DE102013205026A1

DE102013205026A1 - Drehangetriebenes Schaftwerkzeug

Info

Publication number: DE102013205026A1
Application number: DE102013205026.7A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schanz
Original assignee: Guehring KG
Current assignee: Guehring KG
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug 10 mit einem Schneidteil 11 mit wenigstens einer Spannut 113, einem an den Schneidteil 11 anschließenden Schaft 12, einem innenliegenden, den Schneidteil 11 mit Kühlschmiermittel versorgenden Kanalsystem 121 mit einem in axialer Richtung wenigstens durch den Schaft 12 laufenden zentrischen Hauptkanal 122 und wenigstens einem vom Hauptkanal 122 abzweigenden Zweigkanal 123, der in einem axialen Abstand zum Schneidteil 11 am Außenumfang des Schafts 12 austritt, und einer auf dem Schaft 12 sitzenden, die Austrittsöffnung 125 des wenigstens einen Zweigkanals 123 überdachenden Umlenkbuchse 14, die im Zusammenwirken mit einem im Bereich zwischen der Austrittsöffnung 125 des wenigstens einen Zweigkanals 123 und dem Schneidteil 11 liegenden Längenabschnitt des Schafts 12 einen in Richtung Schneidteil 11 offenen Kühlschmiermittelkanal bildet, der aus dem Zweigkanal 123 austretendes Kühlschmiermittel in Richtung Schneidteil 11 lenkt. Erfindungsgemäß sind die Außenumfangsfläche des Längenabschnitts des Schafts 12 und die in einem definierten radialen Abstand gegenüberliegende Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 jeweils von einer Rotationsfläche gebildet, die einen im Querschnitt kreisringförmigen Ringspalt 15 begrenzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Schaftwerkzeug ist aus der EP 0556801 A1 bekannt und hat einen Schneidteil in Gestalt eines Formkopfs mit sich in Achsrichtung erstreckenden Spannuten, und einen Schaft, der sich über einen Nutenauslaufbereich einstückig an den Schneidteil anschließt. Ein sich im Schaft und auf den Nutenauslaufbereich erstreckender zentraler Hauptkanal teilt sich endseitig in Zweigkanäle auf, die jeweils zu einer der Spannuten führen und in dieser münden. Die Zweigkanäle und deren Mündungen sollen jeweils in einem axialen Abstand zum Schneidteil im Nutenauslaufbereich vorgesehen sein. Die Mündungen sollen von einer auf dem Schaft festsitzenden in Richtung zum Schneidteil offenen Buchse überdacht sein. Durch die Buchse wird aus den Zweigkanälen austretendes Kühlschmiermittel über die jeweilige Spannut in Richtung Schneidteil geleitet. Jeder Zweigkanal ist einer der Spannuten zugeordnet und mündet im Nutgrund in die jeweilige Spannut.
Diese Gestaltung ist insbesondere bei einer großen Vielzahl von Spannuten nachteilig, weil dann eine entsprechende große Vielzahl von Zweigkanälen geschaffen werden muss. Eine große Vielzahl von Zweigkanälen bedeutet aber eine Schwächung des Schafts, was zu Lasten der Festigkeit des Schaftwerkzeugs geht.
Des Weiteren kann im Hinblick auf Fertigungsungenauigkeiten bei der Erzeugung der Zweigkanäle, im Hinblick auf eine Verschmutzung der Zweigkanäle etc. eine Versorgung sämtlicher Spannuten mit Kühlschmiermittel in derselben Menge und Konsistenz und Qualität nicht gewährleistet werden. Eine derartige ungleichmäßige Versorgung der Schneiden des Schneidteils kann insbesondere für den Fall problematisch sein, wenn das Schaftwerkzeug nach dem Konzept der Minimalmengenschmierung (MMS) mit Kühlschmiermittel versorgt werden soll. Bei der MMS-Technologie geht es darum, ein Aerosol mit einem minimalen Schmiermittelanteil und einem erheblichen Luftüberschuss in möglichst gleichmäßiger Konsistenz und Qualität an am Schneidteil vorgesehene Schneidkanten zu bringen. Die bekannte Gestaltung ist daher nicht MMS-gerecht.
Weitere ähnliche Schaftwerkzeuge sind aus der DE195224141 A1 oder der DE 4003257 A1 bekannt.
Vor dem Hintergrund der oben geschilderten Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug mit einer in strömungstechnischer Hinsicht optimierten Kühlschmiermittelversorgung des Schneidteils zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Schaftwerkzeug, z. B. eine Reibahle, ein Bohrer oder Fräser, hat als die wesentlichen Funktionsteile einen Schneidteil mit wenigstens einer Spannut, vorzugsweise einer Vielzahl von um den Umfang des Schneidteils verteilten Spannuten, und einem axial an den Schneidteil angeschlossenen Schaft. Das Schneidteil und der Schaft können nach dem Vorbild der EP 0556801 A1 einstückig, beispielsweise aus Vollhartmetall, ausgebildet sein. Das Schneidteil und der Schaft können nach dem Vorbild der DE 19522141 A1 aber auch zunächst aus verschiedenen geeigneten Materialien hergestellt und axial aneinandergefügt, z. B. aneinandergelötet, oder in anderer geeigneter Weise miteinander verbunden sein. Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug hat des Weiteren ein innenliegendes, den Schneidteil mit Kühlschmiermittel versorgendes Kanalsystem, das aus einem in axialer Richtung wenigstens durch den Schaft laufenden zentrischen Hauptkanal und wenigstens einem vom Hauptkanal abzweigenden Zweigkanal gebildet ist, der in einem axialen Abstand zum Schneidteil am Außenumfang des Schafts austritt. Des Weiteren ist eine auf dem Schaft sitzende Umlenkbuchse vorgesehen, die die umfangsseitige Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals überdacht und im Zusammenwirken mit einem in dem axialen Bereich zwischen der Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals und dem Schneidteil liegenden Längenabschnitt des Schafts einen in Richtung Schneidteil offenen Kühlschmiermittelkanal bildet, der aus dem wenigstens einen Zweigkanal austretendes Kühlschmiermittel in Richtung Schneidteil lenkt.
