DE10031941A1

DE10031941A1 - Schneid- und Ritzwerkzeug

Info

Publication number: DE10031941A1
Application number: DE10031941A
Authority: DE
Inventors: Horst Pete Kaemmerling-Essmann
Original assignee: ESSMANN AND SCHAEFER GmbH and Co KG
Current assignee: ESSMANN AND SCHAEFER GmbH and Co KG
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2001-06-21
Also published as: EP1110685A1; DE29922281U1; ATE250488T1; EP1110685B1; DE50003822D1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schneid- und Ritzwerkzeug, vorzugsweise für den Druckschnitt, bestehend aus einer Klinge, die einen Basisabschnitt und einen sich an den Basisabschnitt anschließenden keilförmigen Spitzenabschnitt mit einer Schneidkante und mit mindestens einer an einer Klingenlängsseite ausgebildeten mit der anderen Klingenlängsseite einen Keilwinkel einschließenden Fase aufweist. DOLLAR A Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schneid- und Ritzwerkzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem diese sich teilweise antagonistisch zueinander verhaltenden Forderungen noch besser erfüllt werden können. DOLLAR A Gelöst wird dies dadurch, daß die Fase mindestens zwei stetig ineinander übergehende Bereiche aufweist, und zwar mindestens einen ersten, in der Nähe der Schneidkante angeordneten Bereich mit - im Querschnitt gesehen - konvexer Krümmung und mindestens einen sich an den konvexen Bereich anschließenden zweiten, in der Nähe des Basisabschnitts angeordneten Bereich mit - im Querschnitt gesehen - konkaver Krümmung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schneid- und Ritzwerkzeug, vor zugsweise für den Druckschnitt, bestehend aus einer Klinge, die einen Basisabschnitt und einen sich an den Basisab schnitt anschließenden keilförmigen Spitzenabschnitt mit einer Schneidkante und mit mindestens einer an einer Klin genlängsseite ausgebildeten mit der anderen Klingenlängs seite einen Keilwinkel einschließenden Fase aufweist.

Derartige Werkzeuge werden z. B. in der Kartonagenindustrie eingesetzt, um aus einem Karton- oder Pappmaterial Zu schnitte für Kartons oder Schachteln (z. B. Zigaretten schachteln) herzustellen. Dies geschieht üblicherweise mittels Stanzvorrichtungen, die die klingenförmigen Werk zeuge mit zumindest beim Schneidvorgang zur Materialebene senkrechter Klinge so aufnehmen, daß die an einer Klingen längsseite vorhandene Fase beginnend mit der Schneidkante senkrecht zur Materialebene durch Hub- oder Rotationsbewe gung in das Material eindringt. Hierdurch können die Zu schnitte einerseits ausgeschnitten sowie andererseits auch zur Bildung von Faltlinien durch ein nur teilweises Aus schneiden angeritzt werden, wobei die Faltlinien ein Auf falten des Zuschnittes, z. B. zu einer Schachtel ermöglichen.

Die Schneide (Spitzenabschnitt) des Schneid- und Ritzwerk zeuges hat die Form eines Keiles, dessen Seitenflächen einen Keilwinkel bilden. Die Wirkung einer solchen Schneide wird beispielweise in Spaethe-Trzebiatowsky: Metallbearbei tung Bd. 1, Olten - Freiburg i. Br., 6. Aufl. 1965, S. 67 beschrieben. Diese Wirkung ist von der Stellung und Bewe gung der Schneide relativ zum Werkstück abhängig. Bei der beim Druckschneiden erfolgenden senkrechten Anstellung wird das Gut durchschnitten oder getrennt, während bei schräger Anstellung Späne abgetrennt würden. Durch die aufgebrachte Schnittkraft wird der Keil in den Werkstoff eingetrieben. Dabei muß er den Werkstoff verdrängen. Der zu überwindende Schnittwiderstand ist abhängig von den Festigkeitseigen schaften des zu schneidenden Werkstoffes, von der Größe des Keilwinkels und der wirksamen Schneidenlänge. Bei schlankem Keil mit kleinem Keilwinkel ist weniger Werkstoff zu ver drängen als bei großem Keilwinkel. Der Schnittwiderstand ist deshalb geringer. Jedoch hat der schlanke Keil eine geringere Masse, bricht leichter oder die Schneide stumpft leicht ab. Beim Trennen zerlegt sich die Schnittkraft in rechtwinklig zu den Seitenflächen gerichtete Keilkraftkom ponenten. Die entstehende Reibung erfordert einen höheren Kraftaufwand. Die Keilkraftkomponenten teilen sich in senk rechte und waagerechte Teilkräfte (Normal- und Querteil kräfte). Die senkrechten Kräfte bewirken den Vortrieb, wobei sich unter Umständen vor der Schneidkante ein Riß bilden bzw. eine sogenannte Berstung im zu stanzenden Material auftreten kann, Übersteigen die waagerechten Teilkräfte (Querkraftkomponenten) die Festigkeit des Stanzgutes, so wird es auseinandergerissen. Es erfolgt ein Bruch mit rauher Bruchfläche, während die zu erzielende, eigentliche Schnittfläche glatt sein soll.

In der Zeitschrift "Papier + Kunststoff - Verarbeiter" Nr. 8, 1994, Seite 12 ist eine Kräftebilanz für ein symmetrisch ausgebildetes Schneid- und Ritzwerkzeug für den Druck schnitt wiedergeben, die über die von Spaethe-Trzebiatowsky angegebenen Betrachtungen hinausgeht, insofern durch diese Bilanz auch die am Keil wirksam werdenden Reibungskräfte und die der Schnittkraft (hier Messerkraft genannt) ent gegenwirkende Stanzkraft berücksichtigt werden sollen. Es wird ausgeführt, daß sich die aufzubringende Messerkraft sich aus der notwendigen Stanzkraft zur Materialzerstörung und den durch die Materialverdrängung entstehenden senk recht zur Schnittebene wirkenden Komponenten der Keil- und Reibungskräfte zusammensetzen soll, wobei die Reibungskraft jeweils durch Multiplikation einer mittleren Gleitreibungs zahl mit der Keilkraft berechnet wird. Auch aus dieser Bilanz folgt, daß bei einem schlanken Keil mit kleinem Keilwinkel ein geringerer Schnittwiderstand auftritt als bei einem Keil mit größerem Keilwinkel. Außerdem wird aus der Bilanz deutlich, daß sich die notwendigerweise auf zubringende Messerkraft durch Verringerung der Gleitrei bungszahl verringern läßt. Als entsprechende technische Maßnahmen werden daher, einerseits Doppelfasen mit zwei wirksamen Keilwinkeln und andererseits eine Gleitlackbe schichtung o. ä. des keilförmigen Spitzenabschnitts vor geschlagen.

In der DE-A-27 43 258 wird ausgeführt, daß zum Schneiden von Karton, Papier usw. normalerweise Klingen aus gehärte tem Stahl verwendet werden, die beim üblichen Anschleifen eine Rauheit von wenigen Mikrometern oder weniger besitzen und öfter ersetzt und neu angeschliffen werden müssen. Obgleich es auch Klingen mit einer Plattierung aus Wolfram carbid für derartige Zwecke gibt, welche diesen Nachteil nicht aufweisen, sind diese Ausführungen jedoch außeror dentlich kostspielig und wenig verbreitet. Zweck des Anmel degegenstandes dieser Schrift ist daher eine Verbesserung der Klingen aus gehärtetem Stahl für Stanz-/Schneidmaschi nen in der Weise, daß ihre Standzeit verlängert und gleich zeitig das Eindringen der Klinge in das zu bearbeitende. Stanzgut erleichtert wird. Es wird eine Klinge aus gehär tetem Stahl beschrieben, die eine erste geschliffene Sei tenfläche mit einer Rauheit von maximal 0,9 µm aufweist, welche einen Winkel von 19 bis 22 Grad mit einer flachen Klingenseite bildet, und die weiterhin eine zweite ge schliffene Seitenfläche mit einer Rauheit von maximal 0,02 µm aufweist, welche einen Winkel mit der flachen Klingen seite bildet, der um 1 bis 5 Grad größer ist als der Win kel der ersten geschliffenen Seitenfläche. Die gewünschte Verbesserung wird also insbesondere durch eine sehr ausge prägte Glätte und der Feinheit der Klinge, d. h. durch eine teilweise extrem geringe Oberflächenrauheit erreicht, womit ein beträchtlicher Fertigungsaufwand verbunden ist.

