Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bearbeiten von Werkstücken mit einem Bearbeitungswerkzeug und einer Werkzeugaufnahme, beispielsweise zur Verwendung bei einer spanabhebenden Maschine wie z.B. einer Fräsmaschine oder einer Bohrmaschine.

Für eine Fräs- oder Schleifbearbeitung oder dergleichen werden Bearbeitungswerkzeuge üblicherweise in Werkzeugaufnahmen gespannt. Die Werkzeugaufnahmen sind an einem Ende für die Spannung der Bearbeitungswerkzeuge mit einem dafür geeigneten Spannmittel ausgebildet.

Üblicherweise haben die zu spannenden Bearbeitungswerkzeuge dabei an dem für die Spannung in der Werkzeugaufnahme vorgesehenen Ende einen zylindrischen Schaft. Dieser Schaft kann mit unterschiedlichen Spannverfahren gespannt werden. Sehr verbreitet ist eine Spannzangenaufnahme, bei der mit Hilfe einer Mutter eine elastische Spannzange so zusammengedrückt wird, dass der Schaft des Bearbeitungswerkzeugs fest in der Werkzeugaufnahme gespannt ist. Ein anderes Verfahren für das Spannen von Werkzeugen in Werkzeugaufnahmen ist das thermische Schrumpfen. Dafür wird eine Passbohrung der Werkzeugaufnahme an dem Ende, an dem das Bearbeitungswerkzeug gespannt werden soll, sehr genau auf die Passung des zylindrischen Schafts des Bearbeitungswerkzeugs abgestimmt. Durch Erwärmen weitet sich die Passbohrung in der Werkzeugaufnahme so weit, dass der Schaft des Bearbeitungswerkzeugs hineingeschoben werden kann. Wenn die Werkzeugaufnahme im Anschluss wieder abkühlt, verkleinert sich die Passbohrung in der Werkzeugaufnahme und spannt dadurch den Schaft des Werkzeugs. Zum Lösen des Bearbeitungswerkzeugs wird die Werkzeugaufnahme mit dem gespannten Bearbeitungswerkzeug wieder erwärmt, bis das Bearbeitungswerkzeug entnommen werden kann. Hierbei sind insbesondere die notwendigen Erwärmungen nachteilig und dass ein Außendurchmesser der Werkzeugaufnahme sehr viel größer ist als ein Durchmesser des Schafts des zu spannenden Werkzeugs, insbesondere bei der Verwendung von Spannzangen. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist die große Durchmesserdifferenz zwischen einer Werkzeugaufnahme 103 und dem Schaft des Bearbeitungswerkzeugs 102 für zahlreiche Bearbeitungssituationen ungünstig. Wenn, wie in Fig. 10 gezeigt, Werkstücke mit relativ steilen Wänden oder schmalen Schlitzen oder dergleichen bearbeitet werden müssen, kann es zu Kollisionen zwischen der Werkzeugaufnahme 103 und dem Werkstück 101 kommen. Die steile Wand des Werkstücks 101 kann nur im oberen Bereich mit dem Bearbeitungswerkzeug 102 bearbeitet werden. Bei einer Bearbeitung im unteren Bereich der steilen Wand würde es zu einer Kollision zwischen der Werkzeugaufnahme 103 und dem Werkstück 101 an der Stelle K kommen.

Eine solche Kollision ließe sich vermeiden, wenn man ein längeres Bearbeitungswerkzeug 102 wählen würde und dieses weiter aus der Werkzeugaufnahme 103 auskragen ließe. Dies hat aber den Nachteil, dass einerseits das Bearbeitungswerkzeug 102 teurer wird und insbesondere die Bearbeitung instabil und aufgrund der großen Länge des Bearbeitungswerkzeugs 102 viel schwingungsanfälliger wird. Dies führt zu größeren Ungenauigkeiten und/oder schlechten Oberflächenqualitäten.

