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In
DE 10 2021 002 832 wird allgemein eine Vorrichtung beschrieben, welche die Entstehung von Schwingungen bei spanenden Bearbeitungsprozessen unterbinden soll. Es wird vorgeschlagen, das Werkzeug mit einer sogenannten zusätzlichen „Fläche 3“ auszustatten, welche das Werkstück berührt jedoch nicht bearbeitet. Der Ausdruck „Fläche 3“ wird im Folgenden wie ein Eigenname für diese Fläche verwendet In den Zeichnungen ist sie mit dem Bezugszeichen „3“ gekennzeichnet. Die besagte Fläche 3 soll eine kinetische Verbindung zwischen Werkstück und Werkzeug herstellen, damit sich Werkstück und Werkzeug beim Schwingen gegenseitig beeinflussen und stören. Schwingungen im spanenden Bearbeitungsprozess sollen dabei im Keim vereitelt werden.
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Die vorliegende Anmeldung hat ihren technischen Ausgangspunkt bei
DE 10 2021 002 832 und setzt die bestimmungsgemäße Anwendung der Fläche 3 als bekannt voraus. Oben genannte Anmeldung bezieht sich auf alle geführten spanenden Werkzeuge, behandelt im Konkreten jedoch nur eine Kreissäge und Fräsköpfe zum Planfräsen. Typisch bei den dort beschriebenen Ausführungsbeispielen ist, dass die Flächen 3 im Wesentlichen immer Teil einer Ebene sind. Dies schränkt ihre Anwendbarkeit ein.
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Die vorliegende Erfindung soll den Anwendungsbereich der Fläche 3 im Konkreten erweitern. Sie soll weitere konkrete technische Lösungen für geführte spanende Werkzeuge darstellen, die nicht nur Planfräsen sondern auch Seitenwandfräsen und 3D-Fräsen mit umfassen.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist die zusätzliche Fläche 3 eine unebene 3D-Fläche, wobei mindestens ein Teil der Fläche 3 durch eine Projektion von mindestens einem Teil der, in dem Werkzeug verwendeten Schnittkannte bestimmt ist.
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Bei allen Schnittkannten mit Knicken oder Krümmungen ist das wünschenswert, weil beispielsweise eine gekrümmte Schnittkannte eine gewölbte Fläche im Werkstück hinterlässt. Die Fläche 3 muss dieser Wölbung entsprechen, um möglichst großflächige Berührung herzustellen und so die Kraftübertragung von Werkstück zu Werkzeug zu optimieren.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind in der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichen in den Zeichnungen und in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung erweitert die Anwendbarkeit der Fläche 3 auf Werkzeuge für Seitenwandfräsen, Profilfräsen und 3D-Fräsen.
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Die meisten der beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichen zusätzlich die Anwendung der Fläche 3 an handelsüblichen Zerspanungswerkzeugen, ohne diese zuvor konstruktiv anzupassen. Das spart Entwicklungs- und Herstellungskosten, und macht die Fläche 3 bedarfsgerecht einsetzbar.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die Figuren zeigen:
- 1: einen handelsüblichen Fräskopf mit 5 Wendeplatten zum Plan- und Seitenwandfräsen in schematisch perspektivischer Darstellung
- 2: Fräskopf wie 1 als Draufsicht
- 3: Fräskopf wie 1 mit erfindungsgemäßem zusätzlichem Bauteil
- 4: Fräskopf wie 2 mit erfindungsgemäßem zusätzlichem Bauteil als Draufsicht
- 5: Teilschnitt durch Fräskopf wie 1 mit erfindungsgemäßem zusätzlichem Bauteil
- 6: Fräskopf wie 1 mit elastischen Blechen
- 7: Fräskopf wie 2 mit elastischen Blechen
- 8: Teilschnitt durch Wendeplatte und elastischem Blech mit langer Fahne
- 9: Teilschnitt durch Wendeplatte und elastischem Blech mit kurzer Fahne
- 10: 3D-Fräskopf mit 7 Wendeplatten schematisch perspektivische Darstellung
- 11: Fräskopf wie 10 als Draufsicht.
