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Die Erfindung betrifft eine flexible Führungsbuchse zur Halterung insbesondere von zylindrischen, stangenförmigen Werkstücken. Führungsbuchsen werden insbesondere dazu verwendet, um bei Langdreh-Maschinen das zu bearbeitende Stangenmaterial während des Bearbeitungsvorgangs abzustützen und zu halten. Somit können vergleichsweise geringe Bearbeitungs-Toleranzen insbesondere bei sehr langen und auch schlanken Werkstücken erzielt werden, obwohl das Werkstück in großer Entfernung zum Drehwerkzeug gespannt und gehalten wird. Aufgrund der Flexibilität der Führungsbuchse können Toleranzen des Werkstückes ausgeglichen werden und es können Werkstücke mit unterschiedlichen Durchmessern mit derselben Führungsbuchse gespannt werden. Neben Werkstücken mit zylindrischem Querschnitt kann weiterhin beispielsweise Stangenmaterial mit 4-kant oder 6-kant-Querschnitt mittels der erfindungsgemäßen flexiblen Führungsbuchse gehalten werden.
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Bisherige Führungsbuchsen gemäß dem Stand der Technik weisen drei Ringsegmente aus Stahl auf, wobei diese entweder am Außenumfang von einem Halteblech umfasst und gehalten werden, das zur Variabilität des Innendurchmessers eine Öffnung aufweist, die zwischen zwei der Ringsegmenten angeordnet ist oder wobei zwischen den drei Ringsegmenten ein flexibles Material eingebracht ist. Dieses flexible Material besteht bekanntermaßen entweder aus Hartgummi oder aus Spiralfedern.
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Nachteilig bei bisherigen flexiblen Führungsbuchsen ist allerdings, dass lediglich geringe Durchmesser-Änderungen der zu haltenden stangenförmigen Werkstücke tolerabel sind. Ferner ist bei der Ausführung der drei Ringsegmente mit Halteblech die Führungsfläche stets ovalförmig, wodurch ein spielfreies und hinreichend genaues Führen des Stangenmaterials nicht möglich ist. Darüber hinaus unterliegen die Ringsegmente mit Hartgummi einem vergleichsweise hohen Verschleiß und weisen daher eine lediglich geringe Standzeit auf. Weiterhin bestehen sämtliche bekannten flexiblen Führungsbuchsen aus mehreren Teilen, wodurch eine präzise Fertigung sowie Montage erschwert wird.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine flexible Führungsbuchse anzugeben, welche die obigen Nachteile nicht aufweist und zugleich vergleichsweise große Durchmesser-Änderungen der zu haltenden stangenförmigen Werkstücke bei gleichzeitigem Erhalt einer präzisen Führung zulässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Führungsbuchse mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen flexiblen Führungsbuchse bestehen darin, dass diese eine extrem hohe Verschleißfestigkeit und Standzeit aufweist. Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine erfindungsgemäße flexible Führungsbuchse weist eine Öffnung auf, die im Falle der Halterung von zylindrischen Werkstücken hohlzylindrisch ausgebildet ist. Hierzu verfügt die Führungsbuchse über mehrere Haltezonen mit zylindersegmentförmigen Innenflächen, die unterbrochen werden durch mindestens drei Kompressionszonen, wobei jede der Kompressionszonen mindestens einen Schlitz aufweist, der den Außendurchmesser (Außenumfang) der Führungsbuchse, nicht jedoch den Innendurchmesser (Innenumfang) der Führungsbuchse im Bereich der Öffnung durchbricht und darüber hinaus mindestens einen Schlitz, der den Innendurchmesser der Führungsbuchse im Bereich der Öffnung, nicht jedoch den Außendurchmesser der Führungsbuchse durchbricht. Zwischen benachbarten Haltezonen befindet sich dabei jeweils eine Kompressionszone.
