BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspru- ches 1 sowie eine Prozessanordnung bestehend aus dem Fräswerkzeug und einem Werkstück.

Mit einem gattungsgemäßen Fräswerkzeug wird speziell eine Werkstück schulter in einer Werkstückoberfläche hergestellt. Die Werkstückschulter weist einen Werkstückboden auf, der an einer Innenecke in eine davon hoch gezogene Schulterfläche übergeht. Im fertig fräsbearbeiteten Werkstück weist die Werkstückschulter in einer Vorschubrichtung des Fräswerkzeugs ein offenes Schulterprofil auf, bei dem Werkstückboden und die Schulterflä che an einer Profilkante in eine Werkstückseite übergehen.

Speziell bei der Fräsbearbeitung eines Werkstücks mit sprödem Material, etwa Grauguss, kann es im Bereich der Profilkante zu einem Material-Aus- brechen kommen, sofern sich die Frässchneiden in der Vorschubrichtung der Werkstückseite nähern. Solche Material-Ausbrüche können die Eigenschaf- ten des fräsbearbeiteten Werkstücks, etwa Dichtigkeit, beeinträchtigen.

Um Material-Ausbrüche an der Profilkante zu vermeiden, erfolgt im Stand der Technik die Fräsbearbeitung der Werkstückschulter in mehreren Fräspro zessschritten. Im letzten Fräsprozessschritt wird ein ausreichend geringer Materialabtrag gefräst, um Material-Ausbrüche an der Profilkante zu vermei den. Eine solche mehrfach durchgeführte Fräsbearbeitung ist jedoch mit ho her Prozessdauer verbunden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Prozessanordnung mit einem Fräswerkzeug bereitzustellen, bei dem die Werkstück-Fräsbearbeitung im Vergleich zum Stand der Technik mit reduzierter Prozessdauer sowie unter Vermeidung von Material-Ausbrüchen ermöglicht ist.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung geht von einer Prozessanordnung aus, bei der ein Fräswerk zeug eine Werkstückoberfläche bearbeitet. In der Werkstückoberfläche wird eine Werkstückschulter hergestellt. Diese weist einen Werkstückboden auf, der an einer Innenecke in eine davon hochgezogene Schulterfläche über geht. Im Fräsprozess ist eine Rotationsachse des Fräswerkzeugs rechtwink lig zum Werkstückboden ausgerichtet. Im fertig fräsbearbeiteten Werkstück kann die Werkstückschulter in der Vorschubrichtung des Fräswerkzeugs ein offenes Schulterprofil aufweisen, bei dem der Werkstückboden und die Schulterfläche an einer Profilkante in eine Werkstückseite übergehen. Ge mäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das Fräswerkzeug zur Fräsbearbeitung des Werkstückbodens an seiner Werkzeug-Stirnseite zumindest eine quer zur Rotationsachse verlaufende Bodenfrässchneide auf. Zudem weist das Werkzeug zur Fräsbearbeitung der Werkstückschulter zu mindest eine Schulterfrässchneide auf, die entlang der Rotationsachse ver läuft.

Um speziell bei sprödem Werkstück-Material an der Profilkante ein Material- Ausbrechen zu vermeiden, sind die folgenden Maßnahmen von Vorteil: So kann die Schulterfrässchneide aufgeteilt sein in eine Schulterfräs-Haupt- schneide und in eine Schulterfräs-Nebenschneide. Die Flaupt- und Neben schneide können voneinander separat jeweils einen ausreichend geringen Materialabtrag an der Werkstückschulter bewirken, wodurch ein Material- Ausbrechen unterbindbar ist.

Flierzu kann sich die Schulterfräs-Nebenschneide von der Werkzeug-Stirn seite über eine Axiallänge bis zu einer Schneidenecke erstrecken. An der Schneidenecke kann im weiteren Verlauf eine sich nach radial innen erstre ckende Schneidenflanke anschließen. Diese kann im Fräsprozess im We sentlichen außer Fräseingriff mit der Schulterfläche sein.