- 12: Fräskopf wie 10 mit elastischen Blechen
- 13: Fräskopf wie 11 mit elastischen Blechen
- 14: Wendeplatte ohne Schneidkanten schematisch perspektivische Darstellung
- 15: Teilschnitt durch Fräskopf mit Wendeplatte ohne Schneidkante
- 16: 3D-Fräskopf wie 10 mit zwei Wendeplatte ohne Schneidkante
- 17: 3D-Fräskopf wie 16 als Draufsicht
- 18: Teilschnitt durch Fräskopf mit schneidender und nicht schneidende Wendeplatte hintereinander
- 19: Teilschnitt durch Fräskopf wie 18 mit stützendem Bauteil für schneidende Wendeplatte
- 20: Teilschnitt durch Fräskopf, schneidende und nicht schneidende Wendeplatte integriert
- 21: Teilschnitt durch Fräskopf mit integrierter Wendeplatte ohne harten Ring
- 22: Teilschnitt durch Fräskopf mit formschlüssiger Halterung des weichen Ringes
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Beim ersten Ausführungsbeispiel wird von einem handelsüblichen Fräskopf für Planfräsen und Seitenwandfräsen ausgegangen. Die 1 stellt einen solchen Fräser perspektivisch und schematisch dar. Die 2 zeigt eine schematische Draufsicht von einem solchen Fräser. Mit einem Fräserkorpus (1) und fünf Wendeplatten (2). 3 zeigt perspektivisch und schematisch denselben Fräser, ausgestattet mit einem erfindungsgemäßen zusätzlichen Bauteil (4), bestehend aus beispielsweise Metall, Kunststoff oder Gummi, das gleich mehrere Flächen 3 (3) erzeugt. Der gepunktete Bereich (5) der Flächen auf dem Bauteil ist durch eine Projektion der in Drehrichtung vorausgehenden Schnittkannte bestimmt. 4 zeigt schematisch eine Draufsicht desselben Fräsers.
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5 zeigt einen Querschnitt durch das Bauteil (4) zusammen mit einer Wendeplatte (2) und einem abgehobenen Span (7). Nach dem Freiwinkel der Wendeplatte (2) legt sich das Bauteil (4) zwischen den Korpus des Fräsers (1) und das Werkstück (6). Die gekreuzte Schraffur zeigt den Werkstoff des Bauteils (4), welcher der Art nachgiebig ist, dass die Wendeplatte (2) bei Richtungsänderungen in der Bearbeitung ihre Eindringtiefe in das Werkstück (6) im Rahmen der Spandicke verändern kann. Somit ist vorgesehen, dass sich auch die Dicke des Bauteils (4) an dieser Stelle etwa im Rahmen einer durchschnittlichen Spandicke verändern kann.
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Es ist denkbar das Bauteil (4) aus mehreren Teilen zusammen zu setzen aber auch es aus einem Guss zu fertigen, beispielsweise aus einem Spritzguss aus Polyethylen. Das Bauteil (4) weist geeignete Sicken, Ausstülpungen, Haken und andere Konstruktionselemente auf, welche es dem Bauteil ermöglichen die Topologie des Fräserkorpuses für eine formschlüssige Verbindung zu nutzen (Siehe 3 und 4). Somit kann das Bauteil (4) je nach Bedarf an dem Fräserkorpus (1) angebracht oder entfernt werden oder für eine Wartung ausgetauscht werden, vorzugsweise ohne dabei zusätzliches Werkzeug zu verwenden.