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Hierdurch wird eine gleichmäßige Anschmiegung der Haltezonen an ein Werkstück, etwa ein Draht oder eine Stange erzielt. Aufgrund der Flexibilität der Kompressionszonen sowie der als Segmente ausgebildeten Haltezonen werden eventuelle geometrische Toleranzen der zu haltenden Werkstücke zuverlässig ausgeglichen. Dabei verlaufen die Schlitze vorzugsweise entlang der gesamten axialen Länge der Führungsbuchse. Insbesondere ist die flexible Führungsbuchse zusammenhängend und somit einteilig ausgebildet. Besonders bevorzugt durchbrechen die Schlitze der Kompressionszonen abwechselnd den Innendurchmesser und den Außendurchmesser der Führungsbuchse. Ferner ist die Anzahl der Schlitze der einzelnen Kompressionszonen bevorzugt jeweils ungeradzahlig. Im Falle der Halterung von zylindrischen Werkstücken sind die Haltezonen bevorzugt in Form von Zylindersegmenten ausgebildet.
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Im Falle der Halterung von im Querschnitt n-eckigen Werkstücken, die etwa als n-Kant Stangenmaterial vorliegen, weist die flexible Führungsbuchse bevorzugt eine m-eckige Öffnung auf, wobei bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise m gleich n ist. Beispielsweise wird ein 4-kant Stangenmaterial mit einer flexiblen Führungsbuchse gehalten, welche vier Haltezonen aufweist und ein 6-kant Stangenmaterial wird beispielsweise mittels einer flexiblen Führungsbuchse gehalten, die 3 oder 6 Haltezonen aufweist. Die Haltezonen der flexiblen Führungsbuchse sind zur Halterung von im Querschnitt n-eckigem Stangenmaterial bevorzugt in Form von ebenen Seitenflächen eines m-Ecks ausgebildet.
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Weiterhin verlaufen die Schlitze innerhalb der Kompressionszonen bevorzugt in radialer Richtung oder parallel zueinander, wobei ein mittlerer Schlitz weitgehend in radialer Richtung verläuft. Die Schlitze innerhalb der Kompressionszonen weisen dabei bevorzugt eine konstante Breite auf und werden beispielsweise durch ein Material abtragendes Verfahren hergestellt, wie etwa durch Fräsen, (Draht-)Erodieren, Wasserstrahlschneiden, Sägen oder Laserschneiden, können alternativ aber auch eingeschmiedet oder direkt ins Material eingegossen sein.
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Die Kompressionszonen weisen zwischen jeweils benachbarten Schlitzen entsprechende Stege auf, die bei radial verlaufenden Schlitzen ebenfalls radial verlaufen beziehungsweise die bei parallel zueinander verlaufenden Schlitzen ebenfalls parallel zueinander verlaufen und die einteilig mit der Führungsbuchse verbunden sind. Die Breite der Schlitze entspricht dabei in etwa der Breite der Stege und beträgt vorzugsweise zwischen 0,05 mm und 5 mm. Bei der Verwendung von radialen Schlitzen, die abwechselnd den Innendurchmesser und den Außendurchmesser der Führungsbuchse durchbrechen, entsteht somit eine Mäanderstruktur aus zusammenhängenden und ebenfalls radial verlaufenden Stegen, die bevorzugt durch kurze tangential verlaufende Stege miteinander verbunden sind.
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Um Führungsbuchsen im Innendurchmesser noch flexibler einsatzfähig zu machen, wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Innendurchmesser der Kompressionszonen gegenüber dem Durchmesser der Öffnung der Führungsbuchse vergrößert, d. h. radial nach außen versetzt. Durch den ausgesparten Raum (Aussparung) im Bereich der Kompressionszonen ist es möglich, den Durchmesser der Öffnung der Führungsbuchse zu bearbeiten, etwa mittels Dreh-, Fräs-, Schleif- oder Polier-Verfahren, ohne die Kompressionszonen zu beschädigen. Ferner ist es möglich, den Durchmesser der Öffnung der Führungsbuchse nachträglich zu vergrößern, ohne dabei die Kompressionszonen zu zerstören. Entsprechend ist der Außendurchmesser der Kompressionszonen gegenüber dem Außendurchmesser der Führungsbuchse bevorzugt verkleinert, d. h. radial nach innen versetzt, um eine Überarbeitung des Außendurchmessers der Führungsbuchse zuzulassen, ohne dass die Kompressionszonen dabei beschädigt werden. Die Tiefe der Aussparung beträgt dabei bevorzugt sowohl im Bereich des Innendurchmessers als auch des Außendurchmessers der Kompressionszonen jeweils 0% bis 80% der Ringdicke der Führungsbuchse.
