DE102005034426A1

DE102005034426A1 - Schnittstelle eines Werkzeugsystems

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Publication number: DE102005034426A1
Application number: DE102005034426A
Authority: DE
Original assignee: Mapal Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge Dr Kress KG
Current assignee: Mapal Fabrik fuer Praezisionswerkzeuge Dr Kress KG
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2006-12-28

Abstract

Es wird eine Schnittstelle eines Werkzeugsystems (1), an der mindestens zwei Teile (3, 5) des Werkzeugsystems miteinander verbindbar sind, wobei die Stirnseite des einen Teils an der Stirnseite des anderen Teils zumindest bereichsweise anliegt, vorgeschlagen. Die Stirnseiten (25, 27) weisen radial verlaufende Vertiefungen (29) und Erhöhungen (31) auf, die komplementär ausgebildet sind, so dass die sich ergebende Kontur der einen Stirnseite im zusammengebauten Zustand der Schnittstelle (7) in die der anderen eingreifen kann. Die Schnittstelle zeichnet sich dadurch aus, dass die Vertiefungen (29) und Erhöhungen (31) von innen nach außen - vorzugsweise kontinuierlich - breiter werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle eines Werkzeugsystems gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Werkzeugsystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.
Schnittstellen und Werkzeugsysteme sind grundsätzlich bekannt, wobei Schnittstellen dazu dienen, Teile eines Werkzeugsystems miteinander zu verbinden, sei es einen mit einer Werkzeugmaschine verbindbaren Halter mit einem Werkzeugkopf, einen Halter mit einem Adapter, einen Adapter mit einem Werkzeugkopf, einen Adapter mit einem Werkzeugeinsatz oder dergleichen. Die Teile eines Werkzeugsystems können letztlich nach Bedarf ausgebildet sein. Zwischen jeweils zwei aneinander grenzenden Teilen des Werkzeugsystems ist eine Schnittstelle vorgesehen, an der zwei Teile des Werkzeugsystems miteinander verbindbar sind. Dabei schließt die Stirnseite des einen Teils an der Stirnseite des anderen Teils an. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere bei der Fein- und Feinstbearbeitung von Werkzeugoberflächen mittels spanender Bearbeitung, die im Bereich der Schnittstelle gegebene Verbindungsgenauigkeit der beiden Teile des Werkzeugsystems nicht ausreichend ist. In vielen Fällen ist auch das übertragbare Drehmoment nicht groß genug.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schnittstelle und ein Werkzeugsystem zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweisen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Schnittstelle vorgeschlagen, die die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Die Schnittstelle dient dazu, zwei Teile eines Werkzeugsystems miteinander zu verbinden, und zwar dergestalt, dass Stirnseiten der beiden Teile aneinander zumindest bereichsweise anliegen. Die Schnittstelle zeichnet sich dadurch aus, dass sie radial verlaufende Vertiefungen und Erhöhungen aufweisen, die komplementär ausgebildet sind. Daher können die an den Stirnseiten der Teile vorgesehenen Konturen im zusammengebauten Zustand der Schnittstelle ineinander greifen. Eine darüber hinausgehende spezielle Anpassung der beiden Stirnseiten ist nicht erforderlich, so dass Teile eines Werkzeugsystems im Bereich einer Schnittstelle beliebig miteinander verbindbar sind.

Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel der Schnittstelle, das sich dadurch auszeichnet, dass die Vertiefungen und Erhöhungen durchgehend ausgebildet sind, also besonders hohe Kräfte übertragen können.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Vertiefungen und Erhöhungen von innen nach außen breiter und/oder tiefer und/oder höher werden. Besonders bevorzugt werden Ausgestaltungen, bei denen die Vertiefungen und Erhöhungen kontinuierlich ihre Form verändern. Diese Ausgestaltung erlaubt einerseits die Übertragung besonders hoher Drehmomente, andererseits werden die Teile der Schnittstelle exakt zueinander positioniert.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Stirnseiten der Teile eines Werkzeugsystems eine zentrale Öffnung für ein Befestigungselement aufweisen. Es ist also möglich, beispielsweise die beiden Teile durch eine die Schnittstelle durchgreifende Schraube miteinander zu verspannen. Denkbar ist es aber auch, einen Zuganker zu verwenden, der die beiden Teile miteinander in axialer Richtung verspannt.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird außerdem gelöst durch ein modulares Werkzeugsystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8, das mindestens zwei Teile aufweist, die mit Hilfe einer Schnittstelle miteinander verbunden werden, wie sie oben erläutert wurde.

Bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des modularen Werkzeugsystems, bei dem alle Teile eine Stirnseite mit Vertiefungen und Erhebungen aufweisen. Auf diese Weise können die Teile des Werkzeugsystems alle untereinander verbunden werden.

Besonders bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel des Werkzeugsystems, bei dem mindestens ein Teil an beiden Seiten Vertiefungen und Erhebungen aufweist, so dass an beiden Seiten andere Teile des Werkzeugsystems anbringbar sind. Auf diese Weise können Zwischenelemente realisiert werden, die für unterschiedliche Anwendungsfälle auslegbar sind.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Teilansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugsystems;

2a bis 2c Teile eines Werkzeugsystems nach 1;

3 eine Teilansicht eines gegenüber 1 abgewandelten Werkzeugsystems;

4 eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugsystems;

5a bis 5b Teile eines Werkzeugsystems nach 2;

6 eine Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugsystems;

7 eine Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugsystems und

8 eine Teilansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugsystems.