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Eine ähnliche Anzahl von Flächen 3 kann auch damit erzeugt werden, dass hinter jeder einzelnen Wendeplatte (2) an einem Fräskopf ein speziell gebogenes, elastisch biegsames Blech (8) vorgesehen wird, welche die Flächen 3 bilden, welche dann ja die erwünschte Interaktionskraft zwischen Werkstück und Werkzeug übertragen. Die 6 zeigt perspektivisch und schematisch den aus 1-4 bekannten Fräskopf, hier jedoch ist er mit erfindungsgemäßen Blechen ausgestattet. Zwischen Fräser-Korpus (1) und Wendeplatte (2) ist ein Blech (8) angeordnet und wird durch die Verschraubung (9) der Wendeplatte (2) zwischen den beiden eingeklemmt und in Position gehalten. Das Blech (8) ist größer als die Wendeplatte (2) und speziell geformt, so dass das Blech (8) über die Klemmfläche hinausragt. Diese hinausragenden Blechteile (Fahnen) (10) sind am Rand der Klemmfläche abgeknickt, so dass mindestens eine Fläche des Bleches (8) quasi kongruent mit der bearbeiteten Fläche des Werkstückes ist. Dies ist die Fläche 3. Auf diese Weise ist die Fläche 3 mindestens teilweise auch eine Projektion der Schnittkannte der ihr vorausgehenden Wendeplatte (2). Die 7 zeigt eine Draufsicht der oben beschriebenen Anordnung. Die 8 veranschaulicht diese Anordnung mit Hilfe eines Schnittes durch Fräserkorpus (1) und Wendeplatte (2). Hier sieht man ein Blech (8) mit einer langen Fahne (10). Die Fahne (10) bildet die Fläche 3. Wegen der Hebelwirkung ist es leicht ein Blech mit einer langen Fahne zu verformen. Deshalb ist die Kraft zwischen der Fläche 3 und dem Werkstück (6) moderat. 9 zeigt einen Ausschnitt von 8 mit einem Blech (8) mit kurzer Fahne (10). Hier ist der Hebel kürzer und die Kraft der Fläche 3 auf das Werkstück (6) ist größer. Diese Blechfähnchen (10) wirken wie eine Blattfeder. Je länger das Blech bzw. die Fahne ist, desto weicher wird die Federung. Experimente werden zeigen, wo das Optimum zwischen der Interaktionskraft von Werkstück und Werkzeug einerseits und der Verformbarkeit der Fahne (10) andererseits zu finden ist. Die Verformbarkeit der Fahne (10) ist wichtig, weil sie für den Fräskopf den Freiheitsgrad bereitstellt, um seine Richtung während der Bearbeitung eines Werkstückes ändern zu können. Denn bei diesem Fräskopf handelt es sich ja um ein geführtes Werkzeug. Es ist sinnvoll, wenn sich das Blech (8) in der Nähe einer Wendeplatte (2) befindet, weil so der Fräskopf aus geometrischen Gründen mehr Bewegungsfreiheit für Richtungsänderungen hat. Prinzipiell kann dieses Blech (8) aber auch an jeder anderen Stelle des Fräskopfes montiert sein und auch auf andere Weise befestigt sein. Z.B. könnte es auch in eine Nut im Fräskopfkorpus (1) hineingesteckt sein. Diese Ausführungsform ist auch anwendbar auf einen Fräskopf, der für das 3D-Fräsen vorgesehen ist. Die 10 zeigt schematisch und perspektivisch einen solchen Fräskopf. 11 zeigt diesen Fräskopf in der Draufsicht. Dieser Fräskopf hat kreisförmige Wendeplatten (2) und kann daher in verschiedenen Winkeln an das Werkstück herangeführt werden, um es zu bearbeiten. Je nach Angriffswinkel wird dabei ein anderer Kreisausschnitt der Wendeplatten (2) genutzt. Die Flächen 3 müssen diesem Umstand Rechnung tragen. Die 12 zeigt besagten 3D-Fräskopf schematisch und perspektivisch, hier ist er jedoch mit elastischen Blechen ausgestattet. 13 zeigt diesen Fräskopf als Draufsicht. Wenn man die kreisförmige Schnittkannte (11) der Wendeplatte (2) auf die Bleche (8) projiziert, so ergibt sich für die Bleche (8) ebenfalls eine Kreisform. Von der Wendeplatte (2) weg sind sie wie ein kreisförmiges Baströckchen angeordnet. Vorzugsweise sind auch die einzelnen Fähnchen (10) als Kreisausschnitte gewölbt. Zwischen den Fähnchen sind Lücken (12) vorgesehen damit die Fähnchen (10) kreisförmig zusammengedrückt werden können. Auf diese Weise wird auch diesem Fräskopf die Freiheit für Richtungsänderungen während seiner Arbeit gegeben.
