WERKZEUGAUFBAU

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugaufbau mit einer Längsachse A, bestehend aus einem ersten Teil mit einem Endabschnitt, der im Querschnitt senkrecht zur Längsachse A symmetrisch, im Wesentlichen oval mit einer Symmetrieachse in Richtung einer maximalen Höhe h und einer

Symmetrieachse in Richtung einer maximalen Breite b, ausgeführt ist, wobei h größer b ist, einem zweiten Teil mit einer Ausnehmung die zur Aufnahme des Endabschnittes über gegenseitige Kontaktflächen vorgesehen ist und mindestens einem Spannmittel zum gegenseitigen Verklemmen der Teile.

Derartige Werkzeugaufbauten werden insbesondere bei der Zerspanung von Metallen häufig verwendet und sind in den unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. So wird häufig ein den Schneideinsatz tragender Arbeitskopf mit einer Werkzeugaufnahme verbunden, wodurch die Verwendung von vielen unterschiedlichen Werkzeugköpfen auf ein und derselben Werkzeugaufnahme ermöglicht wird und somit modulare Werkzeugsysteme geschaffen werden.

Werkzeugaufbauten dieser Art sind beispielsweise in der WO 94/07637 oder in der EP 0 636 055 A1 beschrieben. Beiden Ausführungen dieser Werkzeugaufbauten ist gemeinsam, dass die Außenkontur der einzelnen Werkzeugteile im Wesentlichen kreisförmig ist, wodurch insbesondere bei Werkzeugen für die Innenbearbeitung, der für die Bearbeitung in Richtung der auftretenden Hauptschnittkräfte zur Verfügung stehende Raum nicht optimal genutzt wird. Dadurch leidet die Stabilität der Werkzeuge in erheblichem Maße. Ein weiterer Nachteil der Werkzeuge entsprechend der WO 94/07637 ist der konstruktiv sehr aufwendig ausgeführte Mechanismus zum sicheren lösbaren Verspannen der einzelnen Werkzeugteile.

Eine weitere in der Praxis häufig vorkommende Ausgestaltung von teilbaren Schneidwerkzeugen ist bei Bohrstangen bekannt, wo der Endabschnitt der Bohrstange in eine geeignete Bohrstangenaufnahme eingeführt und dort verspannt wird. Bei den meisten bekannten Ausführungen dieser Art ist der Bohrstangenschaft kreisförmig mit einer entsprechend gestalteten Ausnehmung

der Bohrstangenaufnahme ausgeführt. Wichtig ist dabei, dass der Bohrstangenschaft in einer genau festgelegten radialen Position in der Bohrstangenaufnahme festgelegt wird, um die Schneide am anderen Ende der Bohrstange optimal zu positionieren. Um dies zu gewährleisten ist der Bohrstangenschaft an der Oberseite in der Regel mit einer ebenen Fläche abgeflacht, auf welche die Enden mehrerer in der Bohrstangenaufnahme positionierter Klemmschrauben zur Fixierung der Bohrstange einwirken. Zum Einschieben des Bohrstangenschaftes in die Bohrstangenaufnahme muss jedoch ein gewisses Spiel vorhanden sein, wodurch es beim Festziehen der Klemmschrauben zu einem Verkanten der Bohrstange und damit einer nicht lagerichtigen Positionierung der Schneidkanten kommen kann. Weiters ist es von Nachteil, dass die Bohrstange nur in dem den Klemmschrauben gegenüberliegenden Bereich in der Bohrstangenaufnahme zur Anlage kommt. In den übrigen Bereichen ist zwischen Bohrstange und Bohrstangenaufnahme Spiel vorgesehen, wodurch es zu Vibrationen bei der Bearbeitung kommen kann.

Um eine lagerichtige Positionierung der Bohrstange in der Bohrstangenaufnahme zu erreichen, wurde entsprechend der EP 0 385 280 B1 vorgeschlagen, Bohrstangen an ihrem Endabschnitt zur Fixierung in der Bohrstangenaufnahme mit einem aus dem Umfang des Schaftes seitlich radial vorstehenden Vorsprung zu versehen. Die Ausnehmung der Bohrstange ist dieser Form entsprechend angepasst, wodurch eine lagerichtige Positionierung der Bohrstange in der Bohrstangenaufnahme erreicht wird. Der Rest der Bohrstange außerhalb des Endabschnittes ist wiederum im Wesentlichen kreisförmig ausgeführt, wodurch der eingangs beschriebene Nachteil in Bezug auf den nicht optimal ausgenutzten, zur Verfügung stehenden Raum bei der Innenbearbeitung von Bohrungen nach wie vor vorhanden ist.