Ein weiterer Problemkreis bei dem Spannen von Bearbeitungswerkzeugen in Werkzeugaufnahmen liegt insbesondere dann, wenn hohe Drehzahlen vorliegen, darin, dass lange Bearbeitungswerkzeuge eher zu einem Werkzeugbruch neigen. Weiterhin werden Werkzeugaufnahmen üblicherweise aus Stahl hergestellt. Wenn die Werkzeugaufnahme sehr lang und schlank gehalten ist, z.B. um das einzuspannende Bearbeitungswerkzeug kürzer halten zu können, besteht bei hohen Drehzahlen die Gefahr, dass die Werkzeugaufnahme verbiegt, so dass diese schließlich abreißt und mit großer Kraft gegen Gehäuseteile der Maschine im Arbeitsraum fliegt und diese sogar durchschlägt und dadurch Menschen in der Umgebung der Werkzeugmaschine gefährdet werden.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken und eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit einerseits eine sichere Spannung des Bearbeitungswerkzeugs bereitstellt und andererseits auch die Bearbeitung von schwierig zu bearbeitenden steilen Flächen an Wandbereichen von Werkstücken oder Nuten oder tiefen Bohrungen oder dergleichen ermöglicht. Weiterhin soll eine Sicherheit in der Umgebung einer Werkzeugmaschine durch die erfindungsgemäße Anordnung verbessert werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass die voranstehend beschriebenen Nachteile überwunden werden können. Insbesondere kann eine sichere Fixierung eines Bearbeitungswerkzeugs an einer Werkzeugaufnahme, z.B. einer Spannzangenaufnahme, ermöglicht werden. Dabei wird auch eine zuvor beschriebene personengefährdende Länge der Werkzeugaufnahme vermieden. Gleichzeitig kann mit einem kurzen und dadurch kostengünstigen Bearbeitungswerkzeug gearbeitet werden, so dass das Bearbeitungswerkzeug in Axialrichtung des Bearbeitungswerkzeugs nicht unnötig weit aus einer Werkzeugaufnahme vorsteht. Trotzdem kann die Anordnung sehr schlank und schmal ausgeführt werden, so dass auch eine sichere Bearbeitung von tiefen Nuten oder tiefen Bohrungen oder dergleichen problemlos möglich ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken ein Bearbeitungswerkzeug mit einem Schneidenbereich und einem Schaft aufweist. Der Schaft umfasst einen konischen Schaftbereich und einen zwischen dem Schneidenbereich und dem konischen Schaftbereich angeordneten Haltebereich zum Greifen des Bearbeitungswerkzeugs. Somit kann ein Bearbeitungswerkzeug am Haltebereich gegriffen werden. Der Haltebereich ist vorzugsweise zylindrisch, kann jedoch beispielsweise auch rillenförmig oder dergleichen ausgeführt sein. Die Anordnung umfasst ferner eine Werkzeugverlängerung mit einer Aufnahmeöffnung zur Aufnahme des Bearbeitungswerkzeugs. Die Aufnahmeöffnung weist einen konischen Aufnahmebereich für den konischen Schaftbereich des Bearbeitungswerkzeugs auf. Der konische Schaftbereich und der konische Aufnahmebereich sind dabei komplementär zueinander mit gleichem Konuswinkel derart ausgebildet, dass zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich das Bearbeitungswerkzeug ausschließlich mittels kraftschlüssiger Verbindung in der Werkzeugverlängerung gehalten wird. Somit muss bei der erfindungsgemäßen Anordnung kein Schrumpfvorgang oder dergleichen ausgeführt werden, um das Bearbeitungswerkzeug in der Werkzeugverlängerung zu halten.

Ferner umfasst die Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme der Werkzeugverlängerung, wobei die Werkzeugaufnahme eingerichtet ist, mit einer rotierbaren Spindel einer Werkzeugmaschine oder dgl. verbunden zu werden. Der Schneidenbereich des Bearbeitungswerkzeugs hat in einer Ebene E senkrecht zu einer Mittelachse des Bearbeitungswerkzeugs einen maximalen Durchmesser D1. Dabei schneidet die Ebene E einen Hüllkörper, der eine mathematische Verlängerung eines Außenkonus der Werkzeugverlängerung ist, derart, dass ein maximaler erster Abstand A1 des Hüllkörpers vom Schneidenbereich maximal 10 % des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs ist. Alternativ berührt der Hüllkörper den Schneidenbereich. Somit liegt der Hüllkörper, welcher ein Kegelstumpf ist, tangential am Schneidenbereich an, wenn der Schneidenbereich vorzugsweise eine Kugel bzw. Teilkugel ist. Weiter alternativ durchdringt der Hüllkörper den Schneidenbereich. Hierbei durchdringt der Hüllkörper den Schneidenbereich dabei in der Ebene E derart, dass ein maximaler zweiter Abstand A2 in der Ebene E des Schneidenbereichs zum Hüllkörper kleiner oder gleich 30 % des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs ist.