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Im Vergleich zur vorangehenden Ausführungsform ist diese hier aufwendiger zu montieren, sie erscheint jedoch auch stabiler. Da die Bleche (8) vorzugsweise aus Metall gefertigt sind, verhalten sie sich vergleichsweise verschleißarm. Mit Hilfe eines kombinierten Stanz- und Biegeverfahrens können diese Bleche (8) sehr kosten günstig in Massen hergestellt werden. Natürlich sind diese Bleche (8) auf die Verwendung einer bestimmten Wendeplatte (2) abgestimmt. Die Bleche stellen somit ein eigenes Produkt als optionales Zubehörteil zu einem bestimmten Wendeplatten Typ dar, der bei Bedarf angewendet werden kann, um einerseits einen besonders heiklen Fräsprozess zu beruhigen, oder andererseits einen normalen Fräsprozess zu beschleunigen.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird die Definiertheit, Härte und erforderliche Präzision der Fläche 3 weiter erhöht. Denn es ist vorgesehen die Fläche 3 vermittels mindestens einer erfindungsgemäßen Wendeplatte (13) zu erzeugen, die das Werkstück (6) zwar berührt aber nicht bearbeitet. Siehe hierzu die 14 und 15. Diese erfindungsgemäßen Wendeplatten (13) haben also keine Schnittkanten. Sie sind vorzugsweise elastisch befestigt, weil sie bei Richtungsänderungen des Fräskopfes nicht wie eine Wendeplatte (2) mit Schnittkante tiefer in das Werkstück (6) eindringen können. Da das Werkstück (6) nicht weicht, weil es nicht bearbeitet wird, muss bei Richtungsänderungen die Wendeplatte weichen. Die Wendeplatte ohne Schnittkante (13) muss also vorzugsweise um eine Spandicke nachgeben können.
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Für den Fall, dass es sich um eine kreisrunde erfindungsgemäße Wendeplatten (13) handelt, wie beispielsweise bei dem beschriebenen 3D-Fräskopf, so wird vorgeschlagen, einen äußeren harten Ring (14) mit der Fläche 3 und einen inneren elastischen Ring (15) vorzusehen. Dieser innere elastische Ring (15) ist beispielsweise aus Kunststoff, Gummi oder einer federnden Draht- oder Blechkonstruktion gefertigt. Innerer und äußerer Ring (14 und 15) sind vorzugsweise fest miteinander verbunden durch eine form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindung. Für eine sichere Montage ist optional ein fester Kern (16), vorzugsweise aus Metall, vorgesehen, welcher in den inneren Ring (15) gesteckt ist, und mit diesem vorzugsweise ebenfalls fest verbunden ist. 14 zeigt perspektivisch eine solche elastisch gelagerte Wendeplatte ohne Schnittkante (13) mit Kern aus Metall (16) für die Montage. Es handelt sich also um eine Wendeplatte ohne Schnittkannte (13), die aus einer Kombination von festen und elastischen Konstruktionselementen aufgebaut ist. Diese Ausführungsform beschreibt kreisförmige Wendeplatten nur als Beispiel. Jede andere Form von Wendeplatte, rechteckig, dreieckig, polygonförmig, oval usw. ist hier mit gemeint. Auch die Schichtung von verschiedenen Materialien ist hier natürlich beispielhaft, denn es ist ja auch denkbar, dass nur ein einziger elastischer Werkstoff für eine erfindungsgemäße Wendeplatte verwendet wird.
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Natürlich kann man nicht alle Wendeplatten mit Schnittkannte durch Wendeplatten ohne Schnittkannte ersetzen. Ein solcher Fräskopf würde seine Funktion verlieren.
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Aber an einem Fräskopf mit 7 Wendeplatten könnten bei Bedarf beispielsweise 2 Wendeplatten durch solche ohne Schneidkannte ersetz werden. In dem Fall würde der Fräskopf einen Teil seiner Fräsleistung einbüßen. Dafür gewinnt man aber mehr Ruhe im Bearbeitungsprozess. Die 16 und 17 zeigen einen solchen Fräskopf, bei dem zwei der sieben Wendeplatten durch solche ohne Schnittkante ersetzt wurden.
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Es ist aber auch denkbar, den Fräserkorpus (1) von Anfang an mit mehr Plätzen für Wendeplatten als üblich auszustatten, um die Wendeplatten ohne Schnittkannten (13) mit unterzubringen, ohne die Fräsleistung des Werkzeuges zu beeinträchtigen. So könnte ein Fräskopf mit 7 schneidenden Wendeplatten beispielsweise 9, 11 oder auch 14 Plätze für Wendplatten aufweisen. Es ist auch zu berücksichtigen, dass eine leicht asymmetrische Verteilung von Wendeplatten mit und ohne Schneidkannte schwingungstechnisch von Vorteil sein kann.
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Im Folgenden wird beschrieben, wie die Fläche 3 an und in einer schneidenden Wendeplatte (2) integrierbar ist.