1 zeigt in Teilansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugsystems 1 mit zwei Teilen 3 und 5, die über eine Schnittstelle 7 miteinander verbunden sind. Das erste Teil 3 ist beispielsweise ein Werkzeughalter, der hier abgebrochen dargestellt ist und entweder unmittelbar von der Spindel einer hier nicht dargestellten Werkzeugmaschine aufgenommen wird oder über Zwischenstücke, Adapter oder dergleichen von dieser gehalten wird. An dem Werkzeughalter ist das zweite Teil 5 befestigt, das hier als Werkzeugkopf ausgelegt ist. Die Befestigung des ersten Teils 3 am zweiten Teil 5 erfolgt hier mittels eines als Schraube 9 ausgelegten Befestigungselements, die das zweite Teil 5 durchdringt und in ein im ersten Teil 3 vorgesehenes Gewinde eingreift. Das erste Teil 3, das zweite Teil 5 und die Schraube 9 liegen auf einer gemeinsamen Mittelachse 11.
1 zeigt noch im Querschnitt einen Teil eines zu bearbeitenden Werkstücks 13, das hier eine Ausnehmung 15 aufweist. Das Werkstück ist hier im Wesentlichen ringförmig ausgebildet, wobei 1 nur dessen oberen Teil wiedergibt, der oberhalb einer Drehachse 17 des Werkstücks 13 angeordnet ist.
Das zweite Teil 5 wird hier dazu verwendet, eine Nut 19 in die Innenfläche 21 der Ausnehmung 15 des Werkstücks 13 einzubringen. Bei dem zweiten Teil 5 handelt es sich hier also um einen Drehstahl, der feststehend gehalten wird, während sich das Werkstück 13 um seine Drehachse 17 dreht, die hier im Wesentlichen parallel zur Mittelachse 11 des Werkzeugsystems 1 verläuft. Die Drehbewegung des Werkstücks 13 ist durch einen Pfeil 23 angedeutet.
Aus 1 ist also die Verwendung des Werkzeugsystems 1 als Drehwerkzeug ersichtlich.
Die Tiefe der Nut 19 kann durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkzeugsystem 1 und dem Werkstück 13 bestimmt werden, wobei die Tiefe der Nut 19 durch Erhöhung des Abstands zwischen Mittelachse 11 und Drehachse 17 vergrößert werden kann.
Bei der Herstellung der Nut 19 kann auch eine Relativbewegung zwischen Werkstück 13 und Werkzeugsystem 1 in axialer Richtung erfolgen, um die Breite der Nut 19 vorzugeben.
Das in 1 dargestellte Werkzeugsystem 1 wird also dazu verwendet, ein Werkstück 13 zu bearbeiten, und zwar die Innenfläche 21 einer Ausnehmung 15. Beispielhaft wird hier eine Nut 19 in die Innenfläche 21 eingestochen. Die hier erläuterte Bearbeitung eines Werkstücks 13 ist grundsätzlich bekannt, so dass nicht näher darauf eingegangen wird.
Das erste und zweite Teil 3 und 5 des Werkzeugsystems 1 sind über eine hier durch eine Zickzacklinie angedeutete Schnittstelle 7 miteinander verbunden, die im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse 11 des Werkzeugsystems 1 verläuft. Im Bereich der Schnittstelle 7 wird das erste Teil 3 des Werkzeugsystems 1 mit seiner rechten Stirnseite 25 verbunden mit der linken Stirnseite 27 des zweiten Teils 5 des Werkzeugsystems.
Durch die Zickzacklinie wird angedeutet, dass auf der Stirnseite 25 des ersten Teils 3 Erhöhungen und Vertiefungen vorgesehen sind, die im Wesentlichen radial verlaufen zur Mittelachse 11. Entsprechend sind auf der Stirnseite 27 des zweiten Teils 5 ebenfalls radial verlaufende Vertiefungen und Erhöhungen vorgesehen, die komplementär ausgebildet sind zu denen auf der Stirnseite 25. Es ergeben sich damit auf den Stirnseiten 25, 27 Konturen, die ineinander greifen, wenn die beiden Teile 3, 5 des Werkzeugsystems 1 im Bereich der Schnittstelle 7 aneinander gefügt und mit Hilfe eines Befestigungselements, hier also mittels der Schraube 9, miteinander verspannt werden. Die Stirnseiten sind als komplementär ausgebildet, das heißt, dass die Erhöhungen und Vertiefungen der einen Seite in die der anderen Seite eingreifen können, um ein Drehmoment zu übertragen. Dabei braucht lediglich deren Teilung identisch zu sein. Eine gleichartige Ausgestaltung der Erhöhungen und Vertiefungen ist letztlich nicht zwingend erforderlich, aber in der Regel vorgesehen. Es wird hier also eine Hirth-Verzahnung realisiert, um Drehmomente über die Schnittstelle hinweg übertragen zu können.
In den 2a, 2b und 2c werden Teile dargestellt, die in Zusammenhang mit einem Werkzeugsystem 1 Verwendung finden, wie es anhand von 1 erläutert wurde.
In 2a ist links das zweite Teil 5, das anhand von 1 erläutert wurde, in Seitenansicht dargestellt. Die linke Stirnseite 27 ist, wie gesagt, mit Vertiefungen 29 und Erhöhungen 31 versehen, die Teil der anhand von 1 erläuterten Schnittstelle 7 sind. Gestrichelt dargestellt ist ein konzentrisch zur Mittelachse 11 verlaufender Durchgriff dargestellt, durch den ein hier als Schraube 9 ausgebildetes Befestigungselement verlaufen kann. Die rechte Stirnseite 33 bildet quasi den vorderen Abschluss des Werkzeugsystems 1 gemäß 1. Sie kann im Wesentlichen plan ausgebildet sein und gegebenenfalls noch eine Senkung aufweisen, in die der Kopf der Schraube 9 eingreift, wenn das zweite Teil 5 mit dem ersten Teil 3 des Werkzeugsystems 1 verbunden werden soll.
Rechts in 2a ist das zweite Teil 5 in Draufsicht dargestellt, wobei hier die linke Stirnseite 27 mit den Vertiefungen 29 und Erhöhungen 31 erkennbar wird.