Erfindungsgemäß ist der Kühlschmiermittelkanal schaftseitig von der Außenumfangsfläche des im Bereich zwischen der Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals und dem Schneidteil liegenden Längenabschnitts des Schafts und umlenkbuchsenseitig von der gegenüberliegen Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse begrenzt. Im Unterschied zu dem eingangs diskutierten Werkzeug, bei dem der zum Schneidteil führende Kühlschmiermittelkanal durch den Nutenauslaufbereich mit einer unrunden Querschnittskontur und die auf dem Schaft festsitzende Buchse begrenzt ist, ist bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug der Kühlschmiermittelkanal sowohl schaftseitig als auch umlenkbuchsenseitig von jeweils einer Rotationsfläche, d. h. beispielsweise einer Zylinder- oder Konusfläche, begrenzt. Erfindungsgemäß ist der Kühlschmiermittelkanal also von zwei in einem definierten radialen Abstand gegenüberliegenden Rotationsflächen begrenzt. Unter einer Rotationsfläche wird eine geometrische Fläche, im Besonderen eine Zylinder- oder Konusfläche, verstanden, die sich durch Rotation um die Längs- oder Drehachse des Schaftwerkzeugs erzeugen lässt.
Der in radialer Richtung von den beiden Rotationsflächen (Außenumfangsfläche des Längenabschnitts des Schafts und Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse) liegende Ringraum oder Ringspalt hat daher im Unterschied zu dem von den Spannuten des Nutenauslaufbereichs geprägten Querschnitt des eingangs diskutierten Werkzeugs über seine axiale Länge hinweg, d. h. über die axiale Länge des Längenabschnitts des Schafts, einen kreisringförmigen Querschnitt. An den vorgenannten Längenabschnitt des Schafts könnte sich in Richtung Schneidteil ein Nutenauslaufbereich anschließen. Die Umlenkbuchse würde in diesem Fall, in Richtung Schneidteil gesehen, vor dem Nutenauslaufbereich enden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist aber kein Nutenauslaufbereich vorgesehen. Vielmehr grenzt der Schaft unmittelbar an den Schneidteil an. Zur Vereinfachung der Fertigung der wenigstens einen Spannut hat der Schaft zumindest in dem an den Schneidteil angrenzenden Längenabschnitt, der mit der Umlenkbuchse den zum Schneidteil führenden Kühlschmiermittelkanal bildet, vorzugsweise einen (maximalen) Außendurchmesser kleiner-gleich dem (minimalen) Durchmesser des Nutgrunds der wenigstens einen Spannut des Schneidteils. In diesem Fall lässt sich die wenigstens eine Spannut durch eine einfach zu realisierende Axialbewegung einer Schleifscheibe parallel zur Längs- oder Drehachse des Schaftwerkzeugs herstellen. In dieser Ausführungsform schließt der Schaft mit dem vorgenannten Längenabschnitt daher axial bündig, d. h. ohne Nutenauslaufbereich, an den Schneidteil an. Mangels eines sich auf den Schaft erstreckenden Nutenauslaufbereichs kann die Umlenkbuchse axial gegen eine schaftseitige Stirnseite des Schneidteils stoßen.
Unabhängig davon, ob ein Nutenauslaufbereich vorhanden ist oder nicht, lässt sich durch eine entsprechende Bemessung des von den beiden Rotationsfläche begrenzten Ringspalts, d. h. der Querschnittsfläche des Ringspalts oder des radialen Abstands der Außenumfangsfläche des Längenabschnitts des Schafts und der gegenüberliegenden Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse, eine in strömungstechnischer Hinsicht optimierte Kühlschmiermittelleitung in Richtung Schneidteil erreichen. Die Einspeisung einer ausreichenden Kühlschmiermittelmenge in den zentralen Hauptkanal vorausgesetzt, kann durch eine entsprechende Tolerierung des Ringquerschnitts im Besonderen erreicht werden, dass das Kühlschmiermittel mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit aus dem Ringspalt ausströmt, als es in den zentrischen Hauptkanal einströmt, bzw. dass sich im oder durch den Ringspalt ein Rückstau von Kühlschmiermittel ergibt, d. h. der Ringspalt als eine Ringdüse fungiert. Im Fall eines aerosolartigen Schmiermittels lässt so eine Wirbelbildung infolge einer Druckpulsation bedingt durch eine plötzliche Änderung der Strömungsgeschwindigkeit und dadurch eine Entmischung des Aerosols erheblich reduzieren oder vermeiden. Außerdem lässt sich eine Verteilung des Kühlschmiermittels über den ganzen Ringspalt und dadurch eine Versorgung jeder einer Vielzahl von Spannuten mit Kühlschmiermittel in derselben Konsistenz und Qualität erreichen. In diesem Sinne ist die Querschnittsfläche des Ringspalts, d. h. die Fläche des Ringquerschnitts, daher zumindest im Bereich der schneidteilseitigen Mündung des Ringspalts vorteilhaft kleiner als die Querschnittsfläche des zentralen Hauptkanals.
