Schäfte für axiale Werkzeuge
- Yurii Kotsun
- 7. Apr.
- 5 Min. Lesezeit
Warum gibt es so viele verschiedene Formen und Ausführungen von Werkzeugschäften, obwohl sie alle dasselbe Ziel haben – die zuverlässige Übertragung von Drehmoment?
Die Antwort liegt in den spezifischen Anforderungen verschiedener Bearbeitungsprozesse, Maschinentypen und Spannsysteme. Während einige Schäfte eine besonders hohe Rundlaufgenauigkeit bieten, zeichnen sich andere durch eine schnelle Werkzeugaufnahme oder eine besonders sichere Drehmomentübertragung aus. Im Folgenden werden verschiedene Werkzeugschäfte vorgestellt, ihre Eigenschaften erläutert und die jeweiligen Vor- und Nachteile beleuchtet.
Ein Überblick über gängige Schafttypen umfasst Zylinderschäfte für Schnellstahlwerkzeuge in den Formen A, B und D, Zylinderschäfte für axiale Hartmetallwerkzeuge in den Formen HA, HB und HE, Zylinderschäfte mit Mitnehmer, Schäfte mit Vierkant sowie Morsekegel.
Zylinderschäfte für Schnellstahlwerkzeuge
Zylinderschäfte nach DIN 1835 sind genormte Werkzeugschäfte, die speziell für Schnellstahlwerkzeuge (HSS-Werkzeuge) konzipiert wurden. Sie gewährleisten eine sichere und präzise Aufnahme in Werkzeugmaschinen und Spannsystemen. Zylinderschäfte für Schnellstahlwerkzeuge nach DIN 1835 werden in den Formen A, B und D unterschieden. Während Form A ein glatter Zylinderschaft ist, verfügt Form B über eine Mitnahmefläche bzw. eine seitliche Mitnehmernut. Diese Schäfte kommen vorrangig bei Bohr- und Fräswerkzeugen aus Schnellarbeitsstahl (HSS) zum Einsatz. Die Vorteile sind ihre universelle Einsetzbarkeit und gute Rundlaufgenauigkeit. Die Abbildung 2 illustriert die unterschiedlichen Bauformen dieser Zylinderschäfte.
Allerdings benötigen sie zur sicheren Spannung oft zusätzliche Spannsysteme. Zylinderschäfte nach DIN 1835 der Form D verfügen über ein Anzugsgewinde, das eine besonders sichere und feste Verbindung zwischen Werkzeug und Maschinenspindel ermöglicht. Diese Bauweise erlaubt eine präzise Zentrierung und verhindert ein unbeabsichtigtes Lösen des Werkzeugs während des Betriebs. Insbesondere bei Fräs- und Bohranwendungen mit hohen Drehmomenten sorgt das Anzugsgewinde für eine zuverlässige Kraftübertragung. Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass ein zusätzliches Zugspannsystem erforderlich ist, was den Werkzeugwechsel aufwendiger macht.
Zylinderschäfte nach DIN 1835 kommen in zahlreichen Bereichen zum Einsatz, insbesondere in der Metallbearbeitung, dem Werkzeug- und Formenbau, der Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie im Maschinenbau. Sie ermöglichen präzises Fräsen, Bohren und Senken in CNC- und konventionellen Maschinen und gewährleisten eine exakte Werkzeugaufnahme mit minimaler Rundlaufabweichung. Die unterschiedlichen Formen bieten eine optimale Fixierung, verhindern ein Durchrutschen im Spannfutter und erhöhen die Kraftübertragung. Zudem sind sie mit zahlreichen Spannsystemen kompatibel, was eine flexible Nutzung in verschiedenen Maschinen ermöglicht. Durch ihre hochwertige Materialbeschaffenheit sind sie äußerst langlebig und belastbar, wodurch sie eine zuverlässige und effiziente Werkzeugaufnahme gewährleisten.
