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Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Schneidwerkzeuge für die spanabhebende Metallbearbeitung, insbesondere Scheibenfräser, mit auswechselbaren Schneideinsätzen, einem Plattensitz für die selbstklemmende Befestigung der Schneideinsätze, sowie mit zwei einander gegenüberliegenden Sitzbakken mit Anlageflächen für die Anlageflächen der Schneideinsätze, wobei die Anlageflächen der Sitzbacken in einem Keilwinkel zueinander angestellt sind, der sich in Schnittrichtung öffnet und die Anlageflächen komplementär zu den in Arbeitsposition gegenüberliegenden Anlageflächen der Schneideinsätze ausgebildet sind und konvexe oder konkave Führungsmittel besitzen.
Solche rotierenden Werkzeuge benutzt man, um in feste Materialien, insbesondere Metalle, Schlitze hineinzuschneiden oder um derartige feste Materialien durchzuschneiden und damit abzutrennen. Diese rotierenden Schneidwerkzeuge bestehen aus Scheiben mit einer zentralen Öffnung zum Befestigen und Verkeilen der Scheibe auf einer Spindel und haben am Umfang angeordnete Schneidelemente. Die Schneidelemente können mit Hilfe von Klemmvorrichtungen an der Scheibe auswechselbar befestigt sein. Wegen der Scherkräfte und der Zentrifugalkräfte benutzte man relativ komplizierte Klemmvorrichtungen, um die Schneideinsätze in ihren Sitzen auf der Scheibe zu befestigen. Solche Klemmvorrichtungen sind teuer, verursachen beim Auswechseln der Schneideinsätze einen grossen Zeitaufwand und begrenzen die Anzahl der Schneideinsätze auf einer Scheibe.
Die fortlaufende Entfernung der beim Schneiden erzeugten Späne ist bei allen Schneidarbeiten ein Problem. Diese Problem ist bei rotierenden Schneiderkzeugen mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Schneidelementen noch wesentlich komplizierter, da zu den gerade erzeugten Spänen das Problem hinzutritt, die durch das vorangegangene Schneidelement erzeugten Späne zu beseitigen, falls diese nicht unmittelbar nach ihrer Erzeugung vollständig beseitigt wurden. Um die Entfernung der Späne zu unterstützen und die Gefahr einer Beschädigung des Werkstückes durch die Späne möglichst niedrig zu halten, ordnet man die Schneidelemente gewöhnlich so an, dass jedes Schneidelement nur einen Teil der ganzen Schnittbreite schneidet. Für denselben Zweck sind auch Schneidelemente mit unterschiedlichen Schnittbreiten gebräuchlich.
Die nach diesen beiden Methoden erzeugten Späne sind schmaler als der eingeschnittene Schlitz und können so leichter entfernt werden.
Versetzt angeordnete Schneidelemente und Elemente von unterschiedlicher Breite vermindern den Wirkungsgrad der Schneidarbeit. Die Verwendung derartiger Schneidelemente hilft das Probime. zu lösen, von den Spänen ausgehende Schäden zu vermindern und die Späne zu entfernen, sofern das Werkstück gedreht wird. Für diese Schneideinsätze ist jedoch eine wesentlich festere Befestigung nötig als bei anderen Schneideinsätzen, da beim Ausschneiden der schmaleren Späne zusätzliche Kräfte entstehen. Das von der Spanbeseitigung ausgehende Problem wird verschlimmert durch die Notwendigkeit, den Schneideinsatz im Halter gegen die aus der Drehbewegung entstehenden Zentrifugalkräfte absolut festzusetzen.
Für die Befestigung von Schneideinsätzen sind viele Klemmvorrichtungen bekannt. Klemmvorrichtungen benötigen jedoch Platz und vermindern damit die Anzahl von Schneideinsätzen, die rund um den Umfang der Scheibe gesetzt werden können. Ferner sind für Klemmvorrichtungen Klammern und Halter notwendig, die eine Verringerung der Breite des Schneidwerkzeuges eine Grenze setzen, was zum Problem wird bei Schneidwerkzeugen für sehr schmale Schlitze, wie z. B. Sägen. Im Stand der Technik sind auch Schneidwerkzeughalter mit selbst-haltenden Schneideinsätzen bekannt, z. B. zeigt die US-Patentschrift Nr. 55 423 Sägezähne in einer Kreissäge ohne irgendwelche sperrenden Halte- oder Klemmvorrichtungen.
Das US-Patent Nr. 3 785 021 zeigt einen Schneidwerkzeughalter mit einer Klemmvorrichtung für einen Schneideinsatz, bei weichem das Klemmelement durch Federkraft wirksam ist. Jedoch spricht keines der im Stand der Technik bekannten Patente das Problem an, wie die beschriebenen Schneidelemente in Scheibenfräsern wirksam und sicher festgehalten werden können.