Die Draufsicht in 2a lässt erkennen, dass die Vertiefungen 29 und Erhöhungen 31 radial zur Mittelachse 11 verlaufen und vorzugsweise durchgehend ausgebildet sind, also durchgehend von dem für die Schraube 9 vorgesehenen Durchlass bis zum radial äußeren Rand der Stirnseite 27 verlaufen. Aus dieser Darstellung ist auch ersichtlich, dass die Vertiefungen 29 und Erhöhungen 31 von innen nach außen breiter werden. Sie können dabei auch tiefer beziehungsweise höher werden.
Die Draufsicht in 2a zeigt, dass das zweite Teil 5 eine Schneide 35 aufweist, mit deren Hilfe Späne von der Innenfläche 21 der Ausnehmung 15 des Werkstücks 13 abgetragen werden können. Es handelt sich hier um eine geometrisch definierte Schneide, die als Drehschneide ausgebildet ist.
Auf die äußere Ausgestaltung des zweiten Teils 5 kommt es hier nicht weiter an. Entscheidend ist, dass es an einer Seite, nämlich im Bereich einer Stirnseite 27 Vertiefungen 29 und Erhöhungen 31 aufweist, die Teil einer Schnittstelle 7 sind.
2b zeigt ein bei dem Werkzeugsystem 1 nach 1 nicht verwendetes drittes Teil 37, das sich dadurch auszeichnet, an seinen beiden Stirnseiten Vertiefungen 29, 29' und Erhöhungen 31, 31' aufzuweisen, wobei die Vertiefungen 29 und Erhöhungen 31 auf der linken Stirnseite 39 und die Vertiefungen 29' und Erhöhungen 31' auf der rechten Stirnseite 41 des dritten Teils 37 vorgesehen sind.
Bei dem dritten Teil 37 ist ebenfalls eine konzentrisch zur Mittelachse 11 verlaufende Durchgangsöffnung vorgesehen, die von einem Befestigungselement, beispielsweise von einer Schraube 9 durchgriffen werden kann.
Bei dem in 2b dargestellten Ausführungsbeispiel des dritten Teils 37 handelt es sich um ein Zwischenstück, das eine – vorzugsweise zylindrische – Umfangsfläche 43 aufweist, deren Abstand zur Mittelachse 11 überall kleiner ist als der Abstand der Schneide 35 zur Mittelachse 11 des zweiten Teils 5. Damit wird sichergestellt, dass das dritte Teil 37 bei der Bearbeitung eines Werkstücks 13 mit dessen Innenfläche 21 nicht in Berührung kommt und damit die Bearbeitung stört.
Links in 2b ist das dritte Teil 37 in Seitenansicht dargestellt, rechts in 2b in Draufsicht. Da die beiden Stirnseiten 39 und 41 identisch ausgebildet sind, entspricht also die Draufsicht rechts in 2 einer Draufsicht auf die linke Stirnseite 39 und einer Draufsicht auf die rechte Stirnseite 41. Es sind hier wieder die Vertiefungen 29 und Erhöhungen 31 dargestellt, die auf der linken Stirnseite 39 vorgesehen sind. Sie entsprechen den Vertiefungen 29' und Erhöhungen 31' auf der rechten Stirnseite 41.
Dadurch, dass das dritte Teil 37 auf beiden Seiten Erhöhungen 29, 29' und Vertiefungen 31, 31' aufweist, können an beiden Seiten Schnittstellen realisiert werden, die der anhand von 1 erläuterten Schnittstelle 7 entsprechen.
2c zeigt ein abgewandeltes drittes Teil 37a, das von seiner Umfangsfläche her dem in 1 dargestellten zweiten Teil 5 entspricht, also eine Schneide 35 aufweist. Im Unterschied zu dem zweiten Teil 5 weist das dritte Teil 37a auf beiden Seiten Erhöhungen und Vertiefungen auf, wobei auf der linken Seite 27a die Erhöhungen 29a und Vertiefungen 31a vorgesehen sind und auf der rechten Stirnseite 27'a die Vertiefungen 29'a und Erhöhungen 31'a erkennbar sind.
Das dritte Teil 37a ist in 2c in der Mitte in Seitenansicht dargestellt. Rechts davon ist eine Draufsicht auf die Stirnseite 27'a und links davon auf die Stirnseite 27a dargestellt.
Die Stirnseiten 27a und 27'a sind identisch. Die Stirnseite 27'a entspricht der Stirnseite 27 des zweiten Teils 5, die anhand von 2a erläutert wurde.
Auch das dritte Teil 37a zeigt eine konzentrisch zur Mittelachse 11a verlaufende Durchgangsbohrung, die von einem Befestigungselement, beispielsweise von einer Schraube 9, durchgriffen werden kann, um rechts und links an dem dritten Teil 37a angrenzende Teile zu befestigen und rechts und links Schnittstellen zu realisieren, wie sie anhand von 1 in Zusammenhang mit der Schnittstelle 7 erläutert wurden.
Ein Vergleich der 2b und 2c zeigt, dass das Werkzeugsystem 1 Teile umfassen kann, die zwei gegenüberliegende Stirnseiten mit Vertiefungen und Erhöhungen aufweisen können, so dass auf beiden Seiten weitere Teile des Werkzeugsystems 1 anbringbar sind.
Die Außenkontur des dritten Teils ist unterschiedlich auslegbar. Es ist also möglich, ein drittes Teil 37, wie anhand von 2b erläutert, mit einer Umfangsfläche auszubilden, die in einem radialen Abstand zur Mittelachse 11 liegt, der kleiner ist als der Abstand der Schneide 35 zur Mittelachse 11. Es ist aber auch möglich, wie anhand von 2c erläutert, ein drittes Teil 37a so auszubilden, dass es als Werkzeug, beispielsweise als Drehstahl einsetzbar ist, wie dies anhand des zweiten Teils 5 in 2a erläutert wurde.
Selbstverständlich kann auf einer der Stirnseiten 29a, 29'a des dritten Teils 37a und auf einer der Stirnseiten 39, 41 des dritten Teils 37 gemäß 2b, oder auf beiden Seiten eine Senkung vorgesehen werden, in die der Kopf einer Schraube 9 eingreift. Damit kann das dritte Teil 37 beziehungsweise 37a, wie das zweite Teil 5 gemäß 1 an ein erstes Teil 3 angesetzt werden.
Es ist also möglich, Teile, die auf beiden Seiten Vertiefungen und Erhöhungen aufweisen, so einzusetzen, wie das zweite Teil 5 des Werkzeugsystems 1 gemäß 1, also als Endteil eines Werkzeugsystems.