Aufgrund dessen, dass im Unterschied zu dem eingangs diskutierten Werkzeug erfindungsgemäß die Kühlschmiermittelversorgung des Schneidteils über einen Ringspalt mit einem kreisringförmigen Querschnitt erfolgt, ist die Drehlage der wenigstens einen Spannut am Schneidteil relativ zu dem wenigstens einen Zweigkanal unbeachtlich. Dies ist gerade dann von Vorteil, wenn der Schneidteil eine Vielzahl von Spannuten aufweist und die Zahl der Spannuten am Schneidteil von der Zahl der Zweigkanäle am Schaft verschieden ist. Durch die gleichmäßige Verteilung des Kühlschmiermittels in Umfangsrichtung des Ringspalts wird erreicht, dass jede der Vielzahl von Spannuten mit Kühlschmiermittel in derselben Menge und Qualität versorgt werden kann.
Wegen der gleichmäßigen Verteilung des Kühlschmiermittels über den Umfang des Ringspalts genügt es grundsätzlich, wenn der zentrale Hauptkanal über einen Zweigkanal mit dem Ringspalt verbunden ist. Abhängig von der axialen Länge des Ringspalts kann es aber sinnvoll sein, mehr als einen Zweigkanal vorzusehen. Bei einer Vielzahl von Zweigkanälen sind diese vorteilhaft äquidistant um den Hauptkanal herum verteilt. Die Zahl der Zweigkanäle kann, wie oben erwähnt, von der Zahl der Spannuten verschieden sein. Aus fertigungstechnischen Gründen und im Hinblick auf Festigkeit kann die Zahl der Zweigkanäle auf zwei oder vier Zweigkanäle begrenzt sein, die sich beispielsweise durch eine oder zwei Querbohrungen durch den Schaft hindurch anfertigen lassen. Die Zahl der Zweigkanäle kann aber auch gleich oder größer als die Zahl der Spannuten sein. Bei einer Vielzahl von Zweigkanälen können diese mit oder ohne einen axialen Versatz zueinander angeordnet sein.
Der wenigstens eine Zweigkanal ist aus fertigungstechnischen Gründen vorzugsweise durch eine radial verlaufende Bohrung realisiert, die in den zentralen Hauptkanal mündet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind beispielsweise vier Zweigkanäle vorgesehen, die idealerweise im 90°-Abstand um die Längs- oder Drehachse des Schaftwerkzeugs herum verteilt angeordnet sind. Diese vier Zweigkanäle lassen sich, wie oben erwähnt, beispielsweise durch zwei den Hauptkanal schneidende Querbohrungen durch den Schaft hindurch erzeugen. Alternativ dazu kann der wenigstens eine Zweigkanal unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Längs- oder Drehachse des Schaftwerkzeugs verlaufen. Beispielsweise kann im Interesse einer Strömungsoptimierung der wenigstens eine Zweigkanal unter einem spitzen Winkel zur Längs- oder Drehachse vom Hauptkanal abzweigen und außenumfangsseitig austreten. Diese Anordnung resultiert in weniger starken Umlenkungen des Kühlschmiermittels.
Vorteilhafte Weiterbildungen oder Ausführungsformen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
In einer bevorzugten Weiterbildung hat der Ringspalt zumindest im Bereich seiner schneidteilseitigen Mündung eine Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche des zentralen Hauptkanals. Dadurch werden die oben geschilderten Vorteile erreicht.
Des Weiteren kann sich der Ringspalt in einem axialen Längsschnitt des Schaftwerkzeugs gesehen zum Schneidteil hin verjüngen. Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, dass die Außenumfangsfläche des Bundes und die Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse jeweils von einer Konusfläche gebildet sind und der Konuswinkel der Außenumfangsfläche des Bundes größer ist als der Konuswinkel der Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse, wodurch der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche des Bundes und der Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse zum Schneidteil hin aber kleiner wird. Alternativ dazu kann die Außenumfangsfläche des Bundes von einer Zylinderfläche und die Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse von einer Konusfläche oder umgekehrt die Außenumfangsfläche des Bundes von einer Konusfläche und die Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse von einer Zylinderfläche gebildet sein und zwar dergestalt, dass der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche des Bundes und der Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse zum Schneidteil und damit die Längsschnittfläche des Ringspalts zum Schneidteil hin kleiner wird. Der Ringspalt hat dann die Wirkung einer Düse mit den oben geschilderten Vorteilen.