Insbesondere bei der Verarbeitung von folien- oder alumini umkaschiertem Karton bildet sich bei der Bearbeitung mit bekannten Schneid- und Ritzwerkzeugen Kantenstaub an den Zuschnitten, vielfach auch "Fusseln" genannt. Dieser Stanz staub muß zum Teil in mühsamer Handarbeit, mit Bürsten, Schwingschleifer, Druckluft oder ähnlichen Hilfsmitteln von den Zuschnitten entfernt werden. Daher sind verschiedene technische Lösungen zur Vermeidung des Kantenstaubes vor geschlagen worden.

Bei der Herstellung der auch unter dem Namen "Schneidlinien" bekannten Schneid- und Ritzwerkzeuge aus Stahl, wie sie beispielsweise in der DE-A-39 19 536 beschrieben ist, wird zunächst ein Stahlband durch eine spanabhebende Be arbeitung, wie beispielsweise durch Schaben oder Strählen, mit Anfasungen versehen, die die Schneid- bzw. Ritzkante bilden. Danach wird das Stahlband im Spitzenabschnitt, insbesondere im Bereich der Schneid- und Ritzkante, gehär tet. Dieses Härten erfolgt durch Erwärmen auf die erforder liche Härtetemperatur und eine anschließende definierte Abkühlung. Das Erwärmen kann dabei in vorteilhafter Weise im Induktionsverfahren mit Hochfrequenz erfolgen, da die Härtung insbesondere im Bereich der Schneid- und Ritzkante nur mit einer geringen Tiefe in der Dicke des Stahlbandes erfolgen muß. Der Bereich der Schneid- bzw. Ritzkante er hält dadurch in einem kontinuierlich durchführbaren Ar beitsgang die erforderliche Härte, so daß die Schneid- und Ritzwerkzeuge auch eine lange Standzeit aufweisen. Beim Hochfrequenz-Erwärmen bis auf die erforderliche Härtetempe ratur erfolgt jedoch ein Anlaufen und Verzundern der Ober fläche des Stahlbandes. Solche Verzunderungen an den Flä chen der Anfasungen beeinträchtigen das glatte Eindrücken in Karton, Papier oder dergleichen, so daß an den Schnitt kanten des Kartons, Papiers oder dergleichen Schnittstaub und Ausfaserungen entstehen. Dem Anlaufen und Verzundern kann, wie die DE-A 39 19 536 vorschlägt, durch eine Schutz gasbehandlung entgegengewirkt werden.

Betrachtet man den Querschnitt der Klingen bekannter Schneid- und Ritzwerkzeuge, so läßt sich eine Vielzahl ver schiedener Formen feststellen. Der Querschnitt kann sym metrisch oder asymmetrisch ausgebildet sein (vgl. US-A-2 276 376). Die Klinge kann eine konkave Gestalt, wie bei spielsweise entsprechend der US-A-2 211 213 im Basisabschnitt, oder eine konvexe Gestalt, wie beispielsweise entsprechend der US-A-2 049 157 oder der US-A-2 276 376, besitzen. Allen diesen bekannten Klingen gemeinsam ist jedoch mindestens eine Anfasung im Bereich der Klingenspit ze, die in jedem Fall eben ausgebildet ist.

Eine Ausnahme hinsichtlich dieses Merkmals bildet ein aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U-296 16 585 bekanntes Schneid- und Ritzwerkzeug, bei dem die Fase eine derart konvexe Krümmung aufweist, daß jede in Richtung der Schneidkante an die Fase angelegte Tangente mit einer in Schnittrichtung durch die Schneidkante verlaufenden Achse einen Winkel einschließt, der kleiner als 90° ist.

Die überwiegende Zahl der bekannten Schneid- und Ritzwerk zeuge besitzt insbesondere entweder eine geschabte oder eine geschliffene Fase (FR-A-1 483 301, DE-A-23 04 237, DE- A-27 43 258), d. h. bei dem Vorprodukt, einem kaltgewalzten, gehärteten und angelassenen Stahlstreifen aus Federband stahl, wird die Fase entweder durch Schleifen oder durch Schaben gebildet. Unter Schaben versteht man dabei eine spanabhebende Bearbeitung, bei der das zu bearbeitende Werkstück relativ zu einem feststehenden Werkzeug, z. B. einem Hartmetallwerkzeug oder dergleichen bewegt wird, d. h. der Stahlstreifen wird zur Bildung der Fase in Längsrich tung durch mindestens eine Ziehstation gezogen.

In der EP-A-0 234 009 werden die Vor- und Nachteile der bekannten entweder geschliffenen oder geschabten gattungs gemäßen Schneid- und Ritzwerkzeuge beschrieben. Die ge schliffene Fase weist einen minimalen Hohlschliff auf, wodurch sich eine hervorragende Schärfe ergibt, so daß ein geringer Stanzdruck erforderlich ist. Jedoch ist die Maßhaltigkeit einer derartigen Fase nicht für alle Zwecke zufriedenstellend. Geschabte Fasen besitzen aufgrund ihrer Herstellung im Ziehverfahren eine sehr gute Maßhaltigkeit, so daß sie bei hohen Ansprüchen an die Maßgenauigkeit ein gesetzt werden. Da solche Fasen aber schwach konvex sind, ist ihre Schärfe gering und sie wirken nicht schneidend sondern drückend auf das Material ein, so daß höhere Stanz drücke (Messerkräfte) erforderlich sind. Solche Schneiden spitzen können auch einen Radius, eine Hohlkehle oder eine Abplattung aufweisen. In den genannten Schriften wird daher ein Schneid- und Ritzwerkzeug, bzw. ein Herstellungsver fahren für ein Werkzeug vorgeschlagen, das sich insbesonde re durch eine außerordentlich hohe Maßhaltigkeit, d. h. eine sehr geringe Höhentoleranz, auszeichnet, was für den oben beschriebenen Anwendungsfall insofern besonders wichtig ist, als die Schneidkante genau linear sowie parallel zu der Ebene des zu schneidenden und/oder zu ritzenden Materi als verlaufen muß, da ansonsten nur ein ungleichmäßiges Ausschneiden bzw. Anritzen zu erreichen wäre. Ferner besitzt das aus der EP-A-0 234 009 bekannte Werkzeug eine erhöhte Standzeit, und es wird die Bildung von Schnittstaub weitestgehend vermieden. Das Schneid- und Ritzwerkzeug weist, um dies zu erreichen, eine ausgehend von der Fasen spitze schabriefenfreie, feingeschliffene Oberfläche auf, die sich auf der an einer an einer Klingenlängsseite ausgebildeten geschabten Fase befindet. Der Anschliffwinkel des Feinschliffes beträgt dabei in einer vorteilhaften Ausführung ca. 45° bis 60°.

In der EP-A-0 715 933 werden Stanzmesser vorgestellt, die sich von allen vorstehend beschriebenen dahingehend unter scheiden, daß die Schneidenspitze eine bewußt angestrebte Verrundung aufweist. Diese Verrundung wird als das entscheidende Merkmal angesehen, durch welches verhindert werden soll, daß die Schneide bei Überdruck beschädigt, d. h. plattgedrückt wird und ein Grat entsteht. Die Belast barkeit einer solchen abgerundeten Schneide sei dreimal höher als die einer spitzen Schneide, wobei die Schnitt qualität auch über hohe Auflagen erhalten bliebe. Bei einer solchen Ausführung muß von hohen notwendigen Schnittkräften ausgegangen werden. Eine derartige stumpfe Schneide ent steht herstellungsbedingt auch beim Schaben von Fasen an der Klinge.

Aus den vorstehenden Angaben gehen die hohen Ansprüche an die beim Schneiden und Ritzen verwendeten Werkzeuge hervor, die sich hinsichtlich der Anforderungen an die Qualität des geschnittenen Gutes wie folgt zusammenfassen lassen:

- Einhaltung der geometrisch genauen Schnittfläche;
- keine, z. B. durch Messerbeschädigungen verursachte, Streifenbildung in Schnittrichtung;
- keine, z. B. durch wechselnde Härte über die Höhe eines zu schneidenden Stapels hervorgerufenen, wellenartigen Ausbuchtungen;
- minimale Rauheit der Schnittfläche;
- keine Rißbildung bzw. Bersten vor der Schneidkante;
- minimaler Anfall von Schneidstaub, als dessen Haupt ursache eine zu hohe Rauheit des Schneidwerkzeugs angesehen wird.

Aus den Anforderungen an die Qualität des Schnittgutes leiten sich dann die nachstehenden Forderungen an die Schneidwerkzeuge ab:

- hohe Schneidhaltigkeit, und zwar
- eine sehr geringe Höhentoleranz der Klinge, weil die Schneidkante genau linear sowie parallel zu der Ebene des zu schneidenden und/oder zu ritzen den Materials verlaufen muß;
- Maßhaltigkeit der Fase;
- geringe, aber hinsichtlich der Herstellungskosten optimierte Rauheit der Klinge;
- hohe Standzeit des Werkzeugs durch
- Festigkeit der Klinge - insbesondere darf diese auch bei überhöhtem Schneiddruck nicht beschädigt werden;
- Härte der Klinge zur Gewährleistung einer hohen Verschleißfestigkeit;
- Gewährleistung eines optimalen Ablaufs des Schneidvor gangs hinsichtlich
- eines schneidenden (nicht drückenden) Eindringens in das Stanzgut;
- eines geringen Stanzdruckes durch minimalen Schnittwiderstand und kleine Reibungskräfte beim Schneiden;
- möglichst niedriger Herstellungsaufwand;
- kurze Zurichtzeiten bei der Bemesserung der Stanzfor men.

Durch das oben erwähnte, aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U-296 16 585 bekannte Schneid- und Ritzwerkzeug wird dieses Anforderungsprofil bereits in hohem Maße erfüllt, jedoch hat sich gezeigt, daß dabei noch ein nicht zu ver nachlässigendes Verbesserungspotential besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneid- und Ritzwerkzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem diese sich teilweise antagonistisch zueinander verhaltenden Forderungen noch besser erfüllt werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Fase mindestens zwei stetig ineinander übergehende Bereiche aufweist, und zwar mindestens einen ersten, in der Nähe der Schneidkante angeordneten Bereich mit - im Querschnitt gesehen - kon vexer Krümmung und mindestens einen sich an den konvexen Bereich anschließenden zweiten, in der Nähe des Basisab schnitts angeordneten Bereich mit - im Querschnitt gesehen - konkaver Krümmung.

Erfindungsgemäß kommt es dadurch beim Schneiden bzw. Ritzen mit Vorteil zu einem An- und Abschwellen der auftretenden Kräfte und zwar derart, daß in dem konvexen Bereich, von der Seite der Schneidkante ausgehend beim Eindringen in das zu schneidende Gut das Verhältnis einer in Schnittrichtung weisenden Messerkraft zu einer senkrecht zur Schnittrich tung stehenden Querkraft zunächst nicht abnimmt, insbeson dere aber stetig anwächst, während beim weiteren Eindringen in dem konkaven Bereich das Verhältnis der in Schnitt richtung weisenden Messerkraft zu der senkrecht zur Schnittrichtung stehenden Querkraft danach nicht anwächst, insbesondere aber stetig abnimmt. Auf diese Weise kommt in optimaler Weise beim Trennprozeß des Gutes zeitweilig die schneidende, zeitweilig die drückende Wirkung des Werkzeugs vorwiegend zur Geltung, wodurch das Eindringverhalten des erfindungsgemäßen Werkzeugs in das zu bearbeitende Gut eine Bestform annimmt. Insbesondere durch den konkaven Bereich wird dabei unter anderem auch einer möglichen Wulstbildung des zu schneidenden Gutes an seiner Oberfläche entgegeng wirkt.

Die aufzubringende Messerkraft ist beim Eindringen in das zu schneidende Gut aufgrund der gekrümmten Kontur der Fase abhängig vom Abstand h der Wirkungsstelle der Keilkraftkom ponente von der Schneidkante, da der effektiv wirksame Keilwinkel, der z. B. als Schnittwinkel von beidseitig im Spitzenabschnitt jeweils an die Fase in Richtung der Schneidkante angelegter Tangenten definiert werden kann, sich in Abhängigkeit von diesem Abstand h stetig ändert. Durch diese stetige Änderung wird vorteilhafterweise vermieden, daß während des Trenn- oder Ritzprozesses im Werkzeug und im zu bearbeitenden Gut sprunghafte Änderungen der wirksam werdenden Kräfte bzw. mechanischen Spannungen auftreten könnten.

Wenn die Klingenlängsseiten eines erfindungsgemäßen Werk zeugs, insbesondere im Bereich der Fasen, symmetrisch hinsichtlich einer in Schnittrichtung durch die Schneidkan te verlaufende Mittenachse ausgebildet sind, läßt sich zeigen, daß die Messerkraft folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

Dabei ist ρ der sogenannte Reibungswinkel, der sich zu

ρ = arctanµ (2)

berechnen läßt, und F_M ^* die Messerkraft, F_Q ^* die Querkraft, β der Keilwinkel, h der vertikale Abstand der Schneidkante und µ die Gleitreibungszahl. Hierbei ist aber zu beachten, daß Gleichung (1) entlang der Fase - streng genommen - jeweils punktweise zu verschiedenen Werten für die Messer kraft F_M ^* und die Querkraft F_Q ^* führt, da der Verlauf der Kontur der Fase nicht konstant ist. Es ist daher bei dieser Kräftebilanzierung von der integralen Betrachtungsweise zu einer infinitesimalen Betrachtungsweise überzugehen, wobei in der Bilanz dann unter den Kräften (Messerkraft F_M ^*, Querkraft F_Q ^*) jeweils spezifische Größen zu verstehen sind. Alle Größen sind also jeweils auf infinitesimal kleine Werte der entgegen der Schnittrichtung von der Schneidkante aus laufenden Abstandskoordinate h bezogen, und die Gesamt- Kräftewerte ergeben sich erst durch Integration von der Schneidkante (Wert h = 0) bis zum jeweils wirksamen maximalen vertikalen Abstand (h = h_max) der Wirkungsstelle der Keilkraft im jeweiligen Moment des Schnitt- bzw. Ritzprozesses.

Aus (1) und (2) lassen sich - je nach der zugrundliegenden Aufgabenstellung - Zielfunktionen und Randbedingungen für eine Optimierungsrechnung (Bildung und Lösung von Differen tialgleichungen) ableiten, durch die der detaillierte, unter dem jeweils relevanten Aspekt optimierte Verlauf der Funktion β (h) (Funktionstyp und Parameter) bestimmt werden kann. Beispielsweise kann eine solche Zielfunktion darin bestehen, daß der Quotient aus Messerkraft F_M und Querkraft F_Q einen Minimalwert annimmt oder beim Eindringen des erfindungsgemäßen Werkzeugs in das Gut konstant bleibt. Als Randbedingung kann auch ein analytischer Ausdruck für die Funktion β (h) und/oder F_M ^* vorgegeben werden, durch den beispielsweise berücksichtigt werden kann, ob das zu bearbeitende Gut durchtrennt oder nur geritzt werden soll.

Insbesondere leitet sich daraus eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs als bevorzugt ab, bei der die Fase - im Querschnitt gesehen - einen etwa S-förmigen oder (auf der anderen Seite) umgekehrt S-förmigen Konturverlauf aufweist und eine gedachte, von der Schneidkante ausgehende Gerade, die durch einen Fußpunkt am Übergang vom Spitzen abschnitt zum Basisabschnitt an der Klingenlängsseite verläuft, in mindestens drei Punkten schneidet.

Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung enthal te.

Anhand der in den beiliegenden Zeichnungsfiguren dar gestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 18 jeweils im Quer schnitt und vergrößert gegenüber der natürlichen Größe, 18 verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schneid- und Ritzwerkzeuges.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben wer den.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneid- und Ritzwerkzeuges, das vor zugsweise für den Druckschnitt vorgesehen ist, aus einer Klinge 1, die einen Basisabschnitt 2 und einen sich an den Basisabschnitt 2 anschließenden keilförmigen Spitzenab schnitt 3 mit einer Schneidkante 4 und mit mindestens einer - in der dargestellten Ausführung zwei - jeweils an einer Klingenlängsseite 5 ausgebildeten mit der anderen Klin genlängsseite 5 einen Keilwinkel β einschließenden Fase 6. Der Keilwinkel β ist dabei als Schnittwinkel von beidseitig im Spitzenabschnitt 3 jeweils an die Fase 6 in Richtung der Schneidkante 4 angelegter Tangenten T-T definiert und kann über eine entgegen der Schnittrichtung S von der Schneidkante 4 aus laufende Abstandskoordinate h, die der jeweili gen Eindringtiefe in das zu schneidende oder zu ritzende Gut entspricht, veränderlich sein. Der von den Fasen 6 an den beiden Klingenlängsseiten 5, bzw. von den Tangenten T-T eingeschlossene wirksame Keilwinkel β kann sich z. B. stetig mit zunehmenden Abstand von der Schneidkante 2 vergrößern oder verringern.

Der keilförmige Spitzenabschnitt 3 mit jeweils der Fase 6 auf jeder Klingenlängsseite 5 ist mit Vorteil hinsichtlich einer in Schnittrichtung S durch die Schneidkante 4 ver laufenden Mittenachse X-X symmetrisch ausgebildet. Bei einer solchen symmetrischen Ausbildung der Klinge 1 ergibt sich der Keilwinkel β als doppelter Wert eines Winkels zwi schen der an einer Klingenlängsseite 5 in Richtung der Schneidkante 4 an die Fase 6 angelegte Tangente T-T mit der Mittenachse X-X.

Die Fase 6 weist mindestens zwei stetig ineinander überge hende Bereiche 6a, 6b auf, und zwar mindestens einen ersten, in der Nähe der Schneidkante 4 angeordneten Bereich. 6a mit - im Querschnitt gesehen - konvexer Krümmung (Keil winkel β nimmt zu) und mindestens einen sich an den kon vexen Bereich 6a anschließenden zweiten, in der Nähe des Basisabschnitts 2 angeordneten Bereich 6b mit - im Quer schnitt gesehen - konkaver Krümmung (Keilwinkel β nimmt ab).

Die Fase 6 kann somit - im Querschnitt gesehen - zumindest abschnittsweise einen etwa S-förmigen oder - auf der anderen Klingenlängsseite 5 einen umgekehrt S-förmigen Konturverlauf aufweisen. Eine gedachte, von der Schneid kante 4 ausgehende Gerade G-G, die durch einen Fußpunkt F am Übergang vom Spitzenabschnitt 3 zum Basisabschnitt 2 an der Klingenlängsseite 5 verläuft, kann dabei mit Vorteil von der S-Kontur der Fase 6 in mindestens drei Punkten ge schnitten werden.

Dabei ist es auch möglich und vorteilhaft, daß - wie dar gestellt - die symmetrisch auf beiden Klingenlängsseiten 5 ausgebildeten Fasen 6 abschnittsweise (in Bereichen 6c) parallel verlaufen. Rücksprünge gegenüber einem Parallel verlauf der Fasen 6 sollten jedoch vermieden werden. Diese parallel verlaufenden Bereiche 6c, die vorzugsweise eben ausgebildet sind, bzw. noch nachstehend beschriebene andere ebene Bereiche im Querschnitt der Fase 6 können jeweils anteilig dem konvexen Bereich 6a oder dem konkaven Bereich 6b zugerechnet werden, je nachdem in welchem Bogen des S sie sich befinden. Durch die Bereiche kann mit Vorteil bedarfsweise in Abstimmung auf das zu bearbeitende Gut eine Verlängerung des Spitzenabschnitts 3 erreicht werden. Dies veranschaulichen jeweils Vergleiche der paarweise ähnlichen Ausführungen in Fig. 1 und 2, 3 und 4. . .17 und 18. Die parallel verlaufenden Bereiche 6c tragen nicht zum Ausein anderdrängen des Materials des zu bearbeitenden Gutes bei, wodurch vorteilhafterweise eine Wulstbildung im Material völlig unterbunden bzw. zumindest stark eingeschränkt wird. Die parallel verlaufenden Bereiche 6c können mit Vorteil eine Länge von bis zu 45 Prozent einer vertikalen (in Schnittrichtung S verlaufenden) Länge 1 des Spitzenab schnitts 3 aufweisen.

Wie Fig. 1 zeigt, kann die Kontur der Fase 6 mit Vorteil auch derart gestaltet sein, daß zwischen dem Basisabschnitt 2 und dem Bereich mit konkaver Krümmung 6b der Fase 6 - insbesondere mit stetigem Übergang - mindestens ein weiterer Bereich 6d mit konvexer Krümmung der Fase 6 angeordnet ist. In der Nähe des Basisabschnitts 2 besteht eine erhöhte Bruchgefahr der Klinge 1, der durch den zusätzlichen konvexen Bereich 6d entgegengewirkt werden kann, so daß die Klinge 1 auch in relativ dickes zu schneidendes Gut pro blemlos und leicht eindringt. Aufgrund dieses zusätzlichen konvexen Bereiches 6d besitzt die Ausführung gemäß Fig. 1 nicht nur drei, sondern vier Schnittpunkte mit der gedach ten, von der Schneidkante 4 ausgehenden Gerade G-G. Es sind dies die Punkte P₁, P₂, P₃ und F. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kennzeichnen diese Schnittpunkte P₁, P₂, P₃, F jeweils etwa Beginn und Ende eines konvexen Bereiches (6a und 6d) und des konkaven Bereiches 6b, wobei - entsprechend der vor stehenden Definition anteilig die ebenen Bereiche 6c jeweils eingeschlossen sind. Der konvexe Bereich 6a liegt etwa zwischen dem Punkt P₁ auf der Schneidkante 4 und dem Punkt P₂ im mittleren Bereich des Spitzenabschnitts 3, und der konkave Bereich 6b liegt etwa zwischen dem Punkt P₂ im mittleren Bereich des Spitzenabschnitts 3 und dem Punkt P₃, der sich im Spitzenabschnitt 3 in der Nähe des Basisab schnitts 2 befindet. Der konvexe Bereich 6d liegt etwa zwi schen dem Punkt P₃, der sich im Spitzenabschnitt 3 in der Nähe des Basisabschnitts 2 befindet, und dem Fußpunkt F.

Die Fase 6 weist somit - im Querschnitt gesehen - nicht nur einen etwa S-förmigen oder - auf der anderen Klingenlängs seite 5 einen umgekehrt-S-förmigen Konturverlauf auf, sondern sogar einen - im Querschnitt gesehen - doppel-S- förmigen oder - auf der anderen Klingenlängsseite 5 umge kehrt-doppel-S-förmigen Verlauf auf.

Ein mittlerer halber Keilwinkel γ = β/2 zwischen der ge dachten, von der Schneidkante 4 ausgehenden Gerade G-G, die durch den Fußpunkt F am Übergang vom Spitzenabschnitt 3 zum Basisabschnitt 2 an der Klingenlängsseite 5 verläuft, und der in Schnittrichtung S durch die Schneidkante 4 verlau fenden Mittenachse X-X kann insbesondere im Bereich von 15° bis 45°, vorzugsweise - wie in Fig. 1 dargestellt - bei etwa 27°, liegen. Die beim Schneiden oder Ritzen auftreten den Kräfte oszillieren dadurch, in einer Weise, die noch nachstehend anhand von Fig. 2 genauer beschrieben wird, um einen Mittelwert, der sich aus diesem Winkel γ ergibt und sich in der Praxis für die meisten Bearbeitungsaufgaben, die mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug auszuführen sind, als optimal erwiesen hat.

Die Klinge 1 kann im Basisabschnitt eine Dicke D im Bereich von 0,3 bis 2,5 mm, vorzugsweise etwa 0,7 mm, und der Spitzenabschnitt 3 kann eine vertikale (in Schnittrichtung S verlaufende) Länge 1 im Bereich von 0,5 bis 3,5 mm, vor zugsweise etwa 0,7 bis 1,3 mm, aufweisen.

Die Klinge 1 kann vorzugsweise aus einem, von der Schneid kante 4 ausgehend zumindest bis in den konvexen Bereich 6a des Spitzenabschnittes 3 hinein zusätzlich vergüteten Federbandstahl bestehen. In diesem vergüteten Bereich kann die Klingel in bevorzugter Ausführung, insbesondere durch eine Induktions-, Flamm- oder Laserhärtung und ein an schließendes Anlassen, vorzugsweise bei einer Temperatur von 250 bis 500°C, eine Härte von 30 bis 67 HRC auf weisen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schneid- und Ritzwerkzeuges ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von der ersten Ausführung da durch, daß der Spitzenabschnitt 3 eine geringere vertikale (in Schnittrichtung S verlaufende) Länge 1 aufweist und daß die symmetrisch auf beiden Klingenlängsseiten 5 ausge bildeten Fasen 6 nicht abschnittsweise parallel verlaufen.

Hierbei sind in Fig. 2 exemplarisch auch die wirksam werdenden Kräfte veranschaulicht. Wie bereits erwähnt, liegen entlang der Fase 6 jeweils punktweise unterschiedli che Werte der Messerkraft F_M ^* und der Querkraft F_Q ^* vor, da der Verlauf der Kontur der Fase 6 nicht konstant ist. Die Größen sind jeweils auf infinitesimal kleine Werte der entgegen der Schnittrichtung S von der Schneidkante 4 aus laufenden Abstandskoordinate h bezogen und daher als Kraftkomponenten zu betrachten.

Fig. 2 zeigt im konvexen Bereich 6a der symmetrisch ausge bildeten Fase 6 jeweils eine auf das zu bearbeitende Gut wirkende Keilkraft F_K ^*, die von dem erfindungsgemäßen. Schneid- und Ritzwerkzeug in einem Punkt P aufgebracht wird. Durch diese Keilkraft F_K ^*, die senkrecht auf einer Tangenten T-T an die Kontur der Fase 6 durch den Punkt P steht, wird eine in Richtung der Tangenten T-T auf die Schneidkante 4 gerichtete Reibungskraft F_R ^* wirksam, die sich als Produkt der Keilkraft F_K ^* mit einer Gleitrei bungszahl µ quantifizieren läßt. Durch Superposition der Reibungskraft F_R ^* und der Keilkraft F_K ^* ergibt sich eine resultierende Keilkraft F_L ^*, die in einem Winkel ρ zur Keil kraft F_K ^* steht, der nach der oben angeführten Gleichung (2) berechnenbar ist. Die im Punkt P für den Schnitt oder das Ritzen aufzubringende Messerkraft F_M ^* setzt sich aus den beiden symmetrisch wirkenden resultierenden Keilkräften F_L ^* zusammen, wie aus dem in Fig. 2 - der Anschaulichkeit halber im unteren Bereich (verschoben) - dargestellten. Kräfteparallelogramm hervorgeht. Die resultierenden Keilkräfte F_L ^*, die jeweils in einem Winkel β/2 + ρ zur Horizon talen stehen, besitzen dabei rechtwinklig zur Schnitt richtung S wirkende Kraftkomponenten, die als Querkräfte F_Q ^* wirksam werden und das zu trennende Gut seitlich ausein anderdrängen. Für das von der Koordinate h abhängige Verhältnis der Messerkraft F_M ^* zur Querkraft F_Q ^* gilt die oben angegebene Gleichung (1). Allen in Fig. 2 eingezeich neten (Aktions-) Kräften F_M ^*, F_Q ^*, F_L ^*, F_K ^*, F_R ^*, die von dem erfindungsgemäßen Werkzeug aufgebracht werden, stehen materialseitig jeweils ebenso große (Reaktions-)Kräfte entgegen, die der Einfachkeit halber nicht eingezeichnet sind.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn - wie dargestellt - die konvexe Krümmung in dem ersten Abschnitt 6a der Fase 6 derart ausgebildet ist, daß beim Eindringen in das zu schneidende Gut jeweils das Verhältnis der in Schnittrichtung S wirkenden Messerkraft F_M ^* zu der recht winklig zur Schnittrichtung S wirkenden Querkraft F_Q ^* von der Schneidkante 2 ausgehend über die in Schnittrichtung S gemessenene Länge h der Fase 6 von maximal etwa 100 auf minimal etwa 0, vorzugsweise von maximal etwa 5 auf minimal etwa 0,5, abnimmt. Mit einem derartigen Kräfteverlauf ist nicht nur ein schneidendes Eindringen der Schneidkante 4 in den Karton oder den Papierstapel garantiert, sondern es kann auch bei einem vergleichsweise geringen Stanzdruck gearbeitet werden, da das zu schneidende Gut dem Schneid werkzeug nur einen minimalen Schnittwiderstand entgegen setzt. Auch der Verlauf der Reibungskräfte F_R ^* zwischen der Klinge 1 und dem zu schneidenden Gut kann vorteilhafter weise durch die Größe und den Verlauf der konvexen Krümmung beim Schneiden kontrolliert gesteuert werden. Außerdem hat sich auch gezeigt, daß sich die bevorzugte erfindungsgemäße Ausbildung der Fase 6 im Hinblick auf eine Reduzierung des Anfalls von Schneidstaub besonders günstig auswirkt. Das erfindungsgemäße Schneid- und Ritzwerkzeug besitzt aufgrund der konvexen Ausbildung des Schneidenkeils im Bereich der Fase 6 eine vergleichsweise höhere Festigkeit der Klinge 1 als bekannte Werkzeuge. Die Klinge 1 kann daher auch bei hohem Schneiddruck nicht beschädigt werden, und neben einer verbesserten Maßhaltigkeit wird auch eine Standzeitver längerung möglich. Eine im gestanzten Gut durch Messerbe schädigungen verursachte, unsaubere Schnittkante ist unterbunden.

Ein nicht unbeträchtlicher Anteil dieser positiven Effekte kann auch dadurch erzielt werden, daß die konkave Krümmung in dem zweiten Abschnitt 6b der Fase 6 derart ausgebildet ist, daß beim Eindringen in das zu schneidende Gut jeweils das Verhältnis der in Schnittrichtung S wirkenden Messer kraft F_M ^* zur rechtwinklig zur Schnittrichtung S wirkenden Querkraft F_Q ^* von der Schneidkante 4 ausgehend über die in Schnittrichtung S gemessenene Länge h der Fase 6 von minimal 0 auf maximal etwa 100, vorzugsweise von minimal 0,5 auf maximal etwa 5, zunimmt.

Der konvexe Bereich 6a und/oder der konkave Bereich 6b der Fase 6 können dabei jeweils beispielsweise in fertigungs technisch einfacher Weise durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Radius R begrenzt sein, der jeweils etwa den 0,1- bis 15-fachen Wert der Strecke P₁F zwischen der Schneidkante 2 und dem Fußpunkt F am Übergang vom Spitzenabschnitt 3 zum Basisabschnitt 2 aufweist. Z. B. kann bei einer Dicke D der Klinge 1 von etwa 0,71 mm und einem Winkel γ von etwa 27° dieser Radius R derart im konvexen Bereich 6a günstiger weise einen Wert von etwa 1,0 mm annehmen. Die jeweiligen Werte eines solchen Radius R können sich im konvexen Be reich 6a und im konkaven Bereich 6b voneinander unterschei den.

Bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen liegt eine scharfe (spitze) Schneidkante 4 vor, d. h. jede in Richtung der Schneidkante 4 an die Fase 6 angelegte Tangen te T-T schließt mit der in Schnittrichtung S durch die Schneidkante 4 verlaufenden Achse X-X einen Winkel β/2 ein, der kleiner als 90° ist. Durch die scharfe Schneidkante 4 dringt das erfindungsgemäße Werkzeug von Beginn des Schneid- oder Ritzvorganges an leicht in das zu bearbeiten de Gut ein.

Bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungen (dritte und vierte Ausführung) liegt keine scharfe Schneidkante 4 vor. Bei diesen Ausführungen weist die Schneidkante 4 jeweils eine ebene Abplattung 4a auf. Im Bereich dieser ebenen Abplattung 4a schließt eine an die Schneidkante 4 an die Fase 6 angelegte Tangente T-T mit der in Schnittrich tung S durch die Schneidkante 4 verlaufenden Achse X-X einen Winkel β/2 ein, der genau 90° beträgt. Dadurch kann vorteilhafterweise die Schneidkante 4 - beispielsweise beim Zurichten des erfindungsgemäßen Werkzeugs - hoch belastet werden, ohne daß es zu schädlichen Spitzenverformungen kommt.

Anstelle der Abplattung 4a kann an der Schneidkante 4 in Längsrichtung der Klinge 1 aber auch eine Hohlkehle 4b derart ausgebildet sein, daß die Schneidkante 4 über ihre gesamte Länge zwei Schneiden 4c aufweist (fünfte und sechste Ausführung in Fig. 5 und 6). Die Schneidkante 4 kann dabei eine insbesondere eine Breite b von etwa 0,005 bis 0,050 mm aufweisen. Die Hohlkehle 4b kann vorzugsweise - wie dargestellt - in ihrem Querschnitt zumindest einen kreisbogenförmigen Abschnitt umfassen oder durch einen kreisbogenförmigen Abschnitt gebildet sein, wobei der Durchmesser des kreisbogenförmigen Abschnitts der Hohlkehle 4b mindestens der Breite b der Schneidkante 4 entspricht und höchstens den zehnfachen, vorzugsweise höchstens etwa dem drei- bis fünffachen Wert der Breite b der Schneidkante 4 annehmen kann. Eine solche Ausführung des erfindungs gemäßen Schneid- und Ritzwerkzeug weist im Hinblick auf die für den Schnitt aufzuwendende Kraft infolge der beiden Schneiden 4c bei hoher Standzeit eine exzellente Schneid wirkung auf. Da die Schneidkante 4 über zwei Auflagepunkte auf das zu schneidende Gut verfügt, auf die sich die Schnittkraft verteilt, tritt außerdem im Vergleich zu einer Schneidkante 4 mit nur einer Spitze eine Verschleißminde rung ein. Auch die Gegenstanzplatte wird dabei geschont. Ebenso hat es sich gezeigt, daß mit einem solchen erfin dungsgemäßen Schneid- und Ritzwerkzeug eine sehr geringe Höhentoleranz der Klinge erzielbar ist, wodurch sich die Zurichtung der Stanzformen (Trägerplatten) vereinfacht und die notwendige Zurichtzeit verkürzt. Ein weiterer Vorteil besteht - insbesondere bei einer geschliffenen Flanke - darin, daß durch das erfindungsgemäße Schneid- und Ritz werkzeug ein "fusselfreier" Schnitt ausgeführt wird, der den eingangs genannten Qualitätsanforderungen an das geschnittene Gut gerecht wird.

Des weiteren kann eine Verrundung 4d (siebente und achte Ausführung in Fig. 7 und 8) an der Schneidkante 4 vor gesehen sein. Auch durch eine solche Ausführung kann die Schneidkante 4 hoch belastet werden, ohne daß es zu schäd lichen Spitzenverformungen kommt. Der Radius der Verrundung kann dabei mit Vorteil in einem Bereich von kleiner als 10 µm bis größer als 15/100 mm liegen. Beim Schneiden von Karton bleiben dadurch beispielsweise die Werte der Druck belastung an der Schneidkante 4 weit unter der zulässigen Grenzbelastbarkeit von etwa 1100 N/mm².

Zwischen der Schneidkante 4 und dem Bereich mit konvexer Krümmung 6a der Fase 6 kann mit stetigem Übergang minde stens ein weiterer Bereich 6e mit konkaver Krümmung der Fase 6 angeordnet sein, wie dies Fig. 9 und 10 (neunte und zehnte Ausführung der Erfindung) zeigen. Ein solcher Bereich 6e kann beispielsweise durch einen Hohlschliff erzeugt werden. Aufgrund des zusätzlichen konkaven Berei ches 6e besitzt beispielsweise die Ausführung gemäß Fig. 9 nicht nur vier, sondern fünf Schnittpunkte mit der gedach ten, von der Schneidkante 4 ausgehenden Gerade G-G. Es sind dies die Punkte P₁, P₂, P₃, P₄ und F. Der zusätzliche konkave Bereich 6e liegt dabei etwa zwischen den Punkten P₁ und P₄, der konvexe Bereich 6a zwischen den Punkten P₄ und P₂, während die End- und Anfangspunkte der übrigen Bereiche 6b und 6d genauso liegen, wie bei dem oben beschriebenen ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiel. (Vorhandene ebene Bereiche 6c - Fig. 9 - werden dabei anteilig den konvexen und konkaven Bereichen 6a, 6b zugerechnet.)

Wie die Ausführungsarten der Erfindung in Fig. 1 sowie 3 bis 17 zeigen, ist es auch möglich, daß zwischen der Schneidkante 4 und dem Basisabschnitt 2 mindestens ein Bereich der Fase 6 einen ebenen Konturverlauf aufweist. Bei diesem Bereich kann es sich um den beim ersten Ausführungs beispiel beschriebenen Bereich 6c handeln, in dem die symmetrisch auf beiden Klingenlängsseiten 5 ausgebildeten Fasen 6 abschnittsweise parallel verlaufen und die sich in Richtung auf den Basisabschnitt 2 hin an den konvexen Bereich 6a anschließen. Es ist aber auch möglich und vorteilhaft, wenn - wie z. B. bei den Ausführungen in Fig. 11 und 12 dargestellt - Bereiche 6f mit ebenem Konturver lauf sich zwischen dem konkaven Bereich 6b des Spitzen abschnitts 3 und dem Basisabschnitt 2, insbesondere auf den Fußpunkt F hin, erstrecken. (Auch mehrere andere Ausführun gen des erfindungsgemäßen Werkzeugs zeigen derartige, jedoch teilweise weniger stark ausgeprägte ebene Bereiche 6f.) In Fig. 11 und 12 verläuft ein ebener Bereich 6f vom Fußpunkt F ausgehend (dort in einem nicht näher bezeichne ten Winkel von etwa 15° zur Schnittrichtung S stehend) auf den konkaven Bereich 6b hin und geht stetig in diesen über. Fig. 12 zeigt dabei eine Besonderheit, die in einigen Sonderfällen auftreten kann, nämlich, daß die Gerade G-G abschnittsweise mit der Kontur der Fase 6 zusammenfällt.

Schließlich kann/können ein oder mehrere Bereich(e) 6g, 6h der Fase 6 mit ebenem Konturverlauf auch zwischen der Schneidkante 4 und dem konvexen Bereich 6a der Fase 6 angeordnet sein, wie dies die Ausführungen gemäß Fig. 3 bis 8 sowie 13 bis 16 zeigen. In Fig. 13 und 14 handelt es sich dabei zum einen um ebene Bereiche 6g, die - ähnlich wie die Bereiche 6c - zusätzlich parallel zueinander verlaufen (β = 0) und in einer Abplattung 4a an der Schneidenspitze 4 enden. Die Reibungskraft F_M ^* nimmt dabei in den Parallelbe reichen 6g einen Minimalwert an. Insbesondere diese Berei che 6g begünstigen neben dem erfindungsgemäßen Konturver lauf der Fase 6 zusätzlich ein sogenanntes "Self Level ling", d. h. einen Höhen-Toleranzausgleich über die gesamte Länge eines in eine Stanzvorrichtung eingespannten erfin dungsgemäßen Werkzeugs. Je nach Länge der Parallelbereiche 6g an der Schneidnspitze und Breite der Abplattung können in der Kontur der Fase 6, wie Fig. 14 zeigt, mit der Geraden G-G sogar bis zu fünf Schnittpunkte P₁ bis P₅ auftreten. Auch ist es möglich, daß der konvexe Bereich 6a (einschließlich eines eventuell vorhandenen ebenen Berei ches 6h) die Gerade G-G nicht schneidet.

Bei den anderen ebenen Bereichen 6h in Fig. 13 und 14 und den entsprechenden ebenen Bereichen 6h in den übrigen genannten Ausführungen - wie z. B. in Fig. 15 und 16, bei denen wie in Fig. 1, 2, 9 bis 12 sowie 17 und 18 eine scharfe Schneidkante 4 vorliegt - konvergieren die ebenen Bereiche 6g auf die Schneidkante 4 hin (β ≠ 0), In allen ebenen Bereichen 6c, 6f, 6g, 6h ist das Verhältnis der in Schnittrichtung S wirkenden Messerkraft F_M ^* zur rechtwinklig zur Schnittrichtung S wirkenden Querkraft F_Q ^* konstant, bzw. die Querkraft F_Q ^* wird nahezu Null (Bereich 6c, Bereich 6g in Fig. 13 und 14).

Die Ausführungsbeispiele in Fig. 17 und 18 weisen große Ähnlichkeit mit den Ausführungsbeispielen in Fig. 11 und 12 auf. Ein Unterschied besteht dabei jedoch darin, daß die Ausführungen gemäß Fig. 11 und 12 einen konvexen Bereich 6d im Spitzenabschnitt 3 in der Nähe des Basisabschnitts 2 aufweisen und die Ausführungen in Fig. 17 und 18 nicht. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß der mittlere halbe Keilwinkel γ = β/2 zwischen der gedachten, von der Schneid kante 4 ausgehenden Gerade G-G, die durch den Fußpunkt F am Übergang vom Spitzenabschnitt 3 zum Basisabschnitt 2 an der Klingenlägsseite 5 verläuft, und der in Schnittrichtung S durch die Schneidkante 4 verlaufenden Mittenachse X-X bei den Ausführungen in Fig. 17 und 18 größer ist.

Wie die geometrischen Verhältnisse in der Zeichnung veranschaulichen, kann die jeweilige Länge des konvexen Bereiches 6a oder des konkaven Bereiches 6b mit Vorteil etwa 5 bis 95 Prozent der Länge 1 des Spitzenabschnitts 3 betragen, wobei die ebenen Bereiche 6c, 6f, 6h an der jeweiligen Länge des konvexen Bereiches 6a und/oder des konkaven Bereiches 6b mit Vorteil zu etwa 0 bis 85 Prozent beteiligt sein können.

Die vorbeschriebenen und figürlich dargestellten Konturver läufe der Fase 6 lassen sich spanabhebend durch Schaben und/oder zumindest bereichsweise durch Schleifen herstel len. Auch eine Oberflächenbearbeitung durch Ätzen und Erodieren ist mit Vorteil alternativ oder zusätzlich möglich. Insbesondere ein Schaben ist dabei bevorzugt, wobei ein Rohling für das herzustellende erfindungsgemäße Werkzeug zur Bildung der Fase in Längsrichtung durch mindestens ein Hartmetallwerkzeug oder dergleichen gezogen wird, dessen Negativkontur dem Fasenverlauf des Werkzeugs entspricht. Die als Patrize für die Fase 6 wirkende Nega tivkontur kann dabei mit ausgesprochen hoher Genauigkeit z. B. durch ein elektroerosives Abtragen, wie Drahterodie ren, erzeugt werden.

Die Oberfläche der Klinge 1, insbesondere die des Spitzen abschnitts 3, kann mit Vorteil eine zusätzliche Veredelung durch das Auftragen einer funktionellen Schicht erfahren. Zu diesem Zweck kann vornehmlich eine Gleitlackbeschich tung, eine Bedampfung mit Titannitrid, eine Wolframcarbid- Plattierung, eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (PTFE) oder eine ähnliche Maßnahme vorgesehen werden. Derartige funktionellen Schichten wirken reibungsmindernd und erhöhen den Korrosions- und Verschleißwiderstand des erfindungsgemäßen Werkzeugs.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele. So ist es beispielsweise auch mög lich, daß die Klingenlängsseiten 5 mit ihren Fasen 6 auch wahlweise asymmetrisch zueinander ausgebildet sein können. Die konkave und/oder konvexe Krümmung der Fase 6 muß nicht kreisbogenförmig verlaufen, sondern kann auch als Teil einer Ellipse oder einer geometrischen Kurve mit Krümmung (Parabel, e-Funktion) ausgeführt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Des weiteren kann der Fachmann zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung des Schneidverhaltens eines erfindungsgemäßen Werkzeugs vorsehen, wie beispielsweise über die Länge des Spitzenabschnitts 3, insbesondere im Bereich der Schneid kante 4, verteilte Perforierungen, Wellungen und/oder Zahnungen.

Ferner ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 defi nierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale defi niert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der An spruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Bezugszeichen

1

Klinge

2

Basisabschnitt

3

Spitzenabschnitt

4

Schneidkante

4

a Abplattung an

4

b Hohlkehle an

4

c Schneide an

4

b

4

d Verrundung an

4

5

Klingenlängsseite

6

Fase

6

a konvexer Bereich von

6

b konkaver Bereich von

6

c ebener Bereich mit Parallelverlauf zwischen

6

a und

6

b

6

d zusätzlicher konvexer Bereich von

6

bei

2

6

e zusätzlicher konkaver Bereich zwischen

4

und

6

a

6

f ebener Bereich zwischen

6

b und

3

6

g ebener Bereich mit Parallelverlauf zwischen

4

und

6

a

6

h ebener Bereich zwischen

4

und

6

a
b Breite von

4

b
D Dicke von

1

(im Bereich von

2

)
F Fußpunkt am Übergang von

3

zu

2

F_K ^*

Keilkraft (rechtwinklig zu T-T)
F_L ^*

aus F_K ^*

und F_R ^*

resultierende Keilkraft
F_M ^*

Messerkraft
F_R ^*

Reibungskraft
F_Q ^*

Querkraft
h Längenkoordinate für

3

1

Länge von

3

P Kraftangriffspunkt auf

6

P₁

Schnittpunkt von

6

mit G-G
P₂

Schnittpunkt von

6

mit G-G
P₃

Schnittpunkt von

6

mit G-G
P₄

Schnittpunkt von

6

mit G-G
R Radius von

6

a,

6

b
S Schnittrichtung
T-T Tangente an

6

X-X Mittenachse von

1

b Keilwinkel
γ Winkel zwischen G-G und X-X
µ Reibungszahl
ρ Reibungswinkel

Claims

1. Schneid- und Ritzwerkzeug, vorzugsweise für den Druck schnitt, bestehend aus einer Klinge (1), die einen Basisabschnitt (2) und einen sich an den Basisab schnitt (2) anschließenden keilförmigen Spitzenab schnitt (3) mit einer Schneidkante (4) und mit minde stens einer an einer Klingenlängsseite (5) ausgebil deten mit der anderen Klingenlängsseite (5) einen Keilwinkel (β) einschließenden Fase (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (6) mindestens zwei stetig ineinander übergehende Bereiche (6a, 6b) aufweist, und zwar mindestens einen ersten, in der Nähe der Schneidkante (4) angeordneten Bereich (6a) mit - im Querschnitt gesehen - konvexer Krümmung und mindestens einen sich an den konvexen Bereich (6a) anschließenden zweiten, in der Nähe des Basisabschnitts (2) angeordneten Bereich (6b) mit - im Querschnitt gesehen - konkaver Krümmung.

2. Schneid- und Ritzwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (6) - im Querschnitt gesehen - zumindest ab schnittsweise einen etwa S-förmigen oder umgekehrt S- förmigen Konturverlauf aufweist und eine gedachte, von der Schneidkante (2) ausgehende Gerade (G-G), die durch einen Fußpunkt (F) am Übergang vom Spitzen abschnitt (3) zum Basisabschnitt (2) an der Klingen längsseite (5) verläuft, in mindestens drei Punkten (F, P₁, P₂) schneidet.

3. Schneid- und Ritzwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konvexe Krümmung in dem ersten Abschnitt (6a) der Fase (6) derart ausgebildet ist, daß beim Eindringen in das zu schneidende Gut jeweils das Verhältnis einer in Schnittrichtung (S) wirkenden Messerkraft (F_M ^*) zu einer rechtwinklig zur Schnittrichtung (S) wirkenden Querkraft (F_Q ^*) von der Schneidkante (2) ausgehend über die in Schnittrichtung (S) gemessenene Länge (h) der Fase (6) von maximal etwa 100 auf minimal etwa 0, vorzugsweise von maximal etwa 5 auf minimal etwa 0,5, abnimmt.

4. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Krümmung in dem zweiten Abschnitt (6b) der Fase (6) derart ausgebildet ist, daß beim Eindringen in das zu schneidende Gut jeweils das Verhältnis einer in Schnittrichtung (S) wirkenden Messerkraft (F_M ^*) zu einer rechtwinklig zur Schnittrichtung (S) wirkenden Querkraft (F_Q ^*) von der Schneidkante (4) ausgehend über die in Schnittrichtung (S) gemessenene Länge (h) der Fase (6) von minimal 0 auf maximal etwa 100, vorzugsweise von minimal 0,5 auf maximal etwa 5, zunimmt.

5. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der keilförmige Spitzenabschnitt (3) mit jeweils der Fase (6) auf jeder Klingenlängsseite (5) hinsichtlich einer in Schnittrichtung (S) durch die Schneidkante (4) ver laufenden Mittenachse (X-X) symmetrisch ausgebildet ist.

6. Schneid- und Ritzwerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die symmetrisch auf beiden Klingenlängsseiten (5) ausge bildeten Fasen (6) abschnittsweise (6c, 6g) parallel zueinander verlaufen.

7. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine hin sichtlich einer in Schnittrichtung (F) durch die Schneidkante (2) verlaufenden Achse asymmetrische Ausbildung.

8. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Klinge (1) im Basisabschnitt (2) eine Dicke (D) im Bereich von 0,3 bis 2,5 mm, vorzugsweise etwa 0,7 mm, aufweist.

9. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenabschnitt (3) eine vertikale (in Schnittrich tung verlaufende) Länge im Bereich von 0,5 bis 3,5 mm, vorzugsweise etwa 0,7 bis 1,3 mm, aufweist.

10. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittlerer halber Keilwinkel (γ) zwischen einer gedach ten, von der Schneidkante (4) ausgehenden Gerade (G- G), die durch einen Fußpunkt (F) am Übergang vom Spit zenabschnitt (3) zum Basisabschnitt (2) an der Klin genlägsseite (5) verläuft, und einer in Schnittrich tung (S) durch die Schneidkante (4) verlaufenden Mittenachse (X-X) im Bereich von 15° bis 45°, vorzugs weise bei etwa 27°, liegt.

11. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der konvexe und/oder konkave Bereich (6a, 6b) der Fase (6) jeweils durch einen Kreisbogenabschnitt mit einem Radius (R) begrenzt ist, der etwa den 0,1- bis 15-fa chen Wert der Länge einer geraden Strecke (FP₁) zwischen der Schneidkante (4) und einem Fußpunkt (F) am Übergang vom Spitzenabschnitt (3) zum Basisab schnitt (2) aufweist.

12. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (4) spitz ausgebildet ist, d. h. daß eine in Richtung der Schneidkante (4) an die Fase (6) angelegte Tangente (T-T) oder bei Vorliegen eines ebenen Fasenbereichs (6h) die Fase (6) selbst mit einer in Schnittrichtung (S) durch die Schneidkante (4) verlaufenden Achse (X-X) einen Winkel (β/2) ein schließt, der kleiner als 90° ist.

13. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (4) eine Verrundung (4d) aufweist.

14. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidkante (4) eine ebene Abplattung (4a) aufweist.

15. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schneidkante (4) in Längsrichtung der Klinge (1) eine Hohlkehle (4b) derart ausgebildet ist, daß die Schneidkante (4) über ihre gesamte Länge zwei Schnei den (4c) aufweist.

16. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schneidkante (4) und dem Bereich (6a) mit konvexer Krümmung der Fase (6) mit stetigem Übergang mindestens ein weiterer Bereich (6e) mit konkaver Krümmung der Fase (6), beispielsweise erzeugt durch einen Hohlschliff, angeordnet ist.

17. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Schneidkante (4) und dem Basisabschnitt (2) mindestens ein Bereich (6c, 6f, 6g, 6h) der Fase (6) einen ebenen Konturverlauf aufweist.

18. Schneid- und Ritzwerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich (6g, 6h) der Fase (6) mit ebenem Konturverlauf zwischen der Schneidkante (4) und dem konvexen Bereich (6a) der Fase (6) angeordnet ist.

19. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dem Basisabschnitt (2) und dem Bereich (6b) mit konkaver Krümmung der Fase (6) insbesondere mit stetigem Übergang mindestens ein weiterer Bereich (6d) mit konvexer Krümmung der Fase (6) angeordnet ist.

20. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinge (1) aus einem, von der Schneidkante (4) ausge hend zumindest bis in den konvexen Bereich (6a) des Spitzenabschnittes (3) hinein zusätzlich vergüteten Federbandstahl besteht, und im vergüteten Bereich, insbesondere durch eine Induktions-, Flamm- oder Laserhärtung eine Härte von 30 bis 67 HRC aufweist.

21. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Fase (6) geschabt, geschliffen, geätzt und/oder erodiert ist.

22. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der Klinge (1), insbesondere auf die Oberfläche des Spitzenabschnitts (3), eine korrosions hemmende, reibungs- und/oder verschleißmindernde funktionelle Schicht, wie durch eine Gleitlackbe schichtung, eine Bedampfung mit Titannitrid, eine Wolframcarbid-Plattierung, eine Beschichtung mit Polytetrafluorethylen (PTFE) o. ä., aufgetragen ist.

23. Schneid- und Ritzwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge des Spitzenabschnitts (3), insbesondere im Bereich der Schneidkante (4), Perforierungen, Wellungen und/oder Zahnungen verteilt sind.