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Stand der Technik
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Werkzeugträgern,
die beispielsweise in Form eines sogenannten Revolvers, an einer
Werkzeugmaschine angeordnet sind, bekannt. Diese Werkzeugträger
weisen mindestens eine Spannfläche auf, an der ein auswechselbarer
Werkzeughalter positioniert und befestigt werden kann.
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Ein
sehr erfolgreiches System von Werkzeugträger und Werkzeughalter
ist der sogenannte VDI-Werkzeughalter, der in der DIN ISO
10889-1 normiert ist. Bei diesem Werkzeugträger
ist eine ebene Anlagefläche vorgesehen in der eine Aufnahmebohrung
ausgebildet. Darüber hinaus kann noch in der Anlagefläche
eine Anschlussbohrung zur Versorgung des Werkzeughalters mit Kühlschmiermittel
vorgesehen sein.
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Der
zu diesem Werkzeugträger kompatible Werkzeughalter weist
eine Anlagefläche auf, aus der ein Zylinderschaft herausragt.
Der Zylinderschaft ist mit der Aufnahmebohrung des Werkzeugträgers kompatibel,
während die Anlagefläche kompatibel mit der Spannfläche
des Werkzeugträgers ist. In dem Zylinderschaft ist üblicherweise
eine Verzahnung ausgebildet, die dazu dient, den Werkzeughalter
an dem Werkzeugträger so zu fixieren, so dass der Werkzeughalter
die zur Bearbeitung eines Werkstücks erforderlichen Kräfte
auf den Werkzeugträger übertragen kann.
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Neben
dem einfachen Aufbau sind auch die geringen Herstellungskosten sowohl
für den Werkzeugträger beziehungsweise die Schnittstelle
zwischen Werkzeugträger und Werkzeughalter bei dem System
gemäß DIN ISO 10889-1 besonders
hervorzuheben.
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Nachteilig
an diesem System ist jedoch, die verhältnismäßig
geringe Wiederholgenauigkeit beim Einsetzen von Werkzeughaltern
in ein und dieselbe Aufnahmebohrung. Diese relativ geringe Wiederholgenauigkeit
führt im Ergebnis dazu, dass nach einem Werkzeugwechsel,
beispielsweise weil die Schneide eines Drehmeißels verschlissen
ist, sich die Position der Schneide des Werkzeugs ändert.
Um trotzdem eine gleichbleibend hohe Fertigungsqualität
zu gewährleisten, müssten die Abweichungen in
der Positionierung des Werkstückhalters erfasst und von
der NC-Steuerung der Werkzeugmaschine kompensiert werden. Im ersteren
Fall leidet die Genauigkeit der Werkstücke. Im zweiten
Fall steigen die Herstellungskosten stark an.
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Dieser
Nachteil des VDI-Werkzeughalters ist bereits seit längerem
bekannt und es gibt verschiedene Versuche, diesen Nachteil zu überwinden.
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Beispielhaft
seien in diesem Zusammenhang die
DE 10 2005 045 662 A1 genannt. Bei diesem nicht
mit dem VDI-Werkzeughalter kompatiblen System sind in dem Werkzeugrevolver
zwei zueinander beabstandete und einstellbare trapezförmige
Passkörper vorgesehen. Diese Passkörper ragen über
die Spannfläche hinaus und wirken mit komplementär geformten
Passflächen in dem Werkzeughalter zusammen und ermöglichen
so, eine exakte Positionierung des Werkzeughalters relativ zur Spannfläche des
Werkzeugträgers. Dabei sind die Passkörper auf einer
gesonderten Platte befestigt, die beim Hersteller des Werkzeugrevolvers
justiert und anschließend fixiert wird, so dass die Passkörper
mit der gewünschten Genauigkeit relativ zur Aufnahmebohrung des
Werkzeugträgers positioniert sind.
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Nachteilig
an diesem System ist der vergleichsweise hohe Herstellungsaufwand,
da in die Spannfläche eine Nut ausgefräst werden
muss, die Platz für die Trägerplatte der Passkörper
bietet. Anschließend müssen die Passkörper
relativ zum Werkzeugrevolver ausgerichtet und in dieser Position
verstiftet und/oder verschraubt werden. Dieser Vorgang erfordert
sehr qualifizierte Mitarbeiter und ist trotzdem mit einer gewissen
Fehleranfälligkeit behaftet.
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Ein ähnliches
System, welches auch mit trapezförmigen Passkörpern
arbeitet, ist aus der
EP 780179
B1 bekannt. Hier werden an den Stirnflächen des
Werkzeugrevolvers trapezförmige Passkörper ausgebildet,
die mit komplementär geformten Vertiefungen im Werkzeughalter
zusammenwirken. Beiden Systemen ist gemeinsam, dass sie von den
Herstellungskosten relativ aufwändig sind und außerdem beim
Einrichten relativ viel Arbeitszeit von hochqualifiziertem Personal
benötigt wird.
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Aus
der
DE 203 21 518
U1 ist es weiterhin bekannt, an den Rändern der
Spannflächen W-förmige Nuten in die Spannflächen
einzuschleifen, die mit entsprechend geformten Nuten des Werkzeughalters eine
formschlüssige Verbindung bilden. Dadurch wird die Positionierung
des Werkzeughalters verbessert, der mit einem erheblichen Herstellungsaufwand
verbunden ist. So ist es erforderlich, an jeder Anlagefläche
und somit am gesamten Umfang des Revolverkopfs W-förmige
Nuten einzuschleifen. Dies ist sehr kostenintensiv und muss noch
dazu mit sehr hoher Präzision erfolgen.