Vorzugsweise durchdringt der Hüllkörper den Schneidenbereich derart, dass der maximale zweite Abstand A2 in der Ebene E des Schneidenbereichs zum Hüllkörper kleiner oder gleich 20 %, insbesondere kleiner oder gleich 10 %, des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs ist.

Weiterhin weist der Außenkonus der Werkzeugverlängerung einen ersten Konuswinkel a auf, welcher kleiner oder gleich als 10° ist, vorzugsweise kleiner als 8°, weiter bevorzugt kleiner als 5°. Ferner ist auch im montierten Zustand ein Abstand A eines freien Endes des Schneidenbereichs zu einem freiliegenden Ende der Werkzeugverlängerung kleiner als 5 mal so groß wie der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs, vorzugsweise kleiner als 3 mal, weiter bevorzugt kleiner als 2 mal so groß wie der Durchmesser D1.

Somit kann erfindungsgemäß ein kurzes Bearbeitungswerkzeug sicher gespannt werden und schwierig zu bearbeitende Flächen an einem Werkstück bearbeitet werden.

Somit bietet die vorliegende Erfindung durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination die Möglichkeit, dass das Bearbeitungswerkzeug auf einfache und sichere Weise in der Werkzeugverlängerung und diese wiederum einfach und sicher in einer Werkzeugaufnahme gespannt werden kann.

Weiter bevorzugt ist das dem konischen Aufnahmebereich gegenüberliegende Ende der Werkzeugverlängerung zylindrisch ausgebildet, so dass dies in bewährter Weise in einer Werkzeugaufnahme, z.B. einer Spannzangenaufnahme oder Schrumpfaufnahme, gespannt werden kann.

Vorzugsweise ist der konische Schaftbereich als Außenkonus mit einem zweiten Konsuswinkel b ausgebildet und der konische Aufnahmebereich ist als Innenkonus mit einem dritten Konuswinkel c ausgebildet. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen sowie robusten Aufbau der Anordnung. Vorzugsweise ist dabei ein Außendurchmesser D2 des freiliegenden Endes der Werkzeugverlängerung maximal 20%, insbesondere maximal 10%, größer als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs.

Alternativ ist der konische Schaftbereich als Innenkonus mit einem zweiten Konuswinkel b ausgebildet und der konische Aufnahmebereich ist als Außenkonus mit einem dritten Konuswinkel c ausgebildet. Somit ist ein Konuskegel am Aufnahmebereich ausgebildet und eine konusförmige Aufnahme am Bearbeitungswerkzeug ausgebildet. Vorzugsweise ist dabei ein Außendurchmesser D4 eines freiliegenden Endes des Bearbeitungswerkzeugs maximal 20% größer als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs. Vorzugsweise ist eine Wandstärke des Bauteils, welches den Innenkonus aufweist, d.h., der Werkzeugverlängerung oder des Bearbeitungswerkzeugs, am freiliegenden Ende in einem Bereich von 0,2 mm bis 1 ,0 mm, insbesondere 0,3 mm bis 0,8 mm.

Vorzugsweise ist nur die Werkzeugverlängerung aus einem Hartmetallmaterial hergestellt oder weiter bevorzugt sind das Bearbeitungswerkzeug und die Werkzeugverlängerung jeweils aus einem Hartmetallmaterial hergestellt, vorzugsweise aus dem gleichen Hartmetallmaterial.

Durch die Verwendung von Hartmetallmaterial für das Bearbeitungswerkzeug und die Werkzeugverlängerung ist sichergestellt, dass es auch bei einem Bruch des Bearbeitungswerkzeugs oder der Werkzeugverlängerung zu keiner oder höchstens zu einer minimalen Verbiegung von Bearbeitungswerkzeug oder Werkzeugverlängerung kommt, so dass im Vergleich mit langen Werkzeugaufnahmen oder Werkzeugverlängerungen, die aus Stahl hergestellt sind, bei einem Werkzeugbruch deutlich geringere Kräfte auf das abgebrochene Stück des Bearbeitungswerkzeugs oder der Werkzeugverlängerung wirken. Somit ist die Gefahr eines Durchschlagens von Gehäusebauteilen einer Werkzeugmaschine oder dergleichen minimiert. Somit ist eine Verletzungsgefahr für Personen in unmittelbarer Nähe der Werkzeugmaschine deutlich reduziert. Weiter bevorzugt ist auch die Werkzeugaufnahme aus Hartmetallmaterial hergestellt. Besonders bevorzugt sind dabei das Bearbeitungswerkzeug, die Werkzeugverlängerung und die Werkzeugaufnahme aus Hartmetallmaterial hergestellt.

