DD150653A1 - Vorrichtung zur ermittlung der materialtrennparameter rotierender werkzeuge - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung dient der Untersuchung der Materialtrenneigenschaften rotierender Werkzeuge, mit denen organisches und/oder anorganisches Material bearbeitet wird. Insbesondere koennen die Trennparameter eines Motortrepans der Augenchirurgie unter den verschiedensten Bedingungen ermittelt werden. Das wird erreicht, indem die Materialprobe unterhalb des rotierenden Werkzeugs drehbar gelagert ist und das Schneidwerkzeug oder die Materialprobe an einer Seite eines als Kraftuebertragungssystem wirkenden, doppelseitigen Hebel- oder Hohlkolbensystems angeordnet ist, waehrend sich an der anderen Seite eine Aufnahme fuer Gewichte fuer die Andruckkraft befindet. Weiterhin ist an der das Werkzeug tragenden Halterung eine verstellbare Hubbegrenzung angeordnet und ueber elektrische Leitungen mit einem Zeitmesser verbunden bzw. es ist ein Wegaufnehmer angebracht, der die zeitliche Lageaenderung zwischen Werkzeug und Materialprobe zu registrieren gestattet. Zur Messung des auf den Werkstoff uebertragenden Drehmomentes ist auf einem zylindrischen Drehelement der Materialprobenhalterung ein Faden gewickelt, dessen Enden beidseitig an eine Kraftmeszeinrichtung angreifen.

Description

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Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Ermittlung der Materialtrennparameter rotierender Werkzeuge

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient der Untersuchung der Materialtrenneigenschaften rotierender Werkzeuge, mit denen organisches und/oder anorganisches Material bearbeitet wird· Insbesondere können die Trennparameter eines Motortrepans, der in der Augenchirugie verwendet wird, unter den verschiedensten Bedingungen und Voraussetzungen bestimmt werden·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen In der Metallbearbeitung, insbesondere in der spanabhebenden, sind nur wenige Methoden und Einrichtungen zur Messung der Abhängigkeit der den Schneidvorgang beeinflussenden Parameter bekannt· Deshalb beruhen die Empfehlungen für bestimmte Schneidwinkel, Schnittgeschwindigkeiten, Vorschubgeschwindigkeiten, Kühl- und Schmiermittel meist auf empirisch ermittelten Werten und Erfahrungen·

So ist z.B. ein Verfahren zum Messen der Schärfe von Werkzeugschneiden bekannt, bei dem die Schneide auf eine Kunststoffschicht aufgesetzt und der erforderliche Schnittdruck zum Durchschneiden der Schicht gemessen wird (DD-Nr· 13 121)· Dieses Verfahren liefert jedoch keine anwendungsnahen Ergebnisse, weil die Messung im Stillstand des Werkzeuges erfolgt, weiterhin wird nicht erfaßt welche Zeit für den Trennvorgang benötigt wird·

Es wurde bisher nicht untersucht, welche Eindringgeschwindigkeit bsi bestimmten Kraftverhältnissen, Drehzahlen und Mate-

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rialien zwischen Werkzeug und Material erreicht werden und welches Drehmoment auf den Werkstoff übertragen wird· Gerade aus diesen Zusammenhängen lassen sich jedoch ökonomisch und für die Voraussage des Bearbeitungserfolges wichtige und oftmals überraschende Erkenntnisse gewinnen· Auch für den in der Augenchirugie verwendeten Motortrepan ist bisher keine Meßeinrichtung bekannt, die in der Lage wäre, die Materialtrennparameter zu untersuchen· Deshalb ist es allein der Erfahrung und Geschicklichkeit des Operateurs überlassen, mit welcher Kraft und in welcher Zeit er mit dem Motortrepan die Hornhaut durchschneidet·

Ziel der Erfindung:

