DE10104782A1 - Vorrichtung zur Materialpartikelabführung für ein materialabtragendes Bearbeitungswerkzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Materialpartikelabführung für ein materialabtragendes, in mindestens einer Bearbeitungsrichtung bewegbares Bearbeitungswerkzeug, die ein Erfassungselement aufweist, welches das Bearbeitungswerkzeug quer zur Bearbeitungsrichtung umgibt und parallel zur Bearbeitungsrichtung federelastisch nachgiebig ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Erfassungselement von einer das Bearbeitungswerkzeug (2) schraubenförmig umgebenden Federbandspirale (4) gebildet. DOLLAR A Verwendung z. B. für Bohr- und Fräswerkzeuge.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Material­ partikelabführung für ein materialabtragendes, in mindestens einer Bearbeitungsrichtung bewegbares Bearbeitungswerkzeug, wobei die Vorrichtung ein Erfassungselement beinhaltet, wel­ ches das Bearbeitungswerkzeug quer zur Bearbeitungsrichtung umgibt und parallel zur Bearbeitungsrichtung federelastisch nachgiebig ist.

Vorrichtungen dieser Art sind beispielsweise als Absaugvor­ richtungen für Bohr-, Säge- und Fräswerkzeuge in Gebrauch. Die von einem solchen Bearbeitungswerkzeug im Betrieb durch mate­ rialabtragende Bearbeitung eines Werkstücks erzeugten Materi­ alpartikel, wie Späne und Abrieb, werden vom Erfassungselement erfasst und können dann abgesaugt oder auf andere Weise kontrolliert entfernt werden, wodurch verhindert wird, dass die Materialpartikel unkontrolliert in die Umgebung gelangen.

Durch seine federelastische Nachgiebigkeit kann das Erfas­ sungselement in Bearbeitungsrichtung eine variable Länge ein­ nehmen. Dadurch kann es um das Bearbeitungswerkzeug herum stets einen geschlossenen Raum bilden, auch wenn sich die Werkzeuglänge zwischen einer Werkzeugaufnahme, in der das ei­ gentliche Bearbeitungswerkzeug befestigt ist, und der bearbei­ teten Werkstückoberfläche während des Bearbeitungsvorgangs än­ dert, wie dies z. B. beim Bohren der Fall ist.

Herkömmlicherweise werden für das Erfassungselement häufig Fe­ derbalgelemente oder mit schraubenförmig gewickelten Drahteinla­ gen stabilisierte Schlauchelemente oder mit Federn oder mit Gasdruck vorgespannte Teleskoprohrelemente verwendet, siehe z. B. die Druckschriften DE 196 29 120 A1, US 5.765.654, US 4.245.437, DE-A-31 13 496, DE-A-37 34 127, DE 43 27 870 A1, DE 44 25 283 A1, EP 0 875 337 A1 und EP 0 943 395 A2. Auch hau­ benförmige, aus elastischem Material bestehende und daher in Bearbeitungsrichtung elastisch nachgiebige Erfassungselemente sind in Gebrauch, siehe z. B. WO 96/30147 A1.

Es ist bekannt, schraubenförmig gewundene Federbandspiralen als Verschmutzungsschutz für Wellen, Säulen und Spindeln ein­ zusetzen, wozu sie zweiseitig eingespannt und dadurch vorge­ spannt eingebaut werden, während sie im entspannten Zustand meist keine vollständige Überdeckung der aufeinanderfolgenden Windungen zeigen. Solche Federbandspiralen werden z. B. von der Firma Kabelschlepp und der Firma Arnold hergestellt, von letz­ terer unter der Bezeichnung WMB-Spiralen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Vorrichtung der eingangs genanten Art zugrunde, deren Erfassungselement aus wenigen Bauteilen mechanisch einfach gestaltet ist, nur einen vergleichsweise kleinen Bauraum benö­ tigt und relativ einfach an verschiedene Bearbeitungswerkzeuge angepasst werden kann, z. B. als Baukastensystem.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung ei­ ner Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Vorrichtung wird als Erfassungselement charakteristischerweise eine schraubenförmig gewundene Federbandspirale verwendet.