Im Übrigen sei noch darauf verwiesen, dass das Werkzeugsystem 1, wie es anhand der 1, 2a bis 2c erläutert wurde, auch dazu einzusetzen, auf der Außenseite eines Werkstücks 13 eine Bearbeitung vorzunehmen, sei es eine Nut einzustechen oder die Umfangsfläche des Werkzeugs 13 zu bearbeiten.
3 zeigt eine Teilansicht eines gegenüber 1 abgewandelten Werkzeugsystems 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen, so dass auf die Erläuterungen zu den 1, 2a, 2b und 2c verwiesen wird.
Das in 3 dargestellte Werkzeugsystem zeichnet sich dadurch aus, dass es zwei zusätzliche Teile aufweist, die zwischen dem in 1 dargestellten ersten Teil 3 und dem dort wiedergegebenen zweiten Teil 5 eingesetzt wurden. Es handelt sich hier um die in den 2b und 2c dargestellten Teile 37 und 37a. An das erste Teil 3 des Werkzeugsystems 1 grenzt das dritte Teil 37a an, wobei die Stirnseite 25 des ersten Teils 3 an der linken Stirnseite 27a des dritten Teils 37a anliegt. Dessen rechte Stirnseite 27'a liegt an der linken Stirnseite 39 des dritten Teils 37 an, dessen rechte Stirnseite 41 an der linken Stirnseite 27 des zweiten Teils 5 anliegt.
Bei dem in 3 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel des Werkzeugsystems 1 bildet also das zweite Teil 5 wiederum den Werkzeugkopf. In einem Abstand zu diesem, der durch die in Richtung der Mittelachse 11 gemessene axiale Länge des als Zwischen teil dienenden dritten Teils 37 definiert wird, liegt ein zweites Werkzeugelement, das durch das dritte Teil 37a realisiert wird.
Das als Halter dienende erste Teil 3 hält also zwei Werkzeugelemente, die über ein Zwischenteil in einem definierten Abstand zueinander gehalten werden.
Das hier dargestellte Werkzeugsystem 1 dient gemäß 3 beispielhaft dazu, in ein Werkstück 13, nämlich in dessen Innenfläche 21, zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Nuten 19 und 19' einzubringen. Selbstverständlich ist es auch möglich, das hier als Drehwerkzeug ausgelegte Werkzeugsystem 1 dazu zu verwenden, außen in ein Werkstück Nuten einzubringen.
Die Kontur der hergestellten Nuten hängt von der Auslegung der als Werkzeug dienenden Teile des Werkzeugsystems 1 ab, hier also von der Kontur der Schneide 35 des zweiten Teils 5 und der Kontur der Schneide 35a des dritten Teils 37a und von der Relativbewegung zwischen Werkzeugsystem 1 und Werkstück 13.
Der Zusammenhalt der Teile des Werkzeugsystems 1 wird durch ein geeignetes Befestigungselement realisiert, das hier beispielhaft durch eine Schraube 9 realisiert ist, wie sie bereits anhand von 1 erläutert wurde.
Das Werkzeugsystem 1 nach 3 weist insgesamt drei Schnittstellen auf, nämlich die Schnittstelle 7 im Übergangsbereich zwischen dem ersten Teil 3 und dem dritten Teil 37a, die Schnittstelle 7' zwischen dem dritten Teil 37a und dem dritten Teil 37 sowie die Schnittstelle 7'' im Übergangsbereich zwischen dem dritten Teil 37 und dem zweiten Teil 5.
Aus den Erläuterungen zu 3 wird deutlich, dass das Werkzeugsystem 1 abgewandelt werden kann. Beispielsweise kann der Abstand zwischen den Nuten 19 und 19' durch die Wahl verschiedener Zwischenstücke vorgegeben werden, die in Richtung der Mittelachse 11 unterschiedlich lang sind und anhand von 2b als drittes Teil 7 erläutert wurden.
Auch die Kontur der Nuten 19, 19' sowie deren Breite kann durch verschiedene Werkzeugeinsätze bestimmt werden, also durch unterschiedlich ausgestaltete dritte Teile 37a und/oder durch verschieden ausgelegte zweite Teile 5.
Die Verspannung der Teile des Werkzeugsystems 1 erfolgt hier beispielhaft mittels eines als Schraube 9 ausgelegten Befestigungselements. Es ist aber auch möglich, entlang der Mittelachse 11 eine Zugstange vorzusehen, die die in axialer Richtung wirkenden Spannkräfte der Schraube 9 übernimmt und die Teile des Werkzeugsystems 1 fest miteinander verspannt.
Durch den Pfeil 23 in 3 wird auch hier noch einmal angedeutet, dass bei der Bearbeitung des Werkstücks 3, das hier im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist, dieses in Rotation versetzt wird, während das Werkzeugsystem 1 drehfest gehalten wird.
4 zeigt eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Werkzeugsystems 1, bei dem gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind, um Wiederholungen zu vermeiden. Das Werkzeugsystem 1 weist demnach ein erstes Teil 3 auf, das als Werkzeughalter dient. An seiner rechten Stirnseite 25 ist ein als Werkzeugkopf ausgebildetes zweites Teil 5 über eine Schnittstelle 7 angebracht, wobei das zweite Teil 5 über seine linke Stirnseite 27 an der rechten Stirnseite 35 des ersten Teils 3 anliegt.
Durch eine Zickzacklinie ist angedeutet, dass auch hier die Stirnseiten 25, 27 zur Realisierung einer Schnittstelle 7 mit Vertiefungen und Erhöhungen versehen sind, die gegenüber der Mittelachse 11 des Werkzeugsystems radial verlaufen und komplementär zueinander ausgebildet sind, so dass die sich ergebende Kontur der einen Stirnseite im zusammengebauten Zustand der Schnittstelle 7 in die der anderen eingreifen kann.
Die beiden Teile 3 und 5 des Werkzeugsystems werden mittels einer Schraube 9 miteinander verbunden, die hier als Befestigungselement dient, das zweite Teil 5 durchdringt und in ein Gewinde eingreift, das im ersten Teil 3 vorgesehen ist.