Die DE 27 13529 A1 beschreibt eine Bohrstange, deren Schaftquerschnitt zumindest in dem Bereich der sich zur Innenbearbeitung in der Bohrung befindet, mit einem etwa elliptischen Querschnitt versehen ist. Dadurch wird erreicht, dass die Bohrstange bei der Bearbeitung in Bohrungen die optimale Raumausnutzung, verbunden mit einer hervorragenden Stabilität aufweist. Zum Einspannen der Bohrstange in einer geeigneten Bohrstangenaufnahme wird

jedoch vorgeschlagen, das zum Einspannen vorgesehene Ende entweder einstückig kreisförmig oder quadratisch auszugestalten oder mit einer entsprechend geformten Spannhülse zu versehen, welche über den elliptischen Schaft geschoben wird, um wieder den gewünschten kreisförmigen oder quadratischen Querschnitt zur Einführung in die Bohrstangenaufnahme zu erhalten. Die Idee den ellipsenförmigen Querschnitt direkt zur Aufnahme in der Bohrstangenaufnahme vorzusehen, ist dieser Vorveröffentlichung nicht zu entnehmen.

Die EP 0294348 B1 beschreibt einen Werkzeugaufbau, bei dem die einzelnen Werkzeugkomponenten unter anderem über einen oval geformten Vorsprung, der in eine entsprechend geformte Aussparung eingreift, miteinander verbunden werden. Der Vorsprung und die Aussparung sind dabei in der Längsachse des Werkzeugaufbaues konisch zusammenlaufend ausgeführt. Darüber hinaus sind der Vorsprung oder die Aussparung flexibel ausgeführt. Beim Verklemmen der einzelnen Werkzeugteile gegeneinander durch

Verschieben der Werkzeugteile in Richtung der Längsachse zueinander erfolgt der gegenseitige Kontakt der einzelnen Werkzeugteile über den gesamten Umfang von Vorsprung und Ausnehmung. Der Nachteil dabei ist, dass derartige Kontaktflächen extrem genau sein müssen und mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Werkzeugaufbau zu schaffen, der bei der Innenbearbeitung Vorteile in der Raumausnutzung bietet und der eine einfach zu fertigende, passgenaue und stabile Verbindung der einzelnen Werkzeugkomponenten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die gegenseitigen Kontaktflächen mit oder ohne Einbeziehung der Kontaktfläche eines Spannmittels, im Querschnitt gesehen, auf jeweils vier voneinander beabstandete, in etwa in Richtung der Längsachse A verlaufende

Flächenabschnitte beschränkt sind, welche in Bezug auf den Umfang des Endabschnittes derart symmetrisch angeordnet sind, dass der Mittelpunkt M der Verbindungsgeraden des Anfangs- und Endpunktes des jeweiligen

Flächenabschnittes von der Symmetrieachse in Richtung der maximalen

Höhe h einen Normalabstand bi und von der Symmetrieachse in Richtung der maximalen Breite b einen Normalabstand hi aufweist, wobei hi größer ist als bi. Die ovale Querschnittsform mit den vier symmetrisch am Umfang angeordneten Kontaktflächen am Werkzeugteil mit dem Endabschnitt ermöglicht eine einfache spielfreie radiale Positionierung im Werkzeugteil mit der Ausnehmung.

Gleichzeitig kann diese ovale Querschnittsform auch auf die Außenkonturen der Abschnitte des Werkzeugteiles mit dem Endabschnitt übertragen werden, der bei der Innenbearbeitung innerhalb der zu bearbeitenden Bohrung liegt. Dadurch wird der in der Bohrung für das Werkzeug maximal zur Verfügung stehende Platz optimal genutzt. Gegenüber runden Außenkonturen kann in der Praxis in der Richtung der maximal auftretenden Schnittkräfte dadurch je nach Auslegung des Werkzeuges eine um etwa 10 bis 50 Prozent größere Bauhöhe des Werkzeuges erreicht werden, wodurch die Stabilität der Verbindung und des Werkzeuges insgesamt merklich verbessert wird. Für die gebräuchlichsten Werkzeuge wird der erzielbare Gewinn an Bauhöhe bei etwa 25 Prozent liegen. Besonders wichtig ist, dass die einzelnen gegenseitigen Kontaktflächen entlang des Umfanges von Endabschnitt und Ausnehmung in Bezug auf die einzelnen Symmetrieachsen zwar symmetrisch, aber jeweils mit unterschiedlichem Abstand von den zwei Symmetrieachsen angeordnet sind. Dadurch ergibt sich beim gegenseitigen Verklemmen der Werkzeugteile durch geeignete

