DE102010052845B4

DE102010052845B4 - Rotierendes Schneidwerkzeug und Führungseinsatz hierfür

Info

Publication number: DE102010052845B4
Application number: DE201010052845
Authority: DE
Inventors: Horst Manfred JAEGER; Xaver Franz Spichtinger
Original assignee: Kennametal Inc
Current assignee: Kennametal Inc
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: CN102528129A; DE102010052845A1; US8801343B2; US20120134759A1; CN102528129B

Abstract

Rotierendes Schneidwerkzeug, mit einem ein- oder mehrteiligen Trägerteil, das eine Stirnseite, an welchem zumindest ein vorzugsweise auswechselbarer Schneideinsatz (14) vorgesehen ist, und eine Umfangswand (16) aufweist, an der wenigstens ein radial gegenüber der Umfangswand (16) abstehender, auswechselbarer, schneidenfreier Führungseinsatz (18) über ein separates Haltemittel (20) befestigt ist, wobei der Führungseinsatz (18) einen Führungsabschnitt (22) hat, der radial am weitesten nach außen absteht, wobei das Haltemittel (20) eine Schraube ist und entweder der Führungsabschnitt (22) axial auf Höhe des Haltemittels (20) und in Umfangsrichtung versetzt zum Haltemittel (20) liegt oder axial in das Trägerteil eingeschraubt ist und den Führungseinsatz (18) in eine nutartig vertiefte Seitenwand (34) der Tasche (30) drückt und dabei klemmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein rotierendes Schneidwerkzeug, mit einem ein- oder mehrteiligen Trägerteil, das eine Stirnseite, an welcher zumindest ein vorzugsweise auswechselbarer Schneideinsatz vorgesehen ist, und eine Umfangswand aufweist, an welcher wenigstens ein radial gegenüber der Umfangswand abstehender, auswechselbarer, schneidenfreier Führungseinsatz über ein separates Haltemittel befestigt ist, wobei der Führungseinsatz einen Führungsabschnitt hat, der radial am weitesten nach außen absteht.
Derartige rotierende Schneidwerkzeuge sind üblicherweise Bohrwerkzeuge mit einem Schaft, der das Trägerteil bildet, oder einem Schaft samt Bohrkopf, die zusammen das Trägerteil für den auswechselbaren Schneideinsatz bilden. Rotierende Schneidwerkzeuge können tief in das Werkstück eindringen, wobei wegen der frei auskragenden Länge des Schneidwerkzeugs sicherzustellen ist, dass dieses ausreichend stabil bleibt, sich weder verbiegt noch taumelt.
Aus der US 2010/0104385 A1 ist es bekannt, am Trägerteil, hier dem Schaft, seitlich mehrere am Umfang verteilte sogenannte Führungseinsätze vorzusehen. Diese Führungseinsätze sind dazu da, das Schneidwerkzeug seitlich im Bohrloch zu führen. Normalerweise sind die Schneideinsätze so symmetrisch am Schneidwerkzeug angeordnet, dass bei normalen Schneidbedingungen die Schneidkräfte im Wesentlichen symmetrisch wirken und damit keine seitliche Kraftresultierende entsteht, welche eine Biegung des Schneidwerkzeugs hervorrufen würde. Jedoch kann das Schneidwerkzeug beim Bohren auch auf eine bereits bestehende Öffnung treffen, sodass eine seitliche Kraft auf das Ende des Schneidwerkzeugs wirkt, die zum Biegen des Schaftes führen könnte. Die Führungseinsätze, welche sehr nahe an der Wand der gebohrten Öffnung entlang rotieren, kommen dann mit der Bohrlochwandung in Kontakt und stabilisieren das Schneidwerkzeug. Dadurch, dass die Führungseinsätze separate Teile sind, die zerstörungsfrei lösbar am Schaft bzw. Trägerkörper befestigt sind, lassen sie sich bei Verschleiß auswechseln, aber vor allem auch hinsichtlich ihrer Lage und Ausrichtung einstellen.