Durch einen Pfeil 43 wird angedeutet, dass sich das Werkzeugssystem 1 hier um seine Mittelachse 11 dreht, also nicht feststehend gehalten ist. Da das zweite Teil 5 mit mindestens einer geometrisch definierten Schneide 35 versehen ist, ist es möglich, von einem Werkstück 13 Späne abzutragen und beispielsweise eine Nut 19 zu erzeugen. Deren Kontur wird durch die Ausgestaltung der Schneide 35 festgelegt, ihre Breite durch die in Richtung der Mittelachse 11 gemessene Breite der Schneide 5. Die Tiefe der Nut 19 wird dadurch festgelegt, dass das Werkzeugsystem 1 senkrecht zu seiner Mittelachse 11 eine Relativbewegung gegenüber dem Werkstück 13 ausführt – und/oder dieses gegenüber dem Werkzeugsystem 1 -, so dass mehr oder weniger Späne von dem Werkstück 13 im Bereich der Nut abgetragen werden.
Das in 4 dargestellte Werkzeugsystem 1 bildet also ein Fräswerkzeug, das auch, bei geeigneter Ausgestaltung der Schneide 35, in Richtung der Mittelachse 11 gegenüber dem Werkzeug 13 verlagerbar ist.
In den 5a, 5b, 5c und 5d sind Teile eines Werkzeugsystems 1 nach 4 dargestellt.
In den 5a und 5b sind jeweils links Seitenansichten eines zweiten Teils 5 eines Werkzeugsystems wiedergegeben. Übereinstimmend ist hier vorgesehen, dass die zweiten Teile 5 nur links eine mit Vertiefungen 29, 29' und Erhöhungen 31, 31' versehende Stirnseite 27, 27' aufweisen. Die gegenüberliegende Stirnseite S, S' ist plan ausgebildet, weist also keine Vertiefungen und Erhöhungen auf.
Die zweiten Teile 5, 5' weisen mindestens eine geometrisch definierte Schneide 35, 35' auf.
Rechts von den Seitenansichten ist in den 5a und 5b eine Draufsicht auf die linke Seite des zweiten Teils 5, 5' wiedergegeben. Dadurch wird deutlich, dass das zweite Teil 5 gemäß 5a sechs in einem gleichmäßigen Umfangsabstand angeordnete und paarweise gegenüberliegende Schneiden 35 aufweist, während bei dem zweiten Werkzeug 5' gemäß 5b lediglich drei derartiger Schneiden 35' vorgesehen sind, die in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander angeordnet sind.
Die zweiten Teile 5, 5' weisen eine konzentrisch zur Mittelachse 11, 11' verlaufende Durchgangsöffnung auf, die im Bereich der Stirnseite S, S' mit einer Fase versehen sind, um einen Schraubenkopf aufnehmen zu können.
Auf der rechten Seite in den 5a und 5b ist diese Durchgangsöffnung ebenfalls zu erkennen, außerdem die radial verlaufenden, sich nach außen kontinuierlich erweiternden Vertiefungen 29, 29' und Erhöhungen 31, 31'.
Da hier die Durchgangsöffnung vorgesehen ist, liegen die Stirnseiten eines Teils bereichsweise an der Stirnseite eines anderen Teils an, um jeweils eine Schnittstelle zu realisieren.
5c zeigt ein als Zwischenelement ausgebildetes drittes Teil 37, das auch in Zusammenhang mit einem Werkzeugsystem 1 gemäß 4 verwendbar ist. Das dritte Teil 37 ist identisch aufgebaut wie das anhand von 2b erläuterte. Insofern wird auf die Erläuterungen zu 2b verwiesen, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind.
In 5d ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines dritten Teils 37a dargestellt, das grundsätzlich dem entspricht, wie es 2c wiedergibt. Links in 5d ist die Seitenansicht des dritten Teils 37a dargestellt. Es ist hier auch vorgesehen, dass an der linken Stirnseite 27a Vertiefungen 29a und Erhöhungen 31a und auch an der rechten Stirnseite 27'a radial zur Mittelachse 11' verlaufende Vertiefungen 29'a und Erhöhungen 31'a vorhanden sind. Es wird jedoch deutlich, dass die in radialer Richtung gemessene Ausdehnung der Vertiefungen 29'a und 31'a kleiner ist als die auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehenen Vertiefungen 29a und Erhöhungen 31a.
Rechts in 5d ist wiederum die Draufsicht auf die linke Seite des zweiten Teils 37a dargestellt, die identisch ausgebildet ist, wie die des zweiten Teils 5' gemäß 5b. Insofern wird also auf die Er läuterungen zu 5b verwiesen. Auch die Außenkontur des dritten Teils 37a gemäß 5d entspricht der des zweiten Teils 5' gemäß 5b, weicht also von der des dritten Teils 37a gemäß 2c ab.
Die in 5a bis 5d erläuterten Teile können in der Weise angeordnet werden, wie es anhand von 3 erläutert wurde: An dem als Werkzeughalter dienenden ersten Teil 3 des Werkzeugsystems 1 kann ein erstes Werkzeugelement angrenzen, beispielsweise das dritte Teil 37a. In einem Abstand zu diesem, der durch das als Zwischenelement dienende dritte Teil 37 definiert wird, ist ein Werkzeugkopf angeordnet, der durch das zweite Teil 5 realisiert wird.
Es ergibt sich damit ein Aufbau, wie er in 3 dargestellt wurde. Es werden jedoch anstelle von Drehschneiden Fräser eingesetzt, wie sie besonders deutlich in den 5a, 5b und 5d wiedergegeben und erläutert sind.
6 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugsystems 1, ähnlich dem, das in 4 dargestellt wurde. Der Grundaufbau des Werkzeugsystems 1 entspricht auch dem gemäß 1. Jedoch wird, wie durch den Pfeil 43 angedeutet, das Werkzeugsystem 1 in Rotation versetzt, so dass es sich um seine Mittelachse 11 dreht. Auch hier ist ein erstes Teil 3 vorgesehen, das über eine Schnittstelle 7 in ein zweites Teil 5 übergeht. Die Schnittstelle ist identisch ausgebildet, wie die oben erläuterten, so dass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