Der Ringspalt kann darüber hinaus einen sich in Richtung Schneidteil im Durchmesser vergrößernden Querschnitt haben. Dies wird dadurch erreicht, dass die Außenumfangsfläche des Bundes und die Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse jeweils von einer Konusfläche gebildet sind. Bei dieser Gestaltung kann der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche des Bundes und der Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse konstant bleiben, die beiden Konusflächen also denselben Konuswinkel haben, zum Schneidteil hin kleiner werden, der Konuswinkel der Außenumfangsfläche also größer sein als der Konuswinkel der Innenumfangsfläche, oder zum Schneidteil hin größer werden, der Konuswinkel der Außenumfangsfläche also kleiner sein als der Konuswinkel der Innenumfangsfläche. Unabhängig davon, ob sich die Längsschnittfläche des Ringspalts zum Schneidteil hin verjüngt oder nicht, wird durch diese Weiterbildung erreicht, dass sich der Ringspalt in der Art eines Trichters zum Schneidteil hin im Durchmesser vergrößert. Durch diese Gestaltung kann das Kühlschmiermittel in einer strömungstechnisch vorteilhaften Weise von dem kleinen Strömungsdurchmesser des zentralen Hauptkanals auf den größeren Durchmesser des Nutgrunds der wenigstens einen Spannut des Schneidteils umgelenkt werden.
Als Alternative zu der oben diskutierten Gestaltung, bei der der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche des Bundes am Schaft und der Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse zum Schneidteil hin abnimmt, der Ringspalt sich also zum Schneidteil hin verjüngt, kann der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche des Bundes am Schaft und der Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse zum Schneidteil hin konstant bleiben. Dies wird dadurch erreicht, dass die Außenumfangsfläche des Bundes und die Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse von radial beabstandet angeordneten Zylinderflächen oder von Konusflächen, die denselben Konuswinkel aufweisen, gebildet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der mit der Umlenkbuchse den Kühlschmiermittelkanal begrenzende Längenabschnitt des Schafts einen an den Schneidteil angrenzenden, den Schaft im Durchmesser vergrößernden Bund, ist die Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals in Richtung Schneidteil gesehen vor dem Bund angeordnet, und ist die Umlenkbuchse von einer Ringkappe gebildet, die auf einem gegenüber dem Bund im Durchmesser kleineren Schaftabschnitt sitzt, der, in Richtung Schneidteil gesehen, der Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals vorgeschaltet ist, und die die Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals überdachend den Bund umringt. Durch den gegenüber dem restlichen Schaftteil radial, d. h. im Durchmesser, vergrößerten Bund wird die Länge des mit der Umlenkbuchse den Ringspalt definierenden Längenabschnitts des Schafts klein gehalten, wodurch sich der Fertigungsaufwand zur Erzeugung der Rotationsfläche reduzieren lässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist kein Nutenauslaufbereich vorgesehen. Dies wird, wie oben erwähnt, beispielsweise dadurch erreicht, dass der Außendurchmesser des Schafts zumindest in dem an den Schneidteil angrenzenden Längenabschnitt, der mit der Umlenkbuchse den zum Schneidteil führenden Kühlschmiermittelkanal bildet, kleiner-gleich dem Nutgrunddurchmesser ist, d. h. kleiner-gleich dem Durchmesser ist, auf dem der Nutgrund der wenigstens einen Spannut des Schneidteils liegt. In dieser Ausführungsform schließt der Schaft über den vorgenannten Längenabschnitt also axial bündig, d. h. ohne Nutenauslaufbereich, an die schaftseitige Stirnseite des Schneidteils an.
Der zentrische Hauptkanal kann sich über die gesamte Länge des Schaftwerkzeugs durch diesen hindurch erstrecken und in einem dem Schneidteil zugeordneten Bereich mittels eines Stopfens verschlossen sein. Ein axial durchgängiger Hauptkanal lässt sich in fertigungstechnischer Hinsicht durch eine einfache Bohrung entlang der Längs- oder Drehachse des Schaftwerkzeugs erzeugen.
Ein erfindungsgemäßes Schaftwerkzeug kann des Weiteren eine Vielzahl von, vorzugsweise äquidistant, um die Längsachse des Schaftwerkzeugs herum verteilten Zweigkanälen aufweisen.
Der Schneidteil kann eine Vielzahl von Spannuten aufweisen, wobei die Zahl der Zweigkanäle dann vorteilhaft kleiner-gleich der Zahl der Spannuten am Schneidteil ist.
Der Schneidteil kann zur Ausbildung seiner Schneide(n) mit wenigstens einer Schneidplatte bestückt sein. Die Schneide(n) kann(können) alternative in das Material des Schneidteils eingearbeitet sein.
Weitere Merkmale sowie Beispiele für eine konkrete Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen sowie zweier Ausführungsformen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine perspektivische Ansicht des Schaftwerkzeugs aus 1;
3 eine stirnseitige Draufsicht des Schaftwerkzeugs aus 1;
4 einen Längsschnitt entlang der Längs- oder Drehachse des Schaftwerkzeugs aus 1;
5 einen Längsschnitt entlang der Längs- oder Drehachse gemäß einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs;
6 einen Längsschnitt entlang der Längs- oder Drehachse gemäß einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs;
7 einen Längsschnitt entlang der Längs- oder Drehachse gemäß einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs;
8 einen Längsschnitt entlang der Längs- oder Drehachse gemäß einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs; und
9 einen Längsschnitt entlang der Längs- oder Drehachse gemäß einer sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaftwerkzeugs.
Erste Ausführungsform
1 bis 4 zeigen ein erfindungsgemäßes drehangetriebenes Schaftwerkzeug 10 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Schaftwerkzeug 10, das in der Ausführungsform als eine Reibahle ausgebildet ist, lässt sich in axialer Richtung betrachtet in einen Schneidteil 11 und einen Schaft 12 als die wesentlichen Funktionsteile unterteilen, die sich entlang der Längs- oder Drehachse 13 des Werkzeugs 10 erstrecken.