Die schraubenförmige Federbandspirale bildet eine Erfassungs­ wand, mit der im Betrieb vom Bearbeitungswerkzeug wegspritzen­ de Materialpartikel, wie Späne und Stäube, zurückgehalten wer­ den. Sie bildet ein relativ schlankes, das Bearbeitungswerk­ zeug umgebendes Bauteil und kommt daher mit extrem wenig Bau­ raum aus. Die in Bearbeitungsrichtung des Bearbeitungswerk­ zeugs geforderte federelastische Nachgiebigkeit des Erfas­ sungselementes ist der schraubenförmigen Federbandspirale in­ härent, so dass für diesen Zweck kein weiteres Bauteil erfor­ derlich ist. Dies ist gegenüber herkömmlichen Erfassungsele­ menten, die aus mehreren, merklichen Raum um das Bearbeitungs­ werkzeug herum beanspruchenden Bauteilen bestehen, ein deutli­ cher Vorteil. Bei Bedarf kann ein Baukastensystem von Feder­ bandspiralen verschiedener Durchmesser, Längen und Bandbreiten des Federbandmaterials bereitgestellt werden, um einen großen Bereich unterschiedlicher Bearbeitungswerkzeuge damit abzude­ cken, wobei meist relativ wenig unterschiedliche Federbandspi­ ralen für die jeweils verwendeten Bearbeitungswerkzeuge eines bestimmten Typs, wie Bohrer, genügen.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 sind in die Federbandspirale eine oder mehrere seitliche Öffnungen eingebracht, und zwar im Bereich ihres freien Stirnrandes und/oder mit axialem Abstand zu diesem. Durch diese Öffnungen kann Luft oder ein anderes Absaugmedium einströmen, wobei die Öffnungen bei Bedarf z. B. durch Bürstenelemente ganz oder teilweise abgedeckt werden können. Durch entsprechende Wahl von Lage, Form und Anzahl der Öffnungen lässt sich im Inneren der Federbandspirale eine gewünschte Absaugströmung erzeugen.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist die Federbandspirale so ausgelegt, dass sich ihre aufeinanderfol­ genden Windungen im entspannten Zustand lückenlos überlappen.

Dies gewährleistet zum einen, dass im Betrieb kein Material zwischen den Windungen der Federbandspirale entweicht, wenn letztere ohne größeren Druck gegen das zu bearbeitende Werk­ stück anliegt. Zum anderen ist dadurch auch schon im entspann­ ten Zustand der Federbandspirale eine ausreichende Steifigkeit derselben gegeben, die ein zu großes Durchbiegen insbesondere bei horizontaler Verwendung vermeidet. Alternativ oder zusätz­ lich können entsprechende Stützmittel vorgesehen sein, wie a­ xial bewegliche Führungsmittel etc. So ist in einer Ausgestal­ tung der Erfindung nach Anspruch 4 eine axiale Führung der Fe­ derbandspirale entlang einer in der Bearbeitungsrichtung des Bearbeitungswerkzeugs verlaufenden Führungsstange vorgesehen.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist zur raumsparenden Querführung der Federbandspirale eine innenlie­ gende Buchse vorgesehen, die ihrerseits das Bearbeitungswerk­ zeug mehr oder weniger eng umgibt und dadurch die Querlage der Federbandspirale relativ zum Bearbeitungswerkzeug definiert und begrenzt.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 schließt die Federbandspirale an ihrem freien Stirnende mit einem Schutzring aus flexiblem oder weichem Material und/oder mit einer werkstückangepassten Kontur ab. Der Schutzring schützt die Oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks vor Schädigun­ gen, wenn die Federbandspirale im Betrieb gegen sie zur Anlage kommt. Die werkstückangepasste Kontur gewährleistet einen aus­ reichend dichten Abschluss auch bei schräger oder anderweitig zur Bearbeitungsrichtung nicht senkrechter bzw. gekrümmter Werkstückoberfläche.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines von einer schraubenförmig gewundenen Federbandspirale gebildeten Erfassungs­ elementes für ein Bohrwerkzeug,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Variante des Bohrwerkzeugs von Fig. 1 längs der Linie II-II von Fig. 1 und

Fig. 3 eine ausschnittweise Seitenansicht eines weiteren, von einer schraubenförmig gewundenen Federbandspirale gebildeten Erfassungselementes mit schrägem Stirnende für ein Bohrwerkzeug.