Spannmittel eine optimale Kraftverteilung auf die einzelnen Kontaktflächen.

Der erfindungsgemäße Werkzeugaufbau kann für die unterschiedlichsten Werkzeugkomponenten angewendet werden. So kann insbesondere ein Schneidwerkzeug direkt oder auch über ein Zwischenstück bzw. einen Adapter mit einer Werkzeugaufnahme oder mit der Maschinenspindel über diesen Werkzeugaufbau verbunden werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die ovale Außenkontur des Endabschnittes des zu verbindenden Werkzeugteiles durch zwei Kreisbögen gebildet wird, deren Mittelpunkte auf der Symmetrieachse in Richtung der maximalen Breite b, mit gleichem Abstand beidseits vom Schnittpunkt mit der Symmetrieachse in Richtung der maximalen Höhe h entfernt liegen. Durch eine

derartige Ausgestaltung wird eine besonders einfache Fertigung der ovalen Außenkontur ermöglicht.

Von Vorteil ist es auch, wenn die einzelnen Kontaktflächen der zu verbindenden Werkzeugteile jeweils als eine in Richtung der Längsachse der Werkzeugteile verlaufende ebene Fläche ausgeführt sind, die dann besonders leicht gefertigt werden können. Auf diese Weise wird eine hochgenaue Passung der beiden Werkzeugteile erreicht.

Beim Werkzeugteil mit der Ausnehmung zur Aufnahme des Werkzeugteiles mit dem ovalen Endabschnitt ist es lediglich erforderlich, dass diese vier Kontaktflächen den vier Kontaktflächen auf der Außenkontur des Endabschnittes exakt angepasst sind. Bei der Ausgestaltung der restlichen Flächen ist es von Vorteil, wenn diese mit geringem Spiel der entsprechenden Außenkontur des Endabschnittes angepasst sind, um die maximale Festigkeit der Aufnahme zu gewährleisten.

Wenn der erfindungsgemäße Werkzeugaufbau zur Verbindung von Werkzeugteilen eingesetzt wird, bei denen der Endabschnitt gegenüber dem restlichen Werkzeugabschnitt mit verminderten Außenabmessungen abgesetzt ist, wie es beispielsweise bei modularen Werkzeugsystemen der Fall ist, ist es von Vorteil, wenn beim Werkzeugteil mit dem Endabschnitt auch der Bereich außerhalb des Endabschnittes und beim Werkzeugteil mit der Ausnehmung auch die Außenkontur dieses Teiles der Außenkontur des Endabschnittes weitgehend angepasst ist. Auf diese Weise wird auch bei modularen Werkzeugsystemen eine optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Platzes bei der Innenbearbeitung für das Werkzeug erreicht.

Ideal ist es, wenn der erfindungsgemäße Werkzeugaufbau bei der Verbindung von einer Bohrstange mit der entsprechenden Bohrstangenaufnahme eingesetzt wird, wobei dann der ovale Querschnitt so gewählt wird, dass die Symmetrieachse in Richtung der maximalen Höhe h etwa senkrecht zur Werkzeugbezugsebene P _r durch jeweils gleiche ausgewählte Schneidenpunkte

senkrecht zur angenommenen Schnittrichtung entsprechend DIN 6581 angeordnet ist. Dadurch werden bei einem Werkzeug das hinsichtlich Stabilität bei der Zerspanung besonders anfällig ist, optimale Verhältnisse, verbunden mit einer leichten präzisen, gegenseitigen Verschiebbarkeit der beiden Werkzeugteile erreicht.