Wie die Figuren erkennen lassen, weist der Schneidteil 11 in der gezeigten Ausführungsform eine Vielzahl von um den Umfang des Schneidteils 11 verteilten Schneidstegen 111 auf, die die Schneidkanten 112 des Schaftwerkzeugs 10 definieren und die durch eine Vielzahl von Spannuten 113 voneinander getrennt sind. Die Schneidkanten 112 und Spannuten 113 sind in der gezeigten Ausführungsform unmittelbar in den Schneidteil 11 eingeschliffen.
Der Schaft 12 schließt sich unmittelbar, d. h. axial bündig und ohne einen Nutenauslaufbereich, an den Schneidteil 11 an. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der maximale Außendurchmesser D_Smax des Schafts 12 (vgl. 4) maximal so groß ist wie der Nutgrunddurchmesser D_Nut (vgl. 3, 4) ist, auf dem der Nutgrund 115 der Spannuten 113 des Schneidteils 11 liegt. Die Spannuten 113 können daher in den Schneidteil 11 eingeschliffen werden, ohne dass ein sich auf den Schaft 12 erstreckender Nutenauslaufbereich erforderlich ist. In der gezeigten Ausführungsform ist der maximale Außendurchmesser D_Smax des Schafts 12 gleich dem Nutgrunddurchmesser D_Nut des Schneidteils 11.
In der gezeigten Ausführungsform sind der Schneidteil 11 und der Schaft 12 im Besonderen einstückig aus Vollhartmetall ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug 10 hat des Weiteren ein innenliegendes, den Schneidteil 11 mit Kühlschmiermittel versorgendes Kanalsystem 121. Wie es in der Längsschnittansicht von 4 gezeigt ist, umfasst das Kanalsystem 121 einen in axialer Richtung durch den Schaft 12 laufenden zentrischen Hauptkanal 122 und vier Zweigkanäle 123, die vom Hauptkanal 122 abzweigen und in einem axialen Abstand zum Schneidteil 11 am Außenumfang des Schafts 12 austreten.
Der zentrische Hauptkanal 122 ist durch eine sich über die gesamte Länge des Schaftwerkzeugs 10 durch dieses hindurch erstreckende Längsbohrung gebildet. Im Bereich des Schneidteils 11 ist in der Längsbohrung ein geeigneter Verschlussstopfen 127 angeordnet, der Hauptkanal 122 den schließt, so dass das in den zentralen Hauptkanal 122 maschinenseitig eingespeiste Kühlschmiermittel in die Zweigkanäle 123 einströmt.
Wie sich aus 4 ergibt, sind die von dem zentrischen Hauptkanal 122 abzweigenden Zweigkanäle 123 durch zwei radial verlaufende Querbohrungen gebildet. Diese beiden Querbohrungen und damit die vier Zweigkanäle 123 liegen, in axialer Richtung betrachtet, in ein- und derselben Querschnittebene des Schaftwerkzeugs. Die umfangsseitigen Austrittsöffnungen 125 der vier Zweigkanäle 123 sind von einer auf dem Schaft 12 sitzenden Umlenkbuchse 14 überdacht.
Die Umlenkbuchse 14 bildet oder begrenzt im Zusammenwirken mit dem zwischen den Austrittsöffnungen 125 der Zweigkanäle 123 und dem Schneidteil 11 liegenden Längenabschnitt des Schafts 12 einen in Richtung Schneidteil 11 offenen Kühlschmiermittelkanal, der aus den Zweigkanälen 123 austretendes Kühlschmiermittel in Richtung Schneidteil 11 lenkt. Der von der Umlenkbuchse 14 überdachte und an den Schneidteil 11 angrenzende Längenabschnitt des Schafts 12 ist in der gezeigten Ausführungsform als ein gegenüber dem restlichen Schaftteil 126 im Durchmesser vergrößerter Bund 127 ausgebildet. Die Umlenkbuchse 14 ist, wie in 4 zu erkennen ist, von einer Ringkappe gebildet, die auf einem gegenüber dem Bund 127 im Durchmesser kleineren Schaftabschnitt 128 sitzt, der, in Richtung Schneidteil 11 gesehen, vor den Austrittsöffnungen 125 der Zweigkanäle 123 liegt. Die Umlenkbuchse 14 umringt den Bund 127. Die Ringkappe ist auf den im Durchmesser kleineren Schaftabschnitt 128 aufgepresst und in axialer Richtung soweit in Richtung Schneidteil 11 geschoben, dass sie gegen die Stirnseite 114 des Schneidteils 11 stößt. Wie 3 erkennen lässt, bildet die Ringkappe 14 im Zusammenwirken mit dem Schaft 12 und dem Schneidteil 11 eine der Anzahl der Spannuten 113 entsprechende Anzahl von Kühlschmiermittelübergabeöffnungen 151, die jeweils einen in etwa kreissegmentförmigen Querschnitt (vgl. 3) haben.
Der Kühlschmiermittelkanal wird daher, in radialer Richtung gesehen, schaftseitig von der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 und umlenkbuchsenseitig von der gegenüberliegen Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 begrenzt. Erfindungsgemäß sind die Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 und die gegenüberliegende Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 jeweils von einer Rotationsfläche gebildet. In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Rotationsflächen jeweils von einer Konusfläche gebildet.
