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Die Erfindung betrifft ein Schaftwerkzeug, insbesondere
ein Bohr- bzw. ein Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug, wie z. B. eine
Reibahle, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft dabei im Besonderen die
Gestaltung der Schnittstelle zwischen einem die Werkzeugschneiden
tragenden Teil und einem einen zentralen Kühl-/Schmiermittel-Versorgungskanal
aufweisenden Anschlussstück.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die Gestaltung dieser
Schnittstelle bei Schaftwerkzeugen gerichtet, die mit zumindest
einem in der Regel exzentrisch und innenliegenden Kühlkanal
ausgestattet sind und – beispielsweise
innerhalb eines Spannfutters – an
ein MMS(Minimalmengenschmierung)-Versorgungsteil
angeschlossen werden müssen.
Die besondere Gestaltung dieser Schnittstelle ist – soweit
das Werkzeug betroffen ist – Gegenstand
der Ansprüche
9 bis 16 und – soweit
die anderen Komponenten erfasst sind – Gegenstand der Ansprüche 33 bis
43.
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Bohrungsnachbearbeitungswerkzeuge
mit verhältnismäßig geringer
Spannungsdicke zur Herstellung passungsgenauer Bohrungen mit hoher Oberflächengüte werden
mittlerweile mit integrierter Kühl-/Schmiermittelversorgung
ausgestattet, um die Leistungsfähigkeit
des Werkzeugs weiter zu verbessern. Dabei geht man ferner dazu über, für den eigentlichen
Schneidkopf einerseits und den diesen tragenden Schaft andererseits
unterschiedliche Materialien zu verwenden, wodurch sich eine Verringerung
der Herstellungskosten bei gleichzeitig verbesserter Zerspanungsqualität erzielen
läßt. Der
aus einem höherwertigen
Werkstoff bestehende Schneidkopf wird dabei dreh- und axialfest
mit dem Schaftteil verbunden, indem zumindest ein sich axial erstreckender
und vorzugsweise zentrisch angeordneter Kühl- und Schmiermittelkanal
vorgesehen bzw. ausgebildet ist. Um das Kühl-/Schmiermittel effektiv im gesamten,
an der Zerspanung teilnehmenden Bereich des Zerspanungswerkzeugs,
wie z. H. der Reibahle, nutzen zu können, wird das Kühl-/Schmiermittel in
axialer Richtung von der dem Anschnitt der Reibahle abgewandten
Seite unter Zuhilfenahme einer Kühlmittel-Leithülse in die
Spannuten eingeführt.
Das Kühl-/Schmiermittel
erreicht auf diese Weise bei möglichst
gleichmäßiger Verteilung über den
Umfang der Reibahle selbst dann zuverlässig den Anschnitt, wenn die
Führung
der Reibahle eine beträchtliche axiale
Erstreckung hat.
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Die Kühlmittel-Leithülse begrenzt
einen auf der dem Schneidkopf abgewandten Seite abgedichteten Ringraum,
der über
ein Radialkanal-System mit dem zumindest einen Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal
in Strömungsmittelverbindung
steht.
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Bohrungsnachbearbeitungswerkzeuge
der vorstehend beschriebenen Art mit innenliegender Kühl- /Schmiermittelversorgung
sind in verschiedenen Varianten bekannt geworden.
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Während
aus dem Dokument
EP
0 556 801 A1 die Verwendung einer Kühlmittel-Leithülse für den Fall
einer einstöckigen
Ausbildung von Schaftteil und Schneidkopf bekannt ist, zeigt das
Dokument
DE-AS 1 291
170 die Verwendung einer derartigen Kühlmittel-Leithülse für ein Bohrwerkzeug,
bei dem ein Schneidenteil an ein Schaftteil dreh- und verschiebefest
angesetzt ist. Von einem Hauptkanal im Schaft zeigen schräg nach außen geführte Kanäle ab, die radial
innerhalb einer an den Schaft angeschweißten Kühlmittel-Leithülse in den
Auslaufbereich von in das Schneidenteil eingebrachten Spannuten
münden.
Da allerdings das Schneidenteil regelmäßig aus einem vom Schaftteil
unterschiedlichen Werkstoff gefertigt ist, ergeben sich fertigungstechnische
Nachteile bei der Herstellung der Spannuten. Denn beim Fertigen der
Spannuten greift das Werkzeug in beide Werkstoffe ein, wodurch sich
durch mitgerissene Partikel des weicheren Werkstoffs Beeinträchtigungen
bei der Bearbeitung des härten
Schneidenteils ergeben.
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Um diesen Nachteil zu beheben, ist
aus dem Dokument
DE
195 22 141 A1 ein Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bekannt geworden. Die von einem zentralen Kühl- und
Schmiermittel-Versorgungskanal
im Schaftteil ausgehenden Radialkanäle befinden sich in vorbestimmtem,
axialen Abstand von der Fügestelle
zwischen Schneidkopf und Schaftteil. Bei der Bearbeitung des Schneidkopfs,
insbesondere bei der Einbringung der Spannuten greift das Bearbeitungswerkzeug
nicht mehr in den in der Regel weicheren Werkstoff des Schaftteils
ein, so dass das vorstehend angesprochene Problem gelöst ist.
Es zeigt sich aber, dass es mit dieser Konstruktion schwierig ist, die
Stabilitäts-
und Qualitätsanforderungen
zu erfüllen,
die an moderne Hochleistungs-Schaftwerkzeuge, insbesondere Hochleistungsreibahlen
gestellt werden.
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Derartige Hochleistungsreibahlen
sind Schneidwerkzeuge, die tendenziell ein eigenes Bohrbild erzeugen,
und auf diese Weise bessere Bearbeitungsqualitäten erzielen. Der Effekt des
sogenannten Nachlaufens in den bereits vorhandenen Bohrungsverlauf,
wie er bei konventionellen Reibahlen vorliegt, tritt dabei in den
Hintergrund. Kriterien für
derartige Hochleistungs-Bohrungsnachbearbeitungswerkzeuge sind:
eine besonders hohe Stabilität
des Werkzeugs; eine stabile Schnittstelle zur Antriebsspindel; eine
erhöhte
Rundlaufgenauigkeit im System Spindel/Werkzeug; und eine effektivere
Nutzung der inneren Kühl-/Schmiermittelzufuhr.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, ein chaftwerkzeug, insbesondere Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 für
das vorstehend beschriebene Anwendungsgebiet derart weiterzubilden,
dass unter Beibehaltung eines wirtschaftlichen Herstellungsverfahrens
die vorstehend genannten Kriterien der Baureihe von Hochleistungswerkzeugen,
insbesondere Hochleistungs-Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugen besser
erfüllt
werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird das Kanalsystem, welches
eine Verbindung zwischen dem im Schaftteil liegenden Kühl- und
Schmiermittel-Versorgungskanal und der zumindest teilweise vom Schneidkopf
begrenzten, axial verlaufenden Strömungskanalanordnung, beispielsweise
dem von der Kühlmittel-Leithülse begrenzten
Ringraum herstellt, zumindest bereichsweise im Schneidkopf ausgebildet
bzw. von diesem definiert. Dies hatzur Folge, dass der das Kühl-/Schmiermittel
auf die Strömungskanalanordnung
vertelende Raum, wie z.B. der Ringraum, über den die gleichmäßige Kühl-/Schmiermittelversorgung der
Spannuten erfolgt, ausschließlich
im Bereich des Schneidkopfs liegt. Dadurch kann das Radialkanal-System,
welches das Werkzeug insbesondere im Übergang zum Kühl- und
Schmiermittel-Versorgungskanal zwangsläufig schwächt, wesentlich näher an die
Werkzeugspitze gerückt
werden, d. h. in einen Bereich, in dem die Vergleichsspannung (Biegespannung
und Torsionsspannung) geringer ist als bei herkömmlichen Konstruktionen. Dies
kommt nicht nur der Stabilität,
sondern auch dem Schwingungsverhalten des Werkzeugs zugute, wodurch
es gelingt, die an Hochleistungswerkzeuge, wie z. B. Hochleistungsreibahlen
gestellten Anforderungen insgesamt besser zu erfüllen.
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Das erfindungsgemäße Konzept erlaubt es darüber hinaus
für den
Fall, dass eine die Kühlmittel-Leithülse verwendet
wird, diese axial zu verkürzen.
Denn durch die erfindungsgemäße Maßnahmen ist
es nicht mehr erforderlich, dass der Ringraum die Fügestelle
zwischen Schneidkopf und Schaftteil überbrückt. Während bei der Konstruktion
nach dem Dokument
DE 195 22
141 aufgrund des die Fügestelle überdeckenden
Ringraums dafür
gesorgt werden musste, dass die im Ringraum vorherrschende Kühl-/Schmiermittelströmung nach
der Fügestelle über eine
ausreichende axiale Länge
beruhigt werden konnte, damit eine gleichmäßige Beaufschlagung der Spannuten
sichergestellt ist, ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Konzept
der besondere Vorteil, dass die Kühl-/Schmiermittelströmung im gesamten, von der Kühlmittel-Leithülse begrenzten
Ringraum frei von Übergängen, d.
h. störungsfrei
zum Austritt an der Rückseite
der Spannuten strömen kann.
