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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gezielten Eintrag eines Kühlmediums in eine Werkzeugaufnahme mit rotierendem Spannfutter.
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Bei der Bearbeitung von Werkstücken, etwa beim CNC-Fräsen, werden sowohl hohe Anforderungen an das Werkzeug als auch an die Präzision der Bearbeitung gestellt. So sollen eine präzise Trennung des Werkstücks vom Abfall erfolgen und die dabei gebildeten Späne möglichst vollständig aus der Nut entfernt werden. Um einen Verschleiß des Werkzeugs zu verringern ist zudem eine Kühlung des Werkzeugs im Arbeitsbereich wünschenswert.
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Im Stand der Technik werden hierfür verschiedene Realisierungsmöglichkeiten vorgeschlagen.
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So offenbart die
US 4,213,354 eine Werkzeugaufnahme für einen Bohrer, welcher durch ein Kühlmedium gekühlt wird, wobei das Kühlmittel aus Düsen an der Werkzeugaufnahme auf das Schneidwerkzeug in konzentrierter Form aufgesprüht wird. Jedoch ist der wünschenswerte gezielte Eintrag des Kühlmediums in den Arbeitsbereich des Werkzeugs mit dieser Anordnung nicht realisierbar, da die Auftragung des Kühlmediums nur auf den oberhalb des Werkstücks verbliebenen Teil des Werkzeugs erfolgt.
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Die
US 5,358,360 offenbart ebenfalls eine Werkzeugaufnahme mit Düsen zum Aufsprühen eines Kühlmediums auf ein im Werkzeughalter angeordnetes Werkzeug. Die Zuführung des Kühlmediums erfolgt hierbei innerhalb des Gerätes. Die Sprühdüsen sind in einem Ring am Ende des Werkzeughalters angeordnet, welche entsprechend den Anforderungen des Werkzeugs in verschiedenen Winkeln ausgerichtet werden können. Auch in diesem Fall ist ein Eintrag des Kühlmediums in den Arbeitsbereich des Werkzeugs nicht realisiert. Vielmehr wird das Kühlmedium auf den oberhalb des Werkstücks verbliebenen Teil des Werkzeugs aufgebracht.
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Die
US 4,795,292 beschreibt ein Spannfutter für ein rotierendes Schneidwerkzeug für Metalle, wie etwa einen Fräser, wobei die Kühlung mittels eines flüssigen Kühlmittels erfolgt. Dieses wird über Auslässe am Spannfutter auf das Schneidwerkzeug in einem entsprechenden Winkel geleitet. In einer alternativen Ausgestaltung ist eine Vielzahl von Auslässen parallel zur Achse des Werkzeugs am Werkzeughalter angeordnet, wobei das Kühlmedium nicht auf das Werkzeug aufgebracht wird.
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Weiterhin beschreibt die
US 2004/0013480 A1 eine Werkzeugaufnahme mit Kühlmittelauslässen, wobei diese verschieden Winkel zum Werkzeug aufweisen, um eine Kühlmittelabgabe über die gesamte Länge des Werkzeugs zu ermöglichen, wobei das Kühlmittel nur auf dem oberhalb des Werkstücks verbleibenden Teil der Werkzeugs aufgebracht werden kann.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2010 028 561 A1 eine Werkzeugaufnahme mit einem rotierend antreibbaren, vorzugsweise als Schrumpffutter ausgebildeten Spannfutter zum Einspannen eines Rotationswerkzeugs, insbesondere eines Bohrers oder Fräsers, und einer Düsenvorrichtung zum Beaufschlagen des Rotationswerkzeugs mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Medium, wobei die Düsenvorrichtung eine fest mit dem Spannfutter verbindbare und mit diesem mitrotierbare Düsenhülse aufweist, wobei die Innenwand der Düsenhülse gegenüber dem Spannfutter einen Ringkanal zum Durchleiten des Mediums begrenzt. Weiterhin wird ein Düsenring mit Düsenbohrungen beschrieben, wobei die Düsenbohrungen eintrittseitig zu einem Ringkanal offen sind und austrittseitig auf das Rotationswerkzeug gerichtet sind. Dabei können die Düsenbohrungen verschiedene Anstellwinkel aufweisen. Die Düsenbohrungen sind unter einem spitzen Winkel gegen die Achse des Düsenrings bzw. die Werkzeugschaftachse geneigt, so dass die erzeugten Sprühstrahlen auf den Arbeitsort bzw. auf das Arbeitsende des Werkzeugs auftreffen. Dadurch sollen auch Späne nach dem Bruch weggeblasen werden können. Auch in diesem Fall ist jedoch ein gezielter Eintrag des Kühlmediums zum Arbeitsort des Werkzeugs nicht gegeben.
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Insbesondere im Bereich der Bearbeitung von Werkstücken aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) ist eine vollständige Entfernung der Späne erforderlich. Zudem ist bei der Bearbeitung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen eine Absaugung erforderlich, welche den bei der Bearbeitung entstehenden Staub entfernt. Dadurch wird jedoch die Eintragung des Kühlmittels nach dem oben benannten Stand der Technik reduziert.