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Entsprechendes
gilt auch für die Werkzeughalter, die komplementäre
W-Profile aufweisen müssen, die über die Anlagefläche
des eigentlichen Werkzeughalters hinaus ragen. Dadurch wird auch die
Herstellung der Anlagefläche verteuert und erschwert.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugträger
und einen damit kompatiblen Werkzeughalter bereitzustellen, der
einfach aufgebaut ist und eine deutlich höhere Positioniergenauigkeit
als ein herkömmlicher VDI-Werkzeughalter nach DIN
ISO 10889-1 aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Werkzeugträger gemäß dem nebengeordneten
Anspruch 1 sowie einen damit kompatiblen Werkzeughalter gemäß dem
nebengeordneten Anspruch 4.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Werkzeugträger
für Werkzeugmaschinen gemäß Anspruch
1 mit einer Spannfläche, und wobei in der Spannfläche
Mittel zur Positionierung eines Werkzeughalters vorgesehen sind,
dadurch gelöst, dass die Mittel zur Positionierung eines
Werkzeughalters als mindestens eine orthogonal zur Spannfläche
verlaufende Kegelbohrung und/oder mindestens ein parallel zur Aufnahmebohrung
verlaufenden Kegelstift ausgebildet sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger
ist also in der Spannfläche mindestens eine Kegelbohrung
oder mindestens ein Kegelstift vorgesehen. Sowohl die Kegelbohrung
als auch Positionier-Bohrungen in die der Kegelstift oder eine die
Kegelbohrung ausweisende Kegelhülse eingepresst werden
können, sind in einer Aufspannung mit der Bearbeitung der
Spannfläche und, falls vorhanden, einer Aufnahmebohrung
herstellbar. So kann beispielsweise nach dem Spindeln der Aufnahmebohrung
die Kegelbohrung oder die Positionier-Bohrungen in der gleichen
Aufspannung des Werkzeugträgers ebenfalls durch Spindeln
hergestellt werden. Dadurch können die Positionier-Bohrungen
und die Kegelbohrungen so präzise in der Spannfläche
positioniert werden, wie es die Herstellungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine,
auf der der Werkzeugträger hergestellt wird, erlaubt. Bei
hochwertigen Werkzeugmaschinen ist die erzielbare Positionier-Genauigkeit
besser als 0,005 mm (5 μm). Diese Genauigkeit haben dann
auch der erfindungsgemäße Werkzeugträger
und der erfindungsgemäße Werkzeughalter. Trotz
dieser sehr hohen Genauigkeit sind die Herstellungskosten relativ
gering, da der Werkzeugträger nicht umgespannt werden muss,
sondern in einer Aufspannung mit der Spannfläche und gegebenenfalls
der Aufnahmebohrung auch die Kegelbohrungen beziehungsweise die
Positionier-Bohrungen eingebracht werden. Dies ist mit modernen
Bohrwerkzeugen oder Spindelwerkzeugen in sehr kurzer Zeit und daher
mit verhältnismäßig geringen Kosten möglich.
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Damit
der erfindungsgemäße Werkzeugträger mit
dem Werkzeughaltern nach DIN ISO 10889-1 kompatibel
ist, kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Aufnahmebohrung
nach der genannten Norm in der Spannfläche vorgesehen werden.
Diese Aufnahmebohrung kann ebenfalls in einer Aufspannung mit den
erfindungsgemäßen Kegelbohrungen und Positionier-Bohrungen
hergestellt werden, so dass auch hier eine hohe Genauigkeit bei gleichzeitig
geringen Herstellungskosten erreicht wird.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei
einem Werkzeughalter für Bearbeitungswerkzeuge, umfassend
eine Anlagefläche, wobei in der Anlagefläche Mittel
zur Positionierung des Werkzeughalters in einem Werkzeugträger
vorgesehen sind, dadurch gelöst, dass die Mittel zur Positionierung
des Werkzeughalters als mindestens eine orthogonal zu der Anlagefläche
verlaufende Kegelbohrung und/oder mindestens einen orthogonal zu
der Anlagefläche verlaufenden Kegelstift ausgebildet sind.
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Eine
Kegelbohrung im Werkzeugträger und ein Kegelstift am Werkzeughalter
ergeben eine formschlüssige und sehr genaue Positionierung
des Werkzeughalters relativ zur Aufnahmebohrung im Werkzeugträger.
Es ist unmittelbar einleuchtend, dass es für die Positioniergenauigkeit
unerheblich ist, ob die Kegelbohrung im Werkzeugträger
ausgebildet ist und im Werkzeughalter ein entsprechender Kegelstift
vorgesehen ist, der über die Anlagefläche des Werkzeughalters
hinausragt, oder ob der Kegelstift im Werkzeugträger vorgesehen
ist und in entsprechender Weise eine Kegelbohrung im Werkzeughalter
vorgesehen ist. Dies ändert am erfindungsgemäß beanspruchten
Prinzip der Positionierung des Werkzeughalters relativ zum Werkzeugträger
nichts.
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Es
ist daher prinzipiell möglich, den Kegelstift und die Kegelhülse
entweder im Werkzeugträger oder im Werkzeughalter anzuordnen.