Das erfindungsgemässe Schneidwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass am Schneidwerkzeugkörper von einer Sitzbacke ausgehende, federnde, in Vertiefungen des Schneideinsatzes einrastende Sperrklinken vorgesehen sind.
Das rotierende Schneidwerkzeug benutzt Schneideinsätze, die im Halter durch die geometrischen Formen des Halters und des Schneideinsatzes festgehalten werden, ohne dass besondere Klemmvorrichtungen erforderlich sind. Der Halter besteht aus backenförmigen Sitzen für die Schneideinsätze, wobei die Form der Sitze genau an die Form der Schneideinsätze angepasst ist. Zusätzlich enthält der Sitz eine federnde Sperrklinke, die in eine Vertiefung im Schneideinsatz einrasten kann, so dass ein in den Halter eingesetzter Schneideinsatz dort verriegelt ist und nur mit einem speziell für diesen Zweck konstruierten Werkzeug herausgeholt werden kann. Auf diese Weise gibt es keine Klemmvorrichtung, die eine bestimmte Mindestdicke des Halters erfordert und wertvollen Platz auf dem Werkzeugumfang einnimmt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Schneidwerkzeug für die spanabhebende Metallbearbeitung, bei weichem ein keilförmiger Hartmetall-Schneideinsatz in eine entsprechend keilförmige Ausnehmung in einem Werkzeughalter eingesetzt und innerhalb dieser mittels Reibung gehalten ist. Der
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Schneideinsatz wird manuell in den Werkzeughalter eingesetzt und durch den Schneidvorgang werden genügende Kräfte erzeugt, die den Schneieinsatz in ausreichendem Masse in den Werkzeughalter pressen, um eine wirksame Verkeilung und das Halten des Schneideinsatzes im Werkzeughalter zu sichern.
Es gibt jedoch Fälle, in denen infolge eines unvollständigen Einsetzens eines Schneideinsatzes in den Werkzeughalter und noch bevor die Schneidkräfte schon genügend wirksam sind, um den Schneideinsatz vollständig in die keilförmige Ausnehmung des Werkzeughalters zu pressen, die zu einem kraftvollen Ausschleudern des Schneideinsatzes mit möglichen gefährlichen Folgen führen können.
Um die Gefahr einer solchen zufälligen Lockerung und Ausschleuderung des Schneideinsatzes zu vermeiden oder zumindest zu minimieren, sieht die vorliegende Erfindung ein zusätzliches Mittel vor, um sicherzustellen, dass der Schneideinsatz unter allen Umständen in der Ausnehmung des Werkzeughalters zurück-bzw. festgehalten wird ; dieses Mittel besteht aus federnden Sperrklinken zur Verriegelung der Schneideinsätze in ihrem Sitz, die in eine Vertiefung im Schneideinsatz einrasten können.
Die US-PS 3 688 366 (JONES) offenbart ein Schneidwerkezug, bei welchem ein Einsatz 28 in seiner Stellung auf dem Werkzeug mittels eines Klemmriegels 38 festgeklemmt wird, wobei eine hakenförmige Nase 36 des Klemmriegels in eine Quernut 34 des Einsatzes eingreift. Gemäss dieser Druckschrift wird nicht einmal im entferntesten an die Verwendung eines keilförmigen Einsatzes gedacht, sondern lediglich an einen Einsatz, der mechanisch mittels eines Klemmriegels befestigt ist, wobei der Eingriff einer hakenförmigen Nase in die Quernut mit einer federnden Sperrklinke sicherlich nicht vergleichbar ist.
Die DD-PS 95 731 (SANDVIKENS) offenbart die Halterung eines Einsatzes mit einem rechtwinkeligen bzw. rechteckigen und nicht keilförmigen Körper, der in seiner Stellung mittels eines Federarmes 14 gehalten wird, der sich auf der Oberfläche des Einsatzes abstützt, jedoch in keine Nut od. dgl. im Einsatz eingreift. Auch hier ist somit keine Rede von einer keilförmigen Halterung des Einsatzes im Werkzeughalter noch von einer zusätzlichen Halterung des Einsatzes mittels des Eingriffs einer federnden Sperrklinke in eine entsprechende Vertiefung im Einsatz.
Die GB-PS 1 370 210 (KENNAMETAL) offenbart gemäss den Fig. 16 und 17- die Halterung eines.