Die beiden Konusflächen liegen, wie in 4 zu sehen ist, einander in einem definierten radialen Abstand gegenüber. Der in radialer Richtung zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 liegende Ringraum oder Ringspalt 15 hat über seine axiale Länge hinweg einen kreisringförmigen Querschnitt. Der von den beiden Rotationsflächen begrenzte Ringspalt 15, d. h. die Querschnittsfläche des Ringspalts 15 oder der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 und der gegenüberliegenden Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14, ist so bemessen, dass sich eine in strömungstechnischer Hinsicht optimierte Kühlschmiermittelleitung in Richtung Schneidteil 11 ergibt.
Wie die 4 erkennen lässt, sind die Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 und die Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 im Besonderen so gestaltet, dass sich der zwischen diesen Flächen eingeschlossene Ringspalt 15 in Richtung Schneidteil 11 verjüngt. Die Verjüngung des Ringspalts 15 wird dadurch erreicht, dass der Konuswinkel α der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 geringfügig größer ist als der Konuswinkel β der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14. Der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 wird daher zum Schneidteil 11 hin kleiner. Der Ringspalt 15 hat darüber hinaus einen sich in Richtung Schneidteil 11 im Durchmesser vergrößernden Querschnitt. Anders ausgedrückt weitet sich der Ringspalt 15 in Richtung Schneidteil 11 trichterförmig auf (vgl. 4).
Die Einspeisung einer ausreichenden Kühlschmiermittelmenge in den zentralen Hauptkanal 122 vorausgesetzt, wird daher erreicht, dass das Kühlschmiermittel mit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit aus dem Ringspalt 15 ausströmt, als es in den zentrischen Hauptkanal 122 einströmt, bzw. dass sich im oder durch den Ringspalt 15 ein Rückstau von Kühlschmiermittel ergibt. Durch den Rückstau wird sich das Kühlschmiermittel in Umfangsrichtung des Ringspalts 15 verdrängt und wird sich gleichmäßig verteilen, wodurch eine gleichmäßige Versorgung jeder der Spannuten 113 mit Kühlschmiermittel in derselben Konsistenz und Qualität und Menge erreicht wird.
Zweite Ausführungsform
Die in 5 gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich in der Gestaltung der Umlenkbuchse 14 bzw. des im Durchmesser kleineren Schaftabschnitts 128, auf dem die Umlenkbuchse 14 sitzt. Wie 5 zeigt, hat der Schaftabschnitt 128, in dessen Außenumfangsfläche die Zweigkanäle 123 münden und auf den die Umlenkbuchse 14 aufgepresst ist, einen größeren Durchmesser als in der ersten Ausführungsform. Die Austrittsöffnungen 125 liegen somit in radialler Richtung gesehen näher an dem zwischen der Umlenkbuche 14 und dem Bund 127 des Schafts 12 eingeschlossenen Ringspalts 15. Verglichen mit der ersten Ausführungsform muss daher auf Seiten der Umlenkbuchse 14 kein bzw. ein erheblich kleineres Kühlschmiermittelübervolumen vorgesehen werden, das das Kühlschmiermittel in den Ringspalt 15 übergibt. Die zweite Ausführungsform bietet daher eine strömungstechnische bessere Kühlschmiermittelführung in den Ringspalt 15. Die Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und die Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 sind wie in der ersten Ausführungsform von zwei Konusflächen gebildet, wobei der Konuswinkel der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 geringfügig größer ist als der Konuswinkel der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 und der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 zum Schneidteil 11 hin kleiner wird. Die Austrittsöffnungen 125 liegen somit
Dritte Ausführungsform
Bei der in 6 gezeigten dritten Ausführungsform bleibt der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 konstant. Dies wird dadurch erreicht, dass der Konuswinkel (vgl. den Winkel α in 4) der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 mit dem Konuswinkel (vgl. den Winkel β in 4) der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 übereinstimmt. Im Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform verjüngt sich der zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 begrenzte Ringspalt 15 daher zum Schneidteil 11 hin nicht.
Vierte Ausführungsform
Im Unterschied zu der ersten und zweiten Ausführungsform ist bei der in 7 gezeigten vierten Ausführungsform die Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 von einer Konusfläche, die Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 jedoch von einer Zylinderfläche gebildet. Es ergibt sich dadurch eine stärkere Verjüngung des von der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 begrenzten Ringspalts 15.
Fünfte Ausführungsform
Bei der in 8 gezeigten fünften Ausführungsform sind die Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und die Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 jeweils von einer Zylinderfläche gebildet. Wie in der dritten Ausführungsform bleibt der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 daher konstant. Im Unterschied zur ersten und zweiten Ausführungsform verjüngt sich der zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und der Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 begrenzte Ringspalt 15 daher zum Schneidteil 11 hin nicht.
Sechste Ausführungsform
Bei der in 9 gezeigten sechsten Ausführungsform sind die Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und die Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 jeweils von einer Zylinderfläche gebildet. Im Unterschied zur fünften Ausführungsform hat der Schaftabschnitt 128, auf dem die Umlenkbuchse 14 sitzt, denselben Durchmesser wie die zylindrische Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12. Durch den im Vergleich zu den vorherigen Ausführungsformen vergrößerten Durchmesser des Schaftabschnitts 128, auf den die Umlenkbuchse 14 aufgepresst ist, wird ein stabilerer Sitz erreicht. Zudem kann die Umlenkbuchse 14 aus einem dünnwandigeren Rohrkörper hergestellt werden und können die Außenumfangsflächen des Schaftabschnitts 128 und des Bundes 127 in einem Schritt hergestellt werden.