Vorzugsweise ist der erste Konuswinkel a größer oder gleich wie die zweiten und dritten Konuswinkel b, c des konischen Schaftbereichs und des konischen Aufnahmebereichs.

Bevorzugt ist der zweite Konuswinkel b des konischen Schaftbereichs und der dritte Konuswinkel c des konischen Aufnahmebereichs in einem Bereich von 1 ,5° bis 4°, vorzugsweise 2° bis 3°.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der konische Schaftbereich einen Einspannbereich auf, der eine Länge L aufweist, die das 1 ,5- fache des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs beträgt. Dadurch wird ein sicheres Halten des Bearbeitungswerkzeugs in der Werkzeugverlängerung erreicht.

Bevorzugt weist das Bearbeitungswerkzeug ferner einen umlaufenden Bund auf, welcher zwischen dem konischen Schaftbereich und dem Haltebereich angeordnet ist und radial nach außen vorsteht. Der Bund dient dabei einerseits als Abschluss des konischen Schaftbereichs und andererseits verhindert der Bund, dass beispielsweise bei einem Greifen des Bearbeitungswerkzeugs am Haltebereich ein Greifwerkzeug in den konischen Schaftbereich greift und diesen gegebenenfalls beschädigt. Der Bund stellt somit ein sicheres Einpressen des Bearbeitungswerkzeugs in die Werkzeugverlängerung sicher.

Weiter bevorzugt ist ein axialer Einpressweg, der zwischen einem vollständigen Kontakt zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich und der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich liegt, kleiner oder gleich 8 %, insbesondere kleiner oder gleich 6 %, des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs.

Weiter bevorzugt umfasst die Anordnung eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, einen Greifer, der das Bearbeitungswerkzeug am Haltebereich greift, Weg-gesteuert in Abhängigkeit des Einpressweges zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich zu bewegen. Somit gibt die Steuereinheit ein Maß für den Einpressweg zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich vor, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen ihnen herzustellen.

Vorzugsweise erfolgt beim Weg-gesteuerten Einpressen des Bearbeitungswerkzeugs in die Werkzeugverlängerung eine Wahl des Einpressweges in Abhängigkeit eines maximalen Durchmessers des konischen Aufnahmebereichs und/oder eines Konuswinkels des konischen Aufnahmebereichs.

Weiter bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, den Greifer, der das Bearbeitungswerkzeug am Haltebereich greift, Kraft-gesteuert in Abhängigkeit einer Einpresskraft zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Werkzeugverlängerung und Bearbeitungswerkzeug zu bewegen. Somit gibt die Steuereinheit eine Einpresskraft vor, mit welcher die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem konischen Schaftbereich und dem konischen Aufnahmebereich hergestellt wird.

Vorzugsweise erfolgt beim kraftschlüssigen Einpressen des Bearbeitungswerkzeugs in die Werkzeugverlängerung eine Wahl der maximalen Einpresskraft in Abhängigkeit eines maximalen Durchmessers des konischen Aufnahmebereichs und/oder eines Konuswinkels des konischen Aufnahmebereichs.

Vorzugsweise erfolgt das kraftschlüssige Einpressen Weg- und Kraft-gesteuert, z.B. indem während eines Weg-gesteuerten Einpressens die Einpresskraft überwacht wird und das Weggesteuerte Einpressen bei Überschreiten einer maximalen Einpresskraft abgebrochen wird. Vorzugsweise umfasst die Anordnung ferner einen Stößel und die Werkzeugverlängerung sowie die Werkzeugaufnahme jeweils eine Durchgangsöffnung, wobei der Stößel durch die Durchgangsöffnungen hindurchführbar ist, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und der Werkzeugverlängerung zu lösen und das Bearbeitungswerkzeug auszustoßen.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Fräsmaschine oder eine Schleifmaschine oder eine Bohrmaschine mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken. Die Werkzeugmaschine umfasst bevorzugt eine separate Vorrichtung, z.B. einen Roboter, für ein automatisches Wechseln eines Bearbeitungswerkzeugs in eine Werkzeugverlängerung, wobei das Bearbeitungswerkzeug vorzugsweise mittels einer Steuereinheit Weg-gesteuert und/oder Kraft-gesteuert kraftschlüssig in die Werkzeugverlängerung eingesetzt wird.