Die beiden Teile 3 und 5 werden durch ein geeignetes Befestigungselement miteinander verspannt, hier durch eine Schraube 9.
Das zweite Teil 5 ist hier stirnschneidend ausgebildet, so dass das Werkzeugsystem 1 dazu geeignet ist, beispielsweise eine Ringnut in den Grund einer Bohrung einzustechen. Grundsätzlich ist es auch möglich, das zweite Teil 5 so auszubilden, dass mit dem Werkzeugsystem 1 ins Volle gebohrt werden kann.
Von der Ausgestaltung des zweiten Teils 5 hängt es ab, ob mit dem Werkzeugsystem 1 ins Volle gebohrt werden kann, oder ob nur ein Aufbohren einer bestehenden Bohrung möglich ist.
Die nähere Ausgestaltung des zweiten Teils 5 ist für den Grundgedanken des Werkzeugsystems 1 belanglos. Sie kann an gewünschte Einsatzfälle angepasst werden.
7 zeigt wiederum ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugsystems 1, mit dessen Hilfe eine Stufenbohrung 45 in einem Werkstück 13 bearbeitet werden kann. Das Werkzeugsystem 1 kann also einen Stufenbohrer oder eine gestufte Reibahle darstellen. Der Grundaufbau des Werkzeugsystems 1 ergibt sich letztlich aus den Erläuterungen zu den vorangegangenen Figuren: Von einem als Werkzeughalter dienenden ersten Teil 3 ist ein zweites Teil 5 angebracht, wobei hier ein drittes Teil 37a zwischen den Teilen 3 und 5 vorgesehen ist. Die drei Teile sind durch ein geeignetes Befestigungselement, hier durch eine Schraube 9, miteinander verspannt, wobei zwischen dem ersten Teil 3 und dem dritten Teil 37a eine Schnittstelle 7 und zwischen dem dritten Teil 37a und dem zweiten Teil 5 eine Schnittstelle 7' ausgebildet wird.
Das dritte Teil 37a ist auf beiden Seiten mit Vertiefungen und Erhöhungen ausgestattet, wobei auf der linken Seite der Durchmesser des mit Vertiefungen und Erhöhungen versehenen Bereichs größer ist als der auf der rechten Seite mit Vertiefungen und Erhöhungen versehene Bereich. Es entspricht also insofern dem in 5d dargestellten.
Das zweite Teil 5 und das dritte Teil 37a sind hier mit mindestens einer geometrisch definierten Schneide ausgestattet, mit deren Hilfe bei einer Rotation des Werkzeugsystems 1, die durch einen Pfeil 43 angedeutet ist, von der Wandung der Stufenbohrung 45 Späne abgetragen werden. Dabei ist der Außendurchmesser des dritten Teil 37a größer als der des zweiten Teils 5.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach 7 ist die Ausgestaltung der Werkzeugelemente, also hier des dritten Teils 37a und des zweiten Teils 5 in das Belieben eines Fachmanns gestellt.
8 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugsystems 1 mit einem ersten Teil 3, das als Werkzeughalter dient, und einem als Werkzeugkopf ausgelegten zweiten Teil 5. Die Anzahl und Ausgestaltung der am zweiten Teil 5 vorgesehenen Schneiden ist an den jeweiligen Einsatzfall anpassbar, so dass das Werkzeug gemäß 8 grundsätzlich als Dreh-, Fräs- oder Bohrwerkzeug einsetzbar ist. Hier ist beispielhaft ein Fräswerkzeug dargestellt.
Das zweite Teil 5 ist mit einem Befestigungselement 9' versehen, das auf geeignete Weise am ersten Teil 5 befestigt, beispielsweise an diesem festgeschraubt ist. Es weist an seinem dem zweiten Teil 5 abgewandten Ende einen Spannkopf 45 auf, der von einer Spanneinrichtung 47 am ersten Werkzeugteil 3 erfassbar ist. In 8 sind die beiden Teile 3 und 5 des Werkzeugsystems 1 in einem Abstand zueinander angeordnet, so dass 8 letztlich eine Explosionsdarstellung ist.
Im zusammengesetzten Zustand liegen Vertiefungen und Erhöhungen an den einander zugewandten Stirnseiten der Werkzeugteile 3 und 5 aneinander an, so dass eine Schnittstelle 7 gebildet wird. Dabei kommt der Spannkopf 5 im Inneren des ersten Teils 3 zu liegen und wird von der Spanneinrichtung 47 erfasst.
Zur Funktionsweise der Schnittstelle 7 und des Werkzeugsystems 1 ist für alle Ausführungsbeispiele übereinstimmend Folgendes festzuhalten:
Das Werkzeugsystem 1 weist mindestens zwei Teile 3 und 5 auf, die über eine Schnittstelle 7 ineinander übergehen. Die Anzahl der Teile eines Werkzeugsystems ist frei wählbar. In 3 ist beispielsweise ein Ausführungsbeispiel eines Werkzeugsystems 1 wiedergegeben, das insgesamt drei Teile umfasst, wobei zwei der Teile als Werkzeugelemente ausgelegt sind, die zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks 13 dienen und durch ein Zwischenelement in einem axialen Abstand zueinander gehalten werden.
Die Ausgestaltung der Werkzeugelemente ist ebenfalls frei wählbar. Deren Abstand ist durch ein als Zwischenelement dienendes drittes Teil 37 einstellbar.
Für die Schnittstelle 7 gilt, dass die einander zugewandten Stirnseiten im Bereich einer Schnittstelle mit Vertiefungen und Erhöhungen versehen sind, die zumindest bereichsweise aneinander liegen und ineinander eingreifen. Es sind hier radial verlaufende Vertiefungen und Erhöhungen vorgesehen, die komplementär und beispielsweise - im Querschnitt gesehen – symmetrisch, vorzugsweise V-förmig ausgebildet sind, so dass die sich ergebende Kontur einer Stirnseite im zusammengebauten Zustand der Schnittstelle in die einer gegenüberliegenden eingreift und damit die Übertragung eines Drehmoments möglich ist.