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Zudem wurde gefunden, dass bei der Bearbeitung der Werkstücke aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen Probleme bei der Spanentfernung aus der Nut entstehen. Diese sind in den beim bearbeiten entstehenden Temperaturen am Arbeitsort des Werkzeugs begründet, welche zu einer Verklebung der Späne führen. Grund hierfür sind die meist in den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen vorhandenen Epoxidharze, welche teilweise Schmelztemperaturen um die 250°C aufweisen. Bei ungenügendem Kühlmitteleintrag in den Arbeitsbereich des Werkstücks können dadurch die gebildeten Späne am Entstehungsort verkleben und nicht mehr mittels Absaugung entfernt werden. Im Ergebnis kann das bearbeitete Werkstück nicht korrekt vom Abfall getrennt werden und es kommt bei der nachfolgenden manuellen Trennung zu einem unerwünschten Ausfransen der Schnittkante.
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Es ist daher in hohem Maße wünschenswert ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gezielten Eintrag von Kühlmittel in den Arbeitsbereich des Werkzeugs anzugeben. Weiterhin ist es wünschenswert eine vollständige Entfernung der Späne aus der Nut zu realisieren.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche die oben benannten Nachteile des Stands der Technik überwindet.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum gezielten Eintrag eines Kühlmediums in eine Werkzeugaufnahme mit rotierendem Spannfutter zur Aufnahme eines Werkzeugs vorgeschlagen. Das Werkzeug weist dabei zumindest zwei Gewindegänge auf, wobei die Werkzeugaufnahme zumindest zwei Kühlkanäle aufweist, welche im Endbereich der zum Werkzeug zugewandten Seite der Werkzeugaufnahme so angeordnet sind, dass die zumindest zwei Kühlkanäle mit den zumindest zwei Gewindegängen des Werkzeugs fluchtend ausgerichtet sind. Dadurch wird das Kühlmedium über die Kühlkanäle gerichtet in den Gewindegang des Werkzeugs eingebracht.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Kühlmedium flüssig und/oder gasförmig. Dabei kann sowohl eine Kühlung über bekannte Flüssigkühlmedien als auch über Flüssig-Gas-Gemische erfolgen. Bevorzugt erfolgt jedoch die Verwendung von gasförmigen Kühlmedien, insbesondere Luft.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Kühlmedium auf das Werkzeug mit einem Druck zwischen 3 und 7 bar, bevorzugt zwischen 4,5 und 6,5 bar beaufschlagt. Aufgrund des gerichteten Eintrags des Kühlmediums in die Gewindegänge des Werkzeugs sind im Vergleich zu bekannten Systemen nur geringe Kühlmediumdrücke notwendig. Dies führt zu einer vereinfachten Handhabung des Verfahrens. Alternativ ist auch eine Beaufschlagung mit höheren Drücken, etwa bis 60 bar, denkbar.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Kühlung des Werkzeugs im Arbeitsbereich durch den Kühlmitteleintrag über die Gewindegänge des Werkzeugs. Durch den gerichteten Eintrag des Kühlmediums in die Gewindegänge des Werkzeugs wird das Kühlmedium während des Betriebs entlang der Gewindegänge des Werkzeugs bis in den Endbereich des Werkzeugs, wo sich der Arbeitsbereich des Werkzeugs befindet, transportiert. In diesem Endbereich des Werkzeugs ergeben sich aufgrund des Arbeitsvorgangs hohe Temperaturen, welche zu einem erhöhten Verschleiß des Werkzeugs sowie zu unerwünschtem verkleben der Späne im Fall der Bearbeitung von Werkstücken aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen führt. Durch den gerichteten Eintrag des Kühlmediums erfolgt jedoch eine Kühlung im Endbereich des Werkzeugs, was zur Verringerung des Verschleißes sowie zur Vermeidung von Verklebungen der Späne bei der Bearbeitung von Werkstücken aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen führt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die durch die Bearbeitungen eines Werkstücks gebildeten Späne über das durch die Gewindegänge eingetragene Kühlmedium aus dem Arbeitsbereich entfernt. Durch die vorbeschriebene Kühlung des Werkzeugs im Endbereich aufgrund des gerichteten Eintrags des Kühlmediums werden höhere Temperaturen, welche zu möglichen Verklebungen der Späne führen, vermieden, sodass das Kühlmedium die im Arbeitsbereich verbleibenden Späne vollständig entfernen kann. Dadurch werden nachfolgende Trennvorgänge des Werkstücks vom Abfall einfacher und ein Ausfransen der Schnittkanten vermieden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Werkzeug als eine Fräse und der Gewindegang des Werkzeugs als eine Spannut ausgebildet.
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Es ist auch denkbar, dass neben den zumindest zwei Gewindegängen des Werkzeugs weitere Gewindegänge vorhanden sind, welche nicht fluchtend mit Kühlkanälen ausgerichtet sind. Beispielsweise könnte so bei einer Vielzahl von Gewindegängen im Werkzeug nur jeder zweite Gewindegang mit einem Kühlkanal fluchtend ausgerichtet sein.
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Die Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Werkzeugaufnahme mit einem rotierend antreibbaren Spannfutter zum Einspannen eines Rotationswerkzeugs vorgeschlagen, welche weiterhin zumindest einen Axialdurchbruch zur Aufnahme des Werkzeugs umfasst. Die Werkzeugaufnahme umfasst zudem zumindest zwei Kühlkanäle, welche im Endbereich der zum Werkzeug zugewandten Seite der Werkzeugaufnahme so angeordnet sind, dass die Kühlkanäle mit den zumindest zwei Gewindegängen des Werkzeugs fluchtend ausgerichtet sind, Dadurch wird der gerichtete Eintrag des Kühlmediums in die Gewindegänge des Werkzeugs ermöglicht. Zudem weist die Werkzeugaufnahme eine Nut auf, welche die Kühlkanäle mit einer Medienzuführung verbindet. Das Kühlmedium kann dabei über eine interne Kühlmediumzufuhr oder aber auch über ein externes System zur Werkzeugaufnahme zugeführt werden.
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Unter einem Spannfutter wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung bezeichnet, die eine Aufnahme des Werkzeugs in der Werkzeugaufnahme ermöglicht. Als Spannfutter können dabei herkömmliche Spannfutter, wie etwa Schrumpfspannfutter, Hydro-Dehnspannfutter, Spannzange, Kraftspannfutter oder Weldonfutter dienen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Kühlkanäle einen Durchmesser von weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1 mm auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl der Kühlkanäle gleich der Anzahl der Gewindegänge im Werkzeug. Dadurch werden ein gleichmäßiger Eintrag des Kühlmediums in den Arbeitsbereich des Werkzeugs realisiert und eine gleichmäßige Kühlung des Werkzeugs gewährleistet.
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Es ist auch denkbar, dass neben den zumindest zwei Gewindegängen des Werkzeugs weitere Gewindegänge vorhanden sind, welche nicht fluchtend mit Kühlkanälen ausgerichtet sind. Beispielsweise könnte so bei einer Vielzahl von Gewindegängen im Werkzeug nur jeder zweite Gewindegang mit einem Kühlkanal fluchtend ausgerichtet sein.
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Die vorbenannten erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind geeignet die Aufgabe zu lösen. Dabei sind auch Kombinationen der offenbarten Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe geeignet.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Figur eingehender erläutert werden. Das Ausführungsbeispiel soll dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken. Es zeigt die
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1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugaufnahme.
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In der 1 ist eine Werkzeugaufnahme 1 zur Aufnahme eines Werkzeugs 2 in einem Axialdurchbruch 7, wie etwa ein Fräser, dargestellt, Der Fräser 2 weist dabei Gewindegänge 3 auf, welche als Spannut bezeichnet werden. Der Fräser 2 ist mittels eines Spannfutters 4 in der Werkzeugaufnahme 1 angeordnet. Das Spannfutter 4 ist als Spannzange ausgeführt, wobei die Spannzange Kühlschlitze aufweist, welche umlaufend parallel zur Rotationsachse 8 angeordnet sind. Weiterhin weist die Werkzeugaufnahme eine Nut 5 auf, welche eine Verteilung des Kühlmediums in die innerhalb des Kegels 9 angeordneten Kühlkanäle 6 gewährleistet. Die Werkzeugaufnahme 1 weist im Endbereich in räumlicher Nähe zum Axialdurchbruch 7 Kanalöffnungen 10 der Kanäle 6 auf.
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Das Kühlmedium wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine nicht näher dargestellte Innenkühlung zur Spannzange 4 mit ihren Kühlschlitzen transportiert und von dort in die Freimachung 5 geleitet. über die Nut 5 wird das Kühlmedium in die Kühlkanäle 6 geleitet und tritt über die im Endbereich der Werkzeugaufnahme angeordneten Kanalöffnungen 10 aus der Werkzeugaufnahme 1 so aus, dass das Kühlmedium in die Spannut 3 des Fräsers 2 eingetragen wird. Entlang der Spannut 3 wird das Kühlmittel in den Endbereich des Fräsers 2 geleitet, wo die Kühlung des Fräsers im nicht näher dargestellten Arbeitsbereich des Fräsers 2 erfolgt. Dadurch erfolgt ein optimaler Eintrag des Kühlmediums bis in den Endbereich des Fräsers 2, wodurch eine Kühlung des Fräsers 2 im Arbeitsbereich gewährleistet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeugaufnahme
- 2
- Werkzeug
- 3
- Gewindegang
- 4
- Spannfutter
- 5
- Nut
- 6
- Kanal
- 7
- Axialdurchbruch
- 8
- Rotationsachse
- 9
- Kegel
- 10
- Kanalöffnungen