Dadurch entsteht eine zusätzliche Flexibilität
des erfindungsgemäßen Systems umfassend aus Werkzeugträger
und Werkzeughalter bezüglich anderer Anforderungen, wie
beispielsweise Zugänglichkeit, verfügbarer Bauraum
und anderem mehr. Da die DIN ISO 10889-1 eine ebene
Spannfläche am Werkzeugträger vorsieht, wird man
in aller Regel die Kegelbohrungen und nicht die Kegelstifte in dem
Werkzeugträger anzuordnen, wenn neben den erfindungsgemäßen Werkzeughaltern
auch Werkzeughalter, die der DIN ISO 10889-1 entsprechen,
in dem erfindungsgemäßen Werkzeugträger
eingesetzt werden sollen.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß die Positionierung mit einer
Kegelbohrung und einem dazu komplementären Kegelstift erfolgt,
sind die Toleranzen bei der Herstellung der Kegelbohrung beziehungsweise
des Kegelstiftes relativ unkritisch in axialer Richtung, da sich
diese Toleranzen durch den kleinen Kegelwinkel von etwa 5° bis
40° nur in sehr geringem Umfang auf die Positioniergenauigkeit
des Werkzeugträgers auswirken.
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Der
erfindungsgemäße Werkzeughalter kann außerdem
einen Zylinderschaft und Durchgangsbohrungen für Befestigungsschrauben
aufweisen.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Kegelbohrung Teil einer Kegelhülse mit zylindrischer
Außenkontur ist, dass in der Spannfläche des Werkzeugträgers und/oder
in der Anlagefläche des Werkzeughalters zylindrische Positionierbohrungen
ausgebildet sind und dass die Kegelhülsen oder die Kegelstifte
in die Positionierbohrungen eingesetzt beziehungsweise eingepresst
und eingeklebt werden. Diese Positionierbohrungen können
als einfache zylindrische Bohrung ausgeführt werden und
lassen sehr kostengünstig und trotzdem hoch präzise
herstellen zu können. Die Kegelhülsen und Kegelstifte
können dann beispielsweise aus gehärtetem Stahl
hergestellt werden und durch das an das Härten anschließende
Schleifen sehr genau und trotzdem kostengünstig hergestellt
sowie aus einem sehr hochwertigen Material hergestellt werden. Nach
dem Herstellen der Kegelhülsen und/oder der Kegelstifte
werden diese in die Positionierbohrungen sei es im Werkzeughalter
oder im Werkzeugträger eingepresst und beispielsweise durch
einen hochfesten Klebstoff fixiert.
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Des
Weiteren ist in erfindungsgemäßer Weise vorgesehen,
dass die Kegelhülse nicht über die Spannfläche
des Werkzeugträgers oder die Anlagefläche des
Werkzeughalters hinausragt. Dann nämlich ist die Spannfläche
des Werkzeugträgers beziehungsweise die Anlagefläche
des Werkzeughalters nach wie vor mit herkömmlichen am Markt
befindlichen VDI-Werkzeughalterschnittstellen kompatibel.
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Wenn,
was besonders vorteilhaft ist, die Kegelhülsen im Anschluss
an die Kegelbohrung ein Innengewinde aufweist, dann ist es möglich,
die Kegelhülse in axialer Richtung in der Positionierbohrung auszurichten
und/oder zu fixieren.
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So
ist es möglich, die Kegelhülse etwas tiefer als
die Endposition in die Positionier-Bohrung einzupressen und anschließend
in das Gewinde der Kegelhülse einen Gewindestift einzudrehen,
bis sich dieser am Grund der Positionier-Bohrung abstützt. Wenn
man nun den Gewindestift vorsichtig weiterdreht, dann drückt
der Gewindestift die Kegelhülse langsam in die gewünschte
Endposition. Dadurch ist eine sehr genaue und trotzdem einfache
Positionierung der Kegelhülse in der Positionier-Bohrung
möglich, was sich positiv auf die Genauigkeit des gesamten
Systems auswirkt. Wenn der Gewindestift in der Kegelhülse
verbleibt und mit Schraubensicherung gesichert wird, ist die Kegelhülse
zusätzlich gegen ein unbeabsichtigtes Verschieben in der
Positionier-Bohrung gesichert.
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Es
wird auf diese Weise mit einfachsten Mitteln eine sehr hohe Präzision
bei der Positionierung der Kegelhülse in axialer Richtung
erreicht. Diese Positionierung der Kegelhülse kann auch
von ungelernten Arbeitern ohne Weiteres durchgeführt werden und
führt zu einer weiteren Verbesserung der Positioniergenauigkeit
des erfindungsgemäßen Systems aus Werkzeugträger
und Werkzeughalter.
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Des
Weiteren kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Kegelhülse
in axialer und/oder radialer Richtung elastisch ist, so dass die formschlüssige
Verbindung zwischen Kegelstift und Kegelhülse mit einer
gewissen Vorspannung erfolgen kann und durch die Elastizität
der Kegelhülse die Vorspannung auf ein gewünschtes
Maß begrenzt wird. Auch können dadurch kleinste
Toleranzen ausgeglichen werden und im Ergebnis eine weiter verbesserte
Genauigkeit erreicht werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Zeichnung
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Es
zeigen:
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1a ein
erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
VDI-Revolvers mit Kegelfixierung mit angetriebenem Werkzeug in Winkelausführung,
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1b ein
zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
BMT-Revolvers mit Kegelfixierung und Bohrerhalter in Winkelausführung,
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2 eine
Isometrie eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Werkzeughalters,
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3 eine
Isometrie eines zugehörigen Werkzeugträgers,
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4 verschiedene
Ansichten eines erfindungsgemäßen Werkzeugträgers
mit eingesetztem Werkzeughalter,
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5 einen
Längsschnitt entlang der Linie A-A aus 4
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6 und 7 verschiedene
Ansichten weiterer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Werkzeugträger
mit eingesetztem Werkzeughalter und
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8 bis 10 Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Kegelhülsen und Kegelstifte.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1a sind
ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Werkzeugträgers 1 sowie ein zugehöriger
erfindungsgemäßer Werkzeughalter 3 in
Winkelausführung in einer Isometrie dargestellt. Außer
den erfindungsgemäßen Werkzeughaltern 3 können
in den Werkzeugträger 1 auch herkömmliche
Werkzeugträger nach DIN ISO 10889-1 (nicht
dargestellt) eingesetzt werden. Der Werkzeugträger 1 ist
als sogenannter Revolver ausgeführt und weist an seinem
Außenumfang eine Vielzahl ebener Spannflächen 5 auf.