Zylinderschäfte für axiale Werkzeuge aus Hartmetall
Zylinderschäfte aus Hartmetall nach DIN 6535 sind in den Varianten HA, HB und HE erhältlich. HA ist ein glatter Schaft, der über eine einfache zylindrische Form ohne zusätzliche Fixierelemente verfügt und ist Ideal für Spannzangen oder Hydrodehnspannfutter. Form HB bietet eine verbesserte Kraftübertragung, verhindert ein Durchrutschen im Spannfutter und ist somit für hohe Drehmomente ganz gut geeignet. Form HE kombiniert die Vorteile beider Typen und ermöglicht eine zusätzliche seitliche Fixierung durch die geneigte Spannfläche. Außerdem sie sorgt für maximale Stabilität in der Werkzeugaufnahme.
Diese Schäfte werden vor allem für hochpräzise Fräs- und Bohrbearbeitungen in der Metallverarbeitung eingesetzt. Ihr Vorteil liegt in der hohen Steifigkeit und Verschleißfestigkeit, während die Notwendigkeit spezieller Spannvorrichtungen als Nachteil betrachtet werden kann. Wie in der Abbildung 3 zu sehen ist, unterscheiden sich die Varianten in ihrer Gestaltung und Funktionsweise.
Zylinderschäfte in den Formen HA, HB und HE werden vor allem in der Präzisionsbearbeitung, Metallverarbeitung, Luft- und Raumfahrttechnik sowie im Werkzeug- und Formenbau eingesetzt. Sie sorgen für eine hohe Rundlaufgenauigkeit, reduzieren Vibrationen und optimieren die Kraftübertragung. Während die Form HA eine flexible Werkzeugspannung bietet, verhindern HB und HE ein Verdrehen des Werkzeugs, was bei hohen Belastungen entscheidend ist. Dank der hohen Materialqualität und der robusten Bauweise ermöglichen diese Schäfte eine lange Standzeit und eine zuverlässige Performance auch unter extremen Bedingungen.
Zylinderschaft mit Mitnehmer
Der Zylinderschaft mit einem Mitnehmer nach DIN 1809 ist eine Kombination aus zylindrischem Schaft und Mitnehmernuten, die eine direkte Drehmomentübertragung ermöglichen. Diese Schaftform wird oft bei Fräswerkzeugen eingesetzt, da sie eine zuverlässige Verbindung ohne Verrutschen gewährleistet. Die hohe Prozesssicherheit und einfache Handhabung sind klare Vorteile. Ein Nachteil kann die eingeschränkte Kompatibilität mit bestimmten Spannfuttern sein. Die Abbildung 4 stellt die konstruktiven Eigenschaften dieser Schaftvariante dar.
Während Morsekegel durch ihre robuste und präzise Klemmung überzeugen, bieten Vierkantschäfte eine einfache Handhabung. Zylinderschäfte sind universell einsetzbar und ermöglichen eine hohe Präzision, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen unter anderem mit einem Schaftfräser. Jedes System hat seine spezifischen Vorzüge, die je nach Einsatzgebiet sorgfältig abgewogen werden sollten.
Schaft mit Vierkant
Ein Schaft mit Vierkant ist ein speziell geformter Werkzeug- oder Maschineneinsatz, der durch seinen rechteckigen Querschnitt eine formschlüssige Verbindung mit Spannfuttern, Maschinen oder Handwerkzeugen ermöglicht. Diese Bauform wird häufig in Schraubwerkzeugen, Drehmomentübertragungen und verschiedenen Maschinenanwendungen eingesetzt. Der Schaft mit Vierkant ist ein bewährtes System, das vorrangig für Handwerkzeuge wie Gewindebohrer oder Maschinenreibahlen genutzt wird. Die Vierkantform sorgt für eine sichere Drehmomentübertragung, da ein Abrutschen in der Aufnahme nahezu ausgeschlossen ist. Diese Schaftform wird oft in manuellen und maschinellen Anwendungen verwendet. Die einfache Handhabung und hohe Belastbarkeit sind klare Vorteile, allerdings sind sie weniger für Hochpräzisionsanwendungen geeignet. Die Abbildung 5 zeigt verschiedene Varianten des Schaftes mit Vierkant, die für Reibahlen und Gewindebohrer verwendet werden.