Zudem kann sich die Schulterfräs-Flauptschneide in Richtung Werkzeug- Stirnseite bis zu einer Schneidenecke erstrecken, die mit Axialabstand zur Werkzeug-Stirnseite angeordnet ist. An diese Schneidenecke kann sich im weiteren Verlauf in Richtung Werkzeug-Stirnseite eine nach radial innen er streckende Schneidenflanke anschließen.

In der obigen Schneiden-Geometrie ist somit die Schulterfräs-Neben- schneide unmittelbar an der Werkzeug-Stirnseite ausgebildet, während die Schulterfräs-Flauptschneide mit Axialabstand von der Werkzeug-Stirnseite beabstandet ist.

Um ein Material-Ausbrechen zu vermeiden, ist es zudem bevorzugt, wenn die Schulterfräs-Flauptschneide und die Schulterfräs-Nebenschneide in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Drehwinkel voneinander beabstandet sind. Zudem ist es bevorzugt, wenn die Schulterfräs-Flauptschneide und die Schulterfräs-Nebenschneide in der Axialrichtung nebeneinander, insbeson dere mit geringfügiger Überlappung, angeordnet sind, damit diese einen im Wesentlichen glattflächigen Profilverlauf der Schulterfläche erzeugen kön nen. Flierzu ist es von Vorteil, wenn einerseits der Axialabstand der Schulter fräs-Flauptschneide zur Werkzeug-Stirnseite und andererseits die Axiallänge der Schulterfräs-Nebenschneide in etwa gleich groß bemessen sind (gege benenfalls unter Berücksichtigung eines geringfügigen Überlappmaßes).

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Schulterfräs-Neben schneide nicht separat von der Bodenfrässchneide (das heißt zum Beispiel um einen separaten Drehwinkelversatz davon beabstandet) angeordnet, sondern vielmehr in die Bodenfrässchneide integriert. In diesem Fall kann die an der Werkzeug-Stirnseite quer verlaufende Bodenfrässchneide an einer Schneidenecke unmittelbar in die Schulterfräs-Nebenschneide übergehen.

Im FHinblick auf einen glatten Profilverlauf der Schulterfläche ist es von Vorteil, wenn sowohl die Schulterfräs-Hauptschneide als auch die Schulter- fräs-Nebenschneide zumindest im Überlappungsbereich auf gleichen Durch messern liegen. In einer ersten Ausführungsvariante können sämtliche Frässchneiden des Fräswerkzeugs materialeinheitlich und einstückig durch Schleifbearbeitung im Fräswerkzeug integriert sein. Alternativ dazu können die Frässchneiden auch als separate Schneidelemente ausgebildet sein. Die Schneidelemente können an einem Werkzeug-Grundkörper des Fräswerkzeugs lösbar mon- tiert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Fräswerkzeug wird mit Hilfe der Schulterfräs- Hauptschneide ein erster Materialabtrag durchgeführt, bei dem ein Werk- stück-Aufmaß an der Innenecke noch unbearbeitet bleibt. Mittels der Schul- terfräs-Nebenschneide erfolgt ein zweiter Materialabtrag, bei dem das Werk- stück-Aufmaß an der Innenecke abgetragen wird, wodurch die Werkstück schulter fertigstellbar ist.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefüg- ten Figuren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prozessanordnung mit einem Fräswerkzeug und einem

Werkstück;

Fig. 2 und 3 jeweils unterschiedliche Ansichten des Fräswerkzeugs;

Fig. 4 und 5 jeweils modellhafte Ersatzbilder des Fräswerkzeugs, anhand derer die Wirkungsweise des Fräswerkzeugs veranschaulicht ist;

Fig. 6 bis 8 in schematischen Ansichten ein Fräswerkzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Fräswerkzeugs;

Fig. 10 und 11 jeweils unterschiedliche Werkstückschulter-Geometrien; und

Fig. 12 in einer Ansicht entsprechend der Fig. 1 ein nicht von der Er findung umfasstes Vergleichsbeispiel.