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Bevorzugt umspannen die mindestens drei Kompressionszonen jeweils denselben Winkelbereich, der jeweils bevorzugt zwischen 2 Grad und 60 Grad beträgt.
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Die Führungsbuchse ist bevorzugt einteilig aus verschleißfestem Metall- oder Kunststoff-Material gefertigt, das darüber hinaus gute Gleiteigenschaften aufweist. Insbesondere kommen hierzu neben Eisenmetallen auch Nichteisenmetalle, beispielsweise kupferhaltige Metalle in Frage.
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Flexible Führungsbuchsen, die eine in Vergleich zum Außendurchmesser der Führungsbuchse kleine Öffnung aufweisen, weisen bevorzugt innenliegende Kompressionszonen auf, die jeweils lediglich genau einen Schlitz aufweisen, der den Außendurchmesser der Führungsbuchse, nicht jedoch den Innendurchmesser der Führungsbuchse im Bereich der Öffnung durchbricht und darüber hinaus lediglich genau einen Schlitz, der den Innendurchmesser der Führungsbuchse im Bereich der Öffnung, nicht jedoch den Außendurchmesser der Führungsbuchse durchbricht. Vorstehend beschriebene Schlitze verlaufen bevorzugt nicht in radialer Richtung, sondern beispielsweise S-förmig, um einerseits ein Eindringen von Spänen in die Schlitze zu verhindern und um andererseits ein axiales sowie radiales Versetzten von benachbarten Haltezonen zueinander zu begrenzen. Im Bereich der im Wesentlichen innerhalb der flexiblen Führungsbuchse liegenden Kompressionszonen befinden sich dann jeweils mehrere, sich zueinander parallel erstreckende Schlitze, die fingerartig ineinandergreifen und somit einen mäanderförmigen Steg ausbilden. Insbesondere ist die flexible Führungsbuchse hierdurch einteilig ausgestaltet.
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Ferner kann die flexible Führungsbuchse zumindest an derjenigen Seite, an welcher das von der Führungsbuchse gehaltene Werkstück bearbeitet wird, mit einer stirnseitig angeordneten Kappe versehen sein, die etwa mittels Schrauben an der Führungsbuchse befestigt ist und die ein Eindringen von Spänen in die Schlitze der Kompressionszonen zuverlässig verhindert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine erfindungsgemäße flexible Führungsbuchse eines ersten Ausführungsbeispiels in perspektivischer Darstellung,
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2 zeigt dieselbe Führungsbuchse im Längsschnitt,
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3 zeigt dieselbe Führungsbuchse im Querschnitt,
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4 zeigt den vergrößerten Ausschnitt A der vorangehenden 3,
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5 zeigt eine erfindungsgemäße flexible Führungsbuchse eines zweiten Ausführungsbeispiels in stirnseitiger Ansicht,
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6 zeigt einen Ausschnitt aus der 5 im Bereich einer Kompressionszone,
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht derselben Führungsbuchse mit montierter Kappe,
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8 zeigt dieselbe Führungsbuchse in stirnseitiger Ansicht und
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9 zeigt dieselbe Führungsbuchse im Querschnitt.
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Beschreibung von bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung
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Die 1 bis 4 stellen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen flexiblen Führungsbuchse dar. Die 1 zeigt eine flexible Führungsbuchse 10 gemäß der Erfindung in perspektivischer Ansicht. Die Führungsbuchse 10 weist jeweils drei Haltezonen 20 mit dazwischen liegenden Kompressionszonen 30 auf. Die Kompressionszonen 30 weisen jeweils Schlitze auf, welche entlang der gesamten axialen Länge innerhalb der Führungsbuchse 10 verlaufen. Dabei wechseln sich Schlitze 40, die den Innendurchmesser der Führungsbuchse 10, nicht jedoch den Außendurchmesser der Führungsbuchse durchbrechen, mit Schlitzen 41 ab, die den Außendurchmesser der Führungsbuchse 10, nicht jedoch den Innendurchmesser der Führungsbuchse durchbrechen, so dass eine mäanderförmige Struktur von zusammenhängenden Stegen 50 entsteht (4). Jeweils axial endseitig weist die Führungsbuchse 10 Einführfasen 60 auf, welche eine einfache Montage der Führungsbuchse 10 erlauben.