Der Vierkantschaft besteht in der Regel aus robustem Werkzeugstahl oder legierten Materialien, um hohe Drehmomente und Beanspruchungen standzuhalten. Es gibt verschiedene Ausführungen, die je nach Herstellung des Werkzeugs variieren. Hauptsächlich lassen sich die Vierkantschäfte durch ihre Zentrierung unterscheiden:
Schaft mit Zentrierspitze
Schaft mit Zentrierfase
Schaft mit Zentrierbohrung
Ein Schaft mit Vierkant bietet eine formschlüssige Verbindung, die ideal für kraftintensive Anwendungen ist. Er verhindert ein Durchrutschen im Werkzeughalter oder Spannfutter und sorgt für eine sichere Fixierung. Dank seiner robusten Bauweise hält er hohen Belastungen stand und gewährleistet eine lange Standzeit. Die standardisierten Größen ermöglichen eine universelle Nutzung, während der schnelle Werkzeugwechsel ohne zusätzlichen Kraftaufwand die Effizienz in der Anwendung steigert.
Morsekegel
Der Morsekegel, auch als Morsekonus bekannt, ist eine standardisierte Form eines Werkzeugkegels, die hauptsächlich zum Spannen von Werkzeugen wie großen Bohrern, Reibahlen und Spannfuttern in Werkzeugmaschinen verwendet wird. Die Bezeichnung "Morsekegel" leitet sich von Stephen Morse ab, der im 19. Jahrhundert lebte und 1864 in den USA eine noch heute existierende Werkzeugfirma gründete. Morsekegel sind konische Schäfte, die sich durch ihre selbsthemmende Verbindung auszeichnen. Sie ermöglichen eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Werkzeug und Maschine und kommen häufig bei Bohrwerkzeugen und Drehmaschinen zum Einsatz. Die Morsekegel sind nach DIN 228 in den Größen MK 0 bis MK 6 standardisiert. Diese Norm definiert die Maße, Toleranzen und Einsatzmöglichkeiten der Morsekegel, die sich durch ihr konisches Design für eine sichere, selbstklemmende Werkzeugspannung auszeichnen. Vorteile sind die hohe Zentriergenauigkeit und die einfache Handhabung. Ein Nachteil besteht jedoch in der aufwendigen Demontage, da das Austreiben festsitzender Werkzeuge oft eine schlagartige Belastung der Spindel erfordert, was zu mechanischen Beanspruchungen führen kann.
Je nach Anwendung gibt es unterschiedliche Bauarten des Morsekegels:
Form A: Kegelschaft mit Anzuggewinde
Form B: Kegelschaft mit Austreiblappen
Form C: Kegelhülse für Kegelschäfte mit Gewinde für Anzugsschraube
Form D: Kegelhülse für Kegelschäfte mit Austreiblappen
Die Abbildung 6 verdeutlicht verschiedene Ausführungen eines Morsekegels und dessen Einspannung in der Kegelhülse.
Diese verschiedenen Formen ermöglichen den Einsatz des Morsekegels in einer Vielzahl von Maschinen und Anwendungen, wie z. B. in Drehmaschinen, Fräsmaschinen und Bohrmaschinen.
Der Morsekegel bietet mehrere Vorteile, die ihn zu einem bevorzugten Standard in der Werkzeugtechnik machen. Die konische Form sorgt für eine exakte Ausrichtung des Werkzeugs und gewährleistet präzise Bearbeitungsvorgänge. Durch das genormte Design lassen sich Werkzeuge mit Morsekegel schnell und unkompliziert in die Maschine einsetzen, was die Effizienz in der Produktion erhöht. Der Morsekegel sitzt fest in der Aufnahme und überträgt zuverlässig hohe Drehmomente und Axialkräfte, ohne dass das Werkzeug verrutscht. Beim Entfernen ist jedoch eine schlagartige Austreibung erforderlich, was die Spindel mechanisch belasten kann.
Durch die verschiedenen Größen und Typen ist der Morsekegel für eine Vielzahl von Maschinen und Werkzeugen geeignet. Die Standardisierung nach DIN 228 stellt sicher, dass Morsekegel-Werkzeuge und -Aufnahmen kompatibel mit international gebräuchlichen Systemen wie ISO 296 oder ANSI B5.12 sind, was die Austauschbarkeit erleichtert, die Flexibilität in der Fertigung erhöht und Beschaffungskosten reduziert.
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