Wenn der erfindungsgemäße Werkzeugaufbau zwischen Bohrstange und Bohrstangenaufnahme vorgesehen wird, ist es vorteilhaft, die gegenseitige Verspannung der Werkzeugteile dadurch zu erreichen, dass die Bohrstangenaufnahme durch einen in die Ausnehmung mündenden Schlitz in der Mitte zwischen zwei Kontaktflächen elastisch ausgeführt ist, wobei die elastisch verbundenen Abschnitte durch eine Spannschraube zusammenpressbar sind.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit Bohrstange und Bohrstangenaufnahme miteinander zu verspannen ist die Verwendung eines in der

Bohrstangenaufnahme verstellbaren Klemmteiles der über eine Spannschraube gegen eine der Kontaktflächen am Endabschnitt der Bohrstange verspannt wird.

Wenn der erfindungsgemäße Werkzeugaufbau bei rotierenden oder modularen Werkzeugsystemen zum Einsatz kommt ist es vorteilhaft, den Endabschnitt und die Ausnehmung in der Längsachse konisch zusammenlaufend auszuführen und die Verspannung der Werkzeugteile durch gegenseitige Lageveränderung von Endabschnitt und Ausnehmung in Richtung Längsachse der Werkzeugteile vorzunehmen. Bei einer derartigen Verbindung der Werkzeugteile ist es von Vorteil, wenn der Werkzeugteil mit dem Endabschnitt und der Werkzeugteil mit der Ausnehmung zusätzlich gegenseitige Plananlageflächen aufweisen, welche die Stabilität der Verbindung weiter erhöhen.

Die gegenseitige Lageveränderung von Endabschnitt und Ausnehmung in Richtung der Längsachse der Werkzeugteile lässt sich auf einfache Weise durch eine axial angeordnete Spannschraube mit zwei Gewindeabschnitten unterschiedlicher Steigung erreichen. Aber ebenso sind automatische

Möglichkeiten wie hydraulisch oder mechanisch verstellbare Spannstangen oder auch andere Spannsysteme denkbar.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 einen erfindungsgemäßen Werkzeugaufbau in perspektivischer

Ansicht im getrennten Zustand Figur 2 den erfindungsgemäßen Werkzeugaufbau nach Figur 1 im verbundenen Zustand im Querschnitt

Figur 3 den erfindungsgemäßen Werkzeugaufbau nach Figur 1 im verbundenen Zustand im Längsschnitt

Figur 4 die Variante eines erfindungsgemäßen Werkzeugaufbaus in perspektivischer Ansicht Figur 5 den erfindungsgemäßen Werkzeugaufbau nach Figur 4 im Querschnitt Figur 6 eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen

Werkzeugaufbaus ähnlich dem in Figur 4 im Querschnitt

In den Figuren 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Werkzeugaufbau in Form eines teilbaren Drehwerkzeuges mit einem Werkzeugkopf -1 - mit einer auswechselbaren Wendeschneidplatte -18- und einer

Werkzeugkopfaufnahme -2- zur Aufnahme des Werkzeugkopfes -1- dargestellt. Der Werkzeugkopf -1 - weist einen Endabschnitt -3- mit einem im Querschnitt senkrecht zur Werkzeuglängsachse A symmetrischen, im Wesentlichen ovalen Querschnitt auf, der in Richtung der Längsachse A des Werkzeuges geringfügig konisch zusammenläuft. Der Endabschnitt -3- weist eine Symmetrieachse -15- in Richtung der maximalen Höhe h des Querschnittes und senkrecht dazu eine Symmetrieachse -16- in Richtung der maximalen Breite b des Querschnittes auf. Der Endabschnitt -3- weist weiters am Umfang vier symmetrisch angeordnete, voneinander beabstandete ebene Kontaktflächen -5- auf, die in etwa in Richtung der Längsachse A des Werkzeuges verlaufen. Die

Kontaktflächen -5- sind dabei derart angeordnet, dass sie jeweils von der Symmetrieachse -15-, im Querschnitt gesehen, einen Normalabstand bi und von der Symmetrieachse -16- einen Normalabstand hi aufweisen, wobei der