Bisherige Führungseinsätze werden über Schrauben, die Haltemittel darstellen, am Trägerteil befestigt. Dazu besitzt der Führungseinsatz ein zentrisches Durchgangsloch und, im Bereich des Durchgangslochs, eine in Umfangsrichtung verlaufende Vertiefung, in der der Schraubenkopf liegt.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass trotz des tiefer liegenden Schraubenkopfs Bohrspäne im Bereich des Schraubenkopfs hängen bleiben, sodass diese leicht an der Innenwand des Bohrlochs entlangschaben und dessen Oberfläche beschädigen. Darüber hinaus bildet sich nach längerem Gebrauch um die Schraube herum eine Schicht zusammengepresster Bohrspäne, die den Angriff an der Schraube erschweren, wenn sie gelöst werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schneidwerkzeug zu schaffen, bei dem die oben genannten Nachteile beseitigt sind. Darüber hinaus soll ein Führungseinsatz geschaffen werden, der bei Verwendung an einem Schneidwerkzeug weniger dazu neigt, dass sich die Späne am Führungseinsatz im Bereich des Haltemittels ansammeln können.
Die Aufgabe wird bei einem rotierenden Schneidwerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Während der Führungsabschnitt, der üblicherweise als Wulst ausgeführt ist, im Stand der Technik in Axialrichtung durch die Vertiefung am Durchgangsloch zweigeteilt war, ist nach dem Stand der Technik vorgesehen, dass das Haltemittel in Drehrichtung vor oder nach, insbesondere jedoch nach dem Führungsabschnitt positioniert ist und den Führungsabschnitt nicht in Abschnitte aufteilt. Die im Stand der Technik vorgesehene Nut oder Vertiefung für die Unterbringung des Schraubenkopfes im Bereich des Führungsabschnitts entfällt somit. Es ist keine Vertiefung vorgesehen, in der sich beim Drehen die Späne ansammeln können.
Der Führungseinsatz sollte eine Ausnehmung haben, an der das Haltemittel angreift oder durch die es sich hindurch erstreckt.
Ein Beispiel für eine solche Ausnehmung ist ein vorzugsweise radial verlaufendes Durchgangsloch, durch das sich das Haltemittel, insbesondere eine Schraube, hindurch erstreckt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Haltemittel an einer Stirnseite des Führungseinsatzes angreift und damit entfernt vom Führungsabschnitt liegt. In diesem Zusammenhang ist eine Lösung denkbar, bei der der Führungseinsatz seitlich zu seiner Grundfläche, mit der er am Schneidwerkzeug anliegt, breiter wird. Diese schräge Stirnseite kontaktiert dann das Haltemittel. Wenn das Haltemittel mit einer schrägen Fläche am Führungseinsatz anliegt, saute diese im Wesentlichen an die Schräge der Stirnseite angepasst sein, zum Beispiel indem eine Senkkopfschraube verwendet wird.
Ein weiteres Beispiel für ein an der Stirnseite des Führungseinsatzes angreifendes Haltemittel besteht darin, dass die Ausnehmung als stirnseitige, insbesondere nutartige Vertiefung am Führungseinsatz ausgeführt ist. Das Haltemittel erstreckt sich längs der Vertiefung und ragt zum Teil in sie hinein. Bei dieser Ausführungsform ist es insbesondere von Vorteil, wenn sich das Haltemittel axial im Trägerteil- erstreckt und somit radial nicht frei liegt. Um den Führungseinsatz sicher am Trägerteil zu halten, insbesondere, wenn nur ein Haltemittel eingesetzt ist, kann die Umfangswand eine an die Form des Führungseinsatzes angepasste Tasche oder zumindest eine Art Absatz aufweisen. In der Tasche, die vorzugsweise komplementär zum Führungseinsatz ausgeführt ist, liegt dann der Führungseinsatz selbst, wobei er vorzugsweise mit einer oder mehreren Stirnseiten am Rand der Tasche anliegt.
Eine Variante der Taschenlösung sieht vor, dass wenigstens ein federndes Element vorgesehen ist, welches eine Art Schnappverschluss zwischen Seitenwand der Tasche und Führungseinsatz bildet. Damit sind keine Schrauben mehr zur Befestigung des Führungseinsatzes nötig.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch einen Führungseinsatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Bei dieser Ausführungsform ist kein Haltemittel nötig, der Führungseinsatz wird einfach in eine Tasche gesteckt und hat eine an die Form der Seitenwände der Tasche angepasste Form. Insbesondere ist die Tasche eine axiale Nut mit einer Schwalbenschwanzführung.
Der Führungsabschnitt ist, in Axialrichtung gesehen, ballig ausgeführt, das heißt konvex.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist diese Balligkeit in Umfangsrichtung unsymmetrisch ausgeführt. Die Seitenfläche, die in Drehrichtung, genauer gesagt in Schneid-Drehrichtung weist, sollte flacher angestellt sein als die entgegengesetzte Seitenfläche zumindest in dem Bereich, der über die Umfangswand hinaussteht.