Die in den Fig. 1 und 2 mit ihrem hier interessierenden Teil gezeigten Bohrwerkzeuge beinhalten eine nicht näher gezeigte Werkzeugaufnahme, speziell in Form einer Bohreraufnahme, in die wie üblich Bohrer 2 unterschiedlicher Abmessungen einsetz­ bar sind. Um das vom Bohrer 2 in Betrieb beim Bohren eines Werkstücks 3 abgetragene Material abzusaugen, ist eine Absaug­ vorrichtung vorgesehen, die ein Erfassungselement in Form ei­ ner schraubenförmig gewickelten Federbandspirale 4 herkömmli­ cher Bauart mit teleskopartig axial ineinanderdrückbaren Win­ dungen 4a bis 4e beinhaltet, die über ein Halteelement 1 an der Bohreraufnahme befestigt ist.

Die im gezeigten Beispiel fünf Spiralenwindungen 4a bis 4e sind so gewickelt, dass sie sich auch im in Fig. 2 gezeigten, völlig entlasteten Ruhezustand der Federbandspirale 4 noch lü­ ckenlos mit einer gewissen, vorgebbaren Überdeckung 5 in Axi­ alrichtung überlappen. Dies gibt der als Absaugvorrichtungs- Erfassungselement fungierenden Federbandspirale 4 eine ge­ wünschte Quersteifigkeit gegenüber Durchbiegungs- und Abknick­ effekten. Diese Quersteifigkeit ist insbesondere bei horizon­ taler Verwendung des Bohrwerkzeugs erwünscht, um zu vermeiden, dass die Federbandspirale 4 zu stark von ihrer zum Bohrer 2 koaxialen Lage abweicht oder gar in Kontakt mit dem Bohrer 2 kommt.

An ihrem freien, vorderen Stirnende ist die Federbandspirale 4 mit einem Schutzring 8 aus einem weichen Material versehen. Wie in Fig. 1 gezeigt, drückt im Betrieb die Federbandspirale 4 mit ihrem Schutzring 8 gegen die Oberfläche des zu bohrenden Werkstücks 3 an, wobei das weiche Schutzringmaterial das Werk­ stück 3 vor Beschädigungen schützt. Alternativ kann statt des weichen Schutzrings 8 ein flexibles Element oder ein weich­ elastisches Element auf das vordere Stirnende der Federband­ spirale 4 aufgesteckt oder anderweitig an ihm befestigt sein.

Als zusätzliches Versteifungs- und Führungsmittel ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 am Halteelement 1 eine sich axial nach vorn erstreckende Führungsstange 6 seitlich neben der Federbandspirale 4 angebracht, an der die Federbandspirale 4 über zwei mit axialem Abstand voneinander angeordnete Füh­ rungsglieder 7a, 7b axial geführt wird, wozu die Führungsglie­ der 7a, 7b längsverschieblich an der Führungsstange 6 gehalten sind. Insgesamt wird dadurch nicht nur ein zu starkes Durch­ biegen oder Durchhängen der Federbandspirale 4 verhindert, sondern auch ein Inkontakttreten der Federbandspirale 4 mit dem Bohrer 2 selbst bei schnellen Verfahrbewegungen.

Alternativ zu einer solchen äußeren Führung trägt beim Ausfüh­ rungsbeispiel von Fig. 2 die Federbandspirale 4 an der Innen­ seite ihrer vordersten Windung 4e eine sogenannte Bohrbuchse 14. Dieses hülsenförmige Bauteil dient als Querführung für die Federbandspirale 4 am Bohrer 2, wozu die Buchse 14 einen In­ nendurchmesser aufweist, der nur geringfügig größer als der Bohrerdurchmesser ist. Eine solche zusätzliche Querführung der Federbandspirale 4 am Bohrer 2 in diesem vorgelagerten, im Be­ trieb nahe der Werkstückoberfläche liegenden Bereich ist ins­ besondere in Fällen von Nutzen, in denen der Bohrer 2 und folglich auch die Federbandspirale 4 relativ lang sind. Vor­ teilhaft an der Querführung durch die innenliegende Bohrbuchse 14 ist außerdem, dass sie keine Führungsteile radial außen an der Federbandspirale 4 benötigt, die in gewissen Anwendungs­ fällen hinderlich sein könnten. Es versteht sich, dass bei Be­ darf in alternativen Ausführungsformen sowohl die innenliegen­ de Bohrbuchse 14 als auch die außenliegende Führungsstange 6 als Querführungsmittel für die Federbandspirale 4 vorgesehen sein können.