Mit anderen Worten, die gesamte Länge der Kühlmittel-Leithülse kann
für die
gleichmäßige Verteilung
des Kühl-/Schmiermittels über den
gesamten Umfang des Ringraums genutzt werden. Der Spielraum für die geometrische
Gestaltung der Kühlmittel-Leithülse wird
dadurch größer. Insbesondere
wird die Möglichkeit
eröffnet,
die Kühlmittel-Leithülse in axialer
Richtung weiter zu verkürzen
und damit das Radialkanal-System noch näher an die Spitze des Werkzeugs
zu rücken
und damit die Stabilität
des Werkzeugs tendenziell anzuheben.
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Durch die erfindungsgemäß gesteigerte
Stabilität
des Werkzeugs wird der Weg frei für den Einsatz besonders hochfester
Werkstoffe für
den Schneidkopf. Im Einzelnen lassen sich bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug
besonders wirtschaftlich Hartstoffe, insbesondere Sinterwerkstoffe
einsetzen, besonders bevorzugt sogenannte Cermet-Werkstoffe. Dabei ist nach wie vor für ein besonders
wirtschaftliches Herstellungsverfahren gesorgt. Denn es hat sich
herausgestellt, dass die erfindungsgemäß in den Schneidkopf einzubringenden
Ausnehmungen für
das Kühl-/Schmiermittel bereits
im Sinterrohling ausgebildet werden können, ohne dass es einer Nachbearbeitung,
insbesondere einer Innen-Nachbearbeitung des Fertigteils bedarf,
weil diesbezüglich hohe
Maßanforderungen
an Form- und/oder
Lagetoleranzen nicht erfüllt
werden müssen.
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Der erfindungsgemäße Aufbau des Schaftwerkzeugs
eignet sich damit in besonderer Weise für den Einsatz von Cermets,
d. h. von Sinterwerkstoffen, die als wesentlichen Härteträger die
Carbide und Nitride des Titans (TiC, TiN) besitzen und bei denen als
Bindephase überwiegend
Nickel zum Einsatz kommt. Bei diesem Werkstoff wirken sich die Kriterien
wie geringe chemische Affinität
zu Stahllegierungen, geringer Wärmeleitkoeffizient,
höhere
Warmhärte
und Feinkörnigkeit
des Gefüges
besonders vorteilhaft auf das Einsatzgebiet aus. Der Gefügeaufbau von
Cermets ist inzwischen soweit erforscht, dass es durch geeignete
Steuerung der Prozessparameter gelingt, sehr feinkörniges Gefüge mit hoher
Zähigkeit bereitzustellen.
Insbesondere dann, wenn das Schaftwerkzeug als Hochleistungsreibahle
eingesetzt wird, ist es von Vorteil, in den Werkstoff Titannitrid
einzubringen, was aufgrund seiner hohen thermodynamischen Stabilität eine geringe
Löslichkeit
in Eisen aufweist und damit das Diffusions- und Reibverhalten positiv
beeinflusst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Es zeigt sich, dass zwei im wesentlichen
radial verlaufende Ausnehmungen im Schneidkopf selbst bei verkürzter axialer
Länge die
Kühlmittel-Leithülse genügen, um
sämtliche
Spannuten des Werkzeugs gleichmäßig und
mit ausreichend hohem Massendurchsatz mit Kühl-/Schmiermittel zu versorgen.
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Wenn das Radialkanal-System gemäß Anspruch
4 in die Flächenpaarung
eingearbeitet ist, ergibt sich der besondere Vorteil einer vereinfachten Herstellung.
Denn die Flächen
sind frei zugänglich und
können
somit entweder spanabhebend gut bearbeitet werden oder aber bereits
im Urformprozess unter Verwendung einfacherer Presswerkzeuge hergestellt
werden.
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Für
die Gestaltung der Flächenpaarung
zwischen Schneidkopf und Schaftteil bestehen vielfache Variationsmöglichkeiten.
Es hat sich gezeigt, dass es zur Übertragung der Kräfte vom
Schaftteil auf den Schneidkopf ohne weiteres genügt, eine Stoffschluss-Verbindung,
beispielsweise in Form einer Lötverbindung,
zu verwenden und ansonsten die Flächenpaarung unverzahnt zu gestalten.
Diese Weiterbildung ist Gegenstand der Ansprüche 5 bis 8.
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Ein besonders vorteilhaftes Anwendungegebiet
der Erfindung betrifft die Kühl-/Schmiermittelübergabe
in das Schneidteil, insbesondere wenn dieses oder das gesamte Werkzeug
mit innenligenden Kühlkanälen ausgestattet
ist, die entweder gerade oder gewendelt verlaufen können. Bei
dieser Kühl-/Schmiermittel-Übergabe
kommt es auf mehrere Kriterien besonders an: zum einen soll die Übergabeschnittstelle
dicht sein, damit ein unerwünschtes Austreten
von Kühl-/Schmiermittel
beispielsweise in einen Spannbereich eines Werkzeugfutters oder
in einen KSK-Innenraum
vermieden wird. Zum anderen soll die Handhabung des Anschlusses
zwischen Werkzeug und Kühl-/Schmiermittel-Übergabeteil möglichste
einfach sein. Des Weiteren soll die geometrische Gestaltung so sein,
dass es im Bereich der Schnittstelle nicht zu unkontrollierten Schmiermedien-Ansammlungen
kommt, damit die gewünschte Schmiermenge
auch tatsächlich
in der erforderlichen Qualität
zu den Schneiden gelangt. Schließlich soll eine wirtschaftliche
Herstellung sichergestellt sein.
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Diese Kriterien werden mit einem
Werkzeug nach den Ansprüchen
9 bis 15 bzw. mit einer Kühl-/Schmiermittel- Übergabeschnittstelle nach den Ansprüchen 33
bis 43 erfüllt.
Diese Ausgestaltungen sind im Besonderen dann von Vorteil, wenn
die Werkzeuge mit sogenannter Minimalmengenschmierung (MMS) betrieben
werden, d.h. wenn extrem kleine Schmiermediummengen verwendet werden.
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Es soll an dieser Stelle hervorgehoben
werden, dass die Gestaltung des Werkzeugs im Bereich des Schaftendes
einerseits und die Gestaltung des zugehörigen Anschlussstücks andererseits
für sich jeweils
eine Erfindung darstellt, für
die gesonderter Schutz beansprucht wird.
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Die kegelstumpfförmige Gestaltung des Schaftendes
ist sehr einfach herzustellen, ebenso wie der radial verlaufende
Schlitz, welcher für
den Fall, dass eine gerade Zahl von diametral zueinander versetzten
innenliegenden Kühl-/Schmiermittelkanälen vorgesehen
ist, noch einfacher gefertigt werden kann, nämlich als durchgehender im
Wesentlichen diametral verlaufender Schlitz. Durch entsprechende Toleranzvorgabe
zwischen Außenkonus
des Schaftes und Innenkonus des Ansschlussstücks lässt sich eine zuverlässige umlaufend
geschlossene Dichtfläche
im Bereich des größten Durchmessers
der Konus-Flächenpaarung
erzielen. Es hat sich darüber
hinaus gezeigt, dass sich mit der erfindungsgemäßen Gestaltung der Kühl-/Schmiermittel-Schnittstelle sehr gute
Strömungsverhältnisse
realisieren lassen.
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Eine besonders geringe Wirbelbildung
im Bereich der Kühl-/Schmiermittel-Übergabe
ergeben sich dann, wenn der Schlitz einen gerundeten Nutgrund hat.
Versuche haben ferner geszeigt, dass ein breiter Schlitz tendenziell
zu noch geringerer Wirbelbildung führt, so dass diese Weiterbildung
im Besonderen für
MMS-Werkzeuge geeignet ist.
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Entsprechend einer vorteilhaften
Alternative bezüglich
der Gestaltung der Flächenpaarung
zwischen Schneidkopf und Schaftteil findet zusätzlich zum Stoffschluss eine
formschlüssige
Verbindung zwischen Schaftteil und Schneidkopf Anwendung, was Gegenstand
der Ausführungsform
nach den Ansprüchen
9 bis 13 ist.
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Die Gestaltung des Radialkanal-Systems entsprechend
der Weiterbildung nach Anspruch 6 ist so gewählt, dass sie die Stabilität des Schneidkopfs möglichst
wenig beeinträchtigt.
