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Reduzierhülsen & Austreiber mit Morsekegel

Der Morsekegel als verbindendes Element


Von je her bestand das Problem, eine schnell wechselbare und exakt zentrierte Verbindung zwischen einer Werkzeugmaschine und seinen Werkzeugen herzustellen. Davon betroffen waren besonders Bohrmaschinen und Bohrwerke sowie Drehmaschinen. Neben einem zuverlässig festen Sitz stand vor allen Dingen auch die Forderung nach einer hohen Wiederholgenauigkeit beim Werkzeugwechsel im Vordergrund.
Die Idee für die Verwendung eines Kegeldorns wurde natürlich schon früh geboren. Jedoch mangelte es einerseits an den technischen Möglichkeiten für eine rationelle Fertigung, was besonders der exakten Herstellung einer Kegelbohrung als Gegenstück betraf. Dazu kam das Problem der fehlenden, zumindest nationalen, einheitlichen Normung.

Die Lösung

Jedoch schon Mitte des neunzehnten Jahrhunderts, als die fortschreitende Industrialisierung immer mehr auf rationelle Lösungen drängte, änderte sich die Situation. Der amerikanische Unternehmer „Stephen Morse“, fand nach langwierigen Versuchen den perfekten Neigungswinkel und das ideale Material. Das Unternehmen besteht übrigens heute noch. Genauso wie die nach „Stephan Morse“ benannte Bezeichnung des Kegels hat sich nach über 150 Jahren auch an den Größen und Abmessungen nichts geändert.

Aufgrund des enormen Effekts hinsichtlich der Rationalität und der erheblich verbesserten Herstellungsmöglichkeiten, setzte sich der neue Werkzeug-Aufnahmedorn schnell in Amerika, Europa und dann in der ganzen Welt durch. Schon frühzeitig wurden daher Beschaffenheit und Abmessungen in eine DIN-Normung mit der Bezeichnung DIN 228 Teil 1 und 2 übernommen, wodurch eine einheitliche Fertigung bei Produzenten von Werkzeugmaschinen gesichert werden konnte. Heute wird der Dorn meistens unter der Bezeichnung MK und der Größenangabe von O bis 6 angeboten.

Aufbau und Größen

MK-Dorne besitzt einen Neigungswinkel von einem Grad und 26 Minuten. Hinsichtlich der großen Unterschiede bei den Werkzeugdurchmessern wurden sieben Kegeldurchmesser mit der Bezeichnung MK 0 bis MK 6 entwickelt. Das Kegelverhältnis beträgt 1 : 20 mit geringen Abweichung im Hundertstel-Millimeter- Bereich, die sich bei den verschiedenen Größen ergeben. MK 0 besitzt unten einen Durchmesser von D = 9,21 Millimeter und an der Spitze einen Durchmesser von d = 6,11 Millimeter. MK 6 hingegen weist einen unteren Durchmesser von D = 63,73 auf und an der Spitze beträgt der Durchmesser d = 52,42 Millimeter. Zusätzlich sind inzwischen weitere Sondergrößen mit der Bezeichnung MK 4,5 und MK 7 auf dem Markt erschienen.

Entsprechend dieser Durchmesser werden die Kegel verschiedenen Durchmessern von Bohrern oder Reibahlen zugeteilt. Da jedoch die Arbeitsspindel mit einer feststehenden Kegelgröße ausgestattet ist, die dem jeweils maximalen Leistungspotential der Maschine entspricht, stehen für kleinere Werkzeuge sogenannte „Reduzierhülsen“ zur Verfügung. Die Hülsen können Unterschiede bis zur nächsten MK-Größe ausgleichen oder auch gleich eine oder mehrere Größen überspringen. Es ist somit kein Problem einen Dorn, Größe MK 0, in eine MK 6 Hülse zu befestigen.

An der Spitze der Kegeldorne sowie auch an allen Hülsen, befindet sich ein flacher Austreiberlappen, mit dessen Hilfe beide Elemente wieder getrennt werden können.