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Die 2 zeigt einen axialen Längsschnitt durch eine Führungsbuchse 10 nach 1. Der Winkel A der Einführfasen 60 beträgt typischerweise zwischen 10 Grad und 30 Grad. Die axiale Länge L der Führungsbuchse beträgt vorzugsweise zwischen 10 mm und 100 mm und besonders bevorzugt zwischen 30 mm und 60 mm. Der Außendurchmesser D der Führungsbuchse beträgt vorzugsweise zwischen 10 mm und 100 mm und besonders bevorzugt zwischen 12 mm und 50 mm. Der Innendurchmesser Sp der Führungsbuchse 10 bzw. der Durchmesser der hohlzylindrischen Öffnung 11 der Führungsbuchse 10 beträgt vorzugsweise zwischen 2 mm und 80 mm und besonders bevorzugt zwischen 3 mm und 40 mm.
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Die 3 zeigt dieselbe Führungsbuchse 10 wie diejenige der 1 und 2 in einem mittigen Querschnitt. Erkennbar sind drei Haltezonen 20 sowie drei um jeweils 120 Grad zueinander gleichmäßig versetzt angeordnete Kompressionszonen 30. Die Innenflächen der Haltezonen sind dabei jeweils als Zylindersegmente ausgebildet und erlauben eine formgenaue Anpressung an ein zu haltendes, in Querschnitt zylindrisches Werkstück (nicht zeichnerisch dargestellt), welches innerhalb des Innendurchmessers der Führungsbuchse 10 bzw. innerhalb der hohlzylindrischen Öffnung 11 der Führungsbuchse 10 verläuft. Es sind mindestens drei Kompressionszonen 30 gleichmäßig über den Umfang der Führungsbuchse 10 verteilt angeordnet. Die Kompressionszonen umfassen insgesamt typischerweise einen Winkelbereich von 20% (von 360 Grad). Dieser Winkelbereich liegt vorzugsweise zwischen 2 Grad und 160 Grad je nach Anzahl der Kompressionszonen.
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In der 4 ist der Ausschnitt A gemäß der vorangehenden 3 vergrößert dargestellt. Erkennbar ist eine Kompressionszone 30, die aus einer mäanderförmigen Anordnung von radial verlaufenden Stegen 50 mit dazwischen angeordneten tangential verlaufenden Stegabschnitten 51 besteht, so dass ein einteiliger, zusammenhängender Volumenkörper entsteht. Benachbarte Stege 50 sind durch radial verlaufende Schlitze 40 und 41 getrennt, wobei sich Schlitze 40 und Schlitze 41 abwechseln, wobei die Schlitze 40 den Innendurchmesser der Führungsbuchse 10 durchbrechen, nicht jedoch den Außendurchmesser der Führungsbuchse und die Schlitze 41 den Außendurchmesser der Führungsbuchse 10 durchbrechen, nicht jedoch den Innendurchmesser. Die Schlitze 40 enden jeweils in einem Abstand F zum Außendurchmesser D der Führungsbuchse 10 und die Schlitze 41 enden jeweils in einem Abstand F zum Innendurchmesser Sp der Führungsbuchse 10.
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Die Breite C der Schlitze 40 und der Schlitze 41 ist bevorzugt im radialen Verlauf konstant und beträgt zwischen 0,05 mm und 5 mm. Die (in tangentialer Richtung gemessene) Breite der radial verlaufenden Stege 50 nimmt im Verlauf radial von innen nach außen leicht zu und liegt radial innen in derselben Größenordnung wie die Schlitzbreite C. Die (in axialer Richtung gemessene) Breite der tangential verlaufenden Stege 51 entspricht in etwa der Breite der radial verlaufenden Schlitze 50.