Die axial versetzten, im Wesentlichen radial verlaufenden Ausnehmungen und/oder
die Sackausnehmung im Schneidkopf können entweder durch einen Bearbeitungsvorgang,
wie z. B. durch eine Bohrungsbearbeitung oder eine Erodierbearbeitung
hergestellt werden, oder aber bereits im Urformprozess, beispielsweise
beim Pressvorgang des aus einem Sinterwerkstoff bestehenden Schneidkopfs
erzeugt werden.
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Um zu verhindern, dass bei der Herstellung der
stoffschlüssigen
Verbindung an der Fügestelle zwischen
Schaftteil und Schneidkopf beispielsweise Lot entweder in den Kühl- und
Schmiermittel-Versorgungskanal des Schaftteils oder in die Sackausnehmung
des Schneidkopfs läuft,
kommt vorteilhafterweise ein Lotschutzrohr gemäß Anspruch 7 zur Anwendung.
Diese Lotschutzrohr kann beispielsweise von einer dünnwandigen
Aluminiumlegierungshülse oder
einer Stahlhülse
gebildet sein. Vorteilhafterweise wird diese Hülse mit einem Antiflussmittel
bestrichen oder beschichtet, beispielsweise mit TiO2 bzw. TiN2. Als Antiflussmittel kann beispielsweise „Antifluss
ASV" verwendet werden,
welches von der Firma Degussa vertrieben wird.
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Eine besonders hoch beanspruchbare
Verbindung zwischen Schaftteil und Schneidkopf ergibt sich mit der
Weiterbildung des Anspruchs 10.
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Die Einarbeitung des Radialkanal-Systems in
die Fügeflächenpaarung
zwischen Schneidkopf und Schaftteil erfolgt vorteilhafterweise – gemäß Anspruch
11 – im
Bereich des Scheitelabschnitts des keilförmigen Endabschnitts des Schneidkopfs.
Diese Ausnehmung in dem Scheitelabschnitt erlaubt es, die keilförmige Ausnehmung
im Schaftteil auszurunden und trotzdem einen ausreichend großen Querschnitt für den Verbindungskanal
zum Ringraum innerhalb der Kühlmittel-Leithülse bereitzustellen.
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Mit einer Strömungsmittel-Verteilernut gemäß Anspruch
12 in der Außenoberfläche des Schneidkopfs
wird erreicht, dass die Verteilung des in den Ringraum einströmenden Kühl-/Schmiermittels über den
gesamten Umfang unterstützt
wird, was eine weitere axiale Verkürzung der Kühlmittel-Leithülse ermöglicht.
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Vorteilhafterweise überdeckt
die Kühlmittel-Leithülse einen
Auslaufbereich der Spannuten. Dieser Auslaufbereich kann zusätzlich dazu
herangezogen werden, die Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in die betreffenden
Spannuten noch gleichmäßiger, d.
h. über
den Umfang homogen verteilt vorzunehmen.
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Die Formgebung des Schneidkopfs ist
nicht auf eine bestimmte Geometrie beschränkt. Besonders einfach herzustellen
ist jedoch der Schneidkopf in der Ausgestaltung nach Anspruch 14,
mit dem Vorteil der Erzielung besonders guter Rundlaufgenauigkeiten.
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Wenn der Durchmesser des Passungsbundes
des Schaftteils nicht größer gehalten
ist als der Durchmesser des Passungsbundes am Schneidkopf (Anspruch
15), ergibt sich der Vorteil, dass die Kühlmittel-Leithülse nach
der Herstellung der dreh- und verschiebefesten Verbindung zwischen
Schaftteil und Schneidkopf von der der Werkzeugspitze abgewandten
Seite vom Schaftteil auf den Schneidkopf geschoben werden kann,
um eine feste Verbindung zwischen Kühlmittel-Leithülse und
den Passungsbunden herzustellen. Vorzugsweise sind die Passungsbunde
mit identischem Außendurchmesser
gestaltet, wodurch sich eine sehr einfache Form der Kühlmittel-Leithülse ergibt.
Die Weiterbildung des Anspruchs 16 schafft die geometrischen Voraussetzungen
auf Seiten des Schaftteils für
diese Art der Montage.
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Der Schaft stellt vorzugsweise ein
Drehteil dar und wird durch entsprechende Weichbearbeitung fertiggestellt.
Bei hohen Stückzahlen
können
Halbzeuge mit innerer Bohrung für
den Schaft verwendet werden, wodurch der kostenintensive Prozess
des Tiefbohrens entfällt.
Vorzugsweise besteht der Schaft aus Vergütungsstahl, beispielsweise
42CRMo4 mit einer Grundfestigkeit sigma von über 900 N/mm2 oder
aus DEMO5, oder aus C100.
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Insbesondere bei Verwendung einer
Lötverbindung
zwischen Schneidkopf und Schaftteil gelingt es, die physikalischen
Eigenschaften von Cermet für den
Schneidkopf positiv zu nutzen. Vorzugsweise wird eine Hartlötverbindung
verwendet. Da Cermet im Vergleich zu Hartmetall einen höheren Ausdehnungskoeffizienten
besitzt, ergibt sich eine niedrigere Eigenspannung des Lotes im
Verbund mit Stahl. Auf diese Weise gelingt es, in der Lötverbindung
Silberlote einzusetzen, wobei die Löttemperatur vorzugsweise zwischen
650 und 700°C
liegt (Hartlötverbindung). Es
hat sich als vorteilhaft erwiesen, mit einem Hartlot zu arbeiten,
dessen maximal zulässige
Schubspannung taumi
n oberhalb
250 N/mm2 liegt.
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Der Schneidkopf kann zur Verbesserung
der Schnittfunktion und zur Verbesserung der Standzeit zumindest
bereichsweise, vorzugsweise im Bereich der Schneiden mit einer Beschichtung
versehen sein, die vorzugsweise als Hartstoffschicht ausgeführt ist. Hierbei
kann es sich beispielsweise um eine Schicht aus Diamant, vorzugsweise
nanokristallinem Diamant, aus Titan-Nitrid oder aus Titan-Aluminium-Nitrid
handeln. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Beschichtung sind Gegenstand
der Ansprüche
21 bis 23.
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Selbständiger Gegenstand der Erfindung
ist darüber
hinaus ein Sinterrohling für
den Schneidkopf eines rotierenden Schaftwerkzeugs, insbesondere eines
Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs, wie z. B. einer Reibahle gemäß Anspruch
24. Diese von Sinterrohlingen gebildeten Formköpfe können vom Hersteller als Halbzeuge
bezogen werden. Vorteilhafter Weise werden diese Formköpfe mit
Aufmaßen in
der Größenordnung
von lediglich 0.5 mm bezogen auf den Nenndurchmesser des Werkzeugs
versehen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
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Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen
Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines beispielsweise drehangetriebenen
Schaftwerkzeugs, insbesondere eines Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs
in der Ausgestaltung als Hochleistungs-Reibahle in einem Fertigungszustand
vor dem Aufschieben der Kühlmittel-Leithülse;
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2 eine
der 1 entsprechende
Ansicht des Werkzeugs mit fertig montierter Kühlmittel-Leithülse;
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3 in
vergrößerter Ansicht
eine Einzelheit des Werkzeugs gemäß 1;
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4 eine
der 1 entsprechende
Ansicht einer weiteren Ausführungsform
einer Hochleistungs-Reibahle;
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5 eine
der 2 entsprechende
Ansicht der Ausführungsform
nach 4;
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6 in
vergrößertem Maßstab eine
Einzelheit der Darstellung gemäß 4;
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7 in
einer Explosionsdarstellung eine Zusammenstellung der Bauelemente
einer dritten Ausführungsform
einer Hochleistungs-Reibahle;
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8 die
Seitenansicht der mit den Bauelementen gemäß 7 fertiggestellten Reibahle;
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9 den
Schnitt entsprechend IX-IX gemäß 8;
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10 den
Schnitt X-X gemäß 9;
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11 eine
der 7 ähnliche
Ansicht einer die Variante nach 1 abwandelnden
Ausführungsform.
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12 eine
der 1 ähnliche
Ansicht einer Variante des Schaftwerkzeugs;
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13 eine
vergrößerte Teilansicht
der Kühl-/Schmiermittel-Übergabeschnittstelle
der Ausführungsform
der 12;
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14 die
Ansicht „XIV" in 13; und
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15 die
Ansicht „XV" in 14.
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In den 1 bis 3 ist mit den Bezugszeichen 10 ein
beispielsweise drehangetriebenes Schaftwerkzeug in der Ausgestaltung
eines Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugs, nämlich als Hochleistungs-Reibahle
bezeichnet, die im Wesentlichen aus zwei Bauteilen, nämlich einem
Schaftteil 12 und einem Schneidkopf 14 besteht.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Reibahle mit sechs Zähnen und verkrallten Nuten.