Funktionen des Mosekegels

Der Vorteil von Morses Erfindung lag in der kompletten Abdeckung aller geforderten Rationalisierungsaspekte. Schneller Werkzeugwechsel, keine aufwendigen Werkzeuge, kein Schrauben oder Justieren, exakte Zentrierung trotz vieler Wechsel und zuverlässiger Sitz auch bei hoher Belastung. Nach dem Konzept von Morse muss jedes Werkzeug, also Bohrer, Reibahle Senker und dergleichen, mit einem MK-Dorn entsprechender Größe ausgestattet sein. Für kleine Werkzeuge, etwa unter 10 Millimeter Durchmesser, werden Bohrfutter eingesetzt, die ihrerseits wieder mit einem Kegeldorn versehen sind. Als Gegenstück zum Kegeldorn befindet sich in der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine die Kegelhülse in entsprechender Größe.

• Werkzeug Einbau

Tatsächlich gestaltet sich der Aus- und Einbau mit einem MK-Dorn sehr rationell, obwohl hier einige einfache Regeln einzuhalten sind, die für handwerklich orientierte Personen jedoch im Grunde zur Routine gehören.

Zum Einbauen wird der Kegeldorn des Werkzeugs lediglich mit einem kräftigen Stoß in die Kegelhülse bewegt. Dabei ist zu beachten, dass der sogenannte Austreiberlappen, an der Spitze des Kegels, von dem dafür vorgesehenen Schlitz in der Maschinenspindel aufgenommen wird. Die Kraftübertragung findet allein durch den Anpressdruck an der Kegelwandung statt. Der Austreiberlappen würde hingegen sofort abbrechen. Zu maximalen Kraftübertragung müssen die Oberflächen des Dorns sowie die Innenfläche der Kegelbohrung, in der Arbeitsspindel der Maschine, absolut schmutz- und fettfrei sein. Bei Nichtbeachtung könnte es zu Verdrehungen kommen, wodurch der Oberfläche des Kegeldorns sowie die Innenhülse der Arbeitsspindel zerstört werden kann. Abgebrochene Austreiberlappen sind ein Hinweis auf zerstörte Kegelflächen. Das größte Problem ist dabei die zerstörte Fläche der Innenhülse, wobei die gesamte Arbeitsspindel ausgetauscht werden muss, da eine Nachbearbeitung der Kegelinnenfläche aus wirtschaftlichen Gründen selten sinnvoll ist.

• Werkzeuge wechseln

Einem Wechsel von Bohrer oder einer Reibahle geht natürlich der Ausbau des vorhandenen Werkzeugs voraus. Dies gestaltet sich fast so einfach wie das Einbauen, ist jedoch ganz ohne Hilfsmittel nicht möglich. Hier zeigt sich nun der Nutzen des Austreiberlappens, der durch einen Schlitz in ein quer zum Spindelradius eingearbeitetes Langloch ragt. Zu Anfang wurde ein einfacher Austreiberkeil benutzt, der in das Langloch geschoben wurde und die Energie von leichten Hammerschlägen auf den Austreiberlappen übertrug und so die Verbindung des Dorns mit der Hülse löste. Auch heute wird in Werkstätten noch oft so verfahren.

In Produktionsbetrieben, wo Maschinen ein Maximum an Leistung abverlangt wird, bedingen hohe Bohrleistungen und hoher Vorschubdruck, dass Kegel und Hülse nach längerem Einsatz eine sehr feste Verbindung eingehen und die Hammerschläge von „leicht“ auf „recht heftig“ wechseln müssten. Dies wirkt sich jedoch wieder nachteilig auf die Lagerung der Arbeitsspindel aus. Für moderne Maschinen mit Präzisionslagerung gibt es daher heute bessere Lösungen.

Da wäre zunächst die Abdrückgabel. Hierbei handelt es sich um einen langen Hebel mit einer gebogenen, zähharten Keilspitze. Die Spitze wird in das Langloch eingeführt, wobei dann per Hebeldruck die gebogene Spitze auf dem Austreiberlappen abrollt. Als perfekte und gleichzeitig schonendste Lösung kann jedoch der „Halbautomatische Austreiber“ angesehen werden. Bei diesem Verfahren verschieben sich zwei Keile mit geringer Neigung mittels Hebelkraft gegeneinander. Da der Platzbedarf im Langloch der Arbeitsspindel so immer größer wird, nimmt der Druck auf den Austreiberlappen sanft zu, bis das Werkzeug aus seiner Verklemmung gelöst ist.