Weiter bevorzugt ist die Werkzeugmaschine eine Werkzeugmaschine für hohe Drehzahlen in einem Bereich von 10.000 U/rnin bis 100.000 U/rnin.

Somit kann die vorliegende Erfindung auf überraschend einfache Weise ein lang vorhandenes Problem im Stand der Technik lösen, indem eine konische, kraftschlüssige Verbindung zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkzeugverlängerung bereitgestellt wird, wobei Bearbeitungswerkzeug und Werkzeugverlängerung vorzugsweise aus Hartmetall, vorzugsweise aus dem gleichen Hartmetall, hergestellt werden können. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung hierbei bei kleinen Bearbeitungswerkzeugen mit kleinem maximalen Durchmesser D1 am Schneidenbereich, vorzugsweise ist D1 kleiner als 3 mm und kleinerer axialer Länge, vorzugsweise maximal 5 x D1 , anwendbar. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Anordnung dabei bei Werkzeugmaschinen zur Schlichtbearbeitung verwendet, bei denen nur kleine Kräfte auftreten.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in einer Werkzeugverlängerung angeordnet ist,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Bearbeitungswerkzeugs von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Werkzeugverlängerung von Fig.

1 , Fig. 4 eine schematische, vergrößerte Ansicht von Fig. 1 ,

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem das Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in der Werkzeugverlängerung fixiert ist,

Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem das Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in der Werkzeugverlängerung fixiert ist,

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Bearbeitungswerkzeug kraftschlüssig in einer Werkzeugverlängerung angeordnet ist,

Fig. 8 eine schematische, teilweise geschnittene Ansicht des Bearbeitungswerkzeugs von Fig. 7,

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht der Werkzeugverlängerung von Fig. 7, und

Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß dem Stand der Technik.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 eine Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken ein Bearbeitungswerkzeug 1 , eine Werkzeugverlängerung 2 und eine Werkzeugaufnahme 15. Fig. 1 zeigt den montierten Zustand des Bearbeitungswerkzeugs 1 in der Werkzeugverlängerung 2.

Das Bearbeitungswerkzeug 1 ist im Detail aus Fig. 2 ersichtlich. Das Bearbeitungswerkzeug 1 umfasst einen Schneidenbereich 3 und einen Schaft 30. Der Schaft 30 ist mit einem konischen Schaftbereich 5 und einem zwischen dem Schneidenbereich 3 und dem Schaftbereich 5 angeordneten Haltebereich 4 ausgebildet. Der Haltebereich 4 dient als Bereich zum Greifen des Bearbeitungswerkzeugs 1 , z.B. mittels eines Greifers 14, wenn dieses in die Werkzeugverlängerung 2 eingesetzt und entnommen wird.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Haltebereich 4 zylindrisch ausgebildet. Ferner ist zwischen dem Haltebereich 4 und dem konischen Schaftbereich 5 ein Bund 11 , welcher radial von der Mantelfläche des Schafts 30 nach außen vorsteht. Der Bund 11 ist vollständig umlaufend ausgebildet.

Die Werkzeugverlängerung 2 weist einen ersten Konuswinkel a an einem Außenkonus 8 auf, sowie einen zylindrischen Teil 9, der sich an den Außenkonus 8 anschließt.

Der konische Schaftbereich 5 weist einen zweiten Konuswinkel b auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist der zweite Konuswinkel b 2°.

Der Schneidenbereich 3 des Bearbeitungswerkzeugs 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel kugelförmig mit einem Mittelpunkt M und weist in einer Ebene E, die senkrecht zu einer Mittelachse X des Bearbeitungswerkzeugs 1 ist, einen maximalen Durchmesser D1 auf. Das Bearbeitungswerkzeug 1 ist dabei aus einem Hartmetallmaterial hergestellt.