Etwa in der Mitte der Spannflächen 5 ist eine
Aufnahmebohrung 7ausgebildet, die zur Aufnahme eines Zylinderschafts 9 des Werkzeugträgers 3 dient.
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Der
Werkzeugträger 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einem Spiralbohrer 11 bestückt und wird mit
dem Zylinderschaft 9 in die Aufnahmebohrung 7 des
Werkzeugträgers 1 eingesetzt. Über den
Zylinderschaft 9 erfolgt auch der Antrieb des Spiralbohrers 11 in
an sich bekannter Weise. Anhand dieser Konstellation wird besonders
deutlich, wie wichtig die genaue und reproduzierbare Positionierung
des Werkzeughalters 3 in dem Werkzeugträger 1 ist,
um eine gleichbleibend hohe Fertigungsqualität zu erreichen.
Außerdem wird deutlich, dass die Vorschubkraft parallel
und versetzt zur Spannfläche 5 in den Werkzeughalter 3 eingeleitet
wird und von diesem über die erfindungsgemäße
Schnittstelle auf den Werkzeugträger 1 übertragen
werden muss.
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Um
den Werkzeughalter 3 an dem Werkzeugträger 1 zu
befestigen, sind an der in 1a linken
Stirnseite des Werkzeugträgers 1 Schraubenköpfe 27 sichtbar,
die eine auf den Zylinderschaft 9 des Werkzeughalters 3 wirkende
Klemmeinrichtung betätigen. Diese Klemmeinrichtungen werden über einen
Sechskant-Schlüssel betätigt, der in die Schraubenköpfe 27 eingesetzt
werden kann. Zur Klemmung des Werkzeughalters 3 in dem
Werkzeugträger 1 ist an dem Zylinderschaft 9 eine
Verzahnung 15 (siehe 2) ausgebildet,
wie sie in der DIN ISO 10889-1 definiert wird.
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In
der Spannfläche 5 ist neben der Aufnahmebohrung 7 noch
ein Anschluss 13 für Kühlschmiermittel
ausgebildet, der dazu dient, Kühlschmiermittel in den Werkzeugträger 3 und
an das in dem Werkzeugträger 3 eingespannte Werkzeug
zu bringen.
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Zusätzlich
zu der ebenen Spannfläche 5, der Aufnahmebohrung 7 und
dem Zylinderschaft 9, die aus der DIN ISO 10889-1 bekannt
sind, sind bei dem in 1a dargestellten Revolver noch
erfindungsgemäße Kegelbohrungen 23 und
Innengewinde 25 ausgebildet.
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Die
Kegelbohrungen 23 wirken mit in 1a nicht
sichtbaren Kegelstiften des Werkzeughalters 3 in erfindungsgemäßer
weise zusammen und bewirken eine exakte und reproduzierbare Positionierung des
Werkzeughalters 3.
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In
der 1b ist ein zweites Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß weitergebildeten BMT-Revolvers 1 dargestellt
bei dem der Werkzeughalter 3 mittels Befestigungsschrauben 21,
die in die Innengewinde 25 eingedreht werden, an dem Revolver 1 befestigt
werden. Auch hier erfolgt die Positionierung wieder über
Kegelhülsen 23 und nicht dargestellte Kegelstifte.
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Ein
wichtiger Begriff zur Beschreibung der Qualität der Schnittstelle
zwischen Werkzeugträger 1 und Werkzeughalter 3 ist
die Wiederholgenauigkeit beim mehrfachen Einsetzen eines Werkzeughalters 3 in
den Werkzeugträger 1. Die VDI-Schnittstelle nach DIN
ISO 10889-1 erreicht eine Wiederholgenauigkeit von etwa
0,05 Millimetern, was bei vielen, vor allem hochwertigen, Werkstücken
nicht ausreichend ist und zeitaufwändige und damit teuere Kompensationen
in der Steuerung der zugehörigen Werkzeugmaschine erfordert.
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In
der 2 ist der erfindungsgemäße Werkzeughalter 3 aus 1a so
dargestellt, dass der Zylinderschaft 9, der Bestandteil
der DIN ISO 10889-1 ist, mit seiner Verzahnung 15 gut
zu erkennen. Des Weiteren ist die Anlagefläche 17 des
Werkzeughalters 3 gut sichtbar.
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Die
Anlagefläche 17 des Werkzeughalters 3 liegt
bei eingesetztem Werkzeughalter 3 an der Spannfläche 5 des
Werkzeugträgers 1 an und der Zylinderschaft 9 wird
in der Aufnahmebohrung 7 aufgenommen. Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass aus der Anlagefläche 17 zwei
Kegelstifte 19.1 und 19.2 herausragen.