Im Übrigen besitzen die Reduzierhülsen ebenfalls ein Langloch in dieser Art. Um die Hülsen voneinander wieder zu trennen, wird in gleicher Weise wie oben beschrieben verfahren, wobei sich der „Halbautomatische Austreiber“ ebenfalls als beste Lösung erweist. Neuere Entwicklungen können auch mit einem Anzugsgewinde geliefert werden.

Material und Oberflächengüte

Kegeldorne und Kegel-Hülsen werden im Allgemeinen aus hochlegiertem, vergütetem Werkzeugstahl hergestellt. Die Vergütung ist ein spezielles Härteverfahren mit anschließenden hohen Anlasstemperaturen. Im Ergebnis entsteht ein zähhartes Gefüge, welches sich dennoch mit Diamantschneiden oder Korund-Schleifscheiben noch gut bearbeiten lässt. Die so vorherrschende Elastizität des Stahls, bewirkt eine feste Haftung von Hülse und Dorn. Zwei voll gehärtete Flächen könnten keine feste Verbindung eingehen und würden sofort wieder auseinanderfallen.

Die Oberfläche von MK-Kegeln und Hülsen werden in der Regel mittels Rundschleifmaschinen auf ihr Fertigmaß gebracht. Die geschliffene Oberfläche besitzt nach wie vor eine geringe Rautiefe. Diese darf, wenn auch mikroskopisch klein, nicht gegen Null tendieren, da auch ein gewisses Maß an Rautiefe für eine gute Haftung mitverantwortlich ist. Verantwortlich für eine dauerhafte Funktion der Kegeldorne sind zudem ein sorgsamer Umgang und eine routinemäßige Pflege, wie es bei Werkzeugmaschinen und deren Werkzeugen üblich ist.

Pflege und richtige Behandlung

Morsekegel arbeiten nur effektiv und zuverlässig, wenn ihre Oberfläche vor Schmutz und Beschädigungen geschützt wird. Verschmutzungen lassen sich nicht immer vermeiden, müssen aber vor dem Zusammenfügen von Dorn und Hülse mit einem Putzlappen gut gereinigt werden. Für das Innere der Kegelhülse, in der Arbeitsspindel oder auch der Reduzierhülsen, stehen sogenannte Kegelwischer in der jeweils passenden Größe zu Verfügung.

Vor allen Dingen ist eine Beschädigung der Oberfläche durch herabfallen auf Steinböden oder durch das Auftreffen harter Gegenstände unter allen Umständen zu vermeiden. Jedoch „wo gehobelt wird fallen auch Späne“ und passieren kann immer mal etwas. Kleine Dellen können vor dem nächsten Gebrauch vorsichtig mit Feile und feinem Schmirgelpapier geglättet werden. Bei größeren Schäden muss der Kegel auf einer Rundschleifmaschine im Hundertstel- Millimeter-Bereich nachgearbeitet werden.

Keinesfalls darf ein beschädigter Dorn weiter benutzt werden. Die Folge wäre ein beschädigter Innenkegel, der die Beschädigung an den nächsten Kegeldorn weitergibt. So kann durch Weiterreichen der Werkzeuge eine Kettenreaktion entstehen, die im Lauf der Zeit zur Zerstörung, besonders der Innenkegel, im gesamten Betrieb führt. Vor längeren Maschinenstillständen oder Urlaubszeiten sollten Dorn und Kegel-Hülsen getrennt werden, da es sonst zu Kaltverschweißungen kommen kann.

Fazit Morsekegel

Seit eineinhalb Jahrhunderten haben Morsekegel nichts an ihrer Rationalität verloren. Durch modernere Fertigungstechniken und verbesserte Materialqualitäten hat deren Effektivität noch weiter zugenommen. Bei fachgerechter Behandlung lässt sich aus dieser genialen Erfindung, über viele Jahrzehnte, uneingeschränkter Nutzen ziehen.