Im Betrieb des Bohrwerkzeugs passt sich das Erfassungselement in Form der Federbandspirale 4 aufgrund von deren federelasti­ scher Axialbeweglichkeit selbsttätig dem sich verändernden Ab­ stand von Werkzeugaufnahme und gebohrtem Werkstück 3 an, wobei die Federbandspirale 4 den Bohrer 2 stets seitlich vollständig umgibt. Der Ringspalt zwischen Bohrer 2 und Federbandspirale 4 kann so als Absaugkanal dienen, um vom Bohrer 2 am Werkstück 3 abgetragenes Material, wie Späne und Staub, kontrolliert abzu­ führen. Zur Erzielung einer gewünschten Absaugwirkung sind in die Federbandspirale 4 Lufteinlassöffnungen 9, 10 eingebracht, und zwar einerseits z. B. halbkreisförmige Öffnungen 9 an der Vorderkante des Schutzrings 8 und andererseits z. B. kreisför­ mige Öffnungen 10 in einer oder mehreren der Federbandwindun­ gen 4a bis 4e, im gezeigten Beispiel in der zweitvordersten Windung 4d. Speziell wird durch das ständige, selbsttätige elastische Andrücken des Schutzrings 8 mit seinen vorn liegen­ den Lufteinlassöffnungen 9 aufgrund der axialen Federwirkung der Federbandspirale 4 eine definierte, gleichmäßige Absaug­ strömung von der Werkstückoberfläche weg ermöglicht, um die anfallenden Materialpartikel vom bearbeiteten Werkstückgebiet abzuführen. Bei Bedarf können die Öffnungen durch Bürstenele­ mente oder dergleichen abgedeckt sein.

Je nach Bedarf kann die Federbandspirale 4 mit dem Bohrer 2 mitrotierend oder aber demgegenüber feststehend an der Werk­ zeugaufnahme angebracht sein. Die feststehende Variante kann z. B. dadurch realisiert werden, dass die Federbandspirale 4 über ein Lager zwischen Halteelement 1 und drehendem Teil der Werkzeugaufnahme von letzterem bezüglich der Rotationsbewegung entkoppelt und über eine Drehmomentstütze herkömmlicher Art an einem feststehenden Teil der Werkzeugaufnahme stationär gehal­ ten wird. Alternativ kann die Federbandspirale 4 mitrotierend an einem rotierenden Teil der Werkzeugaufnahme befestigt sein, wobei sie dann an ihrem vorderen Stirnende mit einem geeigne­ ten Kantenschutz zu versehen ist, wozu auch der Schutzring 8 dienen kann, um eine Beschädigung der Werkstückoberfläche 3 durch die mitrotierende Federbandspirale 4 zu vermeiden.

Wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen, lässt sich durch die Verwendung der Federbandspirale 4 ein Erfassungselement für die Absaugvorrichtung des Bohrwerkzeugs realisieren, das nur sehr geringen Bauraum erfordert, da die Federbandspirale 4 als schlankes, in sich selbst ausreichend quersteifes Bauteil den Bohrer 2 relativ eng umgeben kann. Je nach Anwendungsfall kann die seitliche Führungsstange 6 entfallen. Da die Federbandspi­ rale 4 selbst schon die gewünschte axiale federelastische Be­ weglichkeit besitzt, sind hierfür keine weiteren Bauteile und Mittel erforderlich, wie Rückstellfedern und Rückstellzylin­ der. Für verschiedene Bohrer unterschiedlicher Länge können in einfacher Weise als Baukastensystem eine geeignete Anzahl un­ terschiedlicher Federbandspiralen bereitgestellt werden, die unterschiedliche Durchmesser, Längen und Federbandbreiten auf­ weisen. Dabei ist wegen der vergleichsweise hohen Längenverän­ derlichkeit der Federbandspiralen eine relativ geringe Anzahl unterschiedlicher Federbandspiralen ausreichend, um üblicher­ weise verwendete Bohrersätze abzudecken.