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Die radial verlaufenden Stege 50 sowie die tangential verlaufenden Stege 51 werden durch einen Kreis (bzw. Zylinder) mit einem Durchmesser E begrenzt, der größer ist als der Innendurchmesser Sp der Führungsbuchse. Weiterhin werden die radial verlaufenden Stege 50 sowie die tangential verlaufenden Stege 51 durch einen Kreis (bzw. Zylinder) mit einem Durchmesser E2 begrenzt, der kleiner ist als der Außendurchmesser D der Führungsbuchse. Somit sind die Stege der Kompressionszonen 30 sowohl gegenüber dem Innendurchmesser Sp als auch gegenüber dem Außendurchmesser D der Führungsbuchse 10 eingerückt, wodurch Aussparungen 12 und 14 entstehen, so dass eine Bearbeitung der Innen- und der Außenfläche der Führungsbuchse 10 erleichtert wird. Ferner wird durch diese Maßnahmen eine Führung der Führungsbuchse 10 innerhalb einer Maschinenaufnahme und darüber hinaus eine Führung eines Werkstücks innerhalb der Führungsbuchse 10 vereinfacht. Die Differenzen (E – Sp) und (D – E2) betragen etwa 1% bis 20% der Ringdicke (D – Sp)/2. Im gezeigten Beispiel betragen diese Differenzen jeweils etwa eine Schlitzbreite C.
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Die 5 bis 9 stellen ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen flexiblen Führungsbuchse dar. Diese Ausgestaltung dient besonders bevorzugt zur Halterung von stangenförmigen Werkstücken, die einen im Vergleich zum Außendurchmesser der Führungsbuchse kleinen Durchmesser aufweisen. Der Innendurchmesser Sp der Führungsbuchse 10 bzw. der Durchmesser der hohlzylindrischen Öffnung 11 der Führungsbuchse 10 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 40 mm. Bevorzugt eignet sich eine derartige Ausgestaltung einer flexiblen Führungsbuchse für den Fall, dass das Verhältnis aus dem Innendurchmesser Sp der Führungsbuchse 10 und dem Außendurchmesser D der Führungsbuchse 10 kleiner ist als 0,8, dass also Sp/D < 0,8 ist.
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Wie in der 5 erkennbar ist, weist die flexible Führungsbuchse 10 endseitig Einführfasen 60 sowie drei Haltezonen 20 mit drei jeweils zwischen den Haltezonen angeordneten Kompressionszonen 30 auf. Die Kompressionszonen 30 sind durch einen Schlitz 41 verbunden, der den Außendurchmesser der Führungsbuchse durchbricht sowie durch einen Schlitz 40, der die hohlzylindrische Öffnung 11 durchbricht. Die Mündung des Schlitzes 41 im Außendurchmesser der Führungsbuchse endet in einer verbreiterten Aussparung 14 am Außenumfang der Führungsbuchse 10 und die Mündung des Schlitzes 40 endet in einer Aussparung 12 im Bereich der hohlzylindrischen Öffnung 11. Hierdurch werden eine Überarbeitung der Außenumfangsfläche der Führungsbuchse sowie des Innendurchmessers der Führungsbuchse im Bereich der hohlzylindrischen Öffnung ermöglicht, ohne die Schlitze 40, 41 zu beschädigen.
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Beide Schlitze 40, 41 verlaufen dabei nicht in radialer Richtung, sondern S-förmig, um ein Eindringen von Spänen zu erschweren sowie um einen axialen und radialen Versatz von benachbarten Haltezonen zueinander zu begrenzen. Mit den Schlitzen 40 und 41 ist jeweils ein tangential in Umfangsrichtung verlaufender Verbindungsschlitz 42 verbunden, mit welchem wiederum parallel verlaufende Schlitze 44 verbunden sind, die fingerartig ineinandergreifen und somit einen mäanderförmig verlaufenden Steg freistellen, durch welchen benachbarte Haltezonen 20 und somit die gesamte flexible Führungsbuchse 10 einteilig miteinander verbunden sind. Die Anzahl dieser parallel zueinander verlaufenden Schlitzen 44 beträgt vorzugsweise insgesamt 3 bis 41. Der mit dem jeweiligen Verbindungsschlitz 42 verbundene mittlere Schlitz 44 verläuft dabei weitgehend in radialer Richtung. Das Verhältnis der radialen Länge dieser Schlitze 44 geteilt durch den Wert (D – Sp)/2 liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,9. Der Wert (D – Sp)/2 stellt dabei die Wandstärke der flexiblen Führungsbuchse 10 dar, die in radialer Richtung außerhalb der Einführfase 60 ermittelt wird.