Der in 9 gezeigten sechsten Ausführungsform ist mit der in 6 gezeigten dritten Ausführungsform und der in 8 gezeigten fünften Ausführungsform gemeinsam, dass der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche 129 des Bundes 127 am Schaft 12 und der gegenüberliegenden Innenumfangsfläche 141 der auf dem Schaft 12 sitzenden Umlenkbuchse über die gesamte Länge des Ringspalts 15 konstant bleibt. Im Unterschied zu den anderen der oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Kühlschmiermittel daher, nachdem es in den Ringspalt 15 eingeströmt ist, nicht mehr weiter beschleunigt. Das Kühlschmiermittel erfährt vielmehr durch den Ringspalt 15 als Engstelle einen Rückstau, wodurch es sich in der Umlenkbuchse 14 in Umfangsrichtung verteilen wird.
Weitere nicht explizit Ausführungsformen und Modifikationen der oben diskutierten Ausführungsformen
Das erfindungsgemäße Schaftwerkzeug 10 kann alternativ zu den oben beschriebenen Reibahlen als ein Bohrer, Fräser, Gewindeschneider, etc. ausgebildet sein.
Des Weiteren können der Schneidteil 11 und der Schaft 12 nach dem Vorbild der DE 19522141 A1 aus verschiedenen geeigneten Materialien hergestellt und axial aneinandergefügt, z. B. aneinandergelötet, oder in anderer geeigneter Weise miteinander verbunden sein. Es ist daher nicht zwingend erforderlich, dass der Schneidteil 11 und der Schaft 12 einstückig ausgebildet sind.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen weist der Schneidteil 11 eine Vielzahl von Schneidkanten 112 und demzufolge eine Vielzahl von Spannuten 113 auf. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen derartigen Schneidteil 11 beschränkt, sondern findet gleichermaßen Verwendung auf einen Schneidteil mit nur einer Spannut.
Des Weiteren ist es nicht erforderlich, dass der Schneidteil 11 geradegenutet ist. Die Spannut(en) am Schneidteil 11 verlaufen daher parallel zur Längs- oder Drehachse 13 des Werkzeugs 10. Abweichend von den oben beschriebenen Ausführungsformen kann/können die Spannut/Spannuten wendelförmig bzw. in einem Winkel zur Längs- bzw. Drehachse 13 am Schneidteil 11 angeordnet sein.
Die Schneidkante/Schneidkanten können jeweils an einer am Schneidteil 11 gehaltenen Schneidplatte definiert sein. Die Schneidplatte/Schneidplatten können an den Schneidteil 11 z. B. durch Verschraubung, Klemmung, Löten, Kleben oder dergleichen befestigt sein. Demzufolge kann der der Schneidteil 11 in einer Alternative zu den oben beschriebenen Ausführungsform mit wenigstens einer Schneidplatte bestückt sein.
Abweichend von den oben beschriebenen Ausführungsformen kann eine von „vier” verschiedene Zahl von Zweigkanälen vorgesehen sein. Der oder die Zweigkanäle können unter einem von 90° verschiedenen Winkel zur Längs- oder Drehachse 13 des Schaftwerkzeugs 10 verlaufen.
Was den zwischen dem Schaft 12 und der Umlenkbuchse 14 begrenzten Ringspalt 15 betrifft, so kann der Ringspalt 15 von den gezeigten Ausführungsformen abweichend von zwei Rotationsflächen begrenzt sein, die eine von den gezeigten Konus- und Zylinderflächen abweichende Kontur haben, solange er zumindest im Bereich seiner schneidteilseitigen Mündung 151 eine Querschnittsfläche hat, die kleiner-gleich der Querschnittsfläche des zentralen Hauptkanals 122 ist.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der maximale Außendurchmesser D_Smax des Schafts 12 gleich dem Nutgrunddurchmesser D_Nut des Schneidteils 11. Der maximale Außendurchmesser D_Smax des Schafts 12 kann jedoch auch kleiner sein als der Nutgrunddurchmesser D_Nut des Schneidteils 11, sofern die Innenumfangsfläche 141 der Umlenkbuchse 14 radial außerhalb des Nutgrunds 115 liegt und damit der Ringspalt 15 in radialer Richtung noch den Nutgrund 115 erfasst.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung daher ein drehangetriebenes Schaftwerkzeug mit:
einem Schneidteil mit wenigstens einer Spannut, vorzugsweise einer Vielzahl von um den Umfang des Schneidteils verteilten Spannuten,
einem an den Schneidteil anschließenden Schaft,
einem innenliegenden, den Schneidteil mit Kühlschmiermittel versorgenden Kanalsystem mit einem in axialer Richtung wenigstens durch den Schaft laufenden zentrischen Hauptkanal und wenigstens einem vom Hauptkanal abzweigenden Zweigkanal, der in einem axialen Abstand zum Schneidteil am Außenumfang des Schafts austritt, und
einer auf dem Schaft sitzenden, die Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals überdachenden Umlenkbuchse, die im Zusammenwirken mit einem im Bereich zwischen der Austrittsöffnung des wenigstens einen Zweigkanals und dem Schneidteil liegenden Längenabschnitt des Schafts einen in Richtung Schneidteil offenen Kühlschmiermittelkanal bildet, der aus dem wenigstens einen Zweigkanal austretendes Kühlschmiermittel in Richtung Schneidteil lenkt.