Es soll jedoch bereits an dieser Stelle hervorgehoben werden, dass
eine Beschränkung
auf irgendeine Geometrie und ein Einsatzgebiet der Reibahle nicht
gegeben ist. Es kann sich auch um ein anderes rundlaufendes Schaftwerkzeug,
wie z. B. ein Fräswerkzeug
oder ein anderes Bohrungsnachbearbeitungswerkzeug handeln, bei dem
es darum geht, eine Kühl-/Schmiermittelversorgung
zu den Schneiden, insbesondere bis in den Spitzenbereich 16 hinein
zu gewährleisten.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird der Spitzenbereich 16 von einem sog. Anschnitt gebildet,
von dem die hauptsächliche
Spanungsarbeit der Reibahle geleistet wird.
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Das Schaftteil 12 ist mit
dem Schneidkopf 14 stoffschlüssig über eine Fügeflächenpaarung 18 verbunden,
die auf Seiten des Schaftteils 12 von einer konischen Innenfläche und
auf Seiten des Schneidkopfs 14 von einer konischen Außenfläche gebildet ist.
Der Stoffschluss erfolgt über
eine Lötverbindung, vorzugsweise über eine
Hartlötverbindung.
Das Lot wird vorzugsweise so ausgewählt, dass die Löttemperatur
zwischen 650°C
und 700°C
liegt. Die maximal zulässige
Schubspannung des Lotes taumin sollte größer als
250 N/mm2 sein. Die Anwendung von Sinterloten
hat sich als vorteilhaft erwiesen. Gearbeitet wurde mit dem Lot
LG45SN, wie es beispielsweise unter der Bezeichnung „Degussa
4576" mit einer
maximal zulässigen
Spannung von tau = 450 N/mm2 angeboten wird.
Ebenfalls anwendbar ist das Lot LG55 SN unter der Bezeichnung „Degussa
55SN" (tau = 350
N/mm2).
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Vorzugsweise wird ein auf das Lot
abgestimmtes Flussmittel verwendet. Zur Herstellung der Lötverbindung
ist es von Vorteil, wenn mit Lötfolien
in Form von vorgeformten Trichtern gearbeitet wird.
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Das Werkzeug besteht zur Sicherstellung
eines Höchstmaßes an Stabilität entweder
zur Gänze, vorzugsweise
zumindest im Bereich des Schneidkopfs aus einem hochfesten Werkstoff,
wie z.B. aus Hartmetall, Schnellstahl wie HSS, HSSE oder, HSSEBM,
Keramik, Cermet oder aus einem anderen Sinterwerkstoff. Besonders
bevorzugt wird der Sinterwerkstoff Cermet, und hier insbesondere
ein Cermet-Werkstoff
mit feinkörnigem
Gefüge,
hoher Warmhärte
und hoher Zähigkeit.
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Zur zusätzlichen Verbesserung der Bearbeitungsqualität kann der
Schneidkopf zumindest im Bereich der am höchsten beanspruchten Abschnitte, d.h.
im Bereich der Schneidkanten und Rundschlifffasen mit einer Beschichtung
versehen sein, die vorzugsweise als Hartstoffschicht ausgebildet
ist. Für diese
Hartstoffschicht kommt z.B. Diamant, vorzugsweise nanokristalliner
Diamant in Frage, Titan-Nitrid- oder Titan-Aluminium-Nitrid. Besonders
geeignet sind u.a. eine Titan-Aluminium-Nitrid-Schicht und eine
sogenannte Mehrlagen-Schicht, die unter der Bezeichnung "Fire I" von der Firma Gühring oHG
vermarktet wird. Dabei handelt es sich um eine TiN-/(Ti,Al)N-Mehrlagens-Schicht.
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Besonders bevorzugt kann auch eine
Verschleißschutzschicht
zur Anwendung kommen, die im wesentlichen aus Nitriden mit den Metallkomponenten
Cr, Ti und Al und vorzugsweise einem geringen Anteil von Elementen
zur Kornverfeinerung besteht, wobei der Cr-Anteil bei 30 bis 65 %, vorzugsweise
30 bis 60 %, besonders bevorzugt 40 bis 60 %, der Al-Anteil bei
15 bis 35 %, vorzugsweise 17 bis 25 %, und der Ti-Anteil bei 16
bis 40 %, vorzugsweise 16 bis 35 %, besonders bevorzugt 24 bis 35
%, liegt, und zwar jeweils bezogen auf alle Metallatome in der gesamten
Schicht. Dabei kann der Schichtaufbau eilagig sein mit einer homogenen
Mischphase oder er kann aus mehreren in sich homogenen Lagen bestehen,
die abwechselnd einerseits aus (TixAlyYz)N mit x = 0,38
bis 0,5 und y = 0,48 bis 0,6 und z = 0 bis 0,04 und andererseits
aus CrN bestehen, wobei vorzugsweise die oberste Lage der Verschleißschutzschicht von
der CrN-Schicht gebildet ist.
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Der Schneidkopf 14 der gezeigten
Ausführungsbeispiele
besteht aus einem Hartstoff, insbesondere einem Sinterwerkstoff,
wie z. B. einem Hartmetall oder einem Cermet-Werkstoff. Bei dem
Einsatz von Reibahlen sind insbesondere die Kriterien Abriebverschleiß und Warmhärte von
entscheidender Bedeutung. Es hat sich herausgestellt, dass die Cermet
Sorte „HTX", das von der Firma
Kennametal-Hertel vermarktet wird, besonders vorteilhaft eingesetzt
werden kann. Gute Ergebnisse erzielt man darüber hinaus mit den Sorten „SC30" der Herstellerfirma
Cerasiv GmbH (Feldmühle)
und „Tungaly NS530" der Firma Toshiba
Europa GmbH.
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Die in den 1 bis 3 gezeigte
Hochleistungs-Reibahle
hat eine in das Werkzeug integrierte Kühl-/Schmiermittelversorgung. Das Schaftteil 12 hat zu
diesem Zweck einen zentralen Kühl-
und Schmiermittel-Versorgungskanal 24,
der bei 26 in die konische Ausnehmung des Schaftteils 12 zur
Aufnahme des Schneidkopfs 14 mündet.
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Der zentrale Kanal 24 geht
fluchtend in eine axiale Sackausnehmung 28 im Schneidkopf 14 über. Von
dieser Sackausnehmung 28 gehen axial gestaffelt zwei Radialausnehmungen 30, 32 aus,
die in die zylindrische Außenoberfläche 34 des
Schneidkopfs 14 münden.
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Mit dem Bezugszeichen 20 sind
die Zähne der
Reibahle und mit dem Bezugszeichen 22 die Spannuten bezeichnet,
die auf dem der Werkzeugspitze abgewandten Bereich einen Auslaufbereich 36 haben.
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Mit dem Bezugszeichen 38 ist
ein Passungsbund bezeichnet, dessen Außendurchmesser D38 geringfügig größer ist
als der Außendurchmesser D34
der zylindrischen Außenoberfläche 34.
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Der Passungsbund 38 dient
zum Anschluss einer mit dem Bezugszeichen 40 versehenen
Kühlmittel-Leithülse, die
von einem dünnwandigen
Stahlrohr gebildet ist. Die andere Seite der Kühlmittel-Leithülse seht
im fertig montierten Zustand (vgl. 2)
in flächigem,
d. h. abgedichteten Eingriff mit einem Passungsbund 42,
der radial außerhalb
der konischen Ausnehmung im Schaftteil 12 ausgebildet ist.
Der Außendurchmesser
des Passungsbundes 42 entspricht vorzugsweise dem Außendurchmesser
des Passungsbundes 38, so dass die Kühlmittel-Leithülse durchgehend
mit gleichem Innendurchmesser ausgebildet werden kann.
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Auf der der Werkzeugspitze abgewandten Seite
hat das Schaftteil im Anschluss an den Passungsbund 42 eine
den Hals der Reibahle bildende Eindrehung 44, deren axiale
Länge L44
größer ist
als die axiale Länge
L40 der Kühlmittel-Leithülse 40 (vgl. 2).
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Im fertig montierten Zustand ist
die Kühlmittel-Leithülse 40 fest
aufsitzend auf den Passungsbunden 38, 42 angeordnet,
beispielsweise mit den Passungsbunden verklebt oder verlötet, wobei
dadurch, dass der Passungsbund 42 ringförmig geschlossen ist, eine
Abdichtung eines mit 46 bezeichneten Ringraums zwischen
der Innenoberfläche
der Kühlmittel-Leithülse 40 und
der zylindrischen Oberfläche 34 des
Schneidkopfs 14 gegeben ist. Die Höhe des Ringraums 46 entspricht
dem radialen Spiel zwischen den Durchmessern D38 und D34. Auf der
dem Passungsbund 42 abgewandten Seite, d. h. im Bereich
des Passungsbundes 38 mündet
der Ringraum 46 in die einzelnen Spannuten 22,
wobei über
den betreffenden Auslaufbereich 36 der Spannuten 22 eine
allmähliche Öffnung des
Ringraums 46 zur Versorgung der Spannuten mit Kühl-/Schmiermittel sichergestellt
ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung
wird klar, dass das durch den zentralen Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanal 24 zugeführte Kühl-/Schmiermittel über die
Fügestelle 18 in
den Schneidkopf 14, im Einzelnen in die Sackausnehmung 28 strömt und von
dort radial über
die Kanäle 30, 32 in
den Ringraum 46 verteilt wird, der eine radiale Höhe von beispielsweise
1 mm hat. Die aus den Radialausnehmungen 30, 32 strömenden Kühl-/Schmiermittelmenge
strömt
weiter axial im Ringraum und verteilt sich dabei gleichmäßig über den gesamten
Umfang. Diese gleichmäßig Verteilung
des Kühl-/Schmiermittels
wird dadurch begünstigt,
dass die Strömung
im Ringraum 46 keine Trennfuge mehr zwischen Schaftteil
und Schneidkopf überströmen muss.