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Der
in 2 sichtbare kegelstumpfförmige Abschnitt
des Kegelstifts 19.1 ist vollständig rotationssymmetrisch,
während der kegelstumpfförmige Abschnitt des Kegelstifts 19.2 an
zwei gegenüber liegenden Seiten abgeflacht ist (Schwert-Kegelstift),
so dass ein Formschluss nur an den nicht abgeflachten Bereichen
des Kegelstifts 19.2 mit einer Kegelbohrung 23 des
Werkzeugträgers 1 stattfindet. Der Schwer-Kegelstift 19.2 wird
so montiert, dass die nicht abgeflachten Bereiche des Schwert-Kegelstifts 19.2 orthogonal
zu einer Verbindungslinie zwischen den Kegelstiften 19.1 und 19.2angeordnet
sind. Es können aber auch zwei vollständig rotationssymmetrische
Kegelstifte 19.1 und 19.2 eingesetzt werden.
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Neben
den Kegelstiften 19 sind in 2 noch die
Befestigungsschrauben 21 sichtbar, die mit ihrem Gewinde über
die Anlagefläche 17 hinausragen.
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In 3 ist
der Werkzeugträger 1 aus 1a nochmals
dargestellt, der mit dem Werkzeughalter 3 gemäß 2 kompatibel
ist. In der Spannfläche 5 sind zwei Kegelbohrungen 23.1 und 23.2 ausgebildet,
die mit den Kegelstiften 19.1 und 19.2 des Werkzeughalters 3 zusammenwirken.
Der Abstand der vier Innengewinde 25 in dem Werkzeugträger 1 entspricht
dem Abstand der Befestigungsschrauben 21 (siehe 2).
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Wenn
man nun den Werkzeughalter 3 mit seinem Zylinderschaft 9 in
die Aufnahmebohrung 7 des Werkzeugträgers 1 einsetzt,
dann fahren die Kegelstifte 19.1 und 19.2 in die
Kegelbohrungen 23.1 und 23.2 des Werkzeugträgers
ein und bilden eine formschlüssige Verbindung. Anschließend
werden die vier Befestigungsschrauben 21 in die Innengewinde 25 eingedreht
und dadurch eine feste Verbindung zwischen Werkzeughalter 3 und
Werkzeugträger 1 hergestellt. Ein Verspannen beziehungsweise Fixieren
des Werkzeugträgers 3 mithilfe der Verzahnung 15 an
dem Zylinderschaft 9, wie es die DIN ISO 10889-1 vorsieht,
ist dann nicht mehr erforderlich, da die vier Befestigungsschrauben
in Verbindung mit der erfindungsgemäßen formschlüssigen
Verbindung zwischen Kegelstiften 19 und Kegelbohrungen 23 eine
sehr belastbare und genaue Verbindung von Werkzeugträger 1 und
Werkzeughalter 3 darstellen.
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Es
besteht die Möglichkeit, den Werkzeughalter 3 entweder
nur mit den Befestigungsschrauben 21, nur über
den Zylinderschaft 9 oder gemeinsam mit den Befestigungsschrauben 21 und
dem Zylinderschaft 9 an dem Werkzeugträger 1 zu
befestigen.
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Die
Kegelstifte 19.1 und 19.2 weisen einen relativ
großen Abstand D auf. Dieser große Abstand D trägt
maßgeblich dazu bei, dass eine sehr gute Genauigkeit der
Positionierung und eine sehr gute Wiederholgenauigkeit erreicht
werden, wenn der Werkzeughalter 3 auf den Werkzeugträger 1 aufgesetzt wird.
Gleichzeitig können auch größere Drehmomente
zwischen Werkzeugträger 1 und Werkzeughalter 3 übertragen
werden. Daher wird man in aller Regel den Abstand D so groß wie
möglich machen. Der Zylinderschaft 9 stellt bei
dieser Ausführungsform nur den Antrieb des Werkzeugs 11 bereit.
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Wenn
man den Zylinderschaft 9 und die Aufnahmebohrung 7 zur
Positionierung des Werkzeughalters 3 einsetzt, dann genügt
es, eine Kegelbohrung 23 und einen Kegelstift 19 vorzusehen.
In diesem Fall ist zwischen dem Zylinderschaft 9 und dem Kegelstift 19 dann
nur der Abstand D' wirksam, so dass die Wiederholgenauigkeit nicht
so gut ist, wie wenn die Positionierung mit zwei Kegelbohrungen 23 und
zwei Kegelstiften 19 erfolgt.
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Vorteilhaft
an den erfindungsgemäßen Mitteln zum Positionieren
des Werkzeughalters 3 relativ zum Werkzeugträger 1 sind
deren geringe Herstellungskosten, da ein Kegelstift 19 ebenso
wie eine Kegelbohrung 23 sehr einfach und kostengünstig
mit sehr hoher Genauigkeit hergestellt werden können. Ein
solcher Kegelstift kann beispielsweise aus gehärtetem Stahl
hergestellt werden. Nach dem Härten können die
Funktionsflächen, wie zum Beispiel ein zylindrischer Abschnitt
(nicht sichtbar in 2) und der kegelstumpfförmige
Abschnitt der Kegelstifte 19 durch Schleifen nicht nur
kostengünstig, sondern auch mit sehr hoher Präzision
und Genauigkeit hergestellt werden. Entsprechendes gilt für
die Kegelbohrung 23, wenn diese vorteilhafterweise in einer Kegelhülse
als gesondertes Bauteil hergestellt werden, wobei die Kegelhülse
dann ebenfalls einen zylindrischen Abschnitt aufweist und im Inneren
konzentrisch zu dem zylindrischen Abschnitt die Kegelbohrung 23 ausgebildet
wird.