Vorzugsweise sind die hier radial verlaufenden Vertiefungen und Erhöhungen komplementär und – im Querschnitt gesehen – unsymmetrisch, vorzugsweise sägezahnförmig ausgebildet. Die sich ergebende Kontur einer Stirnseite greift im zusammengebauten Zustand der Schnittstelle in die einer gegenüberliegenden ein, sodass die Übertragung eines Drehmoments und die Positionierung der der Schnittstelle zugeordneten Teile exakt möglich ist.
Mit sägezahnförmig ist hier eine Kontur gemeint, die eine erste Flanke aufweist, die senkrecht zu einer gedachten Ebene abfällt, auf der die Mittelachse des Werkzeugsystems senkrecht steht. Von dem höchsten Punkt der ersten Flanke fällt eine zweite Flanke unter einem Winkel bis zu der gedachten Ebene ab. Im Querschnitt gesehen ergibt sich also eine Kontur, mit einer senkrecht abfallenden ersten Flanke und einer daran sich anschließenden geneigten zweiten Flanke. Die senkrecht abfallende erste Flanke weist in Drehrichtung des Werkzeugsystems, sodass bei Übertragung eines Drehmoments im Bereich der Schnittstelle keine in axialer Richtung, also in Richtung der Mittelachse 11 des Werkzeugsystems 1 gerichteten Kräfte aufgebaut werden. Dies führt dazu, dass die beiden einer Schnittstelle zugeordneten Teile auch bei Übertragung eines Drehmoments fest aneinander liegen und für die Verspannung der Teile einer Schnittstelle eingesetzte Befestigungselemente, also beispielsweise Zugstangen oder Schrauben 9, nicht zusätzlichen axialen Kräften ausgesetzt sind.
Die Übertragung eines Drehmoments im Bereich der Schnittstelle ändert also die Anlagekräfte der beiden der Schnittstelle zugeordneten Teile nicht, sodass sich eine optimale Ausrichtung der der Schnittstelle zugeordneten Teile und eine geringere Belastung der Befestigungselemente ergeben.
Die Vertiefungen und Erhöhungen verbreitern sich ausgehend von der Mittelachse 11 des Werkzeugsystems 1 nach außen, so dass sie in der Lage sind, bei großen Durchmessern der einander zugeordneten Teile im Bereich der Schnittstelle große Drehmomente zu übertragen. Sie können außerdem nach außen tiefer beziehungsweise höher werden.
Besonders günstig ist es, dass aufgrund der komplementär ausgebildeten Konturen auf allen Stirnseiten ein beliebiger Austausch der einzelnen Teile eines Werkzeugsystems möglich ist und ein modulares Werkzeugsystem geschaffen wird, was die Lagerhaltungskosten und die Herstellungskosten reduziert. Es ist auch möglich, dass Werkzeugelemente auf beiden Seiten mit Konturen der hier angesprochenen Art versehen sind, dennoch aber an der Stirnseite eines Werkzeugs als Werkzeugkopf verwendbar sind.
Da die Konturen im Übrigen an den Stirnseiten aller Teile des Werkzeugsystems 1 gleich sind, können auch Stirnseiten unterschiedlichen Durchmessers miteinander kombiniert werden, selbst wenn der Durchmesser aneinander grenzender Stirnseiten unterschiedlich ist.
Für die Verspannung der Teile untereinander können Befestigungselemente unterschiedlicher Art verwendet werden, also bekannte Zugstangen, Schrauben 9 oder dergleichen, wie sie anhand der Figuren erläutert wurden.
Die besondere Art der Verzahnung im Bereich der Schnittstellen erlaubt also insbesondere die Realisierung eines modularen Werkzeugsystems, bei dem Teile wie Werkzeugelemente, Zwischenelemente, Adapter und dergleichen unterschiedlichster Ausgestaltung miteinander kombinierbar sind und damit auf verschiedene Einsatzfälle abgestimmt werden können.
Es können also an verschiedene Bearbeitungssituationen und Materialien angepasste Schneiden an den Werkzeugelementen realisiert werden. Auch ist ein gezielter Austausch einzelner Werkzeugelemente bei Verschleiß oder Zerstörung möglich. Sind zwei Werkzeugelemente in einem definierten Abstand zueinander angeordnet, so können diese bei Verschleiß nachgearbeitet werden. Sollte sich dabei der in Richtung der Mittelachse des Werkzeugsystems 1 gegebene axiale Abstand aktiver Schneiden verändern, kann dies durch gezielten Austausch der zwischen zwei Werkzeugelementen liegenden Zwischenelemente ausgeglichen werden.
Das Werkzeugsystem 1 zeichnet sich also durch eine hohe Flexibilität aus, die also darauf beruht, dass alle Stirnseiten mit gleichen Erhöhungen und Vertiefungen versehen sind, die komplementär ausgebildet sind. Damit ist es also möglich, die Stirnseiten verschiedenster Teile des Werkzeugsystems 1 aneinander zu fügen. Beispielsweise sind die Vertiefungen und Erhöhungen im Querschnitt gese hen dreiecksförmig ausgebildet, wie dies durch die Zickzacklinie im Bereich der Schnittstellen 7 in den Figuren angedeutet ist.
Durch die radiale Anordnung der Vertiefungen und Erhöhungen ergibt sich beim Verspannen zweier Teile im Bereich einer Schnittstelle 7 ohne weiteres eine Zentrierung der beiden aneinander grenzenden Teile, so dass eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet ist, ohne dass es aufwändiger Zentrierungseinrichtungen bedürfte.
Das hier beschriebene Werkzeugsystem umfasst letztlich im Bereich der Schnittstellen eine Hirth-Verzahnung. Es lassen sich auf einfache Weise Konzepte zur Bearbeitung gestufter Bohrungen, zum Interpolationsfräsen von Nuten, Einstichen und Gewinden und zum Vollbohren sehr flexibel, vergleichsweise einfach und kostengünstig aufbauen.