In Figur 1 ist eine Prozessanordnung gezeigt, die aus einem Fräswerkzeug 1 und einem Werkstück 3 besteht. Das noch unbearbeitete Werkstück 3 ist in der Figur 1 quaderförmig ausgebildet. Mit Hilfe des Fräswerkzeugs 1 wird das gestrichelt angedeutete Werkstück-Material durch Fräsbearbeitung ab getragen. Dabei wird an der Werkstückoberfläche eine Werkstückschulter 5 hergestellt. Diese weist einen Werkstückboden 7 auf, der an einer Innenecke 9 in eine davon hochgezogene Schulterfläche 11 übergeht. Während der Fräsbearbeitung ist eine Rotationsachse R des rotierenden Fräswerkzeugs 1 rechtwinklig zum Werkstückboden ausgerichtet. Zudem wird das Fräswerk zeug 1 entlang einer Vorschubrichtung v bewegt. Im fertig fräsbearbeiteten Werkstück 1 weist die Werkstückschulter 5 in der Vorschubrichtung v des Fräswerkzeugs 1 ein offenes Schulterprofil 5, bei dem der Werkstückboden 7 und die Schulterfläche 11 in der Vorschubrichtung v an einer Profilkante 13 in eine Werkstückseite 15 übergehen.

Der Kern der Erfindung besteht in der Geometrie des Fräswerkzeugs 1 , die so ausgelegt ist, dass Material-Ausbrüche 43 (Fig. 12) an der Profilkante 13 vermieden werden können. Flierzu sind am Fräswerkzeug 1 die folgenden Maßnahmen verwirklicht: so ist das Fräswerkzeug 1 als Kombinationswerk zeug realisiert, das insgesamt beispielhaft sechs Bodenfrässchneiden 17 so wie sechs Schulterfrässchneiden (23, 25) aufweist. Jede der Bodenfräss chneide 17 verläuft an der Werkzeug-Stirnseite 21 quer zur Rotationsachse R. Demgegenüber verlaufen die Schulterfrässchneiden (23, 25) jeweils ent lang der Rotationsachse R. Im Hinblick auf ein Vermeiden von Material-Aus brüchen 43 (Fig. 12) speziell im Bereich der Innenecke 9 ist in den Figuren 2 und 3 jede der Schulterfrässchneiden (23, 25) aufgeteilt in eine Schulterfräs- Hauptschneide 23 und in eine Schulterfräs-Nebenschneide 25.

Wie aus der Figur 2 und 3 weiter hervorgeht, geht jede an der Werkzeug- Stirnseite 21 quer verlaufende Bodenfrässchneide 17 an einer Schneiden ecke 27 in eine Schulterfräs-Nebenschneide 25 über. Die Schulterfräs-Ne benschneide 25 erstreckt sich von der Werkzeug-Stirnseite 21 über eine Axi allänge I bis zu einer oberen Schneidenecke 29. An der oberen Schneiden ecke 29 schließt sich im weiteren Verlauf in Richtung Werkzeug-Spannschaft eine nach radial innen erstreckende Schneidenflanke 33 an. Die Schneiden flanke 33 (Fig. 4) ist im Fräsprozess im Wesentlichen außer Fräseingriff mit der Schulterfläche 11.

Jede der Schulterfräs-Flauptschneiden 23 ist wie folgt realisiert: So erstreckt sich die jeweilige Schulterfräs-Flauptschneide 23 in Richtung Werkzeug- Stirnseite 21 bis zu einer Schneidenecke 35. Diese ist mit Axialabstand a zur Werkzeug-Stirnseite 21 positioniert. An die Schneidenecke 35 schließt sich im weiteren Verlauf eine nach radial innen erstreckende Schneidenflanke 37 an. Diese geht an einer stirnseitigen Schneidenecke 40 in eine stirnseitige Querschneide 42 über. Die stirnseitige Querschneide 42 ist in der Fig. 4 um ein Versatzmaß Dci von der Bodenfrässchneide 17 zurückgesetzt. Die stirn seitige Querschneide 42 der Schulterfräs-Flauptschneide 23 geht nach radial innen an einer radial inneren Schneidenecke 46 in eine Innen-Freiflanke 38 über, die um einen Freiwinkel CM von der Werkzeug-Stirnseite 21 zurückge setzt ist.