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Da
die Kegelstifte 19 und die Kegelbohrungen 23 einen
relativ kleinen Kegelwinkel aufweisen, sind die Toleranzen beziehungsweise
Maßabweichungen in axialer Richtung relativ unkritisch
und wirken sich nur in geringem Maß auf die Positioniergenauigkeit
des Werkzeughalters 3 aus. Ein weiterer wesentlicher Vorteil
der erfindungsgemäßen Positionierung des Werkzeughalters 3 relativ
zu dem Werkzeugträger 1 ist darin zu sehen, dass
sowohl die Kegelstifte 19 als auch die Kegelhülsen
in zylindrische Positionierbohrungen (ohne Bezugszeichen in den 2 und 3)
eingepresst werden können und diese Positionierbohrungen
in einer Aufspannung mit der Spannfläche 5 des
Werkzeugträgers 1 beziehungsweise der Anlagefläche 17 des
Werkzeughalters 3 hergestellt werden können. Dadurch,
dass dies in einer Aufspannung geschehen kann, ist der limitierende
Faktor für die Genauigkeit der Positionierung der Bohrungen
die Maschinengenauigkeit der Maschine, auf welcher der Werkzeugträger 1 beziehungsweise
der Werkzeughalter 3 hergestellt werden. Hochwertige Bearbeitungszentren
erreichen eine Maschinengenauigkeit von 5/1000 Millimetern (5 μm),
wobei diese Genauigkeit für nahezu alle Anforderungen ausreichend
ist. Wegen der Möglichkeit, die Positionierbohrungen in
einer Aufspannung mit der Spannfläche beziehungsweise der
Anlagefläche 17 und der Aufnahmebohrung 7 herzustellen,
kann diese Genauigkeit sehr kostengünstig in einer Serienfertigung
beim Einbringen der Positionier-Bohrungen erreicht werden. Im Ergebnis
lässt sich somit die Positioniergenauigkeit des erfindungsgemäßen Werkzeugträgers 3 um
eine Größenordnung gegenüber der VDI-Schnittstelle
gemäß ISO 10889-1 verbessern:
Anstelle einer Wiederholgenauigkeit beziehungsweise Positioniergenauigkeit
von 0,05 Millimetern bei der VDI-Schnittstelle, wird bei dem erfindungsgemäßen
System trotz nur geringer Mehrkosten eine Positioniergenauigkeit
beziehungsweise Wiederholgenauigkeit von 0,005 Millimetern (5 μm) erreicht!
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In 4 und 5 sind
verschiedene Ansichten und Schnitte des Werkzeugträgers 1 mit
eingesetztem Werkzeughalter 3dargestellt. In der Seitenansicht
gemäß 4 ist gut zu erkennen, dass die
Befestigungsschrauben 21 weit außen am Werkzeughalter 3 angeordnet
sind, so dass sie bei vorgegebener Spannkraft eine sehr gute Fixierung
des Werkzeughalters 3 an dem Werkzeugträger 1 bewirken.
In der Seitenansicht gemäß 4 ist der Schraubenkopf 27 des
Spannmechanismus gemäß 1 gut
zu erkennen.
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Im
rechten oberen Teil der 4 ist eine Seitenansicht von
Werkzeughalter 3 und Werkzeugträger 1 dargestellt.
Mit strichpunktierten Linien sind die Aufnahmebohrung 7 beziehungsweise
der Zylinderschaft 9 dargestellt. Des Weiteren ist die
erfindungsgemäße formschlüssige Verbindung
zwischen Kegelstift 19 und Kegelbohrung 23 ebenfalls
durch gestrichelte Linien dargestellt. In dieser Darstellung ist
der Abstand D zwischen den Positioniermitteln 19 und 23 gut
zu erkennen.
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Im
rechten unteren Teil der 4 ist ein Schnitt entlang der
Linie B-B dargestellt. In diesem Schnitt sind Durchgangsbohrungen 29 für
die Befestigungsschrauben 21 und die Innengewinde 25 im Werkzeugträger 1 gut
erkennbar.
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5 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie A-A aus 4. In diesem
Schnitt ist die Kegelbohrung 23 Teil einer Kegelhülse 31,
wobei die Kegelhülse 31 in eine Positionierbohrung 33 im
Werkzeugträger 1 eingepresst ist. In entsprechender
Weise ist der Kegelstift 19 in einer Positionierbohrung 33 im
Werkzeughalter 3 eingepresst. Sowohl die Kegelhülse 31 als
auch der Kegelstift 19 sind bei dem in 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel hohlgebohrt und weisen jeweils ein
Innengewinde (ohne Bezugszeichen) auf. Dadurch ist es möglich,
beispielsweise die Kegelhülse 31 in der Positionierbohrung 33 in
axialer Richtung durch Eindrehen einer Schraube zu justieren und/oder
zu befestigen. Entsprechendes gilt auch für den Kegelstift 19.
Auch hier ist es möglich, den Kegelstift mit einem zylindrischen
Abschnitt in der zugehörigen Positionierbohrung 33 einzupressen und
mithilfe einer Spannschraube und mit einer geeigneten Lehre in axialer
Richtung genau in die gewünschte Position zu bringen, so
dass der Kegelstift mit seinem kegelstumpfförmigen Abschnitt
entweder spielfrei, mit leichter Vorspannung oder mit einem definierten
Spiel von wenigen hundertstel Millimetern, in der Kegelbohrung der
Kegelhülse 31 positioniert wird, wenn der Werkzeughalter 3 mithilfe
der Schrauben 21 an dem Werkzeugträger 1 befestigt
wird.