Claims

Schnittstelle eines Werkzeugsystems (1), an der mindestens zwei Teile (3, 5) des Werkzeugsystems miteinander verbindbar sind, wobei die Stirnseite des einen Teils an der Stirnseite des anderen Teils zumindest bereichsweise anliegt, wobei die Stirnseiten (25, 27) radial verlaufende Vertiefungen (29) und Erhöhungen (31) aufweisen, die komplementär ausgebildet sind, so dass die sich ergebende Kontur der einen Stirnseite im zusammengebauten Zustand der Schnittstelle (7) in die der anderen eingreifen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (29) und Erhöhungen (31) von innen nach außen – vorzugsweise kontinuierlich – breiter werden.
Schnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (29) und Erhöhungen (31) durchgehend ausgebildet sind.
Schnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (29) – im Querschnitt – symmetrisch, vorzugsweise V-förmig ausgebildet sind.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (31) – im Querschnitt – symmetrisch, vorzugsweise V-förmig ausgebildet sind.
Schnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (29) – im Querschnitt gesehen – unsymmetrisch, vorzugsweise sägezahnförmig ausgebildet sind.
Schnittstelle nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (31) – im Querschnitt gesehen – unsymmetrisch, vorzugsweise sägezahnförmig ausgebildet sind.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten (25, 27) eine zentrale Öffnung für ein Befestigungselement (9) aufweisen.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseiten unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Werkzeugsystem mit mindestens zwei Teilen und einer Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es modular aufgebaut ist.
Werkzeugsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teile des Werkzeugsystems (1) wenigstens eine Stirnseite mit Vertiefungen und Erhebungen aufweisen.
Werkzeugsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil vorgesehen ist, das an beiden Seiten Vertiefungen und Erhebungen aufweist.
Werkzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stirnseiten des Werkzeugsystems gleichartige Vertiefungen und Erhebungen aufweisen.
Werkzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeugsystem Teile aufweist, deren Stirnseite kleiner oder größer ist als die anderer Teile.
Werkzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwerkzeug, ein Fräswerkzeug oder ein Bohrer realisierbar ist.
Werkzeugsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrstufige Werkzeuge realisierbar sind.