Auf diese Weise gelingt es, den axialen Abstand AA der vordersten
Radialausnehmung 30 zum vorderen Ende der Kühlmittel-Leithülse 40 (vgl. 2) möglichst klein zu halten. Da
darüber
hinaus erfindungsgemäß die Radialausnehmungen
ausschließlich
im Schneidkopf 14 vorgesehen sind, liegt die Radialausnehmung 30 zur
Spitze des Werkzeugs 10 in einer Entfernung E, die wesentlich
kleiner ist als dies bei herkömmlichen,
gattungsbildenden Konstruktionen der Fall ist. Die von den Radialkanälen 30, 32 und
der Sackausnehmung 28 gebildete Schwachstelle liegt damit
wesentlich näher
an den Schneiden bzw. Zähnen,
insbesondere näher
am Anschnitt 16, so dass die entscheidende Vergleichsspannung
aus überlagerter
Biege- und Torsionsspannung
ebenfalls wesentlich kleiner als beim Stand der Technik ist. Dies
ist insbesondere bei denjenigen Werkzeugen von Bedeutung, bei denen
größere Zerspanungskräfte auftreten,
wie z. B. bei Fräswerkzeugen.
Diese Maßnahme
hat aber auch bei Bohrungsnachbearbeitungswerkzeugen wie z. B. Hochleistungs-Reibahlen
einen wichtigen Effekt. Wie eingangs bereits erwähnt, stellen Hochleistungs-Reibahlen
Schneidwerkzeuge dar, die tendenziell ein eigenes Bohrbild erzeugen
und somit bessere Bearbeitungsqualitäten realisieren. Anders als
bei gewöhnlichen
Reibahlen liegt bei derartigen Hochleistungs-Reibahlen kein Nachlaufen
in den bereits vorhandenen Bohrungsverlauf vor, was eine besondere Stabilität des Werkzeugs
erfordert, die durch die vorstehend beschriebene Konstruktion sichergestellt
ist.
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Die Gestaltung des Schneidkopfs ist
selbstverständlich
nicht auf die vorstehend beschriebene Geometrie eines Reibahlen-Schneidkopfs
beschränkt.
Auf die axialen Längen
der Führung
und des Anschnitts der Reibahle können je nach Bedarf variiert
werden, ebenso wie die Ausrichtung der Zähne 20 und/oder die
Zahnteilung, welche allerdings vorteilhafterweise ungleich gehalten
ist, um Schwingungen, Rattermarken oder Kreisformfehler zu minimieren.
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Aufgrund der vorstehend beschriebenen
verbesserten Versorgung des Schneidkopfs mit Kühl-/Schmiermittel ist es möglich, die
entscheidenden Bereiche der Zähne,
insbesondere den Anschnitt der Hochleistungs-Reibahle selbst dann
mit ausreichender Qualität
mit Kühl-/Schmiermittel zu
versorgen, wenn der Linksdrall der Reibahle verhältnismäßig groß ist, wie dies beispielsweise
bei Schälreibahlen
der Fall ist.
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Der Schneidkopf der Ausgestaltung
nach den 1 bis 3 ist vorteilhafterweise
aus einem Material gefertigt, welches sich durch eine besonders hohe
Stabilität
und Verschleißfestigkeit
auszeichnet. Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines Hartstoffs,
wie z. B. eines Carbids, eines Nitrids, eines Borids oder eines
nichtmetallischen Hartstoffs bzw. eines Hartstoffsystems, wie es
beispielsweise in Form von Mischcarbiden, Carbonnitriden, Carbid-Borid-Kombinationen
oder Mischkeramik und Nitridkeramik bekannt geworden ist. Besonders
vorteilhaft sind dabei diejenigen Hartstoffe einzusetzen, die als Sinter-Formteile
hergestellt werden können,
wie dies bei dem Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 3 der Fall ist.
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Der Schneidkopf 14 ist bei
der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 aus einem sogenannten Cermet-Sinter-Formteil hergestellt,
in das die innenliegenden Ausnehmungen für das Kühl-/Schmiermittel, d. h. die
Sackausnehmung 28 und/oder die Radialausnehmungen 30, 32,
bereits vor dem Sintern eingebracht sind. Dies kann beispielsweise
durch geeignete Kerne beim Pressvorgang geschehen oder aber durch
eine geeignete Nachbearbeitung des Sinterrohlings vor dem Sintervorgang.
Im Übrigen
wird der Sinter-Rohling vorzugsweise mit einem geringen Aufmaß bezogen
auf den Nenndurchmesser hergestellt. Dabei genügt es, das Aufmaß im Bereich
von etwa 0.5 mm bezogen auf die Endmaße zu beschränken. Es
ist sogar möglich,
die zylindrische Außenoberfläche 34 des
Schneidkopfs bereits im Urformprozess auszubilden, so dass eine
Bearbeitung auf Endmaß sogar
in diesem Bereich nach dem Sintervorgang entfallen kann. Ein Schleifen
auf Endmaß ist
somit lediglich noch im Bereich der Werkzeugspitze, des Anschnitts 16,
der Zähne 20 und
der Spannuten 22 sowie der konischen Fügefläche 18.
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Aufgrund der sehr hohen Werte von
Druckfestigkeit, Biegefestigkeit und E-Modul von Hartstoffen, insbesondere
von Hartmetall oder Cermet, wirken sich die für die Versorgung mit Kühl-/Schmiermittel
im Schneidkopf 14 vorgesehenen Ausnehmungen nicht mehr
spürbar
festigkeits- und/oder
stabilitätsvermindernd
auf das Werkzeug aus. Die Fügeflächenpaarung 18 in
Form des verhältnismäßig großflächigen Fügekonus
sorgt für
eine sehr gute, koaxiale Ausrichtung zwischen Schneidkopf 14 und Schaftteil 12,
was eine gute Voraussetzung für
eine angehobene Rundlaufgenauigkeit des Werkzeugs darstellt.
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Gerade für den Einsatz des Werkzeugs
als Hochleistungs-Reibahle
ist der Werkstoff Cermet für den
Schneidkopf 14 besonders geeignet. Der Werkstoff hat eine
geringe chemische Affinität
zu Stahllegierungen, einen geringeren Wärmeleitkoeffizient, eine höhere Wärmhärte und
ein verhältnismäßig feinkörniges Gefüge, so dass
kleine Schneidkantenradien erzielbar sind. Der im Vergleich zu Hartmetall
um den Faktor 7 kleinere Wärmeleitkoeffizient von Cermet
bewirkt, dass die erzeugte Zerspanungswärme im Span bleibt und somit
niedrigere Betriebstemperaturen am Werkzeug auftreten, was wiederum
eine höhere
Maßkonstanz über den
gesamtem Reibprozess ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Cermet-Qualität beschränkt, die
der Durchschnittsfachmann je nach Einsatzgebiet des Werkzeugs aus
dem inzwischen breitgefächerten
Angebot auswählt.
Für Hochleistungs-Reibahlen
wurden allerdings besonders gute Ergebnisse mit den Cermet-Sorten „HTX" (Hersteller: Kennametal/Hertel), „SC30" (Hersteller: Cerasiv-GmbH)
und „Tungaly NS530" (Hersteller: Toshiba
Europa GmbH) erzielt.
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Insbesondere die Sorte „HTX" zeigt besonders
hohe Standzeiten, d. h. einen sehr geringen Volumenverschleiß, gegenüber anderen
Cermet-Sorten beim Hochleistungs-Reibvorgang
ebenso wie beim Trockenreiben. Der Sinterwerkstoff kann aber ebenso
nach anderen Kriterien ausgewählt
werden, wie z. B. nach der erwünschten
Biegefestigkeit oder nach dem jeweiligen zu bearbeitenden Werkstoff.
So hat sich beispielsweise für
die Bearbeitung von Guss und Aluminium der Werkstoff Hartmetall
in der sogenannten K-Qualität
als besonders günstig
bezüglich
der erzielbaren Standzeit erwiesen.