Einsatzes 90 der einen ; im wesentlichen rechteckig bzw. rechtwinkelig geformten Körper aufweist, der auf einer Trägerolatte 96 mittels einer Klemmplatte 98 festgeklemmt wird. Auch hier gibt es keinerlei KeilHalterung. Die Klemmolatte 98 weist eine Oberfläche 100 und einen Finger 102 auf, der von dem Teil der Klemmplatte, der die Oberfläche 100 trägt, durch einen Einschnitt 104 getrennt ist, wobei der Finger 102 in eine im Einsatz ausgebildete Nut 92 eingreift.
Wie auf Seite 2, in den Zeilen 10-15 der Beschreibung ausdrücklich gesagt wird, "ist sogar nachdem der Finger 102 die nach oben weisende Fläche der Nut 92 erfasst hat, etwas zusätzliche Bewegung nach unten der Klemmplatte 98 möglich, um ein sicheres Klemmen des Einsatzes zwischen den Flächen 94 und 100 zu gewährleisten."
Es ist somit klar, dass-ganz abgesehen von der Tatsache, dass die zuletzt genannte Druckschrift eine Keil-Halterung weder offenbart noch andeutet - die Bereitstellung des Fingers 102 lediglich erfolgt bzw. die Bestimmung des Fingers 102 ist, die Klemmplatte 98 mit einem ausreichenden Grad von Flexibilität zu versehen, um eine effektive Klemmung des Einsatzes unter allen Bedingungen und in allen Situationen zu ermöglichen.
Die Arbeitsweise und Anwendung dieser Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert :
Fig. 1 zeigt den Scheibenfräser im perspektivischer Darstellung.
Fig. 2 und 3 zeigen in perspektivischer Darstellung den Sitz für einen Schneideinsatz und den jeweils zugehörigen Schneideinsatz nach unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die
Sitze konkave bzw. konvexe Flächen haben und die Flächen der Schneideinsätze daran jeweils angepasst sind.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform für einen Auswurfhebel in perspektivischer Darstellung.
Figuren 5a, b und c zeigen weitere Ausführungsformen der Sitzanordnung mit federnden Sperrklinken zur
Verriegelung des Schneideinsatzes.
Figuren 6 a, b und c zeigen Schneideinsätze mit prismatischen Vertiefungen innerhalb des Sitzes zur
Aufnahme der Sperrklinke.
Die Erfindung bezieht sich auf rotierende Schlitz-Schneidwerkzeuge - sogenannte Scheibenfräser - zum
Schlitzen und Abtrennen von Material. Das Werkzeug besteht aus zwei Konstruktionselementen, dem scheibenförmigen Schneidwerkzeughalter 1 mit Vertiefungen 3 zur Aufnahme der anderen Bauelemente, nämlich der auswechselbaren Schneideinsätze 8. Die Schneideinsätze bestehen im allgemeinen aus
Hartmetall.
Der Körper oder Schneidwerkzeughalter 1 ist im allgemeinen eine relativ dünne metallische Scheibe, deren Dicke geringer ist als die Schnittbreite, die mit den Schneideinsätzen 8 erreicht wird. In der Mitte des
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Schneidwerkzeughalters ist eine Öffnung 23 zur Befestigung des Schneidwerkzeughaiters auf einer Spindel.
Üblicherweise versieht man diese Öffnung mit einer Keilnut, um die Scheibe auf der Spindel festzukeilen.
Die Sitze 3 für die Schneideinsätze entsprechen der Form der Schneideinsätze 8. Oberhalb der Sitze sind Aussparungen 17 für die Späne, welche diese in einer weiter unten beschriebenen Art und Weise aufnehmen. Die Backen 4a und 4b der Sitze haben in der Ausführungsform nach Fig. 2 im Querschnitt eine konvexe V-Form und in der Ausführungsform nach Fig. 3 im Querschnitt eine konkave V-Form. Am Ende jedes Sitzes befindet sich eine Aussparung 6 zum Auswerfen des Schneideinsatzes. Hierzu dient ein Auswerfer 15 mit einem Handgriff 14 und einem Hebel 16, der in die Aussparung 6 eingesetzt werden kann, um die ohne Klammern festgehaltenen Schneideinsätze aus dem Schneidhalter herauszulösen.
In der Scheibe befinden sich längliche gebogene Schlitze 2 zwischen den Sitzen am Umfang der Scheibe, die sich dort zur zentralen Öffnung erstrecken. Die Schlitze 2 dienen verschiedenen Zwecken, z. B. als Ausgleich für die Spannungsdifferenzen und Deformationen, die beim Schneiden in den Körper des Schneidplattenhalters eingeprägt werden. Ausserdem vergrössern die Schlitze 2 die Elastizität der Scheibe und erlauben mehr Schneideinsätze auf dem Umfang des Scheibenfräsers anzubringen.