Ein Teil der Werkzeugverlängerung 2 ist im Detail aus Fig. 3 ersichtlich. Die Werkzeugverlängerung 2 weist eine Aufnahmeöffnung 20 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel durchgehend durch die Werkzeugverlängerung ausgebildet ist. Die Aufnahmeöffnung 20 umfasst eine zylindrische Bohrung 10 und einen konischen Aufnahmebereich 21. Zwischen dem konischen Aufnahmebereich 21 und der Bohrung 10 ist ein Absatz 22 vorgesehen.

Der konische Aufnahmebereich 21 weist einen dritten Konuswinkel c auf, welcher ebenfalls 2° beträgt. Somit sind der konische Schaftbereich 5 und der konische Aufnahmebereich 21 komplementär zueinander mit gleich großen Konuswinkeln b, c vorgesehen.

Die Werkzeugverlängerung 2 weist ferner den Außenkonus 8 mit dem ersten Konuswinkel a auf. Der erste Konuswinkel a ist größer als der zweite und dritte Konuswinkel b, c und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 3°.

Die Werkzeugverlängerung 2 weist dabei an einem freiliegenden Ende 6 der Werkzeugverlängerung 2 einen Außendurchmesser D2 und einen Innendurchmesser D3 auf. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser D2 dabei maximal 40 %, vorzugsweise maximal 30 % größer als der Innendurchmesser D3. Weiter bevorzugt ist der Außendurchmesser D2 auch maximal 20 %, insbesondere 10 %, größer als der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3.

Wie aus Fig. 1 und 4 ersichtlich ist, ist zwischen dem konischen Schaftbereich 5 und dem konischen Aufnahmebereich 21 das Bearbeitungswerkzeug 1 ausschließlich mittels kraftschlüssiger Verbindung in der Werkzeugverlängerung 2 gehalten. Dabei ergibt sich zwischen den beiden konischen Flächen ein Einspannbereich 5‘ mit einer axialen Länge L (vgl. Fig. 4). Der Einspannbereich 5‘ ist dabei etwas kürzer als der gesamte konische Schaftbereich 5, so dass ein kleiner Teil des konischen Schaftbereichs 5 aus der Werkzeugverlängerung 2 vorsteht (siehe Fig. 1).

Wie im Detail aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3 derart gewählt, dass ein Hüllkörper 12, welcher eine mathematische Verlängerung des Außenkonus 8 der Werkzeugverlängerung 2 ist, tangential am maximalen Durchmesser D1 an der Ebene E anliegt.

Durch den ersten Konuswinkel a am Außenkonus 8 der Werkzeugverlängerung 2 bildet der Hüllkörper 12 somit mathematisch einen Kegelstumpf, in welchem der Schneidenbereich 3 an seinem maximalen Durchmesser D1 in der Ebene E tangential anliegt.

Im montierten Zustand des Bearbeitungswerkzeugs 1 in der Werkzeugverlängerung 2 ist ferner ein Abstand A eines freien Endes 31 des Schneidenbereichs 3 zu dem freiliegenden Ende 6 der Werkzeugverlängerung 2 kleiner als 5-mal dem maximalen Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand A doppelt so groß wie der maximale Durchmesser D1 (A = 2x D1).

Die Werkzeugverlängerung 2 ist ebenfalls aus einem Hartmetallmaterial hergestellt. Es sei angemerkt, dass hierbei das gleiche Hartmetall wie für das Bearbeitungswerkzeug 1 verwendet werden kann oder alternativ auch ein anderes Hartmetall. Wichtig ist hierbei, dass insbesondere die Werkzeugverlängerung 2 aus Hartmetall hergestellt ist, da diese länger ist als das kurze Bearbeitungswerkzeug 1. Dieses kann auch aus Stahl hergestellt sein.

Dadurch wird insbesondere eine Verformung des Bearbeitungswerkzeugs 1 und/oder der Werkzeugverlängerung 2 aus der Mittelachse X im Betrieb, insbesondere bei hohen Drehzahlen vermieden.