Mit der Erfindung wird die Abhängigkeit der Materialtrennparameter und deren Änderung für rotierende Werkzeuge und damit trennbarer Materialien ermittelt, so daß durch Kenntnis der Zusammenhänge die für den Trennvorgang günstigsten Bedingungen, Werkzeuge und Materialien ausgewählt werden können.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der bei einem Trennvorgang gleichzeitig die Vorschubgeschwindigkeit bei einer vorbestimmten Andruckkraft, Drehzahl des Werkzeuges und bestimmten Material und das auf das Material übertragene Drehmoment erfaßt werden kann· Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Materialprobe unterhalb des rotierenden Werkzeuges drehbar gelagert und das Werkzeug oder die Materialprobe an einer Seite eines als Kraftübertragungssystem wirkenden doppelseitigen Hebel- oder Hohlkolbensystem angeordnet ist, während sich an der anderen Seite eine Aufnahme für Gewichte, die zur Einstellung der Andruckkraft dienen, befindet· Weiterhin ist an der das Werkzeug tragenden Halterung eine verstellbare Hubbegrenzung angeordnet und über elektrische Leitungen mit einem Zeitmesser verbunden. Die einstellbare Hubbegrenzung und der Zeitmesses erlauben eine Bestimmung der Schnittgeschwindigkeit. Durch den Einsatz von Halbleiterwandlern für die Wegänderung zwischen dem Werkzeug und der Materialprobe ist die zeitliche Wegändarung registrierbar» Zur Messung des auf den Werkstoff übertragenen Drehmomentes während des Schneidvorganges ist ein zylin-

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drisches Drehelement der Materialprobenhalterung von einem Faden umwickelt, dessen Enden an beiderseitig der Materialprobe stehenden Kraftmeßeinrichtungen angreifen·

Ausführungsbeispiel:

An zwei Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert wordene

In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 Vorrichtung zur Ermittlung der Materialtrennparameter

eines Motortrepans der Hornhautchirugie Figur 2 Vorrichtung zur Ermittlung der Materialtrennparameter eines Bohrwerkzeuges der Metallbearbeitung

Für die Untersuchung der Abhängigkeit der Trennparameter, der Werkzeug- und der Materialeigenschaften bei der Anwendung von Motortrepanen der Hornhautchirugie ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (Figur 1) wie folgt aufgebaut.

Der Motortrepan 1 ist in einer Halterung 2 oberhalb der Hornhautprobe 3 befestigt· Zur Erzeugung einer definierten Andruckkraft zwischen dem Motortrepan 1 und der Hornhautprobe 3 ist ein Hohlkolbensystem angeordnet, das aus zwei durch eine Leitung 4 verbundenen Zylinder 5,6 besteht, in denen jeweils ein Hohlkolben 7,8 ruht.

Damit auch kleine Gewichtsdifferenzen nahezu ohne Reitjungsverluste als Andruckkraft zwischen dem Motortrepan 1 und d^er Horn· hautprobe 3 wirken können, wobei der die Hornhautprobe 3 in einer Halterung 9 tragende Hohlkolben 8 auch leicht drehbar sein muß, befindet sich zwischen den Zylindern 5,6 und den Kolben 7,8 ein leicht flüssiges Schmiermittel 10· Die Hohlkolben 7,8 tauchen in das Schmiermittel 10 ein, das sich in den unteren Schmierrinnen der Zylinder 5 und 6 befindet« Die unteren Schmierrinnen verhindern, daß die in der Leitung 4 unter Druck stehende Luft in die Schmierbereiche gedruckt wird· Das im Laufe der Zeit langsam nach oben wandernde Schmiermittel 10 wird von den oberen Schmierrinnen 11 aufgefangen. Auf dem Kolben 7 ist ebenfalls eine Halterung angeordnet, die zur Aufnahme der die Druckkraft erzeugenden Gewichte 12 dient· An der Halterung 2 befindet sich weiterhin eine justierbare Hubbegrenzung 13. Über elektrische Leitungen an der Hubbegren-

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zung 13 und der Halterung 2 ist ein Zeitmesser 14 geschaltet« Ein sich auf den Hohlkolben 8 aufwickelnder Faden 15 überträgt die Probenhaltekraft beiderseitig auf die Kraftmeßeinrichtungen 16. Diese beiderseitige Anordnung der Kraftmeßeinrichtungen 16 ist getroffen worden, damit die seitlichen Zugkräfte den Kolben möglichst wenig verkannten und die Meßergebnisse dadurch nicht verfälscht werden.