Es sind Mittel vorgesehen, die die Schneideinsätze während des Schneidens an ihrem Platz festhalten und davor bewahren, dass sie unter der Wirkung der Zentrifugalkräfte hinausgeworden werden. In erster Linie wird der Schneideinsatz durch die Geometrie des Einsatzes und des Sitzes festhalten trotz der grossen Kräfte, die beim Schneiden auf den Einsatz einwirken. Diese Geometrie besteht im wesentlichen in der Keilform des Schneideinsatzes mit den prismatischen oder mehrfach zusammengesetzten ebenen Halteflächen 10a, 10b, 11 a, 11 b (vgl. Figuren 2 und 3) und den an die Halteflächen des Schneideinsatzes angepassten keilförmigen Flächen 5a, 5b, 7a, 7b der Sitze 3. Die Schneideinsätze werden in die Sitze 3 des Schneidwerkzeughalters mit einer Einfügungskraft eingesetzt.
Auf den Schneideinsatz eines Scheibenfräsers wirken die Schneidkräfte, Kräfte, die den Einsatz festzuhalten suchen und die aus der Drehbewegung des Werkzeuges entstehenden Zentrifugalkräfte ein.
Da das Schneiden mit Scheibenfräsern ein intermittierender Vorgang ist, ist es besonders wichtig sicherzustellen, dass der Schneideinsatz zuverlässig in seinen Sitzen festgehalten wird. Bei dem Scheibenfräser nach dieser Erfindung geschieht dies nicht durch äussere Klammern, vielmehr wird er durch "Keil"-Kräfte festgehalten. Wenn der Schneideinsatz mit seinem keilförmigen Körper zwischen die ebenfalls keilförmigen Sitzbacken des Halters eingesetzt ist, wirken Normal-Kräfte auf diese Sitzbacken ein. Diese Normal-Kräfte erzeugen Reibungskräfte zwischen den aufeinanderliegenden Flächen, welche den Schneideinsatz auch dann festhalten, wenn die zum Einsetzen des Schneideinsatzes aufgewendeten Kräfte enden.
Bekanntlich werden die normalen Kräfte. umso grösser, je kleiner der Keilwinkel a (vgl. Fig. 1) istbezogen auf dieselben Einsatzkräfte - und dementsprechend wachsen auch die haltenden Reibungskräfte an. Deshalb wird die Zuverlässigkeit, mit der der Schneideinsatz festgehalten wird, als Folge der stärkeren Keilkräfte des Schneideinsatzes in den Sitzen vergröert, wenn der Keilwinkel a verkleinnert wird. Jedoch kann der Keilwinkel nicht wesentlich verkleinert werden, weil die Normal-Kräfte im Körper des Schneidhalters mechanische Spannungen erzeugen, die schliesslich zum Bruch führen könnten. Damit sind der Verkleinerung des Keilwinkel Grenzen gesetzt. Für die Werkzeuge nach dieser Erfindung liegen die optimalen Werte für den Winkel a (vgl.
Fig. 1) im Bereich 9 : ! : 20. Der jeweils optimale Wert hängt von den Eigenschaften der Materialien ab, aus denen der Schneidhalter und die Schneideinsätze bestehen.
Als Alternative können an den Schneideinsätzen Mittel Vorgesehen sein wie z. B. die Vertiefungen 25a, 25b und 25c zur Aufnahme von Halteelementen wie z. B. der Sperrklinken 24a, 24b und 24c.
Auf diese Weise halten die Geometrie der Schneideinsätze und der Schneidhalter einschliesslich der Halteflächen die Schneideinsätze unabhängig von der Grösse der Schnittkräfte sicher in ihren Sitzen fest.
Zum Herausnehmen der Schneideinsätze aus ihren Sitzen sind Kräfte aus der Richtung der Aussparung 6 erforderlich, die grösser als die haltenden Reibungskräfte sind.
Die konkaven Flächen 10a und 10b der Schneideinsätze sind vorteilhafter als die konvexen Flächen Ha und 11 b, wenn die Schneideinsätze aus Hartmetall hergestellt sind und im gesamten Werkzeug übermässige Spannungen erzeugt werden. Dann wird als erstes der Schneideinsatz brechen vor dem Sitz im Werkzeug und so das Werkzeug geschützt. Ähnlich sichern die prismatischen Formen die Stabilität des Schneideinsatzes im Werkzeug im Hinblick auf seitliche Kräfte und insbesondere wenn abwechselnd rechtsschneidende und linksschneidende Schneideinsätze benutzt werden.
Im Vorderbereich des Schneideinsatzes ist die Schneidkante 12 gefolgt von einem Spanformer 13.
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