicht unmittelbar eingeschrumpft wird, sondern ebenfalls unter Zwischenschaltung einer Reduzierhülse.

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.

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.

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) . Es ist daher die Aufgabe der Erfindung eine Reduzierhülse anzugeben, die eine verbesserte Zentrierung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

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.

Dies gilt in noch stärkerem Maß dann, wenn die Schlitze gleichmäßig über den Umfang der Reduzierhülse verteilt angeordnet sind.

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.

Vorteilhafterweise weisen die Schlitze Drall relativ zur gedachten Mittellinie der Reduzierhülse auf. Die Schlitze haben in diesem Fall eine sehräübeήartige Gestalt und sind somit im Regelfall hochgradig symmetrisch relativ zur Mittellinie, was zu einem besonders gleichmäßigen Verhalten der Reduzierhülse führt. 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.

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.

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.

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.

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. Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung werden anhand der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele und insbesondere auch deren Figuren erkennbar. Es zeigen hierbei:

Figur 1: eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeughalters mit eingesetzter Reduzierhülse;

Fig. 2: eine Detailansicht der in den Werkzeughalter eingesetzten Reduzierhülse gemäß Fig. 1;

Fig. 3: eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Reduzierhülse;

Fig. 4: eine perspektivische Ansicht der Reduzierhülse gemäß Fig. 3;

Fig. 5: eine Stirnansicht der von Fig. 3 gezeigten Reduzierhülse von links her gesehen;

Fig. 6: die Ansicht eines Schnittes durch die von Fig. 3 gezeigte Reduzierhülse entlang der Linie A - A (vgl. Fig. 5);

Fig. 7: eine Ansicht eines Schnittes durch die von Fig. 3 gezeigte Reduzierhülse entlang der Linie B - B (vgl. Fig. 3).

Die Figur 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 Bl offenbart, auf das hier zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.

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.

Die Figur 2 zeigt eine detaillierte Schnittansicht der in den Werkzeughalter 1 eingesetzten Reduzierhülse 2, während die Fig. 3 die erfindungsgemäße Reduzierhülse 2 für sich allein gesehen in ausgebautem Zustand zeigt.

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.

Jeder der von der Figur 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.

Wie der Dallwinkel definiert ist, veranschaulicht die Fig. 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.

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.

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.

Wie in Fig. 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.

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.

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 Fig. 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.

Wie anhand der Fig. 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.

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 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.

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

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. Anzumerken ist noch, dass es Prinzip auch denkbar ist, mehrere der erfindungsgemäßen Reduzierhülsen zu verwenden, die ineinanderpassen, also sozusagen eine mehrfache Durchmesserreduzierung vorzunehmen.

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.

Bezugszeichenliste

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

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)