Der zu untersuchende Motortrepan 1 wird in die Halterung 2 gespannt und dabei durch seitliches Verschieben der Halterung 2 so über die in der Halterung 9 befindliche Hornhautprobe 3 justiert, daß die Drehachsen des Trepans 1 und der Hornhautprobe 3 übereinstimmen, daß heißt bei ebenen Materialproben die Werkzeugachse senkrecht auf der Oberfläche der Materialprobe steht und bei sphärisch gekrümmter Materialprobe, wie es bei einer Hornhaut der Fall ist, die Werkzeugachse durch den Krümmungsmittelpunkt geht. Durch entsprechende Gewichte 12, die auch auf der Halterung 9 plaziert werden können, wird zunächst das System ins Gleichgewicht gebracht und durch weitere Gewichte 12 ein Druck auf den Hohlkolben 7 erzeugt, der über die Leitung 4 auf den Hohlkolben 8 übertragen wird. Über einen nicht gezeichneten Kontakt wird nun der Motortrepan 1 mit der vorgewählten Drehzahl und der Zeitmesser 14 gleichzeitig in Bewegung gesetzt. Je nach Beschaffenheit des Motortrepans, der Hornhautprobe 3, der gewählten Andruckkraft und Drehzahl dringt die Schneide des Motortrepans 1 in die Hornhautprobe 3 ein. Bei Kontakt der auf die gewünschte Schnitttiefe eingestellten Hubbegrenzung 13 und der Halterung 9 wird der Zeitmesser 14 angehalten« Die erhaltenen Parameter sind die Schnittzeit für eine vorbestimmte Schnittiefe und damit die Vorschubgeschwindigkeit bsi einer bestimmten Andruckkraft und die von den Kraftmeßeinrichtungen 16 ablesbare Probenhaltekraf t bzw. das sich davon ableitende Drehmoment. Weiterhin kann auch noch die Temperaturerhöhung der Schneidprobe beim Schneidvorgang gemessen werden. Derartige in Maßreihen festgestellte Abhängigkeiten lassen die verschiedensten Schlußfolgerungen zum Trepaneinsatz, Verhalten des Operateurs und zu den Materialtrennbarkeitseingenschaften zu·

Gemäß Figur 2 ist die Vorrichtung zur Ermittlung der Trennparameter, der Werkzeug- und Materialeigenschaften bei einem Bohrwerkzeug der Metallbearbeitung wie folgt aufgebaut· An einem doppelarmigen Hebelsystem 17 befindet sich an dem einen Hebelende eine Halterung 18 für eine Bohrmaschine 19» Unterhalb der Bohrmaschine 19 ist auf einem Drehtisch 20 eine Halterung 21 für die Metallprobe 22 angeordnet. Die Andruckkraft zwischen Bohrer und Metallprobe 22 wird durch entsprechende Gewichte 12, die auf beiden Seiten des doppelarmigen Hebelsystems 17 positioniert werden, erzeugt. Eine auf der Halterung 18 angebrachte einstellbare Hubbegrenzung 13 ist in gleicher Weise wie in Figur 1 mit einem Zeitmesser 14 geschaltet. Zur Messung der Probenhaltekraft ist ein Faden 15 auf den Umfang des Drehtisches 20 gewickelt und beidseitig mit je einer Kraftmeßeinrichtung 16 verbunden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist analog der Vorrichtung gemäß Figur 1.

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch:

   Vorrichtung zur Ermittlung der Materialtrennparameter rotierender Werkzeuge, gekennzeichnet dadurch daß eine Materialprobe (3;22) unterhalb eines rotierenden Schneidwerkzeuges (1;19) drehbar gelagert ist und das Schneidwerkzeug oder die Materialprobe an einer Seite eines als Kraft-Dbertragungssystem wirkenden doppelseitigen Hebel- oder Hohlkolbensystems angeordnet ist, während sich an der anderen Seite eine Aufnahme für Gewichte, die zur Einstellung der Andruckkraft dienen, befindet, weiterhin eine verstellbare Hubbegrenzung mit einem Zeitmesser verbunden ist bzw· angebrachte Wegaufnehmer die zeitliche Lageänderung zwischen Werkzeug und Materialprobe registrieren und ein zylindrisches Drehelement der Materialprobenhalterung von einem Faden umwickelt ist, dessen Enden an sich beidseitig der Materialprobe gegenüberstehenden Kraftmeßeinrichtungen (16) angreifen·

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