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Der Werkstoff für das Schaftteil 12 wird
vorzugsweise so ausgewählt,
dass sich eine geringe Schwingungsneigung ergibt. Hier können herkömmliche
Vergütungsstähle und
Werkzeugstähle
zur Anwendung kommen, beispielsweise der Vergütungsstahl 42CrMo4 mit Zugfestigkeiten
1000 N/mm2 < sigma < 1500 N/mm2.
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Bei der Herstellung der Hochleistungs-Reibahle
nach den 1 bis 3 geht man vorteilhafterweise
wie folgt vor:
Zunächst
werden das Schaftteil 12 und der Schneidkopf 14 getrennt
bearbeitet, wobei die in der Regel anzuwendenden Schleifprozesse – insbesondere
im Bereich des Schneidkopfs 14 – vorzugsweise zwischen zwei
Spitzen durchgeführt
werden. In die Bearbeitung eingeschlossen ist die Bearbeitung der
Fügeflächenpaarung 18,
wobei in diesem Bereich besonders auf die genaue Ausrichtung zur
Achse der Bauteile zu achten ist.
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Anschließend wird die Kühlmittel-Leithülse über den
Passungsbund 42 auf das Schaftteil 12, d. h. auf
die Eindrehung 44 geschoben. Vorzugsweise unter Zuhilfenahme
eines geeigneten Werkzeugs wie z. B. einer Löt-Lehre wird nun die stoffschlüssige Verbindung
zwischen Schaftteil 12 und Schneidkopf 14 vorgenommen,
wobei vorteilhafterweise ein Hartlötvorgang durchgeführt wird.
Besonders bevorzugt wird mit einer kegelstumpfförmig geschalteten Lötfolie gearbeitet,
die in die Lötfuge
der Passungs-Flächenpaarung 18 eingelegt
wird. Die Lötfolie
hat vorzugsweise eine solche Qualität, dass die zulässige Schubspannung
des Lotes den Wert von taumin von 250 N/mm2 nicht unterschreitet. Da aufgrund der näher beieinanderliegenden
thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Cermet (der Ausdehnungskoeffizient
alphaCermet liegt im Bereich zwischen 8
und 10 ppm/K) und Stahl (Ausdehnungskoeffizient alphaStahl im
Bereich zwischen 12 und 13 ppm/K) ergeben sich in der Lötverbindung
geringere Eigenspannungen, so dass Silberlote eingesetzt werden
können. Vorteilhafte
Lote sind „LG45
SN (Degussa 4576, tau = 450 N/mm2) oder
LG55SN (Degussa 55SN, tau = 350 N/mm2).
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Wenn die stoffschlüssige Verbindung
zwischen Schaftteil 12 und Schneidkopf 14 hergestellt ist,
kann die Kühlmittel-Leithülse 40 in
axialer Richtung über
den Passungsbund 42 geschoben und auf den Passungsbund 38 aufgeschoben
werden, und zwar derart, dass die Kühlmittel-Leithülse 40 fest
auf den Passungsbunden 38, 40 aufsitzt. Das Werkzeug ist
damit fertiggestellt. Zusätzlich
kann im Bereich der Passungsbunde 38 und/oder
40 eine
weitere stoffschlüssige
Verbindung, beispielsweise durch eine zusätzliche Lötverbindung, hergestellt werden.
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Eine alternative Herstellungstechnik
besteht darin, dass vor dem Ansetzen des Schneidkopfs 14 die
Kühlmittel-Leithülse 40 in
lagegenaue Position auf den Passungsbund 42 gebracht wird.
Anschließend
wird das Lot, vorzugsweise die Lötfolie
auf die Innenkonusfläche 18 gelegt,
woraufhin der Schneidkopf 14 in die Kühlmittel-Leithülse 40 so
weit eingeführt
wird, dass der vorgesehene Lötspalt
im Bereich der Fügeflächenpaarung 18 eingehalten
wird. Die derart zusammengestellte Anordnung wird wiederum in einer
Lötvorrichtung
eingespannt und mit dieser durch einen Lötofen gefahren, wodurch das
Schaftwerkzeug endgültig
fertiggestellt ist.
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In den 4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsform
eines drehangetriebenen Schaftwerkzeugs in der Ausgestaltung als
Hochleistungs-Reibahle gezeigt. Dieses Werkzeug ist grundsätzlich ähnlich zu
dem in den 1 bis 3 gezeigten Werkzeug aufgebaut.
Um die Beschreibung möglichst
kompakt zu halten und Wiederholungen zu vermeiden, sind diejenigen
Bauteile, die den Elementen der Ausführungsform nach den 1 bis 3 entsprechen, nicht näher beschrieben
bzw. mit Bezugszeichen versehen, die denjenigen der 1 bis 3 entsprechen,
denen jedoch eine „1" vorangestellt ist.
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Die Materialien für das Schaftteil 112,
den Schneidkopf 114 und die Kühlmittel-Leithülse 140 sind
entsprechend der ersten Ausführungsform
nach den 1 bis 3 gewählt. Das Schaftteil 112 entspricht
hinsichtlich der äußeren und
der inneren Geometrie im Wesentlichen vollständig der Ausführungsform
gemäß 1 bis 3. Unterschiede ergeben sich auf Seiten
des Schneidkopfs 114, und hier insbesondere hinsichtlich
der Gestaltung des Radialkanal-Systems, über das das Kühl-/Schmiermittel
ausgehend von dem zentralen Kühl-
und Schmiermittel-Versorgungskanal 124 in
den Ringraum 146 innerhalb der Kühlmittel-Leithülse 140 eingespeist wird.
Dabei wird von der weiteren, zur Ausführungsform nach den 1 bis 3 unterschiedlichen Ausgestaltung der
Fügeflächenpaarung 118 Gebrauch
gemacht, welche nachfolgend näher
beschrieben werden soll.
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Im Unterschied zur Ausgestaltung
nach den 1 bis 3, ist die Fügeflächenpaarung 118 der
Ausgestaltung nach den 4 bis 6 von einer symmetrischen
Keilflächenanordnung
gebildet. Im Einzelnen weist der Schneidkopf 114 auf der
dem Schaftteil 112 zugewandten Seite einen gleichschenkligen
Keilabschnitt 148 auf, der – wie am besten aus der 6 ersichtlich – passgenau
in eine V-förmige
Ausnehmung mit den Prismen- bzw. Keilflächen 150, 152 des Schaftteils 112 in
Eingriff steht. Die von den Keilflächen 150, 152 gebildete
Ausnehmung im Schaftteil 112 hat eine bodenseitige Ausrundung 154.
Die Keilflächen 150, 152 sind
mit dem Keilabschnitt 148 verlötet, wobei eine Lötverbindung
entsprechend der Ausgestaltung nach den 1 bis 3 zur
Anwendung kommt.
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Entsprechend der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 trägt das Schaftteil 112 radial
außerhalb
der Keilflächen 150, 152 einen
umlaufend geschlossenen Passungsbund 142, dessen Durchmesser
wiederum im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Kühlmittel-Leithülse 140 entspricht.
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Der Schneidkopf 114 ist
wiederum hinter der eigentlichen Führung der Reibahle zweifach
zylindrisch abgestuft, so dass zunächst ein vom Auslaufbereich
der Spannuten durchbrochener zylindrischer Passungsbund 138 und
ein an diesen anschließender
zylindrischer Abschnitt 134 gebildet wird. Der zylindrische
Abschnitt 134 geht anschließend stufenlos in den Keilabschnitt 148 über, was
dazu führt,
dass der Passungsbund 142 des Schaftteils 112 im montierten
Zustand des Schneidkopfs 114 (vgl. 6) den Keilabschnitt 148 radial
um das Maß M
und auch geringfügig
axial überragt.
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In den mit einer Ablachung 156 versehenen Scheitelabschnitt
des Keilabschnitts 148 ist eine radial durchgehende bzw.
diametral verlaufende nutenartige Ausnehmung 158 eingearbeitet
bzw. eingebracht, wodurch zwei vom Zentrum ausgehende Radialkanäle entstehen,
die auf der Zeichenebene der 6 senkrecht
stehen und deren Querschnitt von der Tiefe der Nut 158 und
der Ausrundung 154 bestimmt wird. Über diesen Radialkanal erfolgt
ausgehend vom zentralen Kühl-
und Schmiermittel-Versorgungskanal 124 die
Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in
den Ringraum 146 und damit in die einzelnen Spannuten 122,
wenn die Kühlmittel-Leithülse 140 – wie in 5 gezeigt – im endgültig montierten Zustand
positioniert ist. Bei dieser Variante ist das Radialkanal-System
für das
Kühl-/Schmiermittel nicht
komplett im Schneidkopf ausgebildet, sondern von diesem lediglich
im Zusammenwirken mit dem Schaftteil definiert.
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Die Ausgestaltung nach den 4 bis 6 unterscheidet sich dementsprechend
von der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 darin, dass zusätzlich zu
der stoffschlüssigen
Verbindung eine formschlüssige Kraftübertragung über die
Keilflächenpaarung 148, 150, 152 erfolgt
und dass das Volumen der Ausnehmungen im Schneidkopf 114 zur
Bereitstellung eines Radialkanal-Systems
für das Kühl-/Schmiermittel
auf ein Minimum beschränkt bleibt.