Als weitere Maßnahme ist eine gezielte Gestaltung der freien Stirnseite der Federbandspirale angepasst an die Werkstückkon­ tur möglich. Diesbezüglich illustriert Fig. 3 ein Ausführungs­ beispiel, bei dem eine Federbandspirale 4' verwendet wird, de­ ren vorderes, freies Stirnende 11 nicht wie beim Ausführungs­ beispiel der Fig. 1 und 2 senkrecht zur Längsrichtung 12 der Federbandspirale 4' verläuft, sondern schräg dazu unter einem Winkel α, der dem Schrägwinkel entspricht, unter dem in diesem Beispiel der nicht gezeigte Bohrer auf die Oberfläche 13a ei­ nes zu bohrenden Werkstücks 13 einwirkt. Dadurch wird eine dichte Anlage der Federbandspirale 4' gegen die Werkstückober­ fläche 13a auch in diesem Fall erzielt, in dem die Bohrer­ längsachse schräg zur Werkstückoberfläche verläuft. Im übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 demjenigen der Fig. 1 und 2. Analog sind für Anwendungen, bei denen die Werk­ stückoberfläche gekrümmt oder anderweitig nicht senkrecht zur Bohrerlängsachse verläuft, entsprechend konturangepasste Ges­ taltungen des vorderen Stirnendes der Federbandspirale mög­ lich.

Die Kompaktheit in Verbindung mit der hohen Längenveränder­ lichkeit dieses Erfassungselementes zeigt sich daran, dass sich die Federbandspirale 4 im Extremfall bis zur Axiallänge der hintersten Windung 4a zusammendrücken lässt und dabei der Durchmesser der hintersten Windung 4a stets die maximale Quer­ ausdehnung der Federbandspirale 4 darstellt. Um ein solches vollständiges Zusammendrücken der Federbandspirale 4 bei Be­ darf in Kombination mit der seitlichen Führung durch die Füh­ rungsstange 6 zu ermöglichen, sind geeignete, nicht gezeigte Schlitze zum Aufnehmen der Führungsglieder 7a, 7b in den je­ weils dahinterliegenden Windungen vorzusehen, in welche die mit einem Führungsglied 7a, 7b versehende Spiralenwindung beim Zusammendrücken der Federbandspirale 4 hineingeschoben wird.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße, von einer schrau­ benförmig gewundenen Federbandspirale gebildete Erfassungsele­ ment nicht nur für Absaugvorrichtungen von Bohrwerkzeugen ver­ wendbar ist, sondern auch für Absaugvorrichtungen anderer ma­ terialabtragender Bearbeitungswerkzeuge, wie Fräs-, Schleif- und Sägewerkzeugen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Materialpartikelabführung für ein mate­ rialabtragendes, in mindestens einer Bearbeitungsrichtung be­ wegbares Bearbeitungswerkzeug, mit
einem Erfassungselement (4), welches das Bearbeitungs­ werkzeug (2) quer zur Bearbeitungsrichtung umgibt und parallel zur Bearbeitungsrichtung federelastisch nachgiebig ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Erfassungselement von einer das Bearbeitungswerkzeug (2) schraubenförmig umgebenden Federbandspirale (4) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeich­ net, dass die Federbandspirale (4) eine oder mehrere seitliche Öffnungen (9, 10) aufweist, die in die Federbandspirale am freien Stirnrandbereich und/oder mit axialem Abstand zum frei­ en Stirnrandbereich eingebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch ge­ kennzeichnet, dass sich die aufeinanderfolgenden Windungen (4a) bis 4e) der Federbandspirale (4) in der entlasteten Ruhe­ position der Federbandspirale lückenlos überlappen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass seitlich außen an der Federbandspi­ rale (4) ein oder mehrere Führungsglieder (7a, 7b) vorgesehen sind, die an einer Führungsstange (6) in der Bearbeitungsrich­ tung des Bearbeitungswerkzeugs (2) beweglich gehalten sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass an der Innenseite der Federbandspi­ rale (4) eine Buchse (14) festgelegt ist, durch die sich das Bearbeitungswerkzeug (2) hindurch erstreckt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter da­ durch gekennzeichnet, dass die Federbandspirale (4) an ihrem freien Stirnende mit einem Schutzring (8) aus weichem oder flexiblem Material und/oder mit einer an die Kontur des zu be­ arbeitenden Werkstücks angepassten Kontur abschließt.