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Im
unteren Teil der 5 sind ein weiteren Kegelstift
und eine weitere Kegelhülse dargestellt. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit sind in dem unteren Teil keine Bezugszeichen
vorhanden. Kegelstift und Kegelhülse sind sowohl im oberen
Teil der 5 als auch im unteren Teil der 5 baugleich
ausgeführt.
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Es
versteht sich von selbst, dass es bei Bedarf natürlich
auch möglich wäre, die Kegelhülse 31 in
einer Positionierbohrung 33 des Werkzeughalters 3 anzuordnen
und entsprechend den Kegelstift 19 in einer Positionierbohrung 33 des
Werkzeugträgers 1 anzubringen. Dies ist eine Umkehr,
die in Einzelfällen sinnvoll sein kann. Die Vorteile der
erfindungsgemäßen Lösung sind bei beiden
Varianten vollumfänglich gegeben.
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In
der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt bei dem die Kegelstifte 19 an einer Ausrichtplatte 34 befestigt
sind. Die Ausrichtplatte 34 wiederum ist mit dem Werkzeughalter 3 verstiftet
und verschraubt (siehe die Bezugszeichen 36 und 38). Vor
dem Verstiften kann die Ausrichtplatte 34 relativ zum Werkzeughalter 3 so
ausgerichtet werden, dass die eine nochmals verbesserte Positioniergenauigkeit
erreicht wird. Dies wird man dann vorsehen, wenn an die mit diesem
Werkzeughalter 3 durchgeführte Bearbeitung allerhöchste
Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit gestellt werden. Die
anderen an der Bearbeitung eines Werkstücks beteiligten Werkzeughalter 3 können
ohne Ausrichtplatte 34 ausgeführt sein. Bei der
in 6 dargestellten Konfiguration weist der Werkzeugträger 1 keine
Ausrichtplatte auf.
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In
der 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt bei dem die Kegelhülsen 31 an einer Ausrichtplatte 34 befestigt
sind. Die Ausrichtplatte 34 wiederum ist mit dem Werkzeugträger 1 über
Zapfen 40 und Schrauben 38 verbunden. Das Ausrichten
der Ausrichtplatte 34 relativ zum Werkzeugträger 3 erfolgt über
Gewindestifte 42, die auf die Zapfen 40 des Werkzeugträgers 1 wirken.
Die anderen Spannflächen 5 des Revolvers 1 können
ohne Ausrichtplatte 34 ausgeführt sein.
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Selbstverständlich
ist es auch möglich sowohl den Werkzeughalter 3 als
auch den Werkzeugträger 1 mit einer Ausrichtplatte 34 auszurüsten.
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In
der 8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäß Kegelhülsen 31 geschnitten
dargestellt. Das einfachste Ausführungsbeispiel ist in
der 6a dargestellt. Dort weist die Kegelhülse 31 eine
Kegelbohrung 23 und ein daran anschließendes Innengewinde 35 sowie
an seinem Außendurchmesser einen zylindrischen Abschnitt 37 auf.
Der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 37 ist auf
den Durchmesser der Positionierbohrungen 33 so abgestimmt,
dass sich ein Presssitz zwischen der Kegelhülse 31 und
der Positionierbohrung 33 ergibt.
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Mit
Hilfe des Innengewindes 35 ist es möglich, die
Kegelhülse 31, wenn sie in die Positionierbohrung 33 eingepresst
wurde, sehr feinfühlig und genau in der Positionierbohrung 33 zu
in axialer Richtung zu verschieben. Gleichzeitig sichert ein in
dem Innengewinde 35 eingedrehter Gewindestift (nicht dargestellt)
die Kegelhülse 31 davor, unbeabsichtigter Weise
in der Positionier-Bohrung 33 nach unten gedrückt
zu werden.
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In 6b ist ein Ausführungsbeispiel
einer Kegelhülse 31 dargestellt, bei der an einer
Stirnfläche 39 eine Ringnut 41vorgesehen
ist. Dadurch ergibt sich eine gewisse Flexibilität und
Elastizität der Kegelbohrung 23 in radialer Richtung,
so dass kleinste Abweichungen im Abstand D zwischen den zwei Kegelstiften 19 (siehe 2)
und den zugehörigen Kegelbohrungen 23 (siehe 3)
egalisiert werden können. Ein ähnlicher Effekt
wird auch dadurch erreicht, wenn die Kegelhülse 31 eine
Radialnut 43 aufweist und die Positionier-Bohrung 33 gestuft
ausgeführt ist. (6c).
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In
der 6d ist ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Kegelhülse 31 dargestellt, bei
unter der Kegelhülse 31 und dem Grund (ohne Bezugszeichen)
der Positionier-Bohrung 33 zwei Tellerfedern 45 angeordnet
sind, die ein Ausweichen der Kegelhülse 31 in
axialer Richtung ermöglicht. In diesem Fall sind der zylindrische
Abschnitt 37 der Kegelhülse 31 und die
Positionierbohrung 33 als Schiebesitz ausgebildet und die
Kegelhülse 31 wird durch eine Schraube (46)
fixiert.
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In
den 6e bis 6h sind
Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer
Kegelhülsen dargestellt, an denen die Kegelhülsen 31 ein
Flansch 47 ausgebildet ist. Der Flansch 47 führt
dazu, dass die Position der Kegelhülse 31 relativ
zur beispielsweise der Spannfläche 5 beziehungsweise
der Anlagefläche 17 eindeutig definiert ist, wenn
der Flansch 47 an der Spannfläche 5 beziehungsweise
der Anlagefläche 17 anliegt. Dadurch ist es nicht
erforderlich, ein Innengewinde vorzusehen und es ist ausreichend,
eine Kegelbohrung 23koaxial zu der im zylindrischen Abschnitt 37 der
Kegelhülse 31 auszubilden.