Die Nut 158 kann – ebenso
wie die Durchmesserverjüngung
zur Ausbildung der zylindrischen Außenoberfläche 134 und/oder die
Formgebung des Keilabschnitts 148 im Urformverfahren eingebracht werden,
wenn als Material für
den Schneidkopf 114 ein Sinterwerkstoff herangezogen wird.
Es ist jedoch gleichermaßen
möglich,
die vorstehend beschriebenen Funktionsflächen auf Seiten des Schneidkopfs 114 durch
einen nachträglichen
Bearbeitungsvorgang herzustellen bzw, auf Endmaß zu bearbeiten.
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Die Herstellung des Werkzeugs nach
den 4 bis 6 kann auf entsprechende
Weise erfolgen, wie dies im Zusammenhang mit der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 beschrieben wurde. Entsprechendes
gilt für
die Materialwahl bezüglich Schaftteil 112,
Kühlmittel-Leithülse 140 und
Schneidkopf 114.
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In den 7 bis 10 ist eine Abwandlung der Ausführungsform
nach den 4 bis 6 beschrieben. Auch bei dieser
Ausführungsform
sind diejenigen Komponenten, die den Bauelementen der Ausgestaltung
nach den 1 bis 6 entsprechen, mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen, denen eine „2" vorangestellt ist.
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Die Ausführungsform nach den 7 bis 10 unterscheidet sich von der vorstehend
beschriebenen Ausgestaltung ausschließlich dadurch, dass der Schneidkopf 214 an
zwei diametral gegenüberliegenden
Stellen jeweils eine Axialnut 260 aufweist, die von den radial äußeren Enden
der diametral durchgehenden Nut 258 ausgehen. Diese Axialnuten 260 können wiederum
bei der Herstellung des Sinter-Formteils in den Körper des
Schneidkopfs eingepresst werden, was insbesondere bei der Herstellung des
Schneidkopfs in größeren Stückzahlen
von wirtschaftlicher Bedeutung ist.
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Mit dieser Variante der Gestaltung
des Schneidkopfs 214 ergibt sich ein noch günstigerer Strömungsverlauf
des in die Spannuten 222 einzuspeisenden Kühl-/Schmiermittels,
was durch die schwarze Hinterlegung in den 9 und 10 angedeutet
ist. Man erkennt aus diesen Darstellungen, dass das Kühl-/Schmiermittel
ausgehend von der Mündungsstelle
des Kühl-
und Schmiermittel-Versorgungskanals 224 an
der Ausrundung 254 radial nach außen strömt (s. 9) und von dort einerseits direkt in
den Ringraum 246 einströmt,
gleichzeitig aber die beiden Axialnuten 260 füllt, was
zu einer schnelleren und gleichmäßigeren
Verteilung des Kühl-/Schmiermittels
in dem Ringraum 246 führt.
Diese Variante hat dementsprechend den Vorteil, dass die axiale
Länge L 240 der
Kühlmittel-Leithülse 240 weiter
verkürzt werden
kann, was der Stabilität
des Werkzeugs zugute kommt.
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Schließlich wird anhand der 11 eine weitere Ausführungsform
des Schaftwerkzeugs beschrieben, das im Wesentlichen der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 entspricht. Auch hier sind wiederum
diejenigen Komponenten, die den Bauteilen und Einzelheiten der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 entsprechen, mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen, denen jedoch eine „3" vorangeschaltet ist.
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Der Unterschied der Ausführungsform
nach 11 im Vergleich
zur Ausgestaltung nach den 1 bis 3 besteht lediglich in einer
etwas modifizierten Ausgestaltung des Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanals 324 einerseits
und der Sackausnehmung 328 im Schneidkopf 314 andererseits.
Sowohl der Kanal 324 als auch die Sackausnehmung 328 sind
als gestufte Ausnehmungen ausgebildet, wobei der Ausnehmungsabschnitt
mit größerem Durchmesser
von einem Passungsabschnitt 362 bzw. 364 gebildet
ist. Der Innendurchmesser der Passungsabschnitte 362, 364 entspricht
dem Außendurchmesser eines
Lotschutzrohres 366, welches mit Passung in die Abschnitte 362, 364 vor
der Ausführung
des Lötvorgangs
eingesetzt wird. Das Lotschutzrohr ist von einer dünnwandigen
Aluminiumlegierungshülse
oder einer Stahlhülse
gebildet und beugt einem Zusetzen des Kühl- und Schmiermittel-Versorgungskanals beim
Löten zuverlässig vor.
Die Lotschutzhülse
kann vorteilhafterweise zusätzlich
mit einem Antiflussmittel, beispielsweise mit „Antifluss ASV" bestrichen werden,
welches von der Firma Degussa vermarktet wird. Alternativ besteht
die Möglichkeit,
das Lotschutzrohr 366 mit einer lotabweisenden Beschichtung,
beispielsweise mit einer TiO2- bzw. einer TiN2-Beschichtung zu versehen.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist
in 12 gezeigt, wobei
auch hier diejenigen Komponenten, die den Bauteilen und Einzelheiten der
Ausführungsform
nach den 1 bis 11 entsprechen, wieder mit ähnlichen
Bezugszeichen versehen sind, denen jedoch eine „4" vorangestellt ist.
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Der entscheidende Unterschied zu
den zuvor beschriebenen Ausführungsformen
besteht darin, dass hier eine ggfs. zusätzliche Einspeisung von Kühl-/Schmiermittel
in innenliegende Kühlmittelkanäle 468 erfolgt.
Es sind zwei sich geradlinig in axialer Richtung erstreckende Kühlkanäle vorgesehen,
die diametral zueinander versetzt auf einem gemeinsamen Teilkreis
liegen. Es soll jedoch schon an dieser Stelle hervor gehoben werden,
dass die nachstehend näher
zu beschreibende Kühl-/Schmiermittel-Einspeisung nicht
auf eine bestimmte Art und Ausbildung der innenliegenden Kühlkanäle beschränkt ist, die
z.B. auch wendelförmig – beispielsweise
in den Stegen eines Wendelbohrers – verlaufen können, wobei
sie auch über
den Umfang ungleichmäßig verteilt
sein und/oder auf unterschiedlichen Teilkreisen liegen können. Der
Ort des Austritts der innenliegenden Kühlkanäle kann den individuellen Anforderungen
entsprechend gewählt
und soll deshalb hier nicht im einzelnen beschrieben werden. Aus
diesem Grund ist die Ansicht des Schneidkopfs 414 schematisch
abgeschnitten.
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Die Anbindung des Schneidteils 414 an
das Teil 412 erfolgt erneut über eine Flächenpaarung 418, wobei
ein Kegelstumpf 470 formschlüssig in einem Innenkonus 472 aufgenommen
ist. In dessen Grund mündet
ein zentraler Kühl-/Schmiermittelkanal 424.
Die Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in
die innenliegenden Kanäle 468 erfolgt über einen
strinseitigen, die beiden Mündungsöffnungen
erfassenden Schlitz 474.
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Der Schlitz 474 hat beispielsweise
einen gerundeten Schlitzgrund und vorteilhafter Weise eine Breite,
die an die lichte Weite LW des vom Anschlussstück 412 kommenden Kühl-/Schmiermittel-Versorgungskanals 424 angepasst
ist Der Schlitz kann beispielsweise im Wesentlichen Halbkreisquerschnitt haben.
Damit bei Bedarf eine Abdichtung des Kühl-/Schmiermittels nach außen erfolgen
kann, ist die Höhe
des Kegelstumpfes 470 größer ist als die Tiefe des Schlitzes 474 im
Bereich seines radialen Austritts aus dem Schneidteil 414,
so dass radial außerhalb
des Schlitzes eine formschlüssige
Konusflächenpaarung
zwischen dem Kegelstumpf 470 des Schneidteils und dem Innenkonus
des Anschlussstücks 412 verbleibt.
Die Tiefe des Schlitzes kann auch in radialer Richtung zunehmen.
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Die in 12 gezeigte
Einspeisung des Kühl-/Schmiermittels in
die innenliegenden Kühlkanäle 468 ist
grundsätzlich
immer dann mit besonderen Vorteilen anzuwenden, wenn es darum geht, Kühl-/Schmiermittel,
insbesondere mit geringem Schmiermengenanteil, wie es bei der MMS-Technik verwendet
wird, von einem Anschlussstück
mit zentralem Versorgungskanal in zumindest einen außermittig
liegenden Kühlkanal
im Werkzeug verlustfrei und mit guter Prozesssicherheit einzubringen.
Die Erfindung soll dehalb auch einen Gegenstand erfassen, der allein
auf diese Schnittstelle für
die Kühl-/Schmiermittel-Übergabe
gerichtet ist, sowie auf die jeweilige besondere Gestaltung der
daran beteiligten Komponenten.