Erfindungsgemäß sind die Außenumfangsfläche des Längenabschnitts des Schafts und die in einem radialen Abstand gegenüberliegende Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse jeweils von einer Rotationsfläche gebildet und begrenzen einen im Querschnitt kreisringförmigen Ringspalt.
Bezugszeichenliste

10: Schaftwerkzeug
11: Schneidteil
111: Schneidstege
112: Schneidkanten
113: Spannuten
114: Stirnseite des Schneidteils
115: Nutgrund
D_Nut: Nutgrunddurchmesser
12: Schaft
121: innenliegendes Kanalsystem
122: Hauptkanal
123: Zweigkanäle
124: Verschlussstopfen
125: Austrittsöffnungen der Zweigkanäle
126: restlicher Schaftteil
127: Bund
128: Im Durchmesser kleinerer Schaftabschnitt
129: Außenumfangsfläche des Bundes
D_Smax: maximaler Außendurchmesser des Schafts
α: Konuswinkel der Außenumfangsfläche des Bundes
13: Längs- oder Drehachse
14: Umlenkbuchse
141: Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse
β: Konuswinkel der Innenumfangsfläche der Umlenkbuchse
15: Ringspalt
151: Kühlschmiermittelübergabeöffnungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0556801 A1 [0002, 0007]
DE 195224141 A1 [0005]
DE 4003257 A1 [0005]
DE 19522141 A1 [0007, 0055]

Claims

Drehangetriebenes Schaftwerkzeug (10) mit: einem Schneidteil (11) mit wenigstens einer Spannut (113), einem an den Schneidteil (11) anschließenden Schaft (12), einem innenliegenden, den Schneidteil (11) mit Kühlschmiermittel versorgenden Kanalsystem (121) mit einem in axialer Richtung wenigstens durch den Schaft (12) laufenden zentrischen Hauptkanal (122) und wenigstens einem vom Hauptkanal (122) abzweigenden Zweigkanal (123), der in einem axialen Abstand zum Schneidteil (11) am Außenumfang des Schafts (12) austritt, und einer auf dem Schaft (12) sitzenden, die Austrittsöffnung (125) des wenigstens einen Zweigkanals (123) überdachenden Umlenkbuchse (14), die im Zusammenwirken mit einem im Bereich zwischen der Austrittsöffnung (125) des wenigstens einen Zweigkanals (123) und dem Schneidteil (11) liegenden Längenabschnitt des Schafts (12) einen in Richtung Schneidteil (11) offenen Kühlschmiermittelkanal bildet, der aus dem wenigstens einen Zweigkanal (123) austretendes Kühlschmiermittel in Richtung Schneidteil (11) lenkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenumfangsfläche (129) des Längenabschnitts (127) des Schafts (12) und die in einem radialen Abstand gegenüberliegende Innenumfangsfläche (141) der Umlenkbuchse (14) jeweils von einer Rotationsfläche gebildet sind und einen im Querschnitt kreisringförmigen Ringspalt (15) begrenzen.
Schaftwerkzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (15) zumindest im Bereich seiner schneidteilseitigen Mündung (151) eine Querschnittsfläche kleiner als die Querschnittsfläche des zentralen Hauptkanals (122) hat.
Schaftwerkzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ringspalt (15), in einem axialen Längsschnitt des Schaftwerkzeugs (10) gesehen, zum Schneidteil (11) hin verjüngt.
Schaftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (15) einen sich in Richtung Schneidteil (11) im Durchmesser vergrößernden Querschnitt hat.
Schaftwerkzeug (10) nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Abstand zwischen der Außenumfangsfläche (129) des Längenabschnitts (127) des Schafts (12) und der gegenüberliegenden Innenumfangsfläche (141) der Umlenkbuchse (14) über die Länge des Ringspalts (15) konstant bleibt.
Schaftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenabschnitt des Schafts einen an den Schneidteil (11) angrenzenden, den Schaft (12) im Durchmesser vergrößernden Bund (127) bildet, die Austrittsöffnung (125) des wenigstens einen Zweigkanals (123), in Richtung Schneidteil gesehen, vor dem Bund (127) angeordnet ist, und die Umlenkbuchse (14) von einer Ringkappe gebildet ist, die auf einem gegenüber dem Bund (127) im Durchmesser kleineren Schaftabschnitt (128) sitzt, der, in Richtung Schneidteil (11) gesehen, vor der Austrittsöffnung (125) des wenigstens einen Zweigkanals (123) angeordnet ist, und die den Bund (127) umschließt.
Schaftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkbuchse (14) axial gegen eine schaftseitige Stirnseite (114) des Schneidteils (11) stößt.
Schaftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkanal (122) das Schaftwerkzeug (10) über dessen gesamte Länge durchdringt und in einem dem Schneidteil (11) zugeordneten Bereich mittels eines Stopfens (124) verschlossen ist.
Schaftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (12) und der Schneidteil (11) einstückig, vorzugsweise aus Vollhartmetall, gefertigt sind.
Schaftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von, vorzugsweise äquidistant, um die Längsachse (13) des Schaftwerkzeugs (10) herum verteilten Zweigkanälen (123).
Schaftwerkzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidteil (11) eine Vielzahl von Spannuten (113) aufweist, und die Zahl der Zweigkanäle (123) kleiner-gleich der Zahl der Spannuten (113) am Schneidteil (11) ist.