Die Bodenfrässchneide 17 geht an einer radial inneren Schneidenecke 50 nach radial innen in eine Innen-Freiflanke 18 über, die um einen Freiwinkel 02 (Fig. 4) von der Werkzeug-Stirnseite 21 zurückgesetzt ist.

Gemäß der Figur 2 sind die Schulterfräs-Flauptschneiden 23 und die Schul- terfräs-Nebenschneiden 25 in der Werkzeug-Umfangsrichtung in variieren den Teilungsabständen ti, t2 voneinander beabstandet. Zudem sind die Schulterfräs-Flauptschneiden 23 und die Schulterfräs-Nebenschneiden 25 in Axialrichtung nebeneinander, jedoch mit geringfügiger Überlappung Dc2 (Fig. 4) angeordnet. Gemäß der Figur 2 ist jeder der Frässchneiden 17, 23, 25 je weils ein Spanraum 39a, 39b in Drehrichtung vorgelagert. Die Größe der Spanräume 39a, 39b ist in Abhängigkeit von der Schneidenbelastung der zu geordneten Frässchneide 17, 23, 25 ausgelegt. Bei einem reduzierten Span raum 39b ist der Teilungsabstand ti zwischen daran angrenzenden Fräss chneiden 17, 23 reduzierbar. Von daher variieren die Teilungsabstände ti, t2 zwischen benachbarten Frässchneiden 17, 23 in Abhängigkeit von der Größe des jeweiligen Spanraums 39a, 39b. Dadurch ist zusätzlicher Bau raum für die Anordnung der Frässchneiden 17, 23 bereitstellbar.

In dem Ersatzbild gemäß der Figur 4 sind grob schematisch mit durchgezo gener Linie der Konturverlauf einer Bodenfräs-Schneide 17 mit daran an schließender Schulterfräs-Nebenschneide 25 gezeigt. Zudem ist in der Figur 4 mit gestrichelter Linie ein Konturverlauf der Schulterfräs-Hauptschneide 23 überlagert. Wie aus der Figur 4 hervorgeht, liegen die Schulterfräs-Haupt schneide 23 und die Schulterfräs-Nebenschneide 25 auf gleichem Durch messer d. In der Fig. 4 ist zudem der Zahnvorschub vz pro Umdrehung in Vorschubrichtung v angedeutet, der zum Beispiel bei 0,1 mm liegen kann.

In dem Ersatzbild gemäß der Figur 5 sind der Konturverlauf der Bodenfräs- Schneide 17 mit daran anschließender Schulterfräs-Nebenschneide 25 mit gestrichelter Linie gezeigt. Der Konturverlauf der Schulterfräs-Hauptschneide 23 ist dagegen mit durchgezogener Linie gezeigt.

Nachfolgend wird anhand der Figuren 4 und 5 ein Fräsprozess beschrieben: Demzufolge erfolgt mittels der Schulterfräs-Hauptschneide 23 ein erster Ma terialabtrag, bei dem ein Werkstück-Aufmaß m an der Innenecke 9 des Werkstückes 3 noch unbearbeitet bleibt. Mittels der Schulterfräs-Neben schneide 25 erfolgt ein zweiter Materialabtrag, bei dem das Werkstück-Auf maß m (Fig. 5) an der Innenecke 9 abgetragen wird, und zwar unter Fertig stellung der Werkstückschulter 5. In den Figuren 1 bis 3 ist das Fräswerkzeug 1 als ein geschliffenes Vollmate rial-Bauteil realisiert, bei dem die Frässchneiden 17, 23, 25 materialeinheit lich und einstückig durch Schleifbearbeitung im Fräswerkzeug 1 integriert sind. Alternativ dazu ist in der Figur 6 bis 8 ein Fräswerkzeug 1 gemäß ei nem zweiten Ausführungsbeispiel angedeutet. In den Figur 6 bis 8 sind die Frässchneiden 17, 23, 25 nicht mehr im Fräswerkzeug materialeinheitlich und einstückig integriert, sondern vielmehr als separate Schneidelemente bereitgestellt. Diese sind an Schraubstellen 44 an einem Werkzeug-Grund- körper 41 des Fräswerkzeugs 1 montiert. In der Fig. 9 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel angedeutet, in dem die Frässchneiden 17, 23, 25 als sepa rate Schneidelemente bereitgestellt sind und an Lötstellen 45 mit dem Werk- zeug-Grundkörper 41 verlötet sind.