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Sämtliche Schlitze der Kompressionszonen verlaufen vorzugsweise vollständig axial durch die Führungsbuchse. Der Steg weist zueinander parallel verlaufende Abschnitte 50 und senkrecht dazu verlaufende Verbindungsabschnitte 51 auf. Der mittlere Teil des Stegs jeder Kompressionszone 30 verläuft dabei weitgehend in radialer Richtung.
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In eine Stirnseite der flexiblen Führungsbuchse 10 ist mindestens eine Bohrung 80 in eine Haltezone 20 eingebracht, die zur Befestigung einer Kappe 90 dient, welche ein Eindringen von Spänen während der Bearbeitung eines von innerhalb der hohlzylindrischen Öffnung 11 der Führungsbuchse 10 gehaltenen Werkstücks (nicht zeichnerisch dargestellt) verhindert. Im Außenumfang der Haltezone 20 können ferner Bohrungen 70 vorgesehen werden, durch welche die Haltezonen während der Herstellung der flexiblen Führungsbuchse gehalten und arretiert werden.
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Innerhalb der hohlzylindrischen Öffnung 11 kann bevorzugt ein Hartmetalleinsatz (nicht zeichnerisch dargestellt) angeordnet werden. Neben der Bearbeitung von Stangenmaterial mit rundem Querschnitt ist auch die Bearbeitung von Stangenmaterial möglich, das etwa ein 4-Kant, 6-Kant oder allgemein ein n-Kant Profil aufweist, wobei n eine natürliche Zahl größer als drei ist. Im Falle der Halterung von im Querschnitt n-eckigen Werkstücken, die etwa als n-Kant Stangenmaterial vorliegen, weist die flexible Führungsbuchse bevorzugt eine m-eckige Öffnung auf, mit natürlichen Zahlen n und m, wobei bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise m gleich n ist. Die Haltezonen der flexiblen Führungsbuchse sind zur Halterung von im Querschnitt n-eckigem Stangenmaterial bevorzugt in Form von ebenen Seitenflächen eines m-Ecks ausgebildet.
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Vorzugsweise entspricht dabei die Anzahl der Haltezonen sowie die Anzahl der Kompressionszonen jeweils der Zahl n, also weist die flexible Führungsbuchse etwa zur Halterung von 4-Kant Stangenmaterial jeweils vier Haltezonen sowie vier Kompressionszonen auf (beziehungsweise zur Halterung von 6-Kant Stangenmaterial weist die flexible Führungsbuchse jeweils sechs Haltezonen sowie sechs Kompressionszonen auf). Alternativ kann ein 6-Kant Stangenmaterial auch mittels einer flexiblen Führungsbuchse gehalten werden, welche jeweils drei Kompressionszonen sowie drei Haltezonen aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Führungsbuchse
- 11
- (hohlzylindrische) Öffnung
- 12, 14
- Aussparungen
- 20
- Haltezone
- 30
- Kompressionszone
- 40, 41, 42, 44
- Schlitz
- 50, 51
- Steg
- 60
- Einführfase
- 70
- Bohrung
- 80
- Bohrung
- 90
- Kappe
- C
- Schlitzbreite
- S
- Stegbreite
- L
- axiale Länge der Führungsbuchse
- D
- Außendurchmesser der Führungsbuchse
- Sp
- Innendurchmesser der Führungsbuchse
- d
- Durchmesser der Einführfase
- A
- Winkel der Einführfase
- F
- Abstand
- B
- Winkelabstand
- E
- Innendurchmesser der Kompressionszonen
- E2
- Außendurchmesser der Kompressionszonen