Somit ist ein Bruch des Bearbeitungswerkzeugs 1 , welches im Betrieb einer Werkzeugmaschine nie zu 100 % vermieden werden kann, im Vergleich mit dem Stand der Technik, bei welchem Werkzeugverlängerungen aus Stahl oder sehr lange Werkzeugaufnahmen aus Stahl verwendet werden, signifikant weniger gefährlich. Bei Stahlwerkstoffen für das Bearbeitungswerkzeug 1 und/oder die Werkzeugverlängerung 2 kann bei sehr hohen Drehzahlen ein Verbiegen dieser Bauteile auftreten, so dass dann bei einem Werkzeugbruch noch zusätzlich ein Moment auf das abgebrochene Werkzeugteil wirkt, wobei das Moment vom Grad der Verbiegung (Hebelarm) abhängt. Dadurch wirkt der aus Stahl hergestellte, abgebrochene Werkzeugteil wie ein Geschoss und kann auch Schutzeinrichtungen wie eine Haube oder Scheibe einer Werkzeugmaschine oder dergleichen durchschlagen. Das Einsetzen des Bearbeitungswerkzeugs 1 in die Aufnahmeöffnung 20 der Werkzeugverlängerung 2 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, um die kraftschlüssige Verbindung zwischen Bearbeitungswerkzeug 1 und Werkzeugverlängerung 2 herzustellen. Vorzugsweise ist eine Steuereinheit 13 vorgesehen, welche eingerichtet ist, den Greifer 14, welcher das Bearbeitungswerkzeug 1 am Haltebereich 4 greift, Weg-gesteuert in Abhängigkeit des Einpressweges zwischen dem konischen Schaftbereich 5 und dem konischen Aufnahmebereich 21 zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung zu bewegen. Somit gibt die Steuereinheit 13 eine Länge des Einpressweges vor, mit welcher das Bearbeitungswerkzeug 1 in die Werkzeugverlängerung 2 bewegt wird, um die kraftschlüssige Verbindung herzustellen.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 13 eingerichtet sein, den Greifer 14 Kraftgesteuert in Abhängigkeit einer Einpresskraft zwischen dem konischen Schaftbereich 5 und dem konischen Aufnahmebereich 21 zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung bewegen. Durch Vorgabe der Einpresskraft kann sichergestellt werden, dass das Bearbeitungswerkzeug 1 sicher in der Werkzeugverlängerung 2 gehalten ist. Hierbei kann die Steuereinheit auch die Kombination, d.h. einen Wert für den Einpressweg und einen Wert für die Einpresskraft vorgeben, wobei es auch möglich ist, dass hier Bereiche mit jeweils unterem und oberem Grenzwert angegeben werden.

Die Werkzeugverlängerung 2 weist, wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich ist, am freiliegenden Ende 6 eine relativ geringe Wandstärke in einem Bereich von 0,2 mm bis 1 ,0 mm auf. Somit ist eine sehr schlanke Werkzeugverlängerung 2 gegeben, so dass eine Bearbeitung von tiefen Nuten, tiefen Bohrungen oder langen Wandbereichen in Richtung der Mittelachse X des Bearbeitungswerkzeugs 1 möglich ist. Dadurch können relativ kurze Bearbeitungswerkzeuge 1 verwendet werden, so dass die Gefahr eines Werkzeugbruchs im Vergleich mit längeren Werkzeugen deutlich minimiert ist.

Die Werkzeugaufnahme 15 kann, wie in Fig. 1 angedeutet, mittels eines üblichen Spannsystems mit einer Spindel (in Fig. 1 nicht gezeigt) verbunden werden.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel die Abmessungen zwischen dem Hüllkörper 12 und dem maximalen Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3 unterschiedlich. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der maximale Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3 im Bereich der Ebene E kleiner als der Durchmesser des konischen Hüllkörpers 12 an der Ebene E. Hierbei ist ein erster Abstand A1 , der jeweils an beiden Seiten des Schneidenbereichs 3 in der Ebene E bezeichnet ist, vorhanden. Der erste Abstand A1 beträgt maximal 10 % des Durchmessers D1 des Schneidenbereichs. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel und es ergeben sich die gleichen Vorteile wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen bezeichnet.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist beim dritten Ausführungsbeispiel der Hüllkörper 12 derart gebildet, dass der Hüllkörper 12 den Schneidenbereich 3 schneidet. Dadurch ergibt sich in der Ebene E ein zweiter Abstand A2 zwischen dem konischen Hüllkörper 12 und dem maximalen Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3. Der zweite Abstand A2 ist dabei an beiden Seiten des Hüllkörpers zum Mantelbereich des Schneidenbereichs 3 vorhanden. Der zweite Abstand A2 beträgt dabei maximal 30 % des maximalen Durchmessers D1 des Schneidenbereichs 3. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und es werden die gleichen Vorteile wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erhalten, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Die Fig. 7 bis 9 zeigen eine Anordnung 100 zur Bearbeitung von Werkstücken gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.

Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei zwischen dem Bearbeitungswerkzeug 1 und der Werkzeugverlängerung 2 die Anordnung des konischen Bereichs und der konischen Aufnahme getauscht wurde. D.h., das Bearbeitungswerkzeug 1 weist nun als konischen Schaftbereich einen Innenkonus mit zweitem Konuswinkel b als konischen Aufnahmebereich 105 auf und die Werkzeugverlängerung 2 weist einen Außenkonus mit drittem Konuswinkel c als konischen Bereich 121 auf (vgl. Fig. 8 und 9). Zwischen dem konischen Aufnahmebereich 105 am Bearbeitungswerkzeug 1 und dem konischen Bereich 121 der Werkzeugverlängerung 2 ist wiederum ausschließlich eine kraftschlüssige Verbindung ausgebildet, da der zweite und dritte Konuswinkel b, c wieder gleich ausgebildet sind. Ein Außendurchmesser D4 eines freiliegenden Endes des Bearbeitungswerkzeugs 1 ist 10% größer als der Durchmesser D1 des Schneidenbereichs 3.

Diese Anordnung hat insbesondere den Vorteil, dass das Bearbeitungswerkzeug 1 noch kürzer ausgebildet werden kann, da der konische Aufnahmebereich 105 die Möglichkeit bietet, dass ein freiliegendes Ende 106 der Werkzeugverlängerung 2 tief in das Bearbeitungswerkzeug 1 eingeführt werden kann. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.

Zu allen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass die Erfindung beispielhaft an einem teilkugelförmigen Bearbeitungswerkzeug 1 , welches einen teilkugelförmigen Schneidenbereich 3 aufweist, dargestellt wurde. Es ist jedoch auch möglich, dass der Schneidenbereich 3 zylindrisch, torisch ist oder auch konisch ist und sich insbesondere in Richtung zum freien Ende 31 des Schneidenbereichs 3 verjüngt. Auch andere Werkzeugformen sind bei der Erfindung verwendbar, wodurch die gleichen Vorteile wie für die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Bearbeitungswerkzeuge 1 erhalten werden. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken wird vorzugsweise in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine verwendet, welche eine Fräsmaschine oder Schleifmaschine oder Bohrmaschine oder dergleichen sein kann.

Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 bis 10 Bezug genommen.

Bezugszeichenliste

1 Bearbeitungswerkzeug

2 Werkzeugverlängerung

3 Schneidenbereich

4 zylindrischer Haltebereich

5 konischer Schaftbereich

5‘ Einspannbereich im montierten Zustand

6 freiliegendes Ende der Werkzeugverlängerung

8 Außenkonus

9 zylindrischer Teil der Werkzeugverlängerung

10 Bohrung

11 Bund

12 Hüllkörper

13 Steuereinheit

14 Greifer

15 Werkzeugaufnahme

20 Aufnahmeöffnung

21 konischer Aufnahmebereich der Werkzeugverlängerung

22 Absatz

30 Schaft

31 freies Ende

100 Anordnung zur Bearbeitung von Werkstücken

101 Werkstück

102 Bearbeitungswerkzeug

103 Werkzeugaufnahme

105 konischer Aufnahmebereich

106 freiliegendes Ende der Werkzeugverlängerung

107 freiliegendes Ende des Bearbeitungswerkzeugs

121 konischer Aufnahmebereich der Werkzeugverlängerung

A Abstand freiliegendes Ende 6 zu freiem Ende 30

A1 erster Abstand

A2 zweiter Abstand

D1 Durchmesser des Schneidenbereichs

D2 Außendurchmesser der Werkzeugverlängerung am freiliegenden Ende

D3 Innendurchmesser der Werkzeugverlängerung am freiliegenden Ende

D4 Außendurchmesser des Bearbeitungswerkzeugs am freiliegenden Ende

E Ebene K Kollisionsstelle

L Spannlänge des Einspannbereichs

M Mittelpunkt

X Mittelachse a erster Konuswinkel / Außenkonus der Werkzeugverlängerung b zweiter Konuswinkel c dritter Konuswinkel