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Es ist vorgesehen eine schneidende und eine nicht schneidende Wendeplatte gemeinsam auf einem Platz zu verwenden. Quasi huckepack hintereinander, während sie gemeinsam durch eine Schraube (9) auf dem Platz festgehalten werden. So würde zuerst die scheidende Wendeplatte (2) das Werkstück (6) bearbeiten und einen Span (7) abheben und gleich danach folgt die nicht schneidende Wendeplatte (13) und hält das Werkstück fest, um Schwingungen im Ansatz zu vereiteln. Erfindungsgemäß sind schneidende und nicht schneidende Wendeplatte aufeinander abgestimmt, denn schließlich muss die Fläche 3 der nicht schneidende Wendeplatte wenigstens teilweise eine Projektion der Schnittkannte ihrer Vorgängerin sein.
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Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass auch hier wieder herkömmliche Fräser und Wendeplatten verwendet werden können, während die nicht schneidenden Wendeplatten nach Bedarf ergänzt werden können.
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18 zeigt, wie der feste Kern (16) der Wendeplatte ohne Schneidkante (13) in den Fräserkorpus (1) integriert werden kann. Hier ist besagter fester Kern (16) Teil des Fräserkorpus (1). Zur Wartung ausgetauscht werden nur harter äußerer Ring (14) und weicher innerer Ring (15). Diese Konstruktion verbessert die stabile Lagerung der Wendeplatte mit Schnittkante (2)
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Um die Auflagefläche der schneidenden Wendeplatte zu vergrößern, ist es vorgesehen ein weiteres Bauteil (17) zur Ergänzung des Fräserkorpus vorzusehen, welches sich auf dem Platz der nichtschneidenden Wendeplatte und vorzugsweise an dem Fräserkorpus (1) formschlüssig festhält. Die beiden Wendeplatten würden dadurch auch etwas Abstand zueinander gewinnen. Siehe hierzu 19.
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Es ist auch vorgesehen, schneidende und nicht schneidende Wendeplatte in einem Bauteil zu integrieren. Dabei wird der feste Kern der Wendeplatte ohne Schnittkante mittels der Wendeplatte mit Schnittkante gebildet. 20 stellt dies in einer Schnittzeichnung dar. Bei dieser Ausführungsform sind Schnittkannte und Fläche 3 besonders nahe beieinander, so dass aus geometrischen Gründen nur wenig Elastizität bei der Fläche 3 nötig ist um dem Fräskopf ausreichend Freiheit für Richtungswechsel zu geben. Diese Ausführungsform könnte man auch als schneidende Wendeplatte (2) mit integriert Fläche 3 bezeichnen. Um diese integrierte Wendeplatte zu vereinfachen, ist es vorgesehen, bei der nicht schneidenden Wendeplatte den harten äußeren Ring weg zu lassen und nur den elastischen Ring (15) vorzusehen, der nun die Fläche 3 bildet, welche das Werkstück berührt aber nicht spanend bearbeitet. Auch der elastische Ring muss wenigstens teilweise eine Projektion der vorweglaufenden Schnittkante aufweisen, sonst funktioniert er nicht richtig. 21 stellt dies in einer Schnittzeichnung dar.
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Für eine formschlüssige Befestigung des weichen Ringes (15) und für seine leichte Austauschbarkeit ist es vorgesehen, durch Fräserkorpus (1) und Wendeplatte (2) gemeinsam eine Sicke zu bilden in welcher der weiche Ring (15), der die Fläche 3 bildet, gehalten wird. Die sich so für die Wendeplatte (2) ergebende Form ist zu dem günstig für ihre Herstellung beim Sinterprozess. 22 stellt dies als Schnitt dar.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Kombinationen aus den oben beschriebenen Ausführungsformen ausdrücklich in dieser Anmeldung mit vorgesehen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fräserkorpus
- 2
- Wendeplatte
- 3
- Fläche 3, die das Werkstück berührt aber nicht bearbeitet
- 4
- Einzelnes Bauteil, das einen Fräskopf um die Fläche 3 ergänzt
- 5
- Gepunkteter Bereich, der eine Projektion der vorausgehenden Schnittkante ist.
- 6
- Werkstück
- 7
- Abgehobener Span
- 8
- Blechteil
- 9
- Verschraubung der Wendeplatte
- 10
- Blech-Fahne
- 11
- Schnittkannte einer Wendeplatte
- 12
- Lücke zwischen zwei Blechfahnen
- 13
- Wendeplatte ohne Schneidkante
- 14
- Harter äußerer Ring
- 15
- Weicher innerer Ring
- 16
- Harter Kern der Wendeplatte ohne Schneidkante
- 17
- Zusätzliches Bauteil zur Ergänzung des Fräserkorpus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021002832 [0001, 0002]