Mit Hilfe des in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Fräswerkzeugs wird die in den Fig. 1 , 4 und 5 dargestellte Werkstückschulter-Geometrie erzeugt, in der die Schulterfläche 11 rechtwinklig zum Werkstückboden 7 ausgerichtet ist. Die erfindungsgemäße Fräsbearbeitung ist jedoch nicht auf diese spezielle Werkstückschulter-Geometrie beschränkt. Je nach Gestaltung der Boden frässchneide 17, der Schulterfräs-Hauptschneide 23 und der Schulterfräs- Nebenschneide 25 sind auch beliebige andere Werkzeugschulter-Geomet rien erzeugbar. Beispielhaft ist in der Fig. 10 eine Werkzeugschulter-Geo metrie angedeutet, in der zwischen dem Werkstückboden 7 und der Schul terfläche 11 ein spitzer Winkel aufgespannt ist, wodurch sich im Inneneckbe reich der Schulter eine Hinterschneidung bildet. Alternativ dazu ist in der Fig.

11 eine Werkstückschulter-Geometrie angedeutet, in der zwischen dem Werkstückboden 7 und der Schulterfläche 11 ein stumpfer Winkel aufge spannt ist.

In der Fig. 12 ist in einer Ansicht entsprechend der Fig. 1 eine Fräsbearbei tung gemäß einem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel an gedeutet. Demnach wird die Werkstückschulter 5 im Werkstück 3 mit einem herkömmlichen Fräswerkzeug V erzeugt. Das Werkstück 3 besteht aus sprö dem Material, etwa Grauguss. In der konventionellen Fräsbearbeitung kommt es an den Werkstückkanten zu Material-Ausbrüchen 43, sofern sich die Frässchneiden der Werkstückseite nähern. Die Material-Ausbrüche 43 beeinträchtigen die Eigenschaften des fräsbearbeiteten Werkstücks, etwa die Dichtigkeit an der Werkstück-Oberfläche.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1 Fräswerkzeug

3 Werkstück 5 Werkstückschulter

7 Werkstückboden 9 Innenecke 11 Schulterfläche 13 Profilkante 15 Werkstückseite

17 Bodenfrässchneide

18 Innen-Freiflanke der Bodenfrässchneide 21 Werkzeug-Stirnseite 23 Schulterfräs-Hauptschneide 25 Schulterfräs-Nebenschneide

27, 29 Schneidenecken der Schulterfräs-Nebenschneide 33 Schneidflanke der Schulterfräs-Nebenschneide 35 Schneidenecke der Schulterfräs-Hauptschneide 37 Schneidenflanke der Schulterfräs-Hauptschneide 38 Innen-Freiflanke der Schulterfräs-Hauptschneide

39a, 39b Spanräume

40 stirnseitigen Schneidenecke

41 Werkzeug-Grundkörper

42 stirnseitige Querschneide 43 Material-Ausbrüche

44 Schraubstellen

45 Lötstellen

46 radial inneren Schneidenecke 50 radial inneren Schneidenecke v Vorschubrichtung R Rotationsachse a Axialabstand I Axiallänge

Dci Versatzmaß DC2 Überlappmaß d Durchmesser ti, t ₂ Teilungsabstände m Werkstück-Auf m a ß Zahnvorschub pro Umdrehung ai, 02 Freiwinkel