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Bei
den Ausführungsbeispielen gemäß 6f, 6g und 6h sind in dem Flansch 47 verschiedene
Ringnuten 41 ausgebildet, die eine Elastizität
in axialer und/oder radialer Richtung der Kegelbohrung 23 relativ
zu der Spannfläche 5, beziehungsweise der Anlagefläche 17,
in axialer Richtung ermöglichen. Gleichzeitig oder alternativ
kann auch eine gewisse radiale Flexibilität der Kegelbohrung 23 relativ
zur Positionierbohrung 33 erreicht werden.
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Es
versteht sich von selbst, dass die dargestellten Ausführungsbeispiele
lediglich beispielhaften Charakter haben, und es möglich
ist, die teilweise gewünschte Elastizität in axialer
und/oder radialer Richtung auch durch andere Formgebungen zu erreichen.
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Bei
den Ausführungsbeispielen gemäß der 8i)
und j) sind die Kegelhülsen 31 mit dem Werkzeugträger 1 verschraubt.
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In
der 9 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
von Kegelstiften 19 dargestellt. Allen Ausführungsbeispielen
ist gemeinsam, dass die Kegelstifte 19 einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt 49 sowie einen zylindrischen Abschnitt 51 aufweisen. Mit
dem zylindrischen Abschnitt 51 wird der Kegelstift 19 in
eine Positionierbohrung 33 eines Werkzeughalters 3 oder
eines Werkzeugträgers 1 eingepresst. Ähnlich
wie bei den Kegelhülsen 31 kann der Kegelstift 19 auch
in der Positionierbohrung 33 festgeklebt werden, sobald
er in axialer Richtung die gewünscht Position eingenommen
hat.
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Auch
die Positionierung des Kegelstifts 19 in axialer Richtung
ist relativ einfach möglich, indem eine Einpressvorrichtung
(nicht dargestellt) verwendet wird, die eine Kegelbohrung aufweist,
die mit dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 49 des
Kegelstifts 19 zusammenwirkt. Es ist nun möglich,
die Einpressvorrichtung so zu konstruieren, dass der Kegelstift 19 dann
seine richtige Position in axialer Richtung eingenommen hat, wenn
die Einpressvorrichtung auf der Anlagefläche 17 des
Werkzeughalters 3 aufliegt. Entsprechendes gilt bezüglich
der Spannfläche 5, wenn der Kegelstift 19 in
eine Positionierung 33 des Werkzeugträgers eingepresst
werden soll.
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In
den Ausführungsbeispielen gemäß der 9e)
bis j) hat der Kegelstift 19 einen Bund 53, der wiederum
mit einer Ringnut 41 (siehe 9f) und 9h) in axialer Richtung „weicher” gemacht
werden kann, so dass der Kegelstift 19 in axialer Richtung
geringfügig elastisch ist. Dadurch ist es möglich, eventuelle
Streuungen bei verschiedenen Werkzeughaltern beziehungsweise Kegelhülsen 31 auszugleichen,
indem der Kegelstift 19 in der Positionierbohrung in axialer
Richtung leicht verschoben wird.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 9b)
hat viele Gemeinsamkeiten mit der in 8d) dargestellten
und beschriebenen Kegelhülse 31.
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Bei
den Ausführungsbeispielen gemäß den 9c),
g) und h) ist in dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 49 mindestens
eine Radialnut 43 ausgebildet, welche eine radiale Elastizität
des kegelstumpfförmigen Abschnitts 49 des Kegelstifts 19 bewirkt. Selbstverständlich
ist es auch möglich, beispielsweise zwei Radialnuten 43 im
Winkel von 90° zueinander vorzusehen. Dadurch würde
der kegelstumpfförmige Abschnitt 49 gewissermaßen
radial geschlitzt und er wird in radialer Richtung deutlich elastischer.
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Die
Befestigung der Kegelstifte 19 in den 9i)
und j) entspricht derjenigen der Kegelhülsen 31 in
den 8i) und j), so dass auf das dort Gesagte verwiesen
wird.
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10a) zeigt das Zusammenwirken einer Kegelhülse
gemäß 8a) und eines
Kegelstifts 19 gemäß 9a).
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10b) zeigt das Zusammenwirken einer Kegelhülse
gemäß 8a) und eines
Kegelstifts 19 gemäß 9e).
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10c) zeigt das Zusammenwirken einer Kegelhülse
gemäß 8e) und eines
Kegelstifts 19 gemäß 9a).
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Bei
dem Ausführungsbeispiel gemäß 10d) ist die befestigungsschraube 21 durch
die Kegelhülse 31 und den Kegelstift 19 durchgeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005045662
A1 [0007]
- - EP 780179 B1 [0009]
- - DE 20321518 U1 [0010]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN ISO 10889-1 [0002]
- - DIN ISO 10889-1 [0004]
- - DIN ISO 10889-1 [0012]
- - DIN ISO 10889-1 [0016]
- - DIN ISO 10889-1 [0019]
- - DIN ISO 10889-1 [0019]
- - DIN ISO 10889-1 [0038]
- - DIN ISO 10889-1 [0040]
- - DIN ISO 10889-1 [0042]
- - DIN ISO 10889-1 [0045]
- - DIN ISO 10889-1 [0046]
- - DIN ISO 10889-1 [0051]
- - ISO 10889-1 [0056]