Abstand In ₁ größer ist als der Abstand bi . Diese Abstände werden dabei unabhängig davon, ob die Kontaktflächen -5- eben zusammengesetzt oder kurvenförmig verlaufen vom Mittelpunkt M der Verbindungsgeraden aus festgelegt, welche Anfangs- und Endpunkt der jeweiligen Kontaktfläche -5- verbindet. Außerhalb des Endabschnittes -3- weist der Werkzeugkopf -1 - eine Außenkontur auf, die als vergrößerte konzentrische Kurvenform in etwa der Außenkontur des Endabschnittes -3- angepasst ist. Dadurch wird eine Stufe mit einer Fläche -10- gebildet, die zur Plananlage mit einer entsprechenden Gegenfläche -11- der Werkzeugkopfaufnahme -2- dient. Die Werkzeugkopfaufnahme -2- ist an einem Ende mit einer Ausnehmung -4- zur Aufnahme des Endabschnittes -3 des Werkzeugkopfes -1 - und am anderen Ende mit einem Endabschnitt -17- zur Befestigung in einer Werkzeugaufnahme ausgeführt. Die Ausnehmung -A- weist vier symmetrisch am Umfang angeordnete Kontaktflächen -6- auf, welche bei zusammengesetztem Werkzeug mit den Kontaktflächen -5- des Endabschnittes -3- des Werkzeugkopfes -1 - in Eingriff stehen. Außerhalb dieser Kontaktflächen -6- ist die Form der Ausnehmung -4- mit geringfügigem Spiel in etwa der Außenkontur des Endabschnittes -3- angepasst. Die Außenkontur der Werkzeugkopfaufnahme -2- im Bereich der Ausnehmung -4- und einem weiteren daran anschließenden Abschnitt ist der Außenkontur des vorderen Bereiches des Werkzeugkopfes -1 - angepasst, wodurch eine Stirnfläche -11 - gebildet wird, die zur Plananlage an der Gegenfläche -10- des Werkzeugkopfes -1- dient. Mit einer Spannschraube -8-, die zwei Gewindeabschnitte mit unterschiedlicher Steigung aufweist, werden Werkzeugkopf -1 - und Werkzeugkopfaufnahme -2- bis zur Plananlage der Flächen -10- und -11 - miteinander verspannt.

Die Figuren 4 bis 6 zeigen einen erfindungsgemäßen Werkzeugaufbau in Form einer Bohrstange -1 - und einer Bohrstangenaufnahme -2-. In diesem Fall weist die Bohrstange -1- über ihre gesamte Länge mit Ausnahme des die Wendeschneidplatte -18- tragenden Kopfes einen symmetrischen, im

Wesentlichen ovalen gleich bleibenden Querschnitt mit den erfindungsgemäß angeordneten Kontaktflächen -5- auf. Die Symmetrieachse -15- in Richtung der maximalen Höhe h der Bohrstange ist dabei senkrecht zur

Werkzeugbezugsebene P _r durch jeweils gleiche, ausgewählte Schneidenpunkte -13- der Wendeschneidplatte -18- senkrecht zur angenommenen Schnittrichtung -14- entsprechend DIN 6581 angeordnet. Auf diese Weise wird bei optimaler Raumausnutzung eine verbesserte Stabilität der Bohrstange erreicht. Die Bohrstangenaufnahme -2- weist eine entsprechend angepasste Ausnehmung -4- mit Kontaktflächen -6- auf. Die Bohrstange -1 - kann in der Bohrstangenaufnahme -2- innerhalb eines weiten Bereiches verschoben und in der gewünschten Position festgeklemmt werden. Die sichere Verspannung der beiden Teile gegeneinander wird dabei durch die Kontaktfläche -6- eines Spannkeiles -9- erreicht, der durch eine Spannschraube -8- gegen eine Kontaktfläche -5- der Bohrstange -1 - gezogen wird, was in Figur 5 dargestellt ist.

Eine Variante für eine Möglichkeit der Fixierung der Bohrstange -1- in der Bohrstangenaufnahme -2- ist in der Figur 6 dargestellt. In dieser Ausführung ist die Bohrstangenaufnahme -4- durch einen Schlitz -7- zwischen zwei

Kontaktflächen -6- elastisch mit etwas Spiel gegenüber dem Endabschnitt -3- der Bohrstange -1- ausgeführt. Die sichere Verklemmung von Bohrstange -1 - und Bohrstangenaufnahme -2- erfolgt durch Zusammenpressen der durch den Schlitz -7- elastisch verbundenen Abschnitte durch die Spannschraube -8-.