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Zur Verdeutlichung der besonderen
Aspekte dieser Erfindung wird auf die 13 bis 15 Bezug genommen, die eine
derartige Schnittstelle der Kühl-/Schmiermittel-Übergabe zwischen einem Werkzeugschaft 514 und
einem Anschlussstück 512 zeigt,
das beispielsweise von einem sogenannten MMS-Verstellteil, beispielsweise
einer Verstellschraube gebildet sein kann, die in ihrem Inneren ein mit
stricjpunktierter Linie angedeutetes MMS-Röhrchen 57 6 aufnimmt.
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Das Schaftwerkzeug 514 ist
mit zumindest einem in der Regel exzentrisch und innenliegenden Kühlkanal 568 ausgestattet
und soll beispielsweise in einem nicht näher dargestellten Spannfutter,
wie z.B. einem Hydro-Dehnspannfutter
oder einem Schrumpffutter eingespennt werden. Jeder innenliegende
Kühl-/Schmiermittelkanal 568 hat
auf der dem Anschlussstück 512 zugewandten
Seite jeweils eine Mündungsöffnung 578,
die im Bereich eines zugeordfneten stirnseitigen, im Wesentlichen
radial gerichteten Schlitzes 574 liegt. Da die Mündungsöffnungen 578 der
gezeigten Ausführungsform
diametral zueinander versetzt sind, genügt hier ein einziger diametraler
Schlitz. Das Anschlussstück 512 hat
wieder einen zentrischen Kühl-/Schmiermittel-Versorgungskanal 524,
der im Scheitelbereich eines Innenkonus 572 austritt. Der
Innenkonus 572 nimmt formschlüssig und mit Fügepassung
das zugewandte Ende, d.h. den Kegelstumpf 570 des Werkzeugschafts 514 auf.
In 13 ist aus zeichentechnischen
Gründen
der Passungsspalt übertrieben
groß dargestellt. Tatsächlich liegen
die Passungsflächen
eng und damit derart aneinander an, dass eine radiale Abdichtung
erfolgt. Die sich gegenüberliegenden
Konusflächen
sind vorzugsweise so toleriert, dass der Kegelwinkel des Außenkonus,
d.h. des Kegelstumpfes 570 jedenfalls nicht größer ist
als der Kegelwinkel des Innenkonus 572, so dass bei axial
fest aneinanderliegenden Konusflächen
eine Berührung
im radial außenliegenden
Bereich gewährleistet
ist.
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Das Anschlussstück 512 ist vorzugsweise axial
verstellbar im Spannfutter aufgenommenen.
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Damit die Übergabe des Kühl-/Schmiermittels
vom Anschlusstück
in die innenliegenden Kühlkanäle prozesssicher,
d.h. frei von Undichtigkeiten und Schwankungen in der Qualität des Schmiermittels
an der Werkzeugschneide erfolgen kann, ist die Schnittstelle wie
folgt ausgebildet:
Zunächst
hat der Schlitz 574 einen gerundeten Schlitzgrund 582.
Vorzugsweise hat er darüber
hinaus eine Breite, die im Wesentlichen der lichten Weite LW des
vom Anschlussstück 512 kommenden Kühl-/Schmiermittel-Versorgungskanals 524 entspricht
oder kleiner als diese ist. Versuche haben gezeigt, dass besonders
geringe Wirbelbildung dann realisiert werden kann, wenn der Schlitz
im Wesentlichen Halbkreisquerschnitt hat.
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Weil das im Innenkonus 572 des
Anschlussstücks 512 aufgenommene
Schaftende 570 die Form eine Kegelstumpfes hat und weil
die Höhe
HK des Kegelstumpfes 574 größer ist als die Tiefe TS des Schlitzes 574 im
Bereich seines radialen Austritts aus dem Werkzeugschaft 514,
verbleibt radial außerhalb des
Schlitzes eine formschlüssige
Konusflächenpaarung 580 zwischen
dem Kegelstumpf 570 des Werkzeugs 514 und dem
Innenkonus 572 des Anschlussstücks 512, über die
eine zuverlässige
radiale Abdichtung des mit Kühl-/Schmiermittel
beaufschlagten Innenraums erfolgt. Dabei ist die Formgebung des Werkzeugschaftendes
sehr wirtschaftlich herzustellen.
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Über
die Form des Schlitzes 574 kann eine Optimierung der Versorgungsströmung erfolgen.
Besonders gute Ergebnisse haben sich mit einem gerundeten, aber relativ
breiten Schlitz ergeben, der eine konstante Tiefe aufweisen kann.
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Alternativ kann die Tiefe TS des
Schlitzes auch in radialer Richtung zunehmen.
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Als Anschlussstück können unterschiedlichste Komponenten
dienen. Es ist bei Ausbildung der Kühl-/Schmiermittel-Übergabe-Schnittstelle in einem
Spannfutter von einem axial einstellbaren Adapter, beispielsweise
in der Ausführung
als Schraube gebildet, die im Wesentlichen die Form eines gestuften
Zylinders hat, wobei der Abschnitt größeren Durchmessers den Innenkonus 572 ausbildet.
Der Adapter 512 kann auf der dem Werkzeug zugewandten Seite
eine zentrische Mehrkantausnehmung 584 mit geringer axialer
Erstreckung haben.
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Selbstverständlich sind Abweichungen von den
vorstehend beschriebenen Varianten des Werkzeugs möglich, ohne
den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So funktioniert die
gleichmäßige Versorgung
des Schneidenbereichs des Werkzeugs ebenso zuverlässig, wenn
kein Auslaufbereich 36 der Spannuten vorhanden ist.
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Es ist natürlich gleichermaßen möglich, die Keil-
oder Passungsflächenanordnung
für die
Fügeflächen zwischen
Schaftteil und Schneidkopf geometrisch umzukehren.
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Auch die geometrische Form der Passungsflächen ist
selbstverständlich
nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Es können auch
Zylinderflächenpaarungen
Anwendung finden.
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Das Radialkanal-System zur Einspeisung des
Kühl-/Schmiermittels in
den umlaufenden Ringraum radial innerhalb der Kühlmittel-Leithülse kann auch
ausschließlich
von einem Schlitz im Schaftteil bereitgestellt werden. In weiterer
Abwandlung der Ausgestaltung nach den 4 bis 6 kann die Nut 158 durch
eine vergrößerte Abflachung 156 ersetzt
werden.
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Auch die Geometrie für die formschlüssige Verbindung
zwischen Schaftteil und Schneidkopf kann einer Variation nach Lage,
Größe und Zahl
unterworfen werden. Es kann selbstverständlich auch bei einer Konusflächenpaarung
zusätzlich
eine formschlüssige
Verbindung, wie z. B. eine Flächenverzahnung
Anwendung finden.
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Die Ausnehmungen im Schneidkopf müssen auch
nicht zwingend bereits vor dem Sintervorgang eingebracht werden.
Es ist gleichermaßen
möglich, die
Ausnehmungen entweder auf Endmaß oder grundsätzlich nach
dem Sintervorgang in den Schneidkopf einzubringen, was beispielsweise
im Erodierverfahren geschehen kann.
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Der Schneidkopf besteht grundsätzlich vorteilhafterweise
aus einem hochfesten Werkstoff, wie z. B. aus Hartmetall, Schnellstahl
wie z. B. HSS, HSSE oder HSSEBM, Keramik, Cermet oder aus einem
anderen Sintermetall-Werkstoff.
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Ferner ist es möglich, bereits im Schaftteil mehr
als einen axial verlaufenden Kühl-
und Schmiermittel-Versorgungskanal
vorzusehen.
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Auch ist das Anwendungsgebiet der
Erfindung nicht auf drehangetriebene Werkzeuge wie z.B. Hochleistungs-Reibahlen beschränkt. Es
können auch
andere – angetriebene
und nicht angetriebene Schaftwerkzeuge entsprechend ausgestattet
werden, wie z. B. Gewindebohrwerkzeuge oder Fräswerkzeuge bzw. andere Reibahlen
mit und ohne Drall, wobei diese Werkzeuge auch als stehende Werkzeuge
beispielsweise in Bohrwerken oder Drehmaschinen eingesetzt werden
können.
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Schließlich ist die radiale Höhe des Ringraums
innerhalb weiter Grenzen variierbar und nicht auf das beispielhafte
Maß von
etwa 1 mm beschränkt.
Schließlich
ist es möglich,
zusätzliche
Mittel und/oder geometrische Gestaltungen der Komponenten vorzusehen,
um die Verteilung des aus dem Radialkanal-System in den Ringraum
eintretenden Kühl-/Schmiermittels über den
Umfang zu unterstützen,
was beispielsweise durch zusätzliche
Kanäle
in der Innenoberfläche
der Kühlmittel-Leithülse geschehen
kann.