Ferner ist optional vorgesehen, dass sich der Führungsabschnitt über im Wesentlichen die gesamte axiale Länge des Führungseinsatzes erstreckt, um die Anlagefläche oder Anlagelinie so groß wie möglich auszuführen und ein Verklemmen von Spänen zu vermeiden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Trägerteil ein Kühlkanal an der Umfangswand nach außen mündet.
Die bevorzugte Ausführungsform in diesem Zusammenhang schlägt vor, dass am Rand des Führungseinsatzes die Mündung des Kühlkanals vorgesehen ist. Die Kühlwirkung wird optimiert, wenn der Führungskanal in Drehrichtung vor dem Führungsabschnitt mündet, damit das ausströmende Kühlmittel unmittelbar am Führungsabschnitt wirken kann.
Die Form des Führungseinsatzes kann rechteckig, quadratisch, kreisrund, dreiecksförmig oder trapezförmig sein. Über die Dreiecks- oder, besser noch, Trapezform lässt sich darüber hinaus auch eine eindeutige Positionierung des Führungseinsatzes am Trägerteil festlegen.
Der Führungsabschnitt verläuft insbesondere längs der Breitseite des Trapezes. Im schmaleren Bereich kann dann das Haltemittel vorgesehen sein.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch einen Führungseinsatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der Führungsabschnitt in Längsrichtung durchgehend ausgeführt ist und sich vorzugsweise auch über die gesamte Länge des Führungseinsatzes erstreckt.
Wie bereits erwähnt, kann die Ausnehmung ein Durchgangsloch oder eine stirnseitige, insbesondere nutartige Vertiefung sein, die längs der Stirnseite verläuft.
Weriere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Perspektivansicht auf ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug,
2 eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen, in 1 gezeigten Führungseinsatzes,
3 eine Draufsicht auf einen eingebauten Führungseinsatz gemäß der Erfindung,
4 eine Axialansicht des Führungseinsatzes nach 3,
5 eine Längsschnittansicht durch ein Schneidwerkzeug nach der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
6 eine Radialschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform mit einem Führungseinsatz nach der Erfindung,
7 eine Radialschnittansicht durch ein rotierendes Schneidwerkzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und
8 eine Draufsicht auf einen Führungseinsatz gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In 1 ist ein rotierendes Schneidwerkzeug in Form eines Bohrers dargestellt. Das Schneidwerkzeug hat ein mehrteiliges Trägerteil mit einem Schaft 10 und einer stirnseitig am Schaft befestigten Bohrkrone 12.
An der Stirnseite des Trägerteils, hier der Bohrkrone 12, sind mehrere auswechselbare Schneideinsätze 14 befestigt, von denen ein Schneideinsatz gezeigt ist.
Das zweiteilige Trägerteil mit Schaft 10 und Bohrkrone 12 hat eine Umfangswand 16, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Vereinfachung dasselbe Bezugszeichen für die Umfangswand der Bohrkrone 12 und des Schafts 10 verwendet werden.
Nahe am freien Ende des Trägerteils, in der vorliegenden Ausführungsform in der Bohrkrone 12, sind an der Umfangswand 16 mehrere am Umfang gleichmäßig verteilte schneidenfreie Führungseinsätze 18 über Haltemittel 20 angebracht.
Bei der gezeigten Ausführungsform, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt sein soll, sind die Haltemittel 20 Schrauben.
Die Führungseinsätze 18 sind plattenartige Gebilde.
In 2 ist der Führungseinsatz 18 von 1 besser zu erkennen. Der Führungseinsatz 18 hat mehrere Abschnitte, insbesondere einen in radialer Richtung vorstehenden Führungsabschnitt 22, welcher in montiertem Zustand radial am weitesten nach außen und über die Umfangswand 16 hinaus absteht und zur Kontaktierung der Innenseite des Bohrlochs vorgesehen ist.
Der Führungsabschnitt 22 erstreckt sich linear und vorzugsweise über die gesamte Länge des Schneideinsatzes. Die Ausrichtung des Führungsabschnitts 22 sollte in eingebautem Zustand parallel zur Mittelachse M des Schneidwerkzeugs und damit in Axial- oder Längsrichtung verlaufen, er kann jedoch auch leicht schräg gestellt sein.
Der Führungsabschnitt 22 verläuft durchgehend und ist nicht unterbrochen. Vom Führungsabschnitt 22 ausgehend gibt es eine tiefer liegende Basisfläche 24, die eine Ausnehmung 26 in Form eines Durchgangsloches aufweist. Vorzugsweise hat dieses Durchgangsloch zur Basisfläche 24 hin eine konusförmige Aufweitung 28 oder einen Absatz.
Im eingebauten Zustand des Führungseinsatzes 18 liegt der Führungsabschnitt 22 wie gezeigt axial, das heißt in Richtung der Mittelachse M, auf Höhe des Haltemittels 20 und des Durchgangslochs 26, jedoch in Umfangsrichtung versetzt hierzu. Das heißt, das Haltemittel 20 oder die Ausnehmung 26 spaltet den Führungsabschnitt 22 nicht in zwei Abschnitte.
In 1 ist die Drehrichtung beim Bohren mit einem Pfeil U gekennzeichnet. Wie sich aus 1 ergibt, liegt die Ausnehmung 26 ebenso wie das Haltemittel 20 in Drehrichtung U hinter dem Führungsabschnitt 22, sodass sich hier keine Späne oder Verunreinigungen am Haltemittel 20 sammeln können. Mit anderen Worten, die Vertiefung 26 und das Haltemittel 20 sind in Umfangsrichtung geschützt hinter dem Führungsabschnitt 22 angeordnet.
Wie man 2 entnehmen kann, ist der Führungsabschnitt 22 in Axialrichtung gesehen als balliger Steg ausgeführt.
Der Führungseinsatz 12 gemäß der Ausführungsform in 1 hat eine im Wesentlichen trapezförmige Gestalt, und die Umfangswand 18 hat eine im Wesentlichen komplementäre Tasche 30, in der der Führungseinsatz 18 aufgenommen ist.
Die Tiefe der Tasche 30 ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Basisfläche 24 nicht gegenüber der Umfangswand 16 radial nach außen vorsteht. Die Aufweitung 28 ist darüber hinaus auch so gegenüber dem Schraubenkopf ausgeführt, dass der Schraubenkopf nicht gegenüber der Basisfläche 24 nach außen vorsteht.
In Drehrichtung U vor dem Führungsabschnitt 22 mündet ein Kühlkanal 32 nach außen, insbesondere ist die Mündung unmittelbar am Rand des Führungseinsatzes 18 vorgesehen.
Während bei der Ausführungsform nach 2 die Vertiefung 28 leicht den wulstartigen Führungsabschnitt 22 anschneidet, ist dies bei der Ausführungsform nach 3 nicht der Fall. Bei dieser Ausführungsform ist auch die Tasche 30 nicht der Trapezform des Führungseinsatzes 18 komplett angepasst, sondern im Wesentlichen rechteckig ausgeführt. Dies erleichtert die Herstellung der Tasche 30.
Die Axialansicht nach 4 zeigt, dass vom Führungsabschnitt 22 nur der äußerste, gegenüber der Umfangswand 16 vorstehende Teil eine Führungsaufgabe beim Bohren übernehmen kann. Darüber hinaus ist der ballige, absatzfreie Führungsabschnitt 22 an seinen in Umfangsrichtung entgegengesetzten Stirnseiten mit unterschiedlichen Radien oder unterschiedlichen Steigungen versehen. Die in Umfangsrichtung U weisende Stirnseite 40 ist flacher angestellt als die entgegengesetzte Stirnseite 42.
Bei der Ausführungsform nach 5 wird das Haltemittel 20 nicht radial in das Trägerteil eingeschraubt, sondern axial. Ein Haltemittel 20 (hier eine Madenschraube) drückt dabei den Führungseinsatz 18 in eine nutartig vertiefte Seitenwand 34 der Tasche 30 und klemmt diese dabei.
Bei der Ausführungsform nach 6 besitzt der Führungseinsatz 18 längs seinen entgegengesetzten Stirnseiten verlaufende nutartige Vertiefungen 38. Die Haltemittel 20 sind hier Federstifte, die axial längs der Seitenwände 34 verlaufen und zum Teil in der Vertiefung 38 und zum Teil in der Seitenwand 34 der Tasche 30 liegen. Damit ergibt sich ein federnde, formschlüssige Rastverbindung.
Die Ausführungsform nach 7 wiederum zeichnet sich dadurch aus, dass das als Senkkopfschraube ausgeführte Haltemittel 20 an einer schrägen Stirnseite 42 des Führungseinsatzes 18 anliegt und diesen in die Tasche 30 presst. Auch hier können Seitenwände 40, 42 auf eine entsprechend geformte Seitenwand 34 der Tasche treffen, sodass ein Formschluss gegen Herausfallen des Führungseinsatzes 18 geschaffen wird.
Der Führungseinsatz 18 gemäß 8 benötigt kein Halteelement zur Arretierung am Trägerteil. Vielmehr ist der Führungseinsatz 18 als linearer, stabartiger Körper ausgebildet, welcher in eine mit hinterschnittenen Stirnwänden 34 ausgeführte Tasche 30 eingesteckt und selbsthemmend dann z. B. über eine Schwalbenschwanzführung klemmt und/oder darin geklebt wird. Insbesondere verläuft die Tasche 30 als Axialnut.

Claims

Rotierendes Schneidwerkzeug, mit einem ein- oder mehrteiligen Trägerteil, das eine Stirnseite, an welchem zumindest ein vorzugsweise auswechselbarer Schneideinsatz (14) vorgesehen ist, und eine Umfangswand (16) aufweist, an der wenigstens ein radial gegenüber der Umfangswand (16) abstehender, auswechselbarer, schneidenfreier Führungseinsatz (18) über ein separates Haltemittel (20) befestigt ist, wobei der Führungseinsatz (18) einen Führungsabschnitt (22) hat, der radial am weitesten nach außen absteht, wobei das Haltemittel (20) eine Schraube ist und entweder der Führungsabschnitt (22) axial auf Höhe des Haltemittels (20) und in Umfangsrichtung versetzt zum Haltemittel (20) liegt oder axial in das Trägerteil eingeschraubt ist und den Führungseinsatz (18) in eine nutartig vertiefte Seitenwand (34) der Tasche (30) drückt und dabei klemmt.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungseinsatz (18) eine Ausnehmung (26; 38) hat, in die sich das Haltemittel (20) erstreckt.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (26) ein vorzugsweise radiales Durchgangsloch für das Haltemittel (20) ist.
Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (38) eine stirnseitige, insbesondere nutartige Vertiefung im Führungseinsatz (18) ist und sich das Haltemittel (20) längs der Vertiefung erstreckt und zum Teil in sie hineinragt.
Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (16) eine an die Form des Führungseinsatzes (18) angepasste Tasche (30) hat.
Rotierendes Schneidwerkzeug, mit einem ein- oder mehrteiligen Trägerteil, das eine Stirnseite, an welchem zumindest ein vorzugsweise auswechselbarer Schneideinsatz (14) vorgesehen ist, und eine Umfangswand (16) aufweist, an der wenigstens ein radial gegenüber der Umfangswand (16) abstehender, auswechselbarer, schneidenfreier Führungseinsatz (18) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangswand (16) eine an die Form des Führungseinsatzes (18) angepasste Tasche (30) hat, in der der Führungseinsatz (18) haltemittelfrei formschlüssig aufgenommen und geklemmt ist.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Führungsabschnitt (22) über im Wesentlichen die gesamte axiale Länge des Führungseinsatzes (18) erstreckt.
Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (20) an einer Stirnseite (40, 42) des Führungseinsatzes (18) angreift, wobei die Stirnseite (40, 42) vorzugsweise mit einer Abschrägung versehen ist.
Schneidwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rand des Führungseinsatzes (18) ein im Trägerteil vorgesehener Kühlkanal (32) nach außen mündet.
Führungseinsatz für ein rotierendes Schneidwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungseinsatz (18) eine Außenseite mit einem in einer Längsrichtung verlaufenden, vorstehenden Führungsabschnitt (22) hat und eine Ausnehmung (26; 38) für ein Haltemittel (20), wobei die Ausnehmung (26; 38) in der Längsrichtung im Bereich des Führungsabschnitts (22) und seitlich vom Führungsabschnitt (22) entfernt angeordnet ist.
Führungseinsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsabschnitt (22) in Längsrichtung durchgehend ausgeführt ist und sich vorzugsweise über die Länge des Führungseinsatzes (18) erstreckt.
Führungseinsatz nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (26; 38) ein Durchgangsloch oder eine stirnseitige, insbesondere